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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.2 pp.131-139
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.2.131

Effects of γ-aminobutyric Acid on Mortality in Laying Hens During Summer Time

Yang-Ho Choi*
Department of Animal Science, Institute of Agriculture and Life Sciences, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
Corresponding author: Yang-Ho Choi Tel: +82-55-772-1946 Fax: +82-55-772-1949 E-mail: yhchoi@gnu.kr
January 17, 2019 February 7, 2019

Abstract


The effects of feeding γ-aminobutyric acid (GABA) on performance of laying hens were tested at a commercial layer farm level during summer time. Two hen houses in a farm were used that have a similar capacity of housing 50,000 hens each; one was used for GABA treatment and the other served as a reference (Ref) group. GABA (100 ppm) was provided for 44 days, during which feed and water intake, egg production and weight, and mortality as well as high and low temperatures were recorded daily in both groups. Daily high and low temperatures were similar between two groups throughout the experimental period. Although feed intake was lower in GABA than Ref from the beginning of the experiment and was consistently observed through the end (p<0.05), both mean daily egg mass and hen-day egg production were not different resulting in lower feed requirements in GABA than Ref (p<0.05). Cumulative mortality was similar for the first 15 days, but was lower thereafter in GABA than Ref. Egg weight ratios were higher in the range of 52~<60 g but were lower in the weight group of 60~<68 g in the GABA treatment group compared with those in Ref (p<0.05). Cracked egg ratios were high in GABA than Ref, but this difference was found to occur even before the GABA study started, suggesting involvement in the egg-transferring system to the grading and packaging center. Taken together, the results suggest that GABA exerts a beneficial effect in alleviating mortality in laying hens during summer time.



여름철 γ-aminobutyric acid 급여가 산란계 폐사율에 미치는 영향

최 양호*
경상대학교 축산학과, 농업생명과학연구원

초록


본 연구는 γ-aminobutyric acid (GABA)가 여름철 산란계농장에서 산란계의 생산성에 미치는 영향을 구명하기 위하여 수행되었다. 동일한 사육규모(약 5만수/계사)의 계사에 수용된 산란계에게 44일간 GABA(100 ppm)를 급여하였고, 유사한 사육규모의 다른 한 동에 수용된 산란계는 비교집단(Ref)으로 이용되었다. 매일 최고 및 최저온도, 사료 및 물 섭취량, 산란수, 난중 및 폐사율은 계사단위로 측정 후 분석에 이용되었다. 실험기간동안 두 계사 간의 일중 최고 및 최저 온도는 유사하였다. 사료섭취량은 실험 개시 시점부터 GABA 처리 및 Ref 사이에 차이가 있었고 종료시까지 지속되었지만(p<0.05), 일일 평균산란량과 헨데이산란율은 유사하였다. 그 결과 사료요구율은 GABA 처리구에서 현저히 낮았다 (p<0.05). 물섭취량은 처음에 유사하였지만 시간과 더불어 GABA 처리구에서 증가하였고, 따라서 물섭 취량 대 사료섭취량의 비는 5일 이후 GABA 처리구에서 현저히 증가하였다(p<0.05). 누적폐사율은 첫 15일 동안 GABA 와 Ref간에 유사하였지만 이후 GABA 처리구에서 현저히 낮았고, 그 차이는 시간의 경과와 함께 증가하였다. 난중별 비율에서도 차이가 있었으며, GABA 처리구에서 대란의 비율이 높았고 특란의 비율은 낮았다(p<0.05). 파란율은 Ref에 비해 GABA 처리구에서 높았지만, 이러한 경향은 GABA 급여 개시 전에도 발견되어 GABA 처리와 무관한 것으로 판단되었다. 따라서 본 연구결과는 GABA가 여름철 산란계의 폐사율 저감에 기여할 수 있음을 시사한다.



    Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs
    316036-03-3-SB020

    서론

    우리나라 하절기는 초여름 이후 장마가 시작되고, 장마 후에 고온 다습한 날씨가 지속되는 특징이 있 다. 이러한 기후변화 때문에 해마다 많은 가축들이 폐사하며, 피해 입은 축종 중에서 닭들이 절대 다수 를 차지한다(MAFRA, 2018).

    닭은 몸이 깃털로 덮여있고 땀샘이 없기 때문에 고온에 취약하다. 특히 장마 이후에 나타나는 지속 적인 고온과 높은 상대습도는 닭이 항상성을 유지 할 수 있는 한계점을 상회하기 때문에 결국에는 폐 사에 이르게 된다. 따라서 고온 스트레스를 경감시 킬 수 있는 다양한 방법들이 제시되고 있다. 예를들 면, 환기와 같은 사육 시설의 조절 및 개선, 사육밀 도, 사료, 음수, 영양소 등 사양관리 개선이다(Czarick & Fairchild, 2008;Daghir, 2008;Naga Raja Kumari & Narendra Nath, 2017).

    γ-aminobutyric acid (GABA)는 비단백질 아미 노산의 일종으로, 식물(Takayama & Ezura, 2015;Ramesh et al., 2017), 미생물(Cho et al., 2007;Dhakal et al., 2012) 뿐만 아니라 동물에도 광범위 하게 분포한다. GABA는 1950년에 포유동물의 중추 신경계에서 발견되었고 enzyme glutamate decarboxylase의 작용에 의해 glutamic acid로부터 생합 성 된다(Roberts & Frankel, 1950). 또한 GABA는 뇌 이외에 소장, 위, 간 등 다양한 말초 조직과 기관 에도 분포하며(Erdo & Wolff, 1990;Watanabe et al., 2002), 억제성 신경전달물질로 작용한다(Joseph et al., 2002). 체내 분포의 다양성만큼 GABA의 생리적인 활성도 다양하다(Erdo & Wolff, 1990;Watanabe et al., 2002).

    특히 GABA는 동물(Cullinan et al., 2008;Skilbeck et al., 2010;Gunn et al., 2015;Jie et al., 2018;Savage et al., 2018), 식물(Takayama & Ezura, 2015;Podlesakova et al., 2019) 및 미생물(Feehily & Karatzas, 2013) 등 생물계 전반에 걸쳐 스트레 스 반응에 관여한다. 또한 GABA는 닭에서도 스트 레스 저감에 기여한다(Chand et al., 2016;Tang & Chen, 2016;Al Wakeel et al., 2017). 예를 들 면, GABA 급여는 고온 환경에 노출된 육계와 산란 계의 스트레스 완화, 면역기능의 개선에 기여하는 것으로 보고되었다(Zhang et al., 2012;Zhu et al., 2015;Chand et al., 2016;Al Wakeel et al., 2017). 그러나 생산현장에서 GABA가 산란율, 난중, 폐사율 등 산란계 생산성과 연관된 인자에 미치는 영향은 알려진 바가 없다. 따라서 본 연구는 산란계 농장단위에서 GABA가 여름철 산란계의 생산성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행되었다.

    재료 및 방법

    1 실험 조건 및 동물 실험

    본 농장현장실험은, 연구의 목적과 실험방법을 충 분히 이해하고 동의하는 농장주의 협력 하에 수행되 었다. 본 연구에 관련된 동물실험의 내용 및 방법은 기관동물실험윤리위원회(180716-C0035)의 검토를 거쳐 승인되었다.

    실험이 수행된 산란계 농장에는 동일한 사육규모 (약 5만수/계사)를 가진 다수의 산란계사가 있으며, 그 중 닭의 일령이 유사한 두 동을 선정하여 본 연 구에 이용하였다. 산란계는 이사 브라운 계통이었 고, 실험을 시작할 때 각각 274일령 및 298일령이 였다. 실험의 개시부터 종료시점까지 계사는 15시간 점등 및 9시간 소등의 조건으로 유지되었다. 사료와 물은 제한없이 급여되었고 사료급여 및 물공급은 계사 단위로 기록되었다. GABA (100 ppm, Celltech Co. Ltd., Eumseong, Chungbuk, Korea)는 계사 한 동에 수용된 모든 산란계에게 44일간 음수로 공 급되었고, 같은 기간 동안 다른 계사의 산란계는 무 급여 상태로 두어 비교집단(Reference group; Ref) 으로 이용되었다. 일중 최고 최저기온은 각 계사에 설치된 자동기록계에 저장되었으며, 농장현장실험의 특성상 계사 및 동물의 관리 등은 농장의 사육관행 에 따라 이루어졌다.

    2 산란계 생산성 분석

    급여기간동안 두 계사에서 확보된 사양환경 및 생 산성 관련 자료가 생산성 분석에 이용되었다. 일중 최고 및 최저온도, 수당 사료섭취량 및 음수량, 폐 사율, 산란수 및 난중이 매일 기록되었다. 실험기간 동안 매일 생산된 계란은 계사내 Grading & Packing 시설로 이송되어 계란선별기에 의해 선별 되었다. 난중은 축산물품질평가원의 계란중량규격에 따라 소란(44 g 미만), 중란(44 g 이상~52 g 미만), 대란(52 g 이상~60 g 미만), 특란(60 g 이상~68 g 미 만), 그리고 왕란(68 g 이상)으로 분류되었다(KAPE, 2013). 그 중 소란을 제외한 나머지 규격들은 총산 란수에서 차지하는 백분율로 표시하였다. 왕란, 특 란, 대란 및 중란의 생산 비율의 합계는 계란 총생 산의 95% 이상을 차지하기 때문에, 자료의 단순화 를 위해서 소란은 제외되었다.

    이러한 기초자료로부터 수당 일일 사료섭취량 및 음수량은 계사 당 일일 총사료섭취량 또는 총음수량 을 당일의 산란계수수로 나누어 각각 산출되었다. 헨데이산란율(%)은 계사당 매일 산란수를 당일의 산 란계 수수로 나누고 100을 곱하여 도출되었다. 평균 일일산란량(g)은 계사당 당일 산란한 계란의 총무게 를 당일의 산란계 수수로 나누어 도출되었다. 사료 요구량은 계사당 일일 총사료섭취량을 총난중으로 나누어 도출되었다.

    3 통계 분석

    도출된 자료는 필요에 따라 MS-Excel을 이용하 여 t-test로 분석되었다. 일부의 자료에 대하여 선 형회귀분석이 수행되었다. 이 과정에서 농장의 상황 에 의해 산란율이 특별히 높거나 낮게 기록된 자료 는 자료의 단순화를 위하여 배제되었다(Grubbs, 1950;Livesey, 2007). P값이 0.05보다 작거나 같 을 때 유의성이 있다고 판단되었다.

    결과

    1 계사내 기온 변화

    급여기간동안 계사의 일중 최고 및 최저온도 변화는 GABA와 Ref 사이에 유사하였다. 즉, 평균 최고 및 최저온도는 GABA처리구 계사에서 각각 34.0±0.3℃ 및 26.0±0.1℃ 였고, Ref의 계사에서 각각 33.5± 0.3℃ 및 25.4±0.2℃였다. 각 계사 내 최고 및 최 저기온 차이는 각각 8.0℃ 및 8.1℃ 였다(Fig. 1).

    2 사료섭취량, 음수량, 사료요구율 및 폐사율

    일일평균사료섭취량은 GABA 와 Ref간에 차이가 있었지만, 같은 집단 안에서는 실험기간내에 일정하 게 유지되었다(Fig. 2). 일일평균사료섭취량은 GABA 처리구에서 100.1±0.9 g 및 Ref에서 121.2±1.0 g 이었다. 반면에 일일평균음수량은 GABA처리구에서 높은 변이를 보였으며 GABA에서 264.6±5.5 g 및 Ref에서 211.7±1.5 g이었다(Fig. 2). 따라서 실험 기간동안 일일 평균 음수량/사료섭취량은 GABA처리 구에서 2.7±0.07, Ref에서 1.8±0.02로, 1.5배 높았 고, Ref에 비해 유의적으로 높았다(p<0.0000)(Fig. 3).

    산란계의 사료요구율은 GABA급여 개시일부터 GABA 와 Ref사이에 차이가 있었고 그러한 경향은 종료시점까지 계속되었다. 즉, 실험 개시 및 종료 시에 GABA처리구에서 Ref보다 각각 0.282 및 0.358 낮았으며, 급여기간 천체로는 평균 0.328 낮 았다(p<0.000)(Fig. 4).

    누적폐사율은 GABA 급여 후 15일까지는 Ref에 비해 거의 같거나 작지만 오히려 높았다. 그러나 15일 이후에는 이러한 경향이 역전되어, 두 집단간에 차 이가 서서히 증가되어 급여종료시점에는 Ref에 비해 GABA 처리구에서 37% 낮았다(Fig. 5).

    3 난생산성 및 난중등급

    헨데이계란생산율(%) 및 일일평균산란량(g)은 Ref 에 비해서 GABA 처리구에서 지속적으로 낮았다. 즉, 전자는 각각 92.2±0.4% 및 90.6±0.6%(p<0.027)로 전 기간 평균 1.6 % 낮았으며(Fig. 6), 후자는 각각 55.9±0.3 g 및 53.8±0.4 g(p<0.0002)로 전 기간 평균 1.9 g 낮았다(Fig. 7).

    총산란수 중에서 등급란이 차지하는 비는 Fig. 8에 제시되었다. 전체 산란수에서 대란과 특란의 합계는 80% 이상이었고, 중란과 왕란의 합계는 10%이하였다(Fig. 8A). 선형회귀식을 구하였을 때, GABA 처리와 무관하게 특란과 왕란의 생산비율은 주령과 더불어 완만하게 감소하고, 중란과 대란은 증가하는 추세를 보였다. GABA 급여기간동안 생 산된 계란의 중량등급별 생산비율의 평균을 비교 하였을 때, Ref에 비해 GABA 처리구에서 중란과 대란의 생산 비율이 높았고, 특란과 왕란의 비는 낮았다(p<0.05)(Fig. 8B).

    실험기간 동안 파란 발생율에서는 Ref에 비해 GABA처리구에서 변이가 현저하였다(Fig. 9). 또한 전체 평균 파란 발생률은 Ref에 비해 GABA처리구 에서 2배 이상 높았다(2.1% vs. 4.8%, p<0.05). 그 러나 같은 계사에서 GABA 급여 전후 1개월 동안 파란율을 비교 검토한 결과, 두 기간 사이에 파란율 변동 추이가 매우 유사하였다.

    고찰

    1 폐사율

    비록 본 실험이 연구목적의 실험농장에서처럼 잘 통제된 조건에서 수행된 것은 아니지만, 사용된 닭 의 마리수(처리구 당 약 5만수)나 일반 산란계농장 의 사육관행 등을 고려할 때, 도출된 결과는 하절기 에 GABA의 급여는 산란계의 폐사율 저감에 기여할 수 있음을 시사한다. 비록 현재까지 GABA가 산란 계를 포함한 가금에서 폐사율의 저감에 기여한다는 어떠한 보고도 확인되지 않았지만, 최근의 보고는 GABA가 가금에서 고온환경으로 저하될 수 있는 다 양한 생리적인 및 면역기능을 개선함으로써 폐사율 의 감소에 기여할 수 있다는 시사한다.

    고온스트레스하에 있는 산란계에게 GABA를 생성 하는 유산균을 급여하였을 때, 산란계의 면역기능이 개선되었다(Zhu et al., 2015). 고온환경을 경험하게 되면 체온이 상승하고 결국에는 폐사체가 증가하지 만(Yoon et al., 2014), GABA가 만성 고온스트레스 로 인한 장의 영양소의 흡수 기능 및 간 항산화능의 저감을 완화하거나(Al Wakeel et al., 2017), 주기적 열 스트레스에 의한 생산성, 항산화능 및 면역반응 저하를 개선하거나(Chand et al., 2016), 주기적인 열스트레스로 생기는 면역기능 저하를 개선함(Tang & Chen, 2016)으로써 폐사율이 감소될지도 모른다.

    2 사료섭취량, 음수량 및 계란생산성

    본 연구에서 사용된 두 계군 간에 일령 차이는 24일이었지만 일령차이에서 오는 계란생산성의 차 이는 미미한 듯하다. 그러나 GABA 급여 개시시점 부터 두 계군 간에 차이가 있었다. 예를들면, 사료 섭취량은 실험 개시시점부터 비교집단보다 GABA처 리계군에서 평균 21.1 g 낮았고 이러한 경향은 급 여기간동안 지속되었다. 그럼에도 불구하고, 헨데 이산란율이나 일산란량은 두 계군간에 유사하여 생산성 차이는 거의 발견되지 않았기 때문에, 사료 요구율 차이로 이어졌다고 사료된다. 특이한 점은 GABA처리구에서 Ref에 비해 사료섭취량이 낮았음 에도 불구하고 음수량은 오히려 높았다. 고온에서 많은 물섭취량과 적은 사료섭취량은 결과적으로 작 은 대사열 발생과 많은 체온 배출에 기여함으로써 산란계가 고온환경에 보다 잘 적응했을 지도 모른 다(Mack et al., 2013).

    Zhang et al.(2012)는 고온스트레스하에 있는 320일령의 로만 산란계에게 100 mg의 GABA를 60일간 급여하였을 때 대조구에 비해 산란율이 약 1% 증가하였고 일일평균사료섭취량, 평균난중 및 사료요구율은 차이 없었다고 보고하였다. 그러나 GABA를 생성하는 유산균 100 mg을 섭취하는 갈 색하이라인 산란계에서 산란율, 평균난중, 일일산 란량, 일일평균사료섭취량 및 사료요구율이 개선되 었다(Zhu et al., 2015). 따라서 이러한 차이는 GABA급여방법(유산균 자체의 효과 또는 유산균 + GABA), 산란계통 및 산란계 일령에서의 차이 때문 일 수도 있다.

    GABA 급여와 무관하게 대란(52~<60 g)의 비율 이 늘어났고 반면에 특란(60~<68 g)의 비율은 감 소되었다. 그럼에도 불구하고 대란의 생산량은 Ref 에 비해 GABA 처리구에서 높아지는 경향을 보였 고, 특란 생산량은 시간과 더불어 더욱 낮아지는 경향이 있었다. 이러한 결과는 그 차이가 미미하고 GABA 급여 개시시점부터 관찰되었기 때문에 GABA처리에 기인한 것인지 확인하기 어렵다. 또 한 난생산성 및 중량등급에 미치는 영향에 관한 자 료는 현재까지 확인된 바 없기 때문에, 해석에 신 중해야 할 필요가 있고, 좀 더 엄밀한 실험환경에 서의 검토가 요구된다.

    GABA가 산란계 생산성에 미치는 긍정적인 요소 에도 불구하고, 높은 파란율은 우려할 만한 결과이 다. 이러한 결과는 어쩌면 이러한 계사의 시설적인 측면에서 유래되었을 지도 모른다. 실제로 동 계사 에서 GABA 급여 전후 1개월 동안의 파란율은 매우 유사한 양상을 보였다. 따라서 파란율에 관한 한 각 계사에서 생산된 계란이 계사내 Grading & Packing 시설로 이송되는 과정이 엄밀히 검토되어야 할 것으 로 보이며, 이 경우는 본 연구 범위 밖의 영역이라 사료된다.

    감사의 글

    본 연구는 농림식품기획평가원(IPET)의 연구비지 원(316036-03-3-SB020)으로 이루어 졌으며, 동물 실험은 경남 산청의 산골농장에서 수행되었음.

    Figure

    JALS-53-2-131_F1.gif

    Daily changes in high and low temperature (℃) in two hens’ houses with the capacity of housing 50,000 hens each in a commercial layer farm. One house was used for γ- aminobutyric acid (GABA) treatment and the other for a reference group (Ref).

    JALS-53-2-131_F2.gif

    Daily feed (FI) and water intake (WI) in laying hens (g). Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref).

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    Changes in daily water intake (WI)-to-feed intake (FI) ratios in laying hens. Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref).

    JALS-53-2-131_F4.gif

    Daily changes in feed requirement (FCR) in laying hens. Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref).

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    Daily changes in cumulative mortality (%) in laying hens. Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref).

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    Daily changes in hen-day egg production (%) in laying hens. Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref).

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    Daily changes in mean egg mass (g) in laying hens. Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref).

    JALS-53-2-131_F8.gif

    A) Daily changes in egg weight ratios (%) and B) overall mean egg weight ratios (%). Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref). Egg weights were divided into 6 categories: <44 g, 44 g~<52 g, 52 g~< 60 g, 60 g~68 g, and 68 g ~, according to the guideline of KAPE (2013). *p<0.05 within each egg weight category.

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    Daily cracked eggs ratios (%) in laying hens. Two hens’ houses, with the capacity of housing 50,000 hens each, were used in a commercial layer farm for the current study. Hens in one house were provided with 100 ppm γ-aminobutyric acid (GABA) for 44 days during summer time while those in the other served as a reference group (Ref).

    Table

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