改善產蛋后期雞蛋蛋殼質量研究進展

張倚劍 胡 艷 梁明振 童海兵*

(1.中國農業科學院家禽研究所，揚州 225125；2.廣西大學動物科學技術學院，南寧 530000)

蛋殼質量問題一直是蛋雞養殖業關注的重點，該問題通常會導致雞蛋在收集、儲存和運輸過程中存在10%～15%的破損率[1]，直接影響經濟效益。特殊時期(比如產蛋初期和產蛋后期)或特殊狀況(比如疾病、應激、換料等)下，蛋殼質量降低會導致雞蛋在收集、儲存和運輸過程中破損率更高；對蛋(肉)種雞來說，蛋殼質量的下降還嚴重影響種蛋合格率和孵化性能(如孵化率和健雛率等)。蛋殼質量包括蛋殼比重、蛋殼強度、蛋殼厚度、相對密度、單位表面積的殼重和蛋殼變形值等評價指標，受到蛋雞品種、日齡和飼養方式以及雞蛋的貯存條件等因素的影響[2-3]。蛋殼主要是由碳酸鈣組成，故蛋雞的鈣代謝水平會直接影響蛋殼的質量。值得特別關注的是，產蛋后期雞蛋的蛋殼質量顯著低于初產后期和高峰期。因此，蛋雞的日齡被認為是影響蛋殼質量的主要因素之一[4-5]。

產蛋后期雞蛋的蛋殼質量顯著下降是蛋雞養殖過程中面臨的重要問題。特別是近年來，為了更好地利用雞舍設備、降低生產成本，家禽養殖業提出延長蛋雞和種雞(包括肉種雞和蛋種雞)淘汰周齡的方案，即將淘汰周齡從傳統意義上的72周齡延長至80周齡，甚至延長至100周齡。因此，改善產蛋后期的蛋殼質量成為研究熱點，亦成為科學難題。為解決這一科學難題，研究者們和蛋雞養殖從業者們通常將目標鎖定在品種改良和提高飼糧營養水平上，以期改善產蛋后期蛋殼質量。然而，從遺傳角度實現蛋雞品種改良已進入一個瓶頸期。由于蛋雞產蛋性能的高度開發、產蛋期蛋雞的生理特性特殊，“產蛋后期蛋殼質量下降”這一難題已經無法繼續通過育種解決，而從營養學的角度加以改善則成為可能。改善產蛋后期蛋殼質量對蛋雞養殖具有重要意義，本文對蛋殼的結構和形成過程、蛋雞衰老對蛋殼質量的影響、產蛋后期蛋雞鈣代謝的改變以及提高產蛋后期蛋殼質量的措施進行了綜述。

1 蛋殼的結構和形成

1.1 蛋殼超微結構與蛋殼質量的關系

蛋殼是雞蛋的保護屏障，不僅維持著雞蛋的形態，同時可以抵御外界的污染。蛋殼主要由約95%的碳酸鈣和3.5%的有機基質蛋白質組成，其中碳酸鈣組成的方解石晶體占整個蛋殼重量的94%～97%[6]。在掃描電鏡的觀察下，可將蛋殼的超微結構由內而外劃分為殼膜、乳突層、柵欄層、晶體層和角質層[7](圖1)。

圖1 蛋殼結構掃描電鏡示意圖

乳突層和柵欄層的狀況對蛋殼質量影響較大，研究表明，乳突層和柵欄層中方解石晶體的平均尺寸、形狀和取向對蛋殼的力學特性有一定的影響[8-9]，例如方解石晶體的平均尺寸減小有助于提高蛋殼強度[10]。乳突層的密度、乳突節的寬度、柵欄層的厚度與蛋殼的強度也密切相關，一般來說，乳突層的密度越大、乳突節越小、柵欄層越厚，蛋殼強度越高[11-13]。相比于乳突層，柵欄層的厚度占蛋殼總厚度的2/3，對蛋殼質量的優劣影響更大，柵欄層也被稱為蛋殼的有效厚度[14-15]。

1.2 蛋殼的形成過程

蛋殼形成在輸卵管遠端的子宮部部位，經過10～22 h的礦化過程形成完整的蛋殼結構，即雞蛋形成過程中大部分時間用于形成蛋殼。蛋殼形成的過程主要包括乳突層成型、柵欄層線性礦化、角質層終止反應等階段，最終形成高度有序的礦化結構，這是已知速度最快的生物礦化過程[16-17]，其中乳突層和柵欄層的碳酸鈣形成是礦化時的關鍵環節，子宮部內礦化過程的狀態也直接決定蛋殼質量的優劣。

研究表明，雞蛋的重量和體積會隨著日齡的增長而增長，但蛋殼的重量不會隨著日齡和蛋的體積的增長產生較大的波動[23-24]。這一現象說明，每枚雞蛋形成過程中蛋殼的總質量是相對穩定的，伴隨產蛋雞日齡的增長，蛋殼的厚度會呈現逐漸降低的趨勢[25-26](圖2)，這也說明產蛋初期和高峰期的蛋殼質量往往要優于產蛋后期的原因。綜上所述，產蛋后期蛋殼質量的下降，可能是由于蛋殼的乳突層和(或)柵欄層的厚度發生了變化，影響了整體的蛋殼力學特性、變形值和強度；或是由于骨鈣和殼鈣沉積比例失衡影響了蛋殼的鈣沉積，從而導致構成蛋殼的組分比例發生了變化，這二者都可能與衰老造成的子宮部機能退化有關。

圖2 隨日齡的增長雞蛋的蛋殼厚度和蛋重變化示意圖(以海蘭褐蛋雞所產雞蛋為例)

2 子宮部衰老對蛋殼質量的影響

2.1 子宮部的衰老

禽類子宮部被稱為“蛋殼腺”，當雞蛋進入子宮部時，子宮部會快速分泌子宮部液。子宮部液中沒有細胞，但包含構成蛋殼的所有無機前體(鈣和碳酸氫鹽)和有機前體(形成蛋殼基質的蛋白質等)[27-28]。一般情況下，將40周齡界定為蛋雞開始衰老的時間[17]，經過長期選育，蛋雞的生產周期大大延長，但同時也使得蛋雞更加趨于老齡化，造成產蛋后期器官損傷和功能退化等問題更加突出，例如腸道功能的降低、輸卵管的萎縮和炎癥等亞臨床病癥。長期的產蛋行為造成子宮部的松弛、內膜炎癥和內膜萎縮，伴隨子宮部內膜形態發生變化、子宮部纖毛長度增加和性腺激素分泌逐漸減少，造成子宮部內膜細胞的再生能力下降，故子宮部內膜細胞的狀態被認為是影響蛋殼質量的主要因素之一[16,25]。此外，商品化高產蛋雞由于長期持續的產蛋行為引起的慢性刺激，可能加劇了子宮部內膜的纖維化和萎縮[29]，比普通家養品種更早出現子宮部損傷和機能衰退，產蛋后期的蛋殼質量下降也更早地表現出來。

2.2 子宮部衰老對蛋殼質量的影響

隨著產蛋后期蛋雞子宮部內膜細胞的再生能力下降、子宮部液分泌不足、礦化過程異常，蛋殼鈣沉積均一度發生異常，影響了蛋殼的厚度和均一性，降低了蛋殼強度[30]，這可能造成生產中出現鈣斑蛋、沙殼蛋、畸形蛋和破殼蛋等。此外，子宮部衰老還會造成蛋殼的變形值和蛋殼比重等指標也出現下降[31]。單純的蛋殼厚度測量不足以對蛋殼的力學性能進行評價[1]，厚度相同的蛋殼可能蛋殼質量并不相同，需要從更微觀的結構觀察來揭示蛋殼質量異常的原因。雞蛋進入子宮部后，子宮部液中的無機鹽和有機基質依次在殼膜沉積，先是乳突層逐漸增高，再到柵欄層的碳酸鈣堆積，最后角質層結晶標志著蛋殼的成型[12,29]。當子宮部內膜萎縮、子宮部液分泌異常時，可能會導致這些蛋殼前體的沉積出現異常。研究發現，隨著蛋雞老齡化，蛋殼柵欄層厚度顯著降低、蛋殼透明度增加、乳突層融合度降低、角質層覆蓋率下降[32-34]。這可能是由于子宮部衰老影響了子宮部上皮中各類離子通道和子宮部液的基質蛋白質分泌造成的[28-29]，尤其是當Ca2+的輸入異常時，碳酸鈣沉積順序紊亂，導致蛋殼質量下降[35]。

3 鈣代謝對產蛋后期蛋殼質量的影響

3.1 腸道吸收鈣的能力下降

飼糧是蛋雞鈣的主要來源，通過消化吸收作用，進入體液，由體循環運送至鈣沉積的主要組織(圖3)。腸道黏膜鈣吸收途徑主要包括跨細胞途徑和旁細胞途徑。跨細胞途徑是一個主動轉運的過程，依賴于1,25-二羥基維生素D3[1,25-(OH)2D3]的調節，主要發生在十二指腸；旁細胞途徑則是一個濃度依賴性的離子擴散過程，可以發生在整個腸段[36]。通過旁細胞途徑過程來吸收鈣需要腸腔內游離的Ca2+達到一定的濃度(2～6 mmol/L)，才能克服由跨膜電位差和Ca2+濃度差組成的屏障，該細胞途徑能夠吸收的鈣與腸道管腔的鈣濃度直接相關[37-38]。腸道不同的部位對鈣吸收的貢獻不同，就哺乳動物而言，雖然十二指腸的主動轉運過程很活躍，但大部分鈣的吸收發生在回腸中[39-41]。在禽類中，大部分鈣在到達回腸之前就被吸收，這可能與禽類近端腸道的Ca2+吸收效率較高和回腸段的電位差較低有關[42]。鈣在蛋雞腸道中的吸收受多種因素調控，例如飼糧中的鈣濃度[43]、維生素D3濃度[44]、飼糧顆粒大小[45]、蛋雞日齡[46]等。在飼糧成分不變的情況下，日齡成為影響蛋雞鈣吸收的主要因素，產蛋后期的蛋雞腸道對鈣的消化吸收能力下降，進而可能造成蛋殼質量下降[22,47]。關于產蛋后期蛋雞腸道對鈣的吸收能力下降的相關研究很少，且未見機制報道，還需深入探索。

3.2 組織轉運鈣的能力減弱

商品化蛋雞在產蛋期間需要大量的鈣，每天用于產蛋的鈣量大概為全身鈣量的10%，差不多相當于1枚蛋殼的重量[48]。蛋殼礦化期間攝入的鈣元素遠遠不能滿足生成蛋殼的需要，所以大部分鈣都需要機體重新利用，這期間機體大部分游離鈣被腎臟重吸收，鈣的排出量基本為0[49]。這些被重吸收的Ca2+將通過一系列的鈣轉運載體，經體液循環運送至子宮部、髓質骨或其他組織部位(主要運輸至子宮部)。Ca2+轉運載體在腎臟、子宮部、腸道這些鈣轉運活躍的器官和組織中廣泛表達，包括鈣結合蛋白(Ca-binding protein，CaBP)、質膜鈣泵(plasma membrane calcium ATPase，PMCA)和上皮細胞鈣離子通道——瞬時感受器電位香草酸受體(transient receptor potential vanilloid，TRPV)[50-51]。這些鈣轉運載體可以協助Ca2+通過體液循環向子宮部、血液和骨骼等部位快速轉運，它們的表達量在一定程度上反映出鈣代謝能力的強弱。研究表明，提高鈣的補充量能引起45周齡后來航雞子宮部內CaBP-D28k的mRNA水平的提高，增加蛋殼的鈣沉積，相應地提高蛋殼的強度[52]。還有研究報道，75周齡的海蘭褐蛋雞，CaBP-D28k和PMCA的表達量減少，導致Ca2+的轉運顯著減少，進而導致子宮部內蛋殼鈣的沉積產生紊亂，蛋殼表面沉積的鈣減少，最終導致暗斑蛋的產生，并對蛋品質產生嚴重的影響[53]。TRPV6主要在子宮部中分布廣泛，TRPV5在腎臟中表達較高，礦化開始時，TRPV6在子宮部的表達活躍，對于蛋殼早期鈣的沉積至關重要，可能影響乳突層和柵欄層的形成[54-55]。產蛋后期蛋雞對鈣的需求量更大，研究表明，71周齡的海蘭褐蛋雞腸道CaBP-D28k和腎臟PMCA的表達降低，子宮部中的CaBP-D28k和PMCA的表達也均發生下降，這些鈣轉運載體表達量的減少可能間接造成蛋殼質量的下降[56-57]。

3.3 鈣的沉積方向改變

髓質骨是禽類的特殊結構，也是產蛋雞的“鈣庫”。在日間，雞蛋蛋殼的鈣來源于腸道的吸收和髓質骨的分解；在夜間，由于光照停止，蛋雞不再進食，髓質骨要提供更多的鈣以供蛋殼形成。母雞達到性成熟后，即從開產前2周開始，其骨骼在生物學上會發生巨大的形態變化，從長骨(脛骨、肱骨和股骨)骨干的內膜面形成大量向骨髓腔突出的網織狀小骨針，稱為髓質骨[58-59]。在雌激素的作用下，髓質骨不斷分解，大概以1.6 g/d的速度提供Ca2+給蛋殼，直到產卵期結束，這一過程被稱為“融骨”[60]。在礦化以外的時間，蛋雞攝入的鈣元素會隨著體液循環主要儲存在髓質骨中，以供產蛋時使用。一般狀況下，蛋殼形成期主要在夜間，機體需要提供2.0～2.5 g鈣才能合成1個蛋殼，夜間停止光照過程中蛋殼有25%～40%的鈣是通過髓質骨的融骨作用獲得[61]。

隨著母雞的衰老，骨形成過程(成骨細胞)和骨吸收過程(破骨細胞)之間出現負平衡，髓質骨會明顯擴張，而結構骨(松質骨和皮質骨)受到損傷[17]。特別是伴隨著蛋雞衰老導致的鈣的吸收利用率降低，飼糧中吸收的鈣不足以支撐蛋殼的形成，結構骨的損失會更加嚴重。此時，蛋雞結構骨的數量逐漸減少，導致骨骼脆弱，極易患上骨質疏松，嚴重影響母雞的健康和福利。據報道，約30%的蛋雞在產蛋后期因骨折而被淘汰，造成了巨大的經濟損失[18,61-62]。產蛋后期蛋雞髓質骨在骨腔內的擴張是不可避免的，來自骨組織提供給蛋殼的鈣比例將越來越高，而來自飼糧中的鈣所占比例逐漸降低，這將直接影響蛋殼質量和產蛋量。研究表明，產蛋后期骨質疏松的蛋雞子宮部中部分鈣轉運載體(CaBP-D28k、PMCA)的表達量下降[63]，這可能會間接影響蛋殼的質量。解決產蛋后期蛋殼質量下降的問題，需要從提高鈣代謝能力的方向出發，強化鈣的吸收與利用，減緩蛋殼鈣沉積異常的負面影響。產蛋后期蛋雞體內的鈣代謝方向大致可概括為圖3。

1，25-(OH)2D3：1，25-二羥基維生素D3 1，25-dihydroxyvitamin D3；CaBP：鈣結合蛋白 Ca-binding protein；PMCA：質膜鈣泵 plasma membrane calcium ATPase；TRPV：瞬時感受器電位香草酸受體 transient receptor potential vanilloid。

4 改善產蛋后期蛋殼質量的營養調控措施

4.1 添加雌性激素

1,25-(OH)2D3是促進腸道鈣吸收的關鍵因子，在維持體內鈣穩態、影響骨骼發育等方面發揮重要作用，是維生素D通過在肝臟、腎臟中連續轉化形成的活化狀態，其活化受到機體雌性激素水平的影響。在蛋雞飼糧中外源添加1,25-(OH)2D3通常難以利用，可通過添加外源性雌性激素影響1,25-(OH)2D3的生成。黃體酮和雌二醇具有調控子宮部內膜Ca2+轉運蛋白表達的作用，并且可以促使蛋雞飼糧中的維生素D吸收代謝產生足夠的1,25-(OH)2D3[64-66]。研究發現，黃體酮能夠提高45周齡海蘭褐蛋雞的蛋殼柵欄層比例，進而提高了蛋殼的厚度和強度[67]。而雌二醇可以通過促進機體對鈣的吸收(部位)來提高鈣在70周齡羅曼褐蛋雞蛋殼的沉積，進而提高蛋殼的強度和厚度[68]。一些在哺乳動物上的研究也報道了雌性激素能是通過影響子宮中降鈣素的表達、腸道(TRPV6和PMCA)和腎臟(PMCA)中的鈣離子轉運蛋白的表達來調節鈣代謝[69-72]。在禽類中，雌性激素(雌二醇)可能是通過促進維生素D3的合成提高腸道鈣離子轉運蛋白(CaBP-D28k)的表達[73]、或者通過調節腎臟中甲狀旁腺素受體促進對Ca2+的重吸收來調節鈣代謝[74]。總之，補充雌性激素能夠促進鈣的吸收，提高產蛋后期的蛋殼厚度和蛋殼強度，從而達到改善蛋殼質量的目的[75-76]。

4.2 添加微量元素

4.3 添加植物提取物

隨著“禁抗令”的出臺，尋找抗生素替代品成為近年來的熱門話題，植物提取物能夠提高生產性能，且具有對環境友好的特點，在養殖行業被大力開發。研究報道，一些以中草藥制劑為主要來源的植物提取物具有提高蛋雞的蛋殼重量、蛋殼厚度、蛋殼表面積的作用[89]。Ding等[90]在54～65周齡羅曼蛋雞飼糧中添加一種商業化的植物精油混合物，發現當添加量為50 mg/kg時其有增加蛋殼厚度和蛋白質消化率的趨勢。Mousavi等[91]在飼糧中添加200 mg/kg的草本植物精油混合物(百里香、薄荷、迷迭香和茴香)，也提高了40周齡后的海蘭褐蛋雞的蛋殼強度和厚度。許多單一植物提取物也被報道能夠提高蛋殼質量，如紅三葉草提取物和大蒜提取物在濃度為0.1%時可以提高30周齡后Boris褐蛋雞的蛋殼厚度和強度[92]，添加100 mg/kg的薄荷提取物可以提高40周齡后的羅曼蛋雞的蛋殼強度[93]，迷迭香(250 mg/kg)、菊粉(1 g/kg)等提取物等也具有提高蛋殼厚度和強度的作用[94-95]。這些植物提取物都可以起到提高產蛋后期蛋雞生產性能、改善蛋殼質量的作用，無疑在禁抗的大環境下為畜牧業提供了諸多選擇。

4.4 改進飼喂模式

鈣作為蛋殼沉積的核心元素，很容易被認為添加量越高，蛋殼品質越好。然而，有研究表明，鈣含量只有在低于2.5%時才會與蛋殼質量間存在線性關系，超過這個含量時各濃度間并未出現顯著差異[96]。蛋雞對鈣的吸收能力有限，盲目增加飼糧中的鈣含量并不能改善蛋殼質量[97]，反而會增加蛋雞消化道的負擔，引起對其他微量元素的拮抗作用[98]，有研究報告，鈣含量過高會導致鋅的利用率降低[99-100]。因此，尋找提高飼糧中鈣的利用率的方法比單獨增加飼糧中鈣含量對蛋殼質量的改善更為有效。

動態飼喂(dynamic feeding)是最近新興的一種飼喂方式，指的是不改變飼糧配方的條件下，按照動物代謝的規律，在不同時間點飼喂不同量的飼糧，提高飼糧利用率，從而達到節省飼糧的目的。Liu等[101]采用動態飼喂的模式，于07:30和15:30 2個時間點進行飼喂，提高了41周齡后的海蘭褐蛋雞的腸道吸收能力，這可能是由于動態飼喂改變了腸道生物鐘基因的表達；Lin等[102]采用相同的飼喂模式飼喂不同鈣含量的飼糧，發現鈣的可用性得到了提高。在此基礎上，筆者調整了飼喂方式，按照原來的飼糧配方，將08:00和14:00各飼喂1/2飼糧改為上午1/3和下午2/3，發現能夠極顯著降低78周齡的海蘭褐蛋雞的料蛋比，提高蛋殼強度和蛋殼厚度；且采用動態飼喂的模式使用鈣含量低的飼糧，蛋殼質量也并未下降，表明動態飼喂的模式可以提高鈣的可用性。在不改變飼糧原本配方的情況下，改進飼喂方式是相對經濟、環保、健康的方式，動態飼喂模式符合這些特點，其不僅有益于蛋雞的健康，而且有提高鈣的利用率的潛能，值得進一步探索。

5 小 結

蛋雞的衰老必然引起產蛋率下降、蛋殼質量降低和骨質疏松等問題，從而造成生產效益的下降。其中，蛋殼質量下降導致的蛋殼易碎是當今蛋雞行業最關注的問題。蛋雞老齡化會引起子宮部的衰老和蛋雞鈣代謝的改變，影響蛋殼的超微結構，造成蛋殼質量的下降。補充雌性激素、微量元素、有機酸等添加劑能夠在一定程度上緩解產蛋后期蛋殼質量的下降，但也需要考慮可能隨之而來的其他問題，比如外源性雌性激素可能會導致內分泌紊亂、脂代謝平衡失調，微量元素對環境具有一定的的潛在風險。植物提取物作為抗生素替代品具有一定的潛能，但生產成本較高、技術尚不成熟。針對提高蛋殼質量的研究已有較多成果表明營養添加劑的方式能夠起到有效作用，受成本、工藝等因素的影響，短期內只有少量產品可以用于蛋雞養殖業中的規模化生產，還需持續探索。而傳統的飼喂模式近年來并未發生重大改變，對于飼喂模式的研究相對空白，例如本文提及的動態飼喂的模式可以有效降低蛋雞衰老所帶來的負面影響，具有進一步研究的意義。