Prof. dr hab. Stanisław Wężyk
Ubój coraz młodszych ptaków w rzeźniach drobiu, zwiększa znaczenie okresu wylęgu. Mimo coraz większej wiedzy nt. temat żywienia rosnącego drobiu, ograniczone są informacje o metodach żywienia i wymaganiach pokarmowych zarodka kurcząt, w okresie inkubacji. Niezbędne jest pogłębienie wiedzy o procesach i narządach biorących udział w trawieniu i wchłanianiu składników pokarmowych z wylęgowego jaja w okresie inkubacji oraz przed kluciem, ponieważ prawidłowo rozwinięte zarodki, prawidłowo się wykłuwają i pisklęta są dobrej jakości.
Zarodek w różny sposób pobiera z żółtka składniki pokarmowe. Na tkankę woreczka żółtkowego wpływają geny, ujawniane zwykle jelitowymi komórkami, związanymi z węglowodanami, peptydami, aminokwasami, składnikami mineralnymi, trawieniem i wchłanianiem zawartości żółtka przez krwioobieg zarodka. Żółtko jest także głównym glukogennym i glikogennym źródłem poza zarodkowym, z którego węglowodany udostępniane są zarodkowi kilka dni przed wykluciem, a pisklęciu – do momentu otrzymania pierwszej paszy. Zarodki podczas inkubacji, czerpią najbardziej niezbędne substancje odżywcze z cząsteczek żółtka, co po wykluciu, przekształca się w proces wchłaniania jelitowego. Trawienie i wchłanianie składników pokarmowych z jaja w okresie inkubacji – w tym przed samym wykluciem, następuje przez a) tkankę woreczka żółtkowego, która działa od pierwszego tygodnia inkubacji do 2-3 dni po wykluciu, oraz przez b) jelito cienkie, które 3-4 dni przed wykluciem szybko się rozwija tak, by pobierać składniki pokarmowe z jaj, paszy i wody – po wykluciu.
W przeciwieństwie do ssaków wzrost i rozwój ptasiego zarodka i pisklęcia, zależą od zapasów składników odżywczych w zapłodnionym jaju. Szybkość i mechanizmy ich wchłaniania przez zarodek, są tylko częściowo zbadane. Wpływ inkubacji na jakość piskląt wymaga informacji o ilości tłuszczu, białka, węglowodanów, wody, minerałów i witamin, przechowywanych w różnych częściach jaja (białko, żółtko, skorupa) i pobieranych przez zarodek kurzy. Należy określić stopień wykorzystania tych odżywczych składników przez zarodek.
Trzeba poznać sposób trawienia, wchłaniania i dostarczania z poszczególnych części jaja – składników odżywczych, do krwiobiegu zarodka oraz czy jaja wylęgowe, mają ich wystarczającą ilość, zapewniającą prawidłowy rozwój, a szczególnie zwiększone tempo metabolizmu współczesnych, towarowych zarodków i czy niedobór pokarmowy w stadzie rodzicielskim, można zlikwidować metodami żywienia. Poznanie powyższych problemów pomoże lepiej zrozumieć proces wchłaniania pokarmowych składników z wylęgowego jaja i wyjaśnić potrzeby żywieniowe, rozwijającego się zarodka i pisklęcia po wykluciu.
Zasoby pokarmowe dostępne dla zarodka kurzego podczas inkubacji
Zapłodnione jajo zapewnia właściwe środowisko, dla rozwijającego się w nim zarodka. W przeciwieństwie do ssaków, u których zachodzi przez łożysko – ciągły przepływ składników pokarmowych – od matki do zarodka, zarodek kurzy jest oddzielony od matki i pobiera wszystkie niezbędne składniki odżywcze z treści jaja, złożone tam przez kurę, w postaci białka i żółtka (Moran, 2007).
Integracja tych dwu części jaja podczas inkubacji i skład odżywczy, zapewniają optymalny rozwój zarodka. Część białkowa stanowi około 65-75% treści jaja i składa się z około 88% węglowodanów i 33% tłuszczu, który występuje tylko w żółtku (Romannof, 1966). Skład jaja, nie jest stały i zależy od jego masy oraz genotypu i wieku kury, która go zniosła (O’Sullivan i in., 1991).
Tłuszcz
Wykorzystanie przez zarodek tłuszczu z woreczka żółtkowego stanowi główne źródło energii zapewniającej rozwój tkanek, w ostatnim tygodniu inkubacji (Noble i Cocchi, 1990). Stwierdzono, że tylko niewielka ilość (<10%) tłuszczu żółtkowego, wchłania kurzy zarodek przez pierwsze 13 dni inkubacji, a od 15 do 21 dnia, ponad 50% tłuszczu, zostaje wykorzystane przez zwiększające się potrzeby zarodka (Yadgary i in., 2013). Między 19 a 25 dniem inkubacji, długołańcuchowe, nienasycone kwasy tłuszczowe (22:4, 22:6) były szybciej wykorzystywane z woreczka żółtkowego, od wszystkich innych badanych kwasów tłuszczowych. Badając procesy i mechanizmy, którymi lipidy z woreczka żółtkowego są przekazywane do zarodka, wykazano, że wchłanianie oraz transport lipoprotein i wolnych kwasów tłuszczowych, umożliwiają receptory, błon szczytowych. Kwasy żółciowe biorą udział w liposomalnym trawieniu lipidów oraz ich emulgowaniu. Wg Yadgary i in. (2014), analiza ekspresji genów ujawniła pośredniczenie szerokiej gamy lipoproteinowych receptorów, w ich wejściu do komórek nabłonkowych woreczka żółtkowego.
Wyjaśniając różne wykorzystanie żółtkowych kwasów tłuszczowych podczas inkubacji,
Uni (2019), badając ekspresję genów odpowiedzialnych za wchłanianie i transport wolnych kwasów tłuszczowych, stwierdził, że różne nośniki kwasów tłuszczowych, ujawniały się w nabłonku woreczka żółtkowego, z białkami wiążącymi długołańcuchowe, wielonienasycone kwasy tłuszczowe. Jest wśród nich kwas tłuszczowy, wiążący białka (FABPS), wykazujący wzrost aktywności między 15, a 21 dniem inkubacji (Yadgary i in., 2014). Lipoproteiny są przenoszone do liposomów, wewnątrz komórek nabłonkowych woreczka żółtkowego, w celu trawienia jego tłuszczu (Murray i in., 1999).
Stwierdzono, że kilka genów związanych z lizosomalnym trawieniem, znalazło się wśród 50 genów o największej ekspresji w komórkach nabłonkowych woreczka żółtkowego. Prosapozyna, ułatwiająca katabolizm glikofosfolipidów w lizosomach, była najbardziej genetycznie determinowana, między 15 a 21 dniem inkubacji. Nie umacnia to hipotezę, że lipoproteiny żółtka, są hydrolizowane w lizosomach komórek nabłonka – do wolnych kwasów tłuszczowych – częściowych glicerydów i glicerolu. Hipotezę roli woreczka żółtkowego, popiera natomiast aktywność lipazy, enzymu rawiennego, obecnego w jego nabłonku (Yadgary i in., 2013). Aktywność lipazy, w stosunku do zawartości tłuszczu, wzrosła w woreczku żółtkowym między 15 a 21 dniem inkubacji i jest prawdopodobnie związana z lizosomalną postacią lipoprotein. Ustalono, że w trawieniu biorą udział kwasy żółciowe, które mogą również emulgować lipidy w lizosomach (Uni, 2019).
Potwierdzono obecność kwasów żółciowych w zarodku, co przyczynia się do zielonego koloru żółci, obserwowanej w woreczku żółtkowym zarodka i pisklęcia. Surai i Speake (1998) sugerowali, że żółć ta, może przechodzić z żółci jelitowej do worka żółtkowego.
Wg Kanal i in. (1996), lipidy przenoszone są z komórek nabłonkowych woreczka żółtkowego do zarodka. Integralną częścią tych nowych lipoprotein, są apolipoproteiny – receptory strukturalnych białek, na powierzchni komórki. Geny apolipoprotein (apoA1, A2, A4, B, C3) są najbardziej powszechne w komórkach nabłonkowych woreczka żółtkowego. Wg Uni (2019), uzyskane wyniki, odzwierciedlają intensywną, ponowną syntezę lipoprotein i wskazują, że zarówno HDL i LDL (zły i dobry cholesterol), są wytwarzane w nabłonku woreczka żółtkowego, a następnie są wydzielane do układu krążenia zarodka, tak jak wcześniej sugerowali Kanal i in. (1996).
Białko
Zapłodnione jajo wylęgowe, przed nałożeniem do aparatu wylęgowego, zawiera około 50% białka (Romannof, 1967). Wg Sugimoto i in., (1999), białko i woda przenikają przez komorę białka jaja. Zdolność absorpcyjną białka żółtka, można oszacować, znając mechanizmy jego rozpadu oraz wychwytywania peptydu lub aminokwasów przez nabłonek woreczka żółtkowego.
Lipoproteina, w około 10% składa się z białka, którego pobór przez nabłonek woreczka żółtkowego, zapewnia jeden nośnik białek. Poza endocytozą nie wyjaśniono mechanizmów molekularnych i komórkowych, biorących udział woreczka żółtkowego, w pobieraniu składników pokarmowych przez jego komórki nabłonkowe. Dlatego zbadano wzorce ekspresji nośników pokarmowych składników i trawiennych enzymów, takich jak enzym APN (aminopepsydaza N), geny nośnika di i tripeptydu PepT1 CATI (Yadgary i in., 2011) oraz kationowy nośnik aminokwasów. Ekspresja genów APN i PepT1, która zwiększała się od 13 do 17 dnia, a malała między 17 – 21 dniem inkubacji, wskazuje na zmianę zdolności nabłonka woreczka żółtkowego do trawienia i przenoszenia żółtkowych peptydów, w drugiej połowie inkubacji.
Węglowodany
Pod koniec inkubacji, wysokie zapotrzebowanie na energię, wspierające duże zmiany fizjologiczne procesu wylęgu, zapewnia katabolizm glukozy w zarodku. Podczas rozwoju zarodkowego piskląt, przebiega większość niezbędnych procesów, związanych z metabolizmem węglowodanów i dostarczaniem glukozy do tkanek mięśniowych (Christensen VI, 2001). Wg Uni (2019), nabłonek woreczka żółtkowego odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu dla zarodka zapasów glikogenu.
Poziom glukozy w żółtku rośnie między 11 i 19 dniem, a następnie obniża się do 21dnia. W żółtku świeżo zniesionego, zapłodnionego jaja (dzień zerowy), stwierdzono jedynie śladowe ilości glikogenu, a w 11 dniu, ilość glikogenu w żółtku wynosiła 25 mg, a następnie wzrosła dziesięciokrotnie, między 13 a 19 dniem inkubacji. Między 19 a 21 dniem, poziom glikogenu spadł o 100 mg. Ilość karbohydraz wątrobowych była podobna jak w woreczku żółtkowym, ale w wątrobie był 20-50 krotnie niższy poziom glikogenu (Yadgary i in., 2012).
Zwiększony w woreczku żółtkowym poziom glukozy i glikogenu, znacznie przekraczający ilość węglowodanów w żółtku w dniu zerowym wskazuje, że glukoza jest syntetyzowana podczas rozwoju embrionalnego. Poziomy ekspresji i geny kodujące enzymy (FBP1), PEPCK, G6PC2, PEPCK-C), biorące udział wyłącznie w procesie glukoneogenezy wskazują, że glukoza jest syntetyzowana w nabłonku woreczka żółtkowego – z aminokwasów i glikolu, a najważniejszy w syntezie glikogenu enzym to – GYS2.
Woreczek żółtkowy w ostatnim tygodniu rozwoju embrionalnego (19 dzień), służy do syntezy i przechowywania glukozy, w postaci glikogenu, w ilości 20 razy większej niż w wątrobie. Między 19 a 21 dniem, glikogen woreczka żółtkowego jest intensywnie rozkładany do 6-fosforanu glukozy, a następnie przekształcany przez G6PC2 – do wolnej glukozy. Lipoproteiny są przenoszone do liposomów, mogą być szybko uwolnione do krwi i wykorzystane w ciągu kilku dni przed wykluciem i podczas klucia, jako dodatkowe źródło energii oraz węglowodany – jako główne źródła energii (Uni, 2019).
Trawienie i wchłanianie składników odżywczych przez zarodek
Pobrane z jaja, składniki pokarmowe, zapewniają właściwy rozwój zarodka. Kilka proteaz rozkłada się na wolne aminokwasy i małe peptydy, które są następnie przenoszone do komórek, nośnikami aminokwasów i peptydów. Podobnie, węglowodany są rozkładane na monosacharydy, przenoszone następnie do komórek.
Wykazano, że podczas inkubacji, nabłonek woreczka żółtkowego i jelito zarodka, spełniają różne funkcje (Spier i in., 2012). Enzymy trawienne (APN, SI), nośniki aminokwasów i peptydów (BOAT, EAAT3, Cati, PepT1) oraz monosacharydów (SGLT1, GLUT5), wykazały różnorodną gamę dwuwartościowych profili ekspresji genów w woreczku żółtkowym i w jelicie cienkim, wyklutego pisklęcia. Wszystkie geny oddziałują każdego dnia inkubacji. Chociaż woreczek żółtkowy i jelita cienkie zarodka, stale się rozwijają, ich role w przyswajaniu pokarmu znacznie się różnią.
Pod koniec inkubacji, pęcherz płodowy (owodnia) i białko, są całkowicie pochłonięte przez embrion Od 19 dnia, 2 dni przed wykluciem, aktywne, resztkowe żółtko zaczyna być włączane do organizmu zarodka, a po wykluciu, stanowi ono około 10-20% masy ciała pisklęcia, zapewniając mu możliwość natychmiastowego odżywianie, aż do uzyskania pokarmu podanego w zakładzie wylęgowym lub w wychowalni. Po wykluciu woreczek żółtkowy, zaopatruje nie tylko układ krwionośny, ale także jelito cienkie (Noy i in., 1996).
Początkowo żółtko zapłodnionego jaja, jest otoczone błoną witellinową, która w początkowej fazie inkubacji, stopniowo się rozpada, a rozwijający się nabłonek woreczka żółtkowego, przywraca ją do stanu początkowego. Na krawędzi woreczka żółtkowego, jest region prostych komórek endodermalnych, które pokrywając powierzchnię żółtka, tworzą jednocześnie, zewnętrzną, wspierającą warstwę ektodermalną
(Moran, 2007). Zwiększenie powierzchni endodermalnej powoduje powstawanie fałdów kosmków, do których migrują mezodermalne komórki, między komórkami ektodermalnymi i endodermalnymi, różnicując się w naczynia krwionośne, komórki krwi i tkankę łączną (Romannof, 1960).
Do 10 dnia inkubacji, całe żółtko zostaje otoczone i unaczynione endodermalnymi komórkami nabłonka żółtkowego, które rozwinęło się w kolumnowe, przyswajające komórki, ściśle związane z żółtkiem. Te nabłonkowe komórki, jako komórki chłonne i trawienne, przenoszą składniki odżywcze żółtka – do rozwijającego się zarodka (Nakazava i in., 2011). Wchłaniane z treści żółtka składniki odżywcze, podlegają różnym procesom metabolicznym, trawieniu i ponownemu odtworzeniu, a następnie przenoszone są do układu krwionośnego zarodka (Kanal i in., 1996). W drugiej połowie inkubacji, gdy wszystkie tkanki zarodka są w pełni rozwinięte i nabłonek woreczka żółtkowego, całkowicie otoczył żółtko, zarodek zaczyna gwałtownie rosnąć. Przejście od wczesnej embriogenezy – do fazy inkubacji, charakteryzuje się szybkim wykorzystaniem składników pokarmowych. Yadgary i in. (2013) stwierdzili, że wielkość woreczka żółtkowego i jego powierzchnia chłonna, rosła do 17 dnia inkubacji, a następnie – zmniejszyła się, na skutek apoptozy, występującej pod koniec pierwszego tygodnia po wykluciu. Apoptoza jest naturalnym procesem, zaprogramowanej i podlegającej kontroli śmierci komórki, w wielokomórkowym organizmie, który usuwa z niego, zużyte lub uszkodzone komórki. Od połowy inkubacji, dynamiczny wzrost woreczka żółtkowego, wiąże się z rosnącym zapotrzebowaniem zarodka na składniki odżywcze żółtka, przenoszone aż do momentu klucia, do worka żółtkowego – w jamie ciała zarodka.
Bauer i in. (2012), badając mechanizm funkcji pęcherzyka żółtkowego pisklęcia, na podstawie ekspresji receptora, wydzielania lipoprotein i metabolizmu kropli lipidowych w śródbłonkowych komórkach nabłonkowych, sugerują, że unaczynienie i zwiększenie funkcji rozwijającego się worka żółtkowego są skoordynowanymi procesami. Sugeruje to, że proces różnicowania, wpływający na unaczynienie rozwijającego się woreczka żółtkowego wraz z pobudzeniem pobierania treści żółtka i wydzielania lipoprotein, w celu zapewnienia odżywiania zarodka.
Od początku trzeciego tygodnia inkubacji (15-16 dnia), zarodki zaczynają przechodzić na wchłanianie jelitowe składników odżywczych, w czym pośredniczy wiele białek związanych z błoną. Speir i in. (2012) określili w worku żółtkowym i jelitach zarodkach kur
nieśnych (Leghorn) i kurcząt brojlerów (Cobb), profile ekspresji nośników składników odżywczych i trawiennych enzymów, podczas inkubacji.
Ekspresję genów oceniano metodą PCR w 11, 13, 15, 17, 19, 20 i w dniu wyklucia, a jelita w dniu 15, 17, 19, 20 i dniu wyklucia. Stwierdzono, że ekspresja genu PepT1 i Apn w nabłonku woreczka żółtkowego, wzrastała do15 dnia inkubacji, a następnie zmniejszała się do dnia klucia, podczas gdy ekspresja w jelitach wzrastała od 15 dnia do wylęgu.
Geny CAT1 i CLUT5 wykazały obniżoną ekspresję w nabłonku woreczka żółtkowego, a zwiększoną w jelitach do 17/19 dnia inkubacji, a następnie jej spadek do dnia wylęgu. Ekspresja GLUT1 i EAAT3 wykazała zwiększoną w tym czasie ekspresję genów w jelicie i w nabłonku woreczka żółtkowego, natomiast genu SI, była mała lub żadna, a w jelicie była wysoka. W woreczku żółtkowym i jelicie ekspresja SI była większa u zarodków rasy Leghorn niż u Cobb. W nabłonku woreczka żółtkowego występuje wiele enzymów trawiennych i nośników składników odżywczych, związanych z jelitem oraz geny charakterystyczne dla tkanki i rozwoju. Analiza poziomów ekspresji tych genów w jelicie pisklęcia i roli nabłonka woreczka żółtkowego w przyswajaniu i wzroście zarodka oraz potencjalnych różnic w tempie wzrostu i wykorzystaniu składników pokarmowych przez zarodek – potwierdza wpływ wieku stada i genotypu linii.
Czynniki wpływające na wykorzystanie żółtka
Przenoszenie składników pokarmowych z żółtka do zarodka, jest kontrolowane jego zapotrzebowaniem na odżywianie, wynikające z genetycznych możliwości budowy tkanek embrionu. Na wykorzystanie przez zarodek składników pokarmowych, zawartych w woreczku żółtkowym, wpływają także czynniki środowiskowe i żywieniowe.
Nieodpowiednie warunki środowiskowe w inkubatorze (np.: nieprzestrzeganie optymalnej temperatury lub poziomu CO2, ma wpływ ujemny na procesy fizjologiczne i reakcje biochemiczne w tkankach embrionalnych i poza embrionalnych, zmniejszając wykorzystanie woreczka żółtkowego i rozwój zarodka (Burnham i in., 2001) oraz wpływając na metabolizm glukozy (Molenaar i in., 2010), zmniejszając tempo wzrostu i zwiększają częstotliwość brzusznej puchliny brojlerów.
Różnorodność czynników odżywczych wpływa na skład pokarmowy jaj, a tym samym na jego wykorzystanie. Należą do nich wielkość jaj, wiek kur, ich żywienie i dodawanie składników pokarmowych in ovo. Jaja młodych i starych kur różnią się składem – kury starsze znoszą większe jaja, o proporcjonalnie większym żółtku w stosunku do białka, w porównaniu do jaj od kur młodych. Jaja od kur w różnym wieku, są doskonałym materiałem do badania wpływu składu jaj na wykorzystanie woreczka żółtkowego. Zbadano wykorzystanie tłuszczu z woreczka żółtkowego przez zarodki młodych i starych kur (Yalcin i in., 2008). Zarodki młodych kur wykazywały wyższą, późną zamieralność, przy zmniejszonym pobraniu lipidów żółtka. Zarodki różnych rodów mają różny potencjał genetyczny i dlatego mają różne zapotrzebowanie na składniki pokarmowe, by zbudować swoje ciało. Jednak wpływ potrzeb żywieniowych zarodka, na wykorzystanie żółtka – nie został zbadany, ponieważ trudno jest oddzielić ten czynnik od innych, wpływających na wykorzystanie woreczka żółtkowego, takich jak masa jaja, jego treść, warunki inkubacji, linia genetyczna, wiek i pasza zadawana kurom.
Znaczenie odżywiania zarodków podczas inkubacji
Zarodek ptasi zależy od zestawu składników odżywczych w zapłodnionym jaju (Romanoff, 1960), których wykorzystanie przez embrion pisklęcia, ma bezpośredni wpływ na jego rozwój, klucie, jakość piskląt, a następnie na wydajność kurcząt. Tak więc odżywianie rozwijającego się zarodka, wpływa nie tylko na masę i żywotność kurcząt, ale także na masę ubojową brojlerów. Znaczenie odżywiania zarodka, podczas 21 dni inkubacji, wzrosło w ostatniej dekadzie, ponieważ na skutek genetycznego doskonalenia, prowadzonego od 60 lat, każdego roku ubija się coraz młodsze brojlery. W rezultacie 21-dniowy okres inkubacji embrionalnego pisklęcia stanowi około 1/3 okresu wzrostu brojlerów. Zwiększone tempo metabolizmu współczesnych zarodków, towarowych brojlerów, pomoże wskazać jakie czynniki wpływają na żywienie stada rodzicielskiego kur mięsnych i zadowalające wyniki zakładu wylęgowego.
