產熱模型及其在豬凈能及代謝參數研究中的應用

張崇玉，李 晗

（山東農業大學動物科技學院/山東省動物生物工程與疾病防治重點實驗室，山東 泰安 271000）

動物產熱量（HP）的測定是研究動物凈能能量體系和飼料凈能體系的重要方法，在研究動物凈能需要體系及日糧飼料凈能值評定中廣泛應用[1-9]。利用 HP測定，可以求出生長凈能（NEp=MEI-HP）,那么維持代謝能（MEm）和生長代謝能轉化為生長凈能的效率 Kg（NEg/MEg）的測定做法一般是，先假定一個參數為某典型值，求出另一個參數。這樣就會出現 Kg取值不同得出的 MEg（=NEg/Kg）不同，從而影響求出的 MEm（=MEI-MEg）值；反之亦然[1-2]。同理，km=NEm/MEm，這 3個參數取值不同，相互影響也很大。

過去動物產熱量的模型研究比較少，Lofgreen等[6]建立的模型是產熱量的對數（LogHP）與動物食入代謝能（MEI）線性回歸公式 LogHP= d+eMEI。

有關生長豬凈能需要量及代謝參數的研究，國外做了一些研究[14-16]。主要方法是在求MEm、MEg、Kg等參數時，先假定一參數為某一典型值，求另一參數。這樣的取值不一定是動物試驗時的真實值。為準確地測定出動物試驗時 MEm和 Kg（或 Kpr、Kf）參數的真實值，本研究建立了動物產熱量模型，并從中準確地測定出動物能量代謝的 MEm、Kg等各種重要參數，并用生長豬產熱量數據對模型進行了建模和驗證。

1 材料與方法

1.1 材料

采用丁曉明教授在 1990期間在丹麥做生長豬的產熱量的原始數據，36頭生長豬（漢普夏、杜洛克、丹麥長白豬各10頭，約克夏6頭），在體重 20~80kg不同階段的 79次呼吸測熱產熱量的原始數據資料進行分析，所用飼料為丹麥商品性飼料。

1.2 方法

1.2.1 動物產熱量的理論模型 當動物的食入代謝能（MEI）高于維持代謝能（MEm）時，即MEI≥MEm，假定動物的維持代謝能 MEm=CW0.75，C為常數，W0.75為代謝體重，生長代謝能（MEg）轉化為生長凈能（NEg）的效率為Kg，即 Kg=NEg/MEg=NEg/（MEI-MEm），建立的HP/W0.75與 MEI/W0.75動物產熱量的模型（1）：HP/W0.75=C×Kg+（1-Kg）× MEI/W0.75。

模型（1）的推導如下：當 MEI≥MEm，MEm（kJ/kgW0.75）=CW0.75，Kg=NEg/MEg=NEg/（MEI-MEm），MEI=HP+NEg，則：NEg=Kg（MEI-MEm）=Kg（MEI-CW0.75），HP=MEINEg=MEI-Kg（MEI-CW0.75）=MEI-Kg×MEI+Kg×CW0.75=（1-Kg）×MEI+Kg×CW0.75。即 HP= Kg×CW0.75+（1-Kg）×MEI，方程式兩邊都除以代謝體重 W0.75，則為模型（1）HP/W0.75=C×Kg+（1-Kg）MEI/W0.75。

模型（1）可以看出，HP與 MEm、Kg以及MEI有關。模型（1）中的 C×Kg、1-Kg均是常數，分別用a、b表示，則a=C×Kg，b=1-Kg，那么 Kg=1-b，C=a/（1-b）。模型（1）可以轉化為模型（2）。模型（2）：HP/W0.75=a+bMEI/W0.75式中 Kg=1-b，C=a/（1-b）。

所以建立模型（2）就可以同時準確地測定動物的 MEg轉化為 NEg的效率 Kg和維持代謝能MEm=CW0.75。

1.2.2 生長動物凈能需要量的理論模型 生長動物凈能需要量模型（3）：NER=（Km-Kg）CW0.75+Kg×MEI 或 NER/W0.75=（Km-Kg）C+Kg×MEI/W0.75。 推 導 如 下 ：NER=NEm+NEg=Km×MEm+Kg×MEg=Km×MEm+Kg× （ MEI-MEm） = （ Km-Kg）MEm+Kg×MEI=（Km- Kg）CW0.75+Kg×ME。

2 結果與分析

2.1 豬產熱量模型的結果與分析

不同體重生長豬 HP/W0.75與 MEI/W0.75關系，建立 HP的模型（1）或（2）線性回歸模型及MEm、Kg等參數見表1。從表1可以看出，模型（2）得出的 C值（C=MEm/W0.75）及 Kg值是非常準確的，因為相關系數（r）比較高，體重為20~30、30~40、40~50、50~70和 70~80 kg生長豬的模型的相關系數（r）分別為 0.97、0.99、0.99、0.99和 0.90。Kg分別為 0.64、0.62、0.67、0.66和 0.65,平均值為 0.65。這與 Thorbek等[15]得出生長豬Kg為0.68接近。

表1 不同體重生長豬HP模型（2）HP/W0.75=a+bMEI/W0.75及MEm、Kg等參數

從表1可以看出，體重為 20~30、30~40、40~50、50~70和 70~80kg生長豬的 MEm分別為590.0、530.0、476.1、442.7 和 440.0 kJ/kgW0.75，體重 20~30 kg的豬 MEm最高，50~70和 70~80 kg生長豬的 MEm趨于穩定。本研究得出生長豬在體重 50~70、70~80kg時的 MEm分別為442.7和 440.0 kJ/kgW0.75，與 NRC（1998）生長肥育豬MEm為444 kJ/kgW0.75一致。

2.2 生長豬代謝能轉化為蛋白質沉積凈能效率Kpr和脂肪沉積凈能效率Kf

當 MEm得出后，可根據 MEg=MEI-MEm，求出生長代謝能 MEg，MEg=NEp/Kpr+NEf/Kf，其中 Kpr是 MEpr,轉化 NEpr為效率，Kf是 MEf轉化NEf為效率。對 MEg建立如下模型：20~30 kg：MEg（kJ/kgW0.75）= -0.870+2.1645NEpr+1.2075 NEfn=15P<0.01r=0.89。30~40 kg：MEg（kJ/kgW0.75）= 1.667+1.4794NEpr+1.132NEfn=17P<0.01 r=0.90。40~50 kg：MEg（kJ/kgW0.75）=0.8419 + 1.1698NEpr+1.1936NEfn=11P<0.01r=0.88。

以上 MEg回歸模型，具有較高的相關系數r，在 0.88~0.90之間，利用此回歸模型可以求出不同體重生長豬Kpr和Kf參數（見表2），從表2可知，體重為30~40和40~50 kg生長豬的代謝能ME轉化為蛋白沉積能 NEpr的效率 Kpr分別為0.67和 0.59，平均值為 0.63，與 0.60（AFRC，1990）[10]，0.68（Thorbek，1984）[13]比較接近。代謝能ME轉化為脂肪沉積能NEf的效率Kf分別0.83、0.88和 0.84，平均值為 0.85，與 0.80（AFRC, 1990）[10]值接近。

表2 不同體重生長豬Kpr和Kf參數

2.3 生長豬凈能需要量結果與分析

建立生長豬凈能需要量模型（3）：NER=（Km-Kg）CW0.75+Kg×MEI。在此模型（3）中，把動物凈能值或需要量與 Km、Kg、C、W0.75和MEI 參數或指標聯系在一起，即可求出凈能值或需要量的模型。在此模型（3）中，只有參數 Km未知，在此取生長豬 Km典型值 0.80計算[3]，其他參數均已得出。不同體重生長豬凈能需要量或凈能值與代謝體重（W0.75）、食入代謝能（MEI）、Km、Kg等參數有關。體重為 20~30、30~40、40~50、50~70和 70~80kg生長豬凈能需要：20~30 kg體重：NER=94.40W0.75+0.64MEI。30~40 kg體重：NER=95.40W0.75+0.62MEI。40~50 kg體重：NER=61.89W0.75+0.67MEI。50~70 kg體重：NER=61.98W0.75+0.66MEI。70~80 kg體重：NER=66.00W0.75+0.65MEI。體重在 40～80 kg的生長豬的凈能（NER）與 MEI的關系趨于一致。

當生長豬食入代謝能 MEI是維持代謝能MEm的 3倍水平時，即當 MEI/MEm=3，Km=0.80，Kg=0.65時，MEI轉化為總凈能NER的效率 K=NER/MEI=（Km+2Kg）/3=0.70；當 MEI/MEm=2，Km=0.80，Kg=0.65時，MEI轉化為NER 的效率 K=（Km+Kg）/2=0.72。由此可以看出，MEI轉化為 NER的效率與 Km、Kg和 MEI密切相關。

3 討論

3.1 動物產熱量的模型

本研究建立的動物在生長增重的條件下，即MEI≥MEm時，動物產熱量模型（2）HP/W0.75=C×Kg+（1-Kg）MEI/W0.75，或 HP= CW0.75×Kg+（1-Kg）MEI，或 HP/W0.75=a+ bMEI/W0.75，Kg=1-b，C=a/（1-b），具有理論基礎，模型中動物HP與動物的代謝體重（W0.75）、維持代謝能的系數 C（C=MEm/W0.75）、MEg轉化為 NEg的效率Kg、以及動物食入代謝能（MEI）有關。利用此模型可以準確地同時得出動物的 MEm和 Kg等一系列參數。建議研究動物凈能時，無論測定動物產熱量，還是測定動物沉積能 RE，HP=MEIRE，均可利用此模型測定MEm和Kg。

過去國內外動物產熱量的模型研究比較少，國內外學者利用產熱法研究動物能量代謝時，多采用 Lofgreen等[6]的產熱量的對數（LogHP）與動物食入代謝能（MEI）線性回歸公式 LogHP=d+eMEI,求出絕食代謝產熱（FHP）和維持凈能（NEm）。但此對數模型的缺點是，首先它是擬合回歸公式，沒有理論基礎；其次用它求當 MEI=0時的產熱為動物的絕食代謝產熱（FHP）不科學，因為此模型是在生產的條件下，即 MEI≥MEm時，擬合得出的回歸模型，不適合動物維持水平以下，即MEI≤ME時的動物產熱模型。

3.2 動物凈能的測定與模型

動物的凈能測定是動物能量代謝和動物營養凈能體系的最終目標。近幾十年以來，世界各國對動物凈能需要及飼料凈能值進行了研究，其主要在反芻動物和豬的凈能體系方面。反芻動物Kg、Km與飼料能量代謝率 q（代謝能/總能）有關，ARC（1980）[10]和 AFRC（1990）[11]提出，Kg=0.78q+0.006,Km=0.35q+0.503。Noblet 等[3]用測熱法建立了豬的 NE體系。在生長豬凈能需要的方面Thorbek等[12-13]做了大量工作。

凈能值或凈能需要與 Km、Kg、C、W0.75和MEI有關。只要準確測定 Km、Kg、C這 3個參數及食入代謝能MEI值，就可以測定出NE值。

總之，動物的 NE值，不但與 Km、Kg和MEm這3個參數有關，還與動物每日食入代謝能（MEI）和代謝體重（W0.75）有關。MEI轉化為NE的效率K與Km、Kg和MEI密切相關。因此在評價飼料的凈能體系時，要規定或明確動物的生長階段、體重和食入代謝能（MEI）水平。

4 小結

（1）HP/W0.75與 MEI/W0.75的理論模型為：當 MEI≥MEm時，HP/W0.75=C×Kg+（1-Kg）MEI/W0.75。（2）生長動物凈能需要量模型為：NER=（Km-Kg）CW0.75+Kg×MEI或 NER/W0.75=（Km-Kg）C+Kg×MEI/W0.75。（3）體重為 20~30、30~40、40~50、50~70和70~80 kg生長豬的MEm分別為 590.0、530.0、476.1、442.7和440.0kJ/kgW0.75；代謝能轉化為增重凈能的效率Kg分別為 0.64、0.62、0.67、0.66和 0.65。體重為 20~30、30~40和 40~50 kg生長豬的代謝能MEpr轉化為蛋白沉積能 NEpr的效率 Kpr分別為0.46、0.67和 0.59；代謝能 MEf轉化為脂肪沉積能NEf的效率Kf分別0.83、0.88和0.84。

致謝：丁曉明教授（南京農業大學）提供了原始數據；孫學釗研究員給予了幫助，在此表示感謝！