趙 源，張德印，張煜坤，張小雪，李曉龍，宋其志，周步博，林長春，趙利明，王江薈，徐 丹，程江博，李文馨，王維民

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070）

種業(yè)是畜牧業(yè)的基石，直接影響畜牧業(yè)生產(chǎn)水平和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部(United States Department of Agriculture, USDA) 1996 年對美國50 年來畜牧生產(chǎn)中各種科學(xué)技術(shù)所起作用的總結(jié)，品種的作用居各項(xiàng)技術(shù)之首，遺傳育種相對貢獻(xiàn)率為40%，營養(yǎng)飼料為20%，疾病防治為15%，繁殖與行為為10%，環(huán)境與設(shè)備為10%，其他為5%。湖羊作為我國國家級畜禽保護(hù)品種，具有早期生長快、繁殖能力強(qiáng)、肉質(zhì)鮮美、易舍飼圈養(yǎng)等優(yōu)良特征[1-2]，已成為當(dāng)前我國舍飼養(yǎng)羊市場占有率最高的品種。但湖羊缺乏科學(xué)系統(tǒng)的選育，生產(chǎn)性能個(gè)體間差異大，80%的性狀變異系數(shù)超過10%，具有較大的選育潛力。體重是肉羊重要經(jīng)濟(jì)性狀之一，也是肉羊育種工作者和養(yǎng)殖戶重點(diǎn)關(guān)注的主要性狀之一，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。近年來，隨著飼料成本的上漲，在舍飼養(yǎng)羊中飼料成本占總成本的60%～70%[3]。因此，在肉羊養(yǎng)殖中，除體重外，人們越來越關(guān)注投入性狀飼料效率。目前衡量飼料效率的指標(biāo)主要有兩個(gè)，分別為飼料轉(zhuǎn)化率(feed conversion rate, FCR)和剩余采食量(residual feed intake, RFI)。飼料轉(zhuǎn)化率指生產(chǎn)單位重量畜產(chǎn)品需要的飼料消耗量，用比率作為度量單位，飼料轉(zhuǎn)化比 = 飼料耗用量/增重或產(chǎn)蛋量；但由于FCR 在評價(jià)飼料效率時(shí)存在一定的弊端，1963 年，Koch 等[4]提出了剩余采食量作為飼料效率的替代指標(biāo)，是指實(shí)際采食量與維持體重和某些生產(chǎn)指標(biāo)的預(yù)期飼料需求之間的差異；二者都被廣泛用于評價(jià)畜禽飼料效率，但是飼料效率與體重之間的拮抗作用是對育種的極大挑戰(zhàn)。

關(guān)于綿羊飼料效率遺傳參數(shù)的研究鮮有報(bào)道，且多集中在綿羊繁殖與生長性狀上。Tortereau 等[5]報(bào)道了Romane rams 兩種不同飼料效率的遺傳參數(shù)，并且根據(jù)FCR 與RFI 育種值選擇公羊，結(jié)果表明低RFI 育種值公羊后代羔羊精料采食量減少3%。綿羊生長性狀遺傳參數(shù)評估較多集中在早期育肥上，但是很少報(bào)道體重與飼料效率的遺傳相關(guān)[6-7]。在湖羊中，繁殖與羔皮性狀遺傳參數(shù)曾被報(bào)道[8-9]，但還未有人報(bào)道湖羊生長與飼料效率性狀的遺傳參數(shù)。

本研究通過系統(tǒng)測定湖羊不同日齡階段的體重和采食量，利用約束最大似然法對遺傳參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，解釋湖羊遺傳因素對湖羊體重性狀的變異的貢獻(xiàn)，探討飼料效率與體重之間的遺傳相關(guān)，為湖羊選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及性能測定

2018 年至2020 年，分批次從3 個(gè)以湖羊選育為主的國家肉羊核心育種場(甘肅中天、威威普康、中盛華美)和1 個(gè)大規(guī)模湖羊養(yǎng)殖場(甘肅三洋)選擇具有完整系譜記錄的湖羊公羔1 018 只，記錄其出生日期并稱取初生重，所有羔羊在56 日齡斷奶，稱取斷奶重。斷奶后轉(zhuǎn)入單欄測定舍，進(jìn)行體重和采食量測定。每只羊有獨(dú)立的食槽，所有試驗(yàn)羊飼喂同一種混合顆粒飼料，早晚各投料一次，自由采食，并且準(zhǔn)確記錄每只羊性能測定期間(100～180 d)的采食量和初始體重(100 d)與末期體重(180 d)。在試驗(yàn)中將生病或死亡羊只剔除，試驗(yàn)期結(jié)束后共含有932 只健康試驗(yàn)羊只。在斷奶前飼養(yǎng)管理與及營養(yǎng)水平由原場決定，斷奶后所有批次所有羊只管理飼養(yǎng)水平一致。

日糧組成：大麥秸稈(27%)，玉米(44%)，大豆粕(2.2%)，菜籽粕(4.2%)，濃縮料(20%，麥芽根、尿素、小蘇打、預(yù)混料、食鹽)。

體重：初生重(birth weight, BW)在羔羊出生后6 h 內(nèi)用電子臺秤測定，斷奶重(weaning weight, WW)用電子臺秤在56 日齡非空腹測定，育肥期體重(BW100、BW180)用電子臺秤在100 日齡與180 日齡整晨飼前空腹測定。

飼料轉(zhuǎn)化率(feed conversion rate, FCR)利用如下公式計(jì)算：

飼料轉(zhuǎn)化率 = 平均日采食量/平均日增重。

剩余采食量：本研究采用Koch 等[4]提出的基于平均日采食量(average daily feed intake, ADFI, kg·d-1)、平均日增重(average daily gain, ADG, kg·d-1)和中期代謝體重(metabolized body weight, MBW)構(gòu)建的多元回歸模型計(jì)算。

式中：Yi為湖羊個(gè)體i實(shí)際的干物質(zhì)采食量，β0為回歸截距，ADGi為湖羊個(gè)體i的平均日增重，β1是一個(gè)表示ADG對個(gè)體采食量影響程度的固定值，β2也是一個(gè)固定值，代表平均中期代謝體重對采食量的影響程度。ei為湖羊個(gè)體i的RFI，是該個(gè)體的實(shí)際采食量與預(yù)期采食量的差值。

1.2 影響因素統(tǒng)計(jì)分析

為確保數(shù)據(jù)的平衡性與提高遺傳參數(shù)的準(zhǔn)確性，本研究將試驗(yàn)動(dòng)物場效應(yīng)與測定的批次效應(yīng)整合為固定效應(yīng)，共4 個(gè)水平；其余的固定效應(yīng)為出生季節(jié)(冬季和夏季，共2 個(gè)水平)和同胎數(shù)(同胞數(shù)為1、2、3、4 和其他，共5 個(gè)水平)。利用廣義線性模型(generalized linear model, GLM)進(jìn)行方差分析，確定固定效應(yīng)顯著性與效應(yīng)值。

1.3 模型建立與遺傳參數(shù)育種值估計(jì)

模型中只包含顯著效應(yīng)(P≤ 0.05)，隨后將其用于遺傳參數(shù)分析。當(dāng)對似然值值的方差小于10-8時(shí)，假定受到最大似然(restricted maximum likelihood,REML)解的收斂性。當(dāng)估計(jì)值在兩位小數(shù)內(nèi)沒有變化時(shí)，就證實(shí)了收斂性。擬合了兩個(gè)可解釋直接效應(yīng)和母體永久環(huán)境效應(yīng)的模型，如下：

對兩種模型使用赤池信息準(zhǔn)則(akaike information criterion, AIC)、貝葉斯信息準(zhǔn)則(bayesian information criterion, BIC)檢驗(yàn)和似然比檢驗(yàn)(likelihood ratio test,LRT)。

式中：R1為加入新隨機(jī)效應(yīng)的模型，R2為原始未加入新隨機(jī)效應(yīng)的模型。

似然比檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量遵循卡方分布，將D 值進(jìn)行自由為1 的卡方檢驗(yàn)，如果P＜ 0.01,則說明新加入的隨機(jī)效應(yīng)是極顯著的。

利用3 種方法選擇出對體重性狀最優(yōu)的模型進(jìn)行遺傳參數(shù)與育種值估計(jì)。

雙性狀變量模型如下：

式 中： σa1和 σa2為 性狀1 和性狀2 的加性遺傳方差，rg為性狀1 和性狀2 的遺傳相關(guān)性；A為基于譜系的加性關(guān)系矩陣。整個(gè)譜系包括2018-2019 年出生的932 只公羔湖羊，及95 個(gè)父本與658 個(gè)母本構(gòu)成的親緣關(guān)系矩陣。

遺傳力遺傳表型相關(guān)計(jì)算公式：

2 結(jié)果

2.1 主要性狀描述性統(tǒng)計(jì)

初生重、斷奶重、100 日齡體重、180 日齡體重的均值分別為3.81、15.84、26.07 和47.09 kg (表1), 變異系數(shù)在13.04%～21.26%，屬中等變異性狀。100 -180 日齡階段飼料轉(zhuǎn)化率均值為5.13，變異系數(shù)為31.57%，屬高度變異性狀。湖羊各日齡階段的體重和飼料轉(zhuǎn)化率均具有較大選擇潛力。

表1 湖羊不同日齡階段體重和飼料效率Table 1 Descriptive statistics of body weight and feed efficiency at different stages of growth and development

2.2 遺傳參數(shù)估計(jì)及非遺傳因素解析

利用混合線性模型對批次、同胞數(shù)和季節(jié)3 個(gè)固定效應(yīng)進(jìn)行方差分析，得出不同階段體重固定效應(yīng)對其體重的影響(表2)。初生重中批次效應(yīng)與同胎數(shù)對性狀有極顯著影響(P＜ 0.01)；斷奶重受批次、同胎數(shù)、季節(jié)3 種固定效應(yīng)極顯著影響(P＜ 0.01)；而在100 日齡體重中同胎數(shù)與季節(jié)兩種固定效應(yīng)對性狀均有極顯著影響(P＜ 0.01)，批次效應(yīng)影響不顯著(P＞ 0.05)；180 日齡體重受到批次與季節(jié)兩種固定效應(yīng)的極顯著影響(P＜ 0.01)，而同胎數(shù)影響不顯著(P＞ 0.05)。

表2 不同固定效應(yīng)的效應(yīng)值與顯著性Table 2 Effect value and significance of different fixed effects

2.3 兩種單性狀模型對比

為了更準(zhǔn)確地估計(jì)體重遺傳參數(shù)，本研究首先對兩種模型進(jìn)行似然比檢驗(yàn)，再利用AIC 和BIC 檢驗(yàn)，Model 2 是母體永久環(huán)境效應(yīng)作為隨機(jī)效應(yīng)加入到普通動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)AIC、BIC 檢驗(yàn)值在每種性狀中均低于單一個(gè)體作為隨機(jī)效應(yīng)的模型(Model 1)，并且似然比檢驗(yàn)極顯著(P＜ 0.01)，Model 2 優(yōu)于Model 1 (表3)，因此在后面單性狀模型分析中本研究使用Model 2 來進(jìn)行體重遺傳參數(shù)與育種值估計(jì)。

表3 兩種模型評判檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(AIC 和BIC)值和似然比檢驗(yàn)P 值Table 3 Values of the Akaike information criterion (AIC) and Bayesian information criterion(BIC) of the two models and likelihood ratio test P values

2.4 湖羊不同日齡階段體重遺傳參數(shù)估計(jì)

2.4.1 遺傳力與方差組分估計(jì)

湖羊初生重、斷奶重、100 日齡體重和180 日齡體重的遺傳力分別為0.43、0.27、0.46 和0.41，體重性狀均屬于中高遺傳力。隨著個(gè)體日齡的增長，母體永久環(huán)境效應(yīng)方差呈逐漸減小的趨勢，由大于加性方差組分下降到小于加性方差組分(表4)。所有方差組分均為顯著(P＜ 0.05) 或極顯著(P＜ 0.01)。

表4 不同階段體重方差組分與遺傳力估計(jì)Table 4 Estimation of weight variance components and heritability at different stages of growth and development

2.4.2 湖羊不同日齡階段體重遺傳相關(guān)與表型相關(guān)

在模型3 下通過雙變量分析計(jì)算出了不同年齡湖羊體重的遺傳和表型相關(guān)性(表5)。所有體重間的遺傳和表型相關(guān)均為正值。初生重與斷奶重遺傳和表型相關(guān)最高，為0.47 和0.31，對于其他時(shí)期(100 日齡體重和180 日齡體重)遺傳相關(guān)依次減小，分別為0.40 和0.38；表型相關(guān)也呈現(xiàn)相同趨勢，分別為0.26 和0.25；斷奶與100 日齡體重之間有更高的遺傳表型相關(guān)，分別為0.88 和0.75；180 日齡體重與初生重、斷奶重、100 日齡體重的表型相關(guān)(0.38、0.77、0.97)和遺傳相關(guān)(0.25、0.56、0.84)均隨日齡增長而升高。

表5 湖羊不同日齡階段體重遺傳相關(guān)與表型相關(guān)Table 5 The genetic phase of body weight at different stages of growth and development is correlated with phenotype

2.4.3 湖羊不同日齡階段體重與育肥期(100 - 180 日齡)飼料效率性狀的表型相關(guān)和遺傳相關(guān)

RFI 和FCR 兩個(gè)衡量飼料效率的指標(biāo)與不同日齡階段體重遺傳相關(guān)與表型相關(guān)差異較大(表6)。FCR 與體重遺傳表型相關(guān)均大于0，并且在斷奶后(包括斷奶體重)體重上均呈現(xiàn)出高度遺傳相關(guān)(0.57～0.74)與中度表型相關(guān)(0.14～0.37)。RFI 除與初生重遺傳相關(guān)為負(fù)值(-0.04)之外，與其余性狀的遺傳相關(guān)均大于0，但是RFI 與不同日齡階段體重間遺傳相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)誤較高，在0.23～0.26，RFI 與不同日齡階段體重表型相關(guān)除了與180 日齡體重(0.039)外均為負(fù)相關(guān)(-0.15～-0.025)。

表6 湖羊不同日齡體重與育肥期飼料效率性狀遺傳相關(guān)(rg)與表型相關(guān)(rp)Table 6 Genetic (rg) and phenotypic (rp) correlation between body weight at different stages of growth and development and important feed efficiency traits

2.4.4 不同日齡階段體重育種值估計(jì)

通過ASReml-R 軟件包利用限制性極大似然法(REML)，并基于混合線性模型方程組(mixed model equations, MME)，針對誤差方差結(jié)構(gòu)和隨機(jī)方差結(jié)構(gòu)的多樣性采用平均信息算法(average information,AI)實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)效應(yīng)的最大線性無偏預(yù)測(best linear unbiased prediction, BLUP)。對湖羊體重的隨機(jī)效應(yīng)(育種值)進(jìn)行了估計(jì)。并以2.06 的選擇強(qiáng)度挑選出不同階段體重育種值前50 名的湖羊。初生重、斷奶重、100 日齡體重和180 日齡體重平均育種值分別為0.262、2.306、2.946 和3.745 kg (圖1)。

圖1 根據(jù)選擇強(qiáng)度為2.06 (約為5%)選擇出各個(gè)階段前50 名湖羊體重育種值Figure 1 Breeding values of the top 50 Hu sheep with body weight at each stage were selected according to a selection intensity of 2.06 (approx. 5%)

這4 個(gè)階段育種值分別排名前50 只湖羊的集合如圖2 所示。180 日齡體重與100 日齡體重里育種值排名前50 中重合的湖羊最多為30 只，初生重與180 日齡體重育種值排名前50 的湖羊只重合2 只，而斷奶重與180 日齡體重里育種值排名前50的湖羊重合10 只。

圖2 各個(gè)階段體重育種值排名前50 韋恩圖Figure 2 Venn diagram of the top 50 Hu sheep based on weight breeding value at different stages of growth and developments

3 討論

家畜的體重與飼料效率均為數(shù)量性狀，受到遺傳和環(huán)境因素的共同影響[10-12]。但是近年來我國對湖羊體重的研究多集中在不同飼料種類、飼料配方以及其他外在環(huán)境對湖羊育肥效果上的研究[1,12-14]。隨著飼料成本的上漲，畜牧生產(chǎn)中飼料效率也越來越受到廣大畜牧育種工作者的關(guān)注[15-16]。有關(guān)湖羊飼料效率的研究報(bào)道大多從營養(yǎng)、瘤胃微生物區(qū)系等方面展開研究[12,17-18]，而利用大樣本估算飼料效率性狀遺傳參數(shù)的研究鮮有報(bào)道。本研究通過控制試驗(yàn)期間飼養(yǎng)管理、 營養(yǎng)水平等措施，降低環(huán)境與營養(yǎng)因素對估計(jì)遺傳參數(shù)的影響，系統(tǒng)測定湖羊不同日齡階段體重與育肥期飼料效率性狀，估算其遺傳參數(shù)，為湖羊育種和生產(chǎn)以及選擇指數(shù)的制定提供參考。

本研究發(fā)現(xiàn)外界環(huán)境與固定效應(yīng)，即產(chǎn)羔季節(jié)、同胎數(shù)以及批次(遺傳背景)對于湖羊的各日齡階段體重具有顯著影響。Kumar 等[19]在Nellore sheep中的研究發(fā)現(xiàn)繁殖季節(jié)出生的羔羊生長性能要好于其他季節(jié)，而且這種季節(jié)差異還會影響母羊的妊娠水平，表明母體對于個(gè)體體重的影響是必須要考慮的[20-22]。因此，本研究在Model 2 中加入了母體永久環(huán)境效應(yīng)作為隨機(jī)效應(yīng)，并且通過AIC 和BIC 標(biāo)準(zhǔn)對兩種模型檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Model 2 在估計(jì)各日齡階段體重遺傳參數(shù)均優(yōu)于Model 1。Kristen 等[23]在豬上對于母體因素的研究結(jié)果與本研究結(jié)果一致。Hoque 等[24]在報(bào)道中指出估計(jì)日本黑牛早期體重性狀遺傳參數(shù)時(shí)忽略母體效應(yīng)會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。Robison[25]曾證實(shí)綿羊母體效應(yīng)顯著影響羔羊生長，并在后期減少，有時(shí)即使在相當(dāng)大的年齡時(shí)也持續(xù)存在。

利用Model 2 估算湖羊各日齡階段體重方差組分時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著個(gè)體的生長發(fā)育，母體永久環(huán)境方差組分占比(Pm2)從100 日齡的0.23 降低到180 日齡的0.17，而且在初生重與斷奶重上有著較高的水平(0.43 與0.53)。母體妊娠時(shí)期的環(huán)境與營養(yǎng)水平以及母體的產(chǎn)奶量均影響羔羊的出生體重和斷奶前生長發(fā)育[21]。因此，在體重的遺傳評估上忽略母體對個(gè)體的的影響會導(dǎo)致對遺傳參數(shù)估計(jì)過高，進(jìn)而導(dǎo)致選擇效率降低[26]。

根據(jù)Model 2 得出來體重遺傳力均屬于中高遺傳力，與其他品種的結(jié)果基本一致，且本研究中對湖羊體重與采食量的測定均在同一性能測定中心按相同方法進(jìn)行測定，很大程度上減少了環(huán)境差異，有利于個(gè)體間遺傳差異的表現(xiàn)，從而使遺傳參數(shù)的估計(jì)更為準(zhǔn)確[20]。同時(shí)，本研究利用雙變量模型計(jì)算了不同日齡階段體重之間的遺傳和表型相關(guān)，結(jié)果表明初生重與斷奶重(0.47)、100 日齡體重(0.40)和180 日齡體重(0.38)之間呈中高度遺傳相關(guān)，斷奶重與初生重(0.88)和180 日齡體重(0.77)之間呈強(qiáng)遺傳相關(guān)，當(dāng)外界環(huán)境固定后100 日齡體重與180 日齡體重的體重遺傳相關(guān)(0.97)最高。各日齡階段體重之間的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)呈現(xiàn)出相同的趨勢，表明各日齡階段體重表現(xiàn)為無拮抗作用的遺傳關(guān)聯(lián)。因此，選擇任一階段的體重會對其他階段體重進(jìn)行協(xié)同改良[20,27]。

體重與采食量之間的協(xié)同關(guān)系對飼料效率的選擇是肉羊育種工作的難點(diǎn)之一[28]。Koots 等[29]對已發(fā)表的多項(xiàng)FCR 的遺傳相關(guān)估計(jì)值的研究結(jié)果進(jìn)行薈萃分析發(fā)現(xiàn)，其權(quán)重和遺傳增益介于-0.95～-0.24，并且證明了采食量與體重之間存在顯著的正表型和遺傳相關(guān)，范圍介于0.25～0.79。本研究中也發(fā)現(xiàn)FCR 與體重之間呈正遺傳相關(guān)(0.09～0.74)，這可能由于比例的性狀進(jìn)行選擇的問題。選擇壓力的比例不成比例地施加在具有較高遺傳變異的比率性狀的組成部分上，導(dǎo)致對選擇的不可預(yù)測的響應(yīng)。變化不會轉(zhuǎn)化為效率的同等提高，因?yàn)檫z傳趨勢可能是由于分母或分子比率的變化而產(chǎn)生的，而該比率在某種程度上彼此獨(dú)立[30]。對RFI 的分析發(fā)現(xiàn)，其與體重的遺傳相關(guān)(-0.04～0.26)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于FCR 性狀，甚至出現(xiàn)了負(fù)值(-0.04)。RFI 僅依賴于將攝入分為生產(chǎn)階段和生產(chǎn)水平所需的部分，以及與真正的代謝效率相關(guān)的剩余部分，與生產(chǎn)水平的差異相比，RFI 可能反映的是基本代謝過程中的差異更多。

本研究中預(yù)測了932 只湖羊不同日齡階段體重育種值，并且將每階段育種值排名前50 的個(gè)體挑選出來計(jì)算平均育種值，并對各階段排名前50 的個(gè)體進(jìn)行重疊分析，發(fā)現(xiàn)如果進(jìn)行早期選種應(yīng)將選種時(shí)間調(diào)整為100 日齡，這樣將會最大程度改善湖羊180 日齡體重，這可能是由于在斷奶后母體效應(yīng)逐漸減弱，使得遺傳效應(yīng)對體重的影響逐漸增大的體現(xiàn)，100 日齡體重與180 日齡體重之間的遺傳(0.97)與表型(0.84)相關(guān)達(dá)到最高同樣也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。

4 結(jié)論

湖羊體重受到母體效應(yīng)的影響較大，在估計(jì)體重遺傳參數(shù)時(shí)要注意母體效應(yīng)。通過優(yōu)化后的模型發(fā)現(xiàn)湖羊初生重、斷奶重、100 日齡體重、180 日齡體重遺傳力估計(jì)值為0.43、0.27、0.46 和、0.41，屬中高等遺傳力性狀。不同階段體重間遺傳相關(guān)(0.40～0.97)與表型相關(guān)(0.25～0.84)均呈現(xiàn)較強(qiáng)正相關(guān)。衡量飼料效率的兩個(gè)指標(biāo)FCR 和RFI 與不同日齡階段體重的遺傳相關(guān)差異較大，需慎重選擇，防止降低經(jīng)濟(jì)效益。相對FCR，RFI 與各日齡階段體重的遺傳相關(guān)較低，應(yīng)結(jié)合RFI 與體重制定綜合選擇指數(shù)，協(xié)同改良體重與飼料效率。此外，在早期選擇中選擇100 日齡體重可以最大化改善育肥階段體重增益。