LED光譜——肉雞生長(zhǎng)關(guān)系模型及機(jī)制.pdf

1、精細(xì)化管理是畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前精準(zhǔn)畜牧業(yè)的研究多數(shù)集中在養(yǎng)殖信息實(shí)時(shí)感知技術(shù)、精細(xì)養(yǎng)殖共享平臺(tái)構(gòu)建，而精準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)與動(dòng)物生長(zhǎng)藕合模型的基礎(chǔ)研究較少，其中光照模型的研究尤其匱乏。由于缺乏合理的決策模型，導(dǎo)致獲取的“農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)”無(wú)法有效的支持生產(chǎn)決策。因此，精準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)下動(dòng)物生長(zhǎng)模型是實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)精細(xì)化管理的先決條件之一。家禽視網(wǎng)膜視錐細(xì)胞以“超齊構(gòu)體”的結(jié)構(gòu)相互嵌合，使其擁有高度發(fā)達(dá)的視覺(jué)系統(tǒng)。而發(fā)光二極管(Light-emitti

2、ng-di ode，LED)作為新一代照明光源的翹楚，憑借其精準(zhǔn)可控的特點(diǎn)為探索光信息-家禽生長(zhǎng)模型提供了良好的載體。本研究依托家禽優(yōu)越的視覺(jué)機(jī)能和LED的精準(zhǔn)可控性，構(gòu)建LED光信息-肉雞生長(zhǎng)關(guān)系模型，揭示LED光譜對(duì)肉雞生長(zhǎng)發(fā)育的多尺度作用機(jī)理，為精準(zhǔn)畜牧業(yè)生產(chǎn)決策模型的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。本研究的主要內(nèi)容及研究結(jié)論如下:
　　(1)基于元分析數(shù)據(jù)融合的LED光譜-肉雞生長(zhǎng)關(guān)系模型
　　為克服單次獨(dú)立試驗(yàn)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)很難絕對(duì)統(tǒng)一

3、的缺點(diǎn)，本研究利用一種高效數(shù)據(jù)合并模型(元分析，Meta-analysis)，對(duì)已出版的LED光譜-肉雞生長(zhǎng)相關(guān)主題文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合匯總，并提出新假說(shuō)。通過(guò)對(duì)照組光源種類、肉雞品系、肉雞性別模式、光照度水平、光周期、育成期環(huán)境溫度水平、育成期日糧營(yíng)養(yǎng)的亞組分析，表明單色LED光譜對(duì)肉雞體重(BW)的提升作用，與以上因素正常水平值無(wú)耦合關(guān)聯(lián)(P＞0.05)。單色LED光譜對(duì)肉雞的主要生產(chǎn)性能產(chǎn)生顯著影響(P＜0.05)。其中，藍(lán)光LED

4、對(duì)肉雞BW和飼料效率(FCR)的改善作用最為明顯(10.66％，95％ CI8.79 to12.53;-4.47％，95％ CI-5.46 to-3.48; P＜0.001)，紅光LED對(duì)BW和FCR無(wú)影響。單色LED光譜對(duì)國(guó)際流行商品肉雞的生產(chǎn)性能提升程度大于地方品種商品肉雞。Meta回歸分析表明，短波長(zhǎng)光譜成分利于肉雞生長(zhǎng)發(fā)育，而長(zhǎng)波長(zhǎng)光譜無(wú)明顯改善作用，波長(zhǎng)每增加100 nm，BW隨之降低4.9％?；诖?，提出新假說(shuō)，合理的藍(lán)光-

5、綠光-黃光比例，可能會(huì)進(jìn)一步提升肉雞生長(zhǎng)發(fā)育。
　　(2)基于實(shí)測(cè)分析的典型單色LED光譜-肉雞生長(zhǎng)關(guān)系
　　以中國(guó)特色肉雞品種“三黃雞”（半速生）為研究對(duì)象，對(duì)元分析數(shù)據(jù)融合結(jié)論做交叉驗(yàn)證分析，并探索速生和半速生肉雞光譜響應(yīng)的差異性。短波長(zhǎng)LED光譜（藍(lán)、綠光）促進(jìn)半速生肉雞生長(zhǎng)，而長(zhǎng)波長(zhǎng)LED光譜對(duì)半速生肉雞生長(zhǎng)無(wú)促進(jìn)作用，LED光譜波長(zhǎng)值與半速生肉雞BW呈線性負(fù)相關(guān)（30d: BW=-0.154×wavelength+

6、460.1，R2=0.8755），結(jié)果與Meta分析一致。然而，速生肉雞和半速生肉雞對(duì)LED光譜的反應(yīng)存在一定差異性，半速生肉雞在生長(zhǎng)后期（＞60日齡），紅光LED飼養(yǎng)下的肉雞出現(xiàn)補(bǔ)償性生長(zhǎng)，生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，回歸分析表明LED波長(zhǎng)值與半速生肉雞生長(zhǎng)后期體重有正相關(guān)性關(guān)系(72d: BW=0.164×wavelength+1081.2，R2=0.9251)。
　　(3)藍(lán)×綠LED光譜-肉雞生長(zhǎng)關(guān)系
　　基于元分析融合結(jié)果，

7、構(gòu)建肉雞生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)光譜的LED組合光譜，探討肉雞生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)光譜之間是否存在協(xié)同作用或拮抗作用，對(duì)元分析數(shù)據(jù)融合結(jié)果提出的新假說(shuō)進(jìn)行驗(yàn)證。肉雞生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)光譜之間同時(shí)存在協(xié)同作用和拮抗作用，光譜成分比例決定了起主導(dǎo)作用的是協(xié)同作用或是拮抗作用。與純色光譜相比，綠×藍(lán)LED組合光譜中藍(lán)光成分高于50％時(shí)，肉雞生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)光譜起促生長(zhǎng)協(xié)同作用;綠×藍(lán)LED組合光譜中藍(lán)光成分低于50％時(shí)，肉雞生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)光譜起促生長(zhǎng)拮抗作用。
　　(4)白×黃LED光譜

8、-肉雞生長(zhǎng)關(guān)系
　　為避免肉雞生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)光譜的負(fù)面效應(yīng)，以人眼柔和型光譜—黃色LED光譜為基礎(chǔ)，構(gòu)建高光效白×黃LED組合光譜，并探討了組合光譜的劑量學(xué)效應(yīng)。白×黃LED組合光譜成分中黃光成分比例對(duì)肉雞體重、料肉比、骨骼發(fā)育、可食內(nèi)臟重以及體表溫度有顯著性影響(P＜0.05)。白×黃LED組合光譜中黃光成分比例的連續(xù)變化，可引起肉雞生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)的連續(xù)性交化，呈“正-負(fù)”效應(yīng)。白×黃LED組合光譜中黃光成分比例越高，對(duì)肉雞體重、腹部脂

9、肪重、脛骨長(zhǎng)度、龍骨長(zhǎng)度以及體表溫度的正面效應(yīng)越大;白×黃LED組合光譜中黃光成分比例越低，相應(yīng)的負(fù)面效應(yīng)越大。
　　(5) LED光譜-肉雞生長(zhǎng)的生理學(xué)機(jī)制
　　通過(guò)多尺度生理學(xué)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，結(jié)合主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)和Pearson相關(guān)性模型構(gòu)建光信息的生理學(xué)機(jī)制。4個(gè)單色光譜處理組的9個(gè)生理學(xué)指標(biāo)（144個(gè)原始指標(biāo)）的PCA分析結(jié)果顯示各處理組聚類趨勢(shì)明顯。光信息可通

10、過(guò)改變甘油三酯代謝、Ca營(yíng)養(yǎng)吸收以及甲狀腺激素分泌，從而顯著增加腹脂沉積、增強(qiáng)關(guān)鍵骨骼發(fā)育、改變內(nèi)分泌狀態(tài)，最終影響雞只體重重。
　　(6) LED光譜-肉雞生長(zhǎng)的攝入-排泄學(xué)機(jī)制
　　從攝入-排泄平衡的角度探討了LED光信息對(duì)飲食飲水的攝入特性以及排泄特性及影響肉雞生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)理。典型光譜對(duì)雞只的攝食量、日糧代謝能以及粗蛋白的攝入無(wú)顯著影響(P＜0.05);典型光譜下雞只的飲水量差異顯著(P＜0.05)。對(duì)排泄特性的研究表

11、明，典型光譜對(duì)雞只糞便量產(chǎn)生顯著影響(P＜0.05);Pearson分析顯示，雞只糞便產(chǎn)量與攝食量存在線性正相關(guān)性(R2=0.841;P＜0.01);飲水量與糞便含水率顯著正相關(guān)(R2=0.5257; P＜0.01);糞便揮發(fā)性固體含量與含水率正相關(guān)(R2=0.428;P＜0.01)。因此，典型單色LED光譜引起雞只的攝入-排泄向肉雞生長(zhǎng)方向偏移，導(dǎo)致雞只的生長(zhǎng)速率和飼料利用率的差異，影響機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育。
　　(7) LED光譜-肉

12、雞生長(zhǎng)的行為學(xué)機(jī)制
　　從行為學(xué)角度探討了LED光信息對(duì)肉雞行為特性和行為節(jié)律的影響及其與肉雞生長(zhǎng)發(fā)育的內(nèi)在適應(yīng)性聯(lián)系。行為監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，綠光和藍(lán)光LED下飲食行為占比高達(dá)34.0％(14d)、32.3％(28d)、31.5％(42d)和36.2％(14d)、38.7％(28d)、40.5％(42d)，而紅光LED下行走行為占比高達(dá)45.1％(14d)、53.6％(28d)和30.9％(42d)，紅光下站立行為占比高達(dá)32.2％(

13、14d)、56％(28d)和50％(42d)。節(jié)律監(jiān)測(cè)結(jié)果提示，紅光LED下雞只集中出現(xiàn)在Afternoon、Evening和Night時(shí)段(24.1％-41.4％);且紅光LED下高頻率的出現(xiàn)行為，多數(shù)以行走、站立等“非生長(zhǎng)性”能耗行為的表達(dá)，飲食行為的時(shí)間集中性高。而藍(lán)光LED下雞只在4個(gè)時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)頻率和飲食頻率十分均勻(21.7％-25.2％;14.1-35.2％)，且在Night時(shí)段內(nèi)雞只仍保持較高水平的飲食行為(14.1％)。