提高蛋壳强度的研究

影响蛋壳质量包括遗传、环境、营养因素(Hamiltonetal,1979)。环境因素如鸡舍小气候、管理、房舍和鸡蛋收集;营养结构包括日粮组成、电解质平衡和日粮氨基酸组成影响及家禽的健康状况。随母鸡年龄增加,蛋重量增加,但蛋壳百分率、蛋壳厚度减少,因而蛋壳质量变差。尽管换羽后蛋壳强度临时增加,但蛋壳强度随母鸡年龄增加而下降。(Lee,1982;Garlichrtal,1984;CastadoandMaurice,1988)。一、结构和组成蛋壳包含5层结构:蛋壳内膜、蛋壳外膜、乳头层、海绵层和表皮层。Persons(1982)蛋壳质量依赖于组成蛋壳不同沉积层之间的平衡,其中每一层都有增强蛋壳强度的作用。蛋壳膜又称有机质基层,其重要性及对蛋壳作用经常被忽视。蛋壳外膜比蛋壳内膜厚3倍,外壳膜厚约0.05mm,而内壳膜仅有0.015mm。Austic(1990)蛋壳中碳酸钙沉积在由蛋白质和粘多糖组成的有机质基层--蛋壳膜上,Leach(1982)蛋壳膜是蛋壳质量好坏的决定因素,蛋壳膜合成过程发生破坏,就会影响蛋壳的形成和影响蛋壳质量,蛋壳膜影响蛋壳钙化作用的启动(Garlich,1982)。这些有机质基层是由蛋白质和粘多糖构成,多数蛋白质由含硫氨基酸很高(70-75%)并有少量骨胶原(10%)的角质蛋白组成。构成有机质基层蛋白质氨基酸组成随着母鸡年龄变化,而且这些变化影响蛋壳质量。蛋壳膜合成和分泌过程中的任何变化对蛋壳形成和最终蛋壳强度有不良影响,足够数量的微量元素如锰、锌对蛋壳膜合成是非常重要的,他们形成蛋壳钙化的基本物质,两者中任何一种出现缺乏都会对蛋壳膜形成、蛋壳形态和产蛋率有不良影响,这些问题的出现可能是锰在粘多糖合成中起非常重要的作用,看来这些醣蛋白结构影响蛋壳钙化。此外,锌还是角质素形成不可缺少的。蛋壳膜形成与铜和锰有关,锰在合成蛋白质-粘多糖过程中起重要作用,(Leach,1969)。峡部影响蛋壳的形成,切除产蛋母鸡峡部的前半部分后,产出的蛋形状大多不规则。如果纵向撕破峡部然后再缝合好,术后产出的蛋在蛋壳上多有皱褶。乳头层由不规则圆锥型细胞在蛋壳外膜上形成的不规则圆锥型结构,约占蛋壳厚度1/3。所谓的海绵层非常坚硬,约占蛋壳厚度的2/3,其硬度向蛋壳表面方向递增。表皮层是在蛋壳外表防止微生物污染物侵入鸡蛋的一种有机层,它富含高比例的外表色素。从化学结构来说,蛋壳由水(2%)和干物质(98%)组成。干物质含5%粗蛋白和93%灰份。我们试验测定了鸡蛋和蛋壳不同部分矿物质平均含量,结果见表1。二、蛋壳形成新见解蛋壳在蛋通过输卵管连续段时由多层矿物质结构依次装配而成。卵子在输卵管漏斗部受精,进而输卵管膨大部分泌白蛋白,然后在排卵2-3h后,进入输卵管峡部,粒状细胞在此分泌蛋壳膜的各种组分,如骨胶原X(Ariasetal,1991,1997)。蛋壳中的钙大部分在蛋壳(ESG)沉积(Cregeretal.1976;Stembergeretal.,1977)。蛋壳形成时,约有5-6g的碳酸钙沉积其中;大部分在蛋停留于ESG的l7-2Oh中沉积。(1)矿化过程基质蛋白的参与促使生物矿化的有机基质组分在控制结晶方面起着重要的作用。矿化结构的胞外基质蛋白通过调节晶体的成核和扩增而影响蛋壳中参与矿化生物磷酸钙(磷灰石)或碳酸钙(方解石)最终结构的强度和形状(WeinerandAddadi,1991)。蛋壳中的各种蛋白质已为人们所认识,如乳头状突起中的卵白蛋自(Hinckeetal.,1995),溶解酵素和卵清蛋白样蛋自(Gautronetal.,1997),栅栏组织中的硫酸皮肤素聚糖蛋白(Carrinoetal.,l997)以及乳头状突起中的硫酸角质素(Fernandezetal.,1997)。这些己被证实在生物矿化作用中具有调节作用的生物分子呈酸性。它们既可处于晶体与细胞外基质之间的界面,又可处于晶体的内部。通常,这些酸性蛋白质与疏水的大分子(如骨中的骨胶原I)相结合而形成广泛的三维结构。有矿化骨架结构的其他门类生物已报道有相似的现象(WeinerandAddadi,1991)。(2)磷蛋白和钙化通常认为,磷酸化的细胞外基质蛋白对脊椎动物钙化组织的形成起着必不可少的作用(Glimcher,1985,1989)。在已证实的具有可控矿化作用的矿化组织中几乎都可找到这种磷酸化的细胞外基质蛋白,如已从牙质的胞外基质(VeisandPerry,1967)、哺乳动物(DenhardtandGuo,1993)和小鸡(Gotohetal,1990)的骨酪中分离出这些磷酸化蛋白质。大多数这样的酸性磷蛋白含有7-9个连续的天冬氨酸残基,这对确保与钙结合后再和蛋白质相互作用进入蛋壳晶体是必需的。骨桥蛋白(OPN)就是这样一种蛋白。(3)骨桥蛋白的结构和组织分布骨桥蛋白是一种磷化的糖蛋白,包含有12个磷酸丝氨酸残基和一个磷酸苏氨酸残基,不含有蛋氨酸残基(Princeetal,1987)。该蛋白与轻基磷灰石结合,便于细胞与组织培养基结合,并且该蛋白含有一个Gly-Arg-Gly-Asp-Ser(GRGDS)氨基酸序列,作为与αγβ3细胞表面整联蛋白受体相互作用的识别信号(Rossetal,1993)。OPN基因表达于胚胎骨组织、成年家禽骨组织、正常骨细胞与变形骨细胞及一些骨髓细胞之中。此外,OPN也存在于某些非骨组织如肾、胚胎耳朵的感觉上皮细胞及胎盘蜕膜之中。与哺乳动物的OPN相比较,小鸡的OPN在蛋白质序列上含有35%的相同,在核酸水平上有65%的相同(Castagnolaetal,1991)。OPN基因的表达、OPN的磷酸化及OPN的分泌具有组织特异性,并受到许多激素如生长因子、肿瘤促长因子及致癌基因的调节。三、影响蛋壳质量因素母鸡蛋壳沉积一定数量的钙,且沉积能力与遗传有关,这说明提高日粮钙水平并不能提高蛋壳质量(CeylanandScheideler,1999)。随母鸡年龄增加,鸡蛋变大,以致一定的钙不足以平均分布到更大的蛋壳外表,这意谓着蛋重和母鸡年龄影响蛋壳质量。鸡舍温度变化影响母鸡采食量既而影响蛋大小,事实上,蛋壳厚并不意谓着强度高,有时候薄壳蛋甚至比厚壳蛋强度还大。格拉斯哥大学研究人员发现,柱状层、垂直晶体层和油质层对蛋壳的刚性有着最大的影响。在蛋壳破损的蛋中,最常见发生改变的是蛋壳的乳头层,乳头层对于影响蛋壳抗裂纹扩展特性有着关键的作用,乳头排列成行,裂纹的扩展速度不受阻抑,而乳头随机排列就可阻抑裂纹的扩展速度。Nys(1986)发现蛋壳质量变异的75%是由蛋壳沉积速度差异造成的,25%是由蛋壳沉积所需时间的差异造成的。蛋壳强度与蛋壳氮、钙和糖醛酸含量,与蛋壳弹性变形度和厚度指标相关,蛋壳强度与蛋壳含氮量呈负相关,蛋壳弹变形度与蛋壳含氮量成弱相关,有正相关趋势,蛋壳弹性变形度与糖醛酸含量呈负相关,蛋壳厚度与蛋壳糖醛酸成正相关。钙和蛋壳强度蛋壳95%为碳酸钙,产一枚蛋需要2.1克钙,蛋壳钙沉积量占摄入量的50%,因而每日需要从饲料中摄入4.2克钙,试验表明,随钙摄入量增加,蛋壳质量变好。显而易见,为了维持好的蛋壳质量必须确保足够的营养素。母鸡一年产近300枚蛋,必须向蛋壳中沉积超过骨骼24倍以上的钙。由此,钙需要由饲料供应是巨大的。在20小时蛋壳形成过程中,母鸡每15分钟必须沉积25mg钙到蛋壳表面。母鸡只能从日粮获得总钙需要量的30-50%(据钙来源、颗粒大小、母鸡健康状况),每日钙供应量3.2-4.5g(依据产蛋水平、采食量、环境温度和其它因素)。产蛋鸡适宜钙水平为3.2-3.5%,高温时应为3.6-3.8%,产蛋率小于60%时钙为3.0%.母鸡开产前钙达到2-2.5%对于提高蛋壳质量、降低蛋壳破损、瘫痪很重要。研究认为钙含量在3.05-3.85%范围较适宜,过低(1.46%)或过高(4.5%)钙平衡为负。在母鸡150-180日龄能够观测到导致钙缺乏症的许多敏感因素。临近产蛋末期,母鸡钙利用率逐渐下降,可以通过改变钙的来源提高钙利用。钙来源不同利用率不同,来自海产动物壳是鸡蛋壳沉积最好的钙来源,无机来源文石最好,其次是普通石粉。贝壳和石灰石按2/3:1/3混合时效果最好。细粒状牡蛎壳具有良好的酸溶解度(77%),比重略大于玉米豆粕日粮,是配合饲料良好的饲料添加剂。80目石灰石溶解度为88%,同时与牡蛎壳相近,当石灰石颗粒大于1毫米时会停留在消化道上部,很难溶解。大颗粒石灰石不仅溶解度低,而且比重比饲料大得多,日粮中不宜添加。颗粒越粗糙,在母鸡消化道前端停留的时间越长,释放钙越慢,这对于蛋壳连续形成以及熄灯后母鸡无法采食情况下是非常重要的。下午产的蛋蛋壳比较厚即是说明。钙过量,尤其是钙质料的粒子过细,也会增强其与消化道中、血浆中和肾脏中铜、锌、锰的相互作用,增加铜、锌、锰的排出。提供足够的VD3对于钙吸收也是非常重要的,实验表明VD3低于500IU/kg时产蛋率和蛋壳强度下降,1000-1500IU/kg有利于改进蛋壳品质,过量VD3对体内钙代谢和蛋壳质量并无好处。锌和蛋壳质量就向钙一样,碳酸离子是形成碳酸钙过程中所必需的。尽管如此,它们作为一种影响蛋壳质量的潜在因素而被忽视。在细胞代谢过程中产生的或血液中的混合气二氧化碳是碳酸离子的主要来源,碳酸酐酶需要锌参与并催化水和二氧化碳形成碳酸。停产母鸡碳酸酐酶活性低于产蛋母鸡。CeylanandScheideler(1999)报道有机锌更有利于提高碳酸酐酶活性和蛋壳质量。事实上,锌作为这些酶的辅助因子使得酶活和与潜在酶结构相关的矿物质元素的交互作用和可能性更大。满足日粮锌需要的浓度为40-60mg/kg干物质,氧化锌和硫酸锌是最常见的两种锌来源。母鸡饮用含盐较高的水会造成碳酸酐酶活性降低,添加锌有助于提高碳酸酐酶活性,钙与锌、铜、锰相互竞争一个吸收位点,高钙日粮拮抗锌的吸收(Lowe,1996),抑制碳酸酐酶活性。锰和蛋壳蛋壳的组成大部分是碳酸钙,这些碳酸钙沉积在由蛋白质和粘多糖组成的有机质基层上,而锰在合成蛋白质-粘多糖的过程中起重要作用,锰有激活碱性磷酸酶活性的效果,锰在骨组织和蛋壳起结构性元素的重要作用,Ochrimenko等(1992)报道补充锰对蛋壳钙化和强度有促进作用,Sazzad等(1994)试验发现,提高日粮锰对蛋鸡产蛋率和蛋重没有提高作用,但蛋壳厚度显著提高了。因而,建议母鸡日粮锰含量应为105mg/kg。缺锰乏导致蛋壳重量下降,这支持了锰在粘多糖合成过程中作为辅酶起重要作用的假设。Leach(19

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