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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.3 pp.75-83
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.3.75

Effects of Drinking Water Temperature on Performance, Hormone Concentration and Blood Biochemical Composition of Laying Hens under High Temperature Conditions

Chun Ik Lim1, Il Bok Choi1, Md Masud Rana1, Yee Paek2, Kyeong Seon Ryu1*
1Department of Animal Science, Chonbuk National University, Jeonju, 54896, Korea
2National Institute of Agricultural Science, Jeonju, 54875, Korea
Corresponding author: Kyeong Seon Ryu Tel: +82-63-270-2638 Fax: +82-63-270-2612 E-mail: seon@jbnu.ac.kr
April 25, 2019 May 21, 2019 May 29, 2019

Abstract


An experiment was undertaken to investigate the effects of different drinking water temperature on performance, hormone concentration and blood composition of laying hens during hot-humid summer season (33°C and 60%). A total of four hundred thirty two, fifty three age Hy-Line brown laying hens was used, divided into three treatments of eight replicates of twelve hens each (550 cm2/bird) until the end of the experiment fifty seven weeks. Treatments have consisted on at the set water temperature of 14.5, 24.0 and 32.5°C. Productive performances were evaluated by measuring egg production, egg weight, feed consumption, egg mass and feed conversion of eggs. At the end of trial, egg quality traits were measured, and the physiological performance determined by measuring some biochemical traits of blood and hormone concentration. Results of this study showed that egg production and daily egg mass were significantly (p<0.05) higher in 14.5°C water treatment group but feed intake and egg weight did not differ statistically in between 14.5 and 24.0°C. Albumen height and haugh unit in eggs had not been affected by drinking different water temperature, while there was significant (p<0.05) increase of shell strength in 14.5 and 24.0°C water temperature treatment group than 32.0°C and shell thickness also was numerically increased in 14.5°C without significance. Moreover, concentration of GH and IGF-I both serum and liver had significant (p<0.05) increase in the order of 32.5, 24.0 and 14.5°C group, and serum corticosterone was significantly (p<0.05) decreased in drinking water of 14.5°C treatment. Furthermore, serum AST and cholesterol were significantly (p<0.05) reduced in hens drunk 14.5°C water compared with 24.0 and 32.5°C water. HDL cholesterol, protein and glucose were not influenced by following water temperature, whereas lowest (p<0.05) natural fat was found in subject to 14.5°C water treatment group. It could be concluded that during summer season especially under hot-humid period 14.5°C drinking water temperature can improve the performance, egg quality and blood.



혹서기 음용수의 온도가 산란계의 생산성, 호르몬농도 및 혈액성상에 미치는 영향

임 천익1, 최 일복1, Md Masud Rana1, 백 이2, 류 경선1*
1전북대학교 동물자원과학과
2농촌진흥청 국립농업과학원

초록


본 연구는 국내의 고온다습한 하절기에 산란계에 음용수 온도가 생산성, 호르몬 농도 및 혈액성상에 미치는 영향을 구명하고자 실행하였다. 52주령 하이라인 갈색종 산란계 432수를 3개 처리구와 8반복으 로 반복당 18수씩 케이지 사육장(550 cm2/수)에 배치하였고, 처리구별로 14.5, 24.0 및 32.5°C의 음용 수를 4주간 급수하였다. 산란계의 생산성은 산란율과 난중을 매일 조사하여 계산하였고, 호르몬, 혈액 성상 및 계란품질은 사양실험 종료 후 채집하여 분석하였다. 본 연구결과 산란율과 1일 산란양은 14.5°C 의 급수구에서 유의적으로 개선되었고(p<0.05), 사료섭취량과 난중은 14.5와 24.0°C 급수구에서 32.5°C 에 비하여 현저히 증가하였다(p<0.05). 계란의 난백높이와 호우유닛은 음용수 온도에 따른 처리구간 통계적 차이가 없었다. 난각강도는 14.5°C 급수 처리구에서 증가하였고(p<0.05) 난각두께도 개선되는 경향을 보였지만 처리구간에 통계적 차이는 없었다. 또한 혈청과 간의 GH와 IGF-I 농도는 32.5, 24.0 및 14.5°C 급여구 순서로 증가하였고(p<0.05), 코티코스테론은 감소되었는데 14.5°C에서 가장 개선되 었다(p<0.05). 이외에도 혈중 AST와 콜레스테롤은 14.5°C의 음용수 처리구에서 24.0과 32.5°C에 비하여 유의적으로 감소하였고(p<0.05), HDL콜레스테롤, 단백질 및 글루코오스는 처리구간에 통계적 차이가 없 었지만, 혈중 중성지방은 14.5°C처리구에서 현저하게 감소되었다(p<0.05). 그러므로 여름철 14.5°C의 음 용수를 급여하면 산란계에서 고온스트레스를 저감하므로서 생산성, 계란품질 및 혈액성상을 개선하였다.



    Rural Development Administration
    PJ01340202

    서론

    최근 이상기후 영향으로 국내여름의 일수는 증가 하였으며 최고온도가 치솟아 축산농가에서는 고온 으로 인한 사육환경관리의 어려움이 가중되고 있 다. 특히, 가금류는 피부에 땀샘이 없고 전신이 깃 털로 덮여있으므로 열의 방출이 어려워서 다른 가 축에 비해 외부의 환경온도에 민감하다. 닭이 고온 환경에 노출되면 열 발산을 위한 대사활동, 혈액흐 름 및 호흡이 우선적으로 변화되고, 이와 직접적으 로 관련이 없는 성장, 번식 및 면역능력 증대를 위 한 활동은 지연된다(Lara & Rostagno, 2013). 따라 서 육계는 고온환경에서 증체량와 사료섭취량이 저 하되고 가슴육 내 pH와 글라이코겐이 감소된 저품 질 계육을 생산하며(Aksit et al., 2006), 세포가 정 상적으로 성장하지 못하여 간, 심장, 신장 및 폐 조 직에서 염증이나 출혈 현상을 보인다(Aengwanich et al., 2003). 또한 사육기간에 지속적인 고온은 카니발리즘과 폐사를 야기하였으며(Mahmoud et al., 2015), 산란계에서도 산란율, 난중 및 사료섭취량이 감소하고 백혈구와 항체가를 낮춰 면역능력이 감소 되었다(Mashaly et al., 2004).

    가금류의 고온 스트레스 저감과 관련된 연구로 서 기초사료 내 비타민 E와 C를 첨가하면 산화방 지제로서 체내 에너지 균형이 유지되었으며(Ciftci et al., 2005), 소등과 점등 시간을 조절하여 하루 중 최고온도 시기에 사료섭취를 제한한 결과 사료 가 소화하면서 생성되는 에너지 대사열이 감소되 었다(Park et al., 2015). 또한, 물리적으로 케이지 를 냉각하거나 차가운 횃대를 이용하여 닭의 배 부 분을 시원한 물체에 접촉시켜 열발산이 가능토록 하 였다(Wolfenson et al., 2001;Zhao et al., 2012).

    물은 체내에서 체온조절과 같은 대사활동에 관여 하는데, 닭이 고온에 노출되면 열 발산에 이용되는 신진대사활동이 증가되므로 다량의 수분이 필요하 며, 체내온도가 1℃상승할 때마다 음수량이 약 7% 상승한다(Fairchild & Ritz, 2012). 이처럼 고온환 경에서 닭의 음수활동은 생리작용과 밀접하게 관련 되고, 냉수를 급수한다면 직간접적으로 체온을 감소 시켜 여름철 닭의 고온스트레스를 해소하는데 일조 할 것으로 사료된다.

    그러나, 고온환경에서 산란계에 냉수를 급수한 선행연구는 대부분이 생산성을 중점으로 계란생산 이나 칼슘이용과 관련하여 분석했으며(Xin et al., 2002;Gutierrez et al., 2009), 호르몬이나 혈액 성상의 변화에 관한 연구는 부족하다. 또한 국내의 고온다습한 여름철 환경에서 적합한 물 온도에 관 한 연구는 아직 진행 중이며, 이상기후의 영향으로 환경온도가 변화하는 실정에서 새로운 연구는 지 속되어야 한다. 특히, 국내에서 산란계는 대부분 케이지에서 사육되고 있으며, 이러한 형태는 평사 에 비해 고온에 대한 저항력이 약하여 생산성과 폐사에 영향을 미치기 쉬우므로(Al-Awadi et al., 1995) 고온스트레스 해소를 위해 생리활성을 중점 으로 한 다양한 방법을 접목할 필요가 있다.

    그러므로 본 연구는 국내의 여름철 고온환경에서 사육되는 케이지 산란계에게 음용수 온도를 3수준 으로 달리 급수하여 산란계의 생산성과 계란품질에 대해 조사하고 스트레스 수치와 혈액 내 건강지표 를 분석하므로 여름철 산란계의 고온스트레스 문제 를 체계적으로 해소하고자 수행하였다.

    재료 및 방법

    1 실험설계 및 사양관리

    여름철 혹서기인 7월 16일~8월 12일에 52주령 하이라인 갈색종 산란계 432수를 3개 처리구와 8반 복으로 반복당 18수씩 배치하여 4주간 사양실험을 진행하였다. 각 처리구 음용수 온도는 14.5±0.5, 24.0±0.5 및 32.5±0.5℃로 처리하였고, 계사 내 사육환경은 평균 실내온도와 습도가 각각 33.0℃와 60%으로 처리구 별로 동일하였다. 각 처리구의 음 용수 온도는 20RT 용량의 히트펌프를 사용하여 조 절하였고, 제조된 음용수를 각기 다른 3톤 용량의 축열조와 음용수 탱크에 저장 후 급수배관과 닙플을 통해 급수하였다. 또한 순환식 펌프를 통해 음용수 를 지속적으로 공급 배출하여 실내온도에 따른 음용 수의 온도변화를 50,000 kcal/h로 제어하였다(Paek et al., 2017). 기초사료는 옥수수와 대두박 위주의 가루형태로 대사에너지 2,750 kcal/kg와 조단백질 16% 수준으로 배합하여(Table 1) 음용수와 함께 산 란계가 자유롭게 섭취하도록 하였다. 산란계는 A자 형 케이지(550 cm2/수)에서 사육하였으며, 점등과 소등은 각각 16시간과 8시간으로 매일 일정하게 고정하였다. 이외에도 본 연구의 사양관리를 포함 한 모든 실험절차는 관행적인 방식으로써 본 대학 동물 실험윤리위원회의 규정을 준수하였다.

    2 조사항목 및 방법

    2.1 산란율, 사료섭취량, 난중, 1일 산란양 및 사료 요구율

    사료섭취량은 급여량에서 잔량을 공제하였고, 산란숫자와 난중은 매일 채란하여 조사하였다. 산 란숫자를 사육수수로 나누어 산란율을 계산하였고, 1일 산란양은 산란율과 난중을 통해 하루 평균 생 산된 계란의 양을 측정하였다. 사료요구율은 평균 사료섭취량을 1일 산란양으로 나누었다.

    2.2 난백높이, 호우유닛, 난각강도 및 두께

    사양실험의 종료와 동시에 처리구 당 30개의 계 란에서 난백높이, 호우유닛, 난각강도 및 두께를 조사하였다. 난백높이와 호우유닛은 계란품질측정 기(QCM+; TSS, UK)로 측정하였고, 난각강도는 난각강도계(QC-SPA; TSS, UK)를 이용하여 계란 둔단부가 깨질 때의 파각강도를 측정하였고, 난각 두께는 계란 측면의 난각막을 제거한 후 난각두께 측정기(FHK, Japan)를 이용하여 측정하였다.

    2.3 호르몬 분석

    GH, IGF-I 및 코르티코스테론은 실험종료 후 각 처리구 내 10수의 혈액에서 혈청을 분리하여 GH와 IGF-I ELISA kit (Elabscience Bioscience Inc, USA) 및 Corticosterone ELISA kit (Mybiosource Inc, USA)의 프로토콜를 준수하여 분석하였다. 또 한 간의 GH와 IGF-1 mRNA는 각각의 Primer를 이용하여 RT-PCR (AB applied bio system, CA, USA)의 Relative quantification값을 계산하였다.

    2.4 혈중 AST, (HDL)콜레스테롤, 단백질, 글루코오스 및 중성지방

    음용수 처리구 당 산란계 10수에서 혈액을 채혈한 후 혈청을 분리하고, 전자동 생화학 분석장비(Thermo Scientitic, Konelab 20, Finland)를 이용하여 혈중 AST, (HDL)콜레스테롤, 단백질, 글루코오스 및 중성 지방을 분석하였다.

    3 통계분석

    본 연구의 처리구 내 수집된 모든 데이터는 SAS (Statistical Analysis System, 9.2 Version, Cary, NC, 2002)의 General Linear Model (GLM)을 이용 하여 분석하였으며, 처리구간 값을 Duncan’s multiple comparison 방법을 통하여 95%의 이상에서 유의성을 검정하였다.

    결과 및 고찰

    1 산란율, 사료섭취량, 난중, 1일 산란양 및 사료요구율

    국내 여름철(7월 16일~8월 12일)에 음용수의 온 도가 산란계의 산란율, 사료섭취량, 난중, 1일 산 란양 및 사료요구율에 미치는 영향은 Table 2에 나타내었다. 고온다습한 환경(실내온도: 33℃와 습 도: 60%)에서 산란율은 14.5℃의 급수구에서 88.00%로 24.0℃와 32.5℃의 84.38과 81.35%에 비해 통계적으로 증가하였고(p<0.05), 사료섭취량 과 난중은 14.5와 24.0℃ 급수구에서 32.5℃ 처리 구에 비하여 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 한편 1일 산란양도 산란율과 유사하게 14.5℃ 음용수 처리구에서 현저하게 증가하였지만(p<0.05), 사료 요구율은 음용수 온도차이에 따른 통계적 차이가 없 었다. 닭은 30℃부터 고온스트레스를 극심하게 느껴 헐떡거림이 증가하므로 에너지와 수분이 손실되지만 (Ahmad & Sarwar, 2006), 산란계(600 cm2/수)에 서 16.0℃ 음용수 급수는 23.0℃에 비하여 산란율과 사료섭취량이 증가되었다(Gutierrez et al., 2009). 반면에, 31℃의 환경온도에서 27℃와 15℃의 음용 수를 급수한 결과 산란율에 차이가 없었으며(Xin et al., 2002), 30℃ 사육환경에서 5~17℃의 음용 수가 30℃에 비해 사료섭취량은 증가하였지만, 산 란율과 난중에는 차이가 없어서 상반되는 결과를 보였다(Glatz, 2001). 고온환경에서 높은 사육밀도 는 닭의 성장이나 사료섭취량과 같은 생산성을 저 하시키므로(Tuerkyilmaz, 2008), 이러한 결과의 차이는 Gutierrez et al. (2009)의 연구에서 이용 된 케이지의 사육밀도(600 cm2/수)가 Xin et al. (2002)와 Glatz (2001)의 사육밀도(각각 1,150와 1,350 cm2/수)보다 높은 것에서 기인된 것으로 보인다. 본 연구에서 이용된 케이지 사육밀도도 550 cm2/수로 현재 적용되는 국내 케이지 사육기 준인 750 cm2/수에 비해 높으므로 고온스트레스 에 상대적으로 민감하게 반응할 것으로 사료된다. 그러므로 여름철 낮은 음용수의 급수는 특히 높 은 사육밀도에서 사육되는 케이지 산란계에게 효 율적으로 고온스트레스를 해소하고 생산성과 관 련한 요소들을 개선할 것으로 사료되었다.

    2 난백높이, 호우유닛, 난각강도 및 두께

    계란의 난백높이, 호우유닛, 난각강도 및 두께를 조사한 결과는 Table 3에 나타내었다. 난백높이와 호우유닛은 음용수의 온도의 변화에 따른 통계적 차 이는 확인되지 않았지만 난각강도는 14.5와 24.0℃ 의 음용수를 급수한 처리구에서 32.5℃에 비해 유 의적으로 개선되었다(p<0.05). 난각두께도 14.5℃ 급수구에서 0.374 mm로 24.0과 32.5℃의 0.364와 0.366 mm에 비해 수치적으로 개선되었지만 처리 구간에 통계적 차이는 없었다. 산란계의 난각형성 에 필요한 칼슘은 인, 미량영양소, 비타민D3, 호르 몬 및 호흡 조절에 따라 흡수되는데(Silversides & Scott, 2001), 고온은 산란계의 장내 칼슘 흡수력 을 낮추고 계란의 난각형성과 관련한 호르몬 분비 를 저해한다(Lara & Rostagno, 2013). 선행연구 에서 고온스트레스에 노출된 산란계에 냉수의 급 수는 혈중 칼슘농도를 증가시켜 산란율과 난각강 도를 향상하고(Gutierrez et al., 2009), 고온 환 경에서 5~10℃의 음용수로 난각의 무게, 비율 및 두께가 증가한다(Glatz, 2001). 본 연구결과는 이 러한 선행연구와 일치하여 낮은 온도의 음용수는 산란계의 고온스트레스를 해소하고 난각품질을 향 상하는 결과를 보였다.

    3 호르몬 농도

    고온다습한 환경에서 음용수 온도에 따른 산란 계의 GH, IGF-I 및 코티코스테론을 분석한 결과 (Table 4), 혈액의 GH와 IGF-I 농도는 32.5, 24.0 및 14.5℃ 음용수 처리구 순서대로 현저하게 증가하 였고(p<0.05), 간에서 GH와 IGF-I mRNA 발현 도 혈중 호르몬 농도의 양상과 유사하게 낮은 온 도를 급수한 14.5℃처리구에서 24.0과 32.5℃ 처 리구에 비해 통계적으로 증가하였다(p<0.05). 선 행연구에서 산란계가 극심한 고온스트레스에 노출 되면 난소와 관련 호르몬인 LH와 FSH의 감소되며 이는 산란율에도 영향을 미치지만(Rozenboim et al., 2007), 고온에서 약 20℃이하의 음용수의 공 급은 30℃에 비해 산란계의 체중을 증가시켰고 이 것은 사료섭취량과 상관관계가 있다고 하였다 (Glatz, 2001;Xin et al., 2002). 본 연구에서도 14.5℃ 처리구에서 사료섭취량 및 GH와 IGF-I의 수치가 증가되어 고온환경 내 냉수의 급수는 생산 및 성장과 관련된 호르몬과도 연관될 것으로 사료되 었다. 한편, 고온환경에 노출된 산란계에게 14.5℃ 의 음용수 급수로 24.0과 32.5℃ 급수구보다 스트 레스의 수치가 지표가 되는 코티코스테론이 현저 히 감소하였다(p<0.05). 냉수의 급수는 닭의 고온 스트레스를 해소하는 사양관리 방법으로서 육계에 게 9℃의 음용수 급수로 혈중 면역글로불린 증가 와 코티코스테론 감소를 확인한 보고(Park et al., 2015)는 본 연구 결과와 유사하였다. 또한 고온에 노출된 산란계의 케이지 사육장을 냉각하여 복부 의 방출열을 증대시킨 결과에서도 코티코스테론이 감소하였고(Wolfenson et al., 2001), 산란계에서 고온으로 인한 스트레스 수치는 기초사료 내 비타 민C와 E를 첨가하면 체내 자유라디칼이 제거되어 산화방지와 체내 에너지 균형을 유지하므로서 저 감되었다(Mckee, 1997;Ciftci et al., 2005). 이 처럼 내외적인 방안을 통하여 산란계의 코티코스 테론을 저감한 결과는 냉수를 급여 시에도 확인되 었고, 여름철 14.5℃의 음용수 급수는 고온스트레 스를 해소하여 코티코스테론이 다른 처리구에 비 하여 유의적으로 감소됨을 확인하였다.

    4 혈중 AST, 콜레스테롤, 단백질, 글루코오스 및 중성지방

    여름철 음용수 온도변화에 따른 산란계의 혈중 AST, 콜레스테롤, 단백질, 글루코오스 및 중성지 방 수치는 Table 5에 수록하였다. AST는 14.5℃ 급수구에서 159.77 IU/l로 24.0과 32.5℃급수구인 185.87~187.78 IU/l에 비해 유의적으로 감소하였다 (p<0.05). 콜레스테롤도 AST와 유사한 양상으로 음 용수의 온도가 낮아짐에 따라 현저히 감소하여 14.5℃ 급수구에서 가장 개선되었지만(p<0.05), HDL콜레 스테롤은 처리구간 통계적 차이가 없었다. 닭에게 고온을 지속할 경우, 단핵구가 대식세포, 상피세포 및 거대세포로 변형되므로 간, 심장, 신장 및 폐 조직에서 염증이나 출혈이 확인된다(Aengwanich et al., 2003). 또한, 고온환경에서 닭은 체내 콜레스 테롤 대사가 원활하게 이루어지지 못하고, 이는 콜 레스테롤을 합성하고 저장하는 기관인 간을 손상시 킨다(Rodrigues Bueno et al., 2017;Puvadolpirod & Thaxton, 2000). 본 연구결과 고온환경에서 산 란계에게 14.5℃의 급수로 간 손상도를 반영하는 AST와 콜레스테롤 수준이 개선되었으므로 고온에 노출되어 손상된 산란계의 간에서 대사작용을 회복 하는데 일조하였고, 이것은 또한 간에서 조사된 성 장호르몬 증가와도 관계될 것으로 사료된다. 혈중 단백질과 글루코오스는 처리구간에 유의성이 없었지 만, 중성지방은 14.5℃ 급수구에서 1495.59 mg/dl 로 확인되어 24.0과 32.5℃ 처리구의 2070.14와 2432.65 mg/dl 보다 매우 감소하였다(p<0.05). 고 온스트레스는 산란계의 지방대사 장애를 유발하여 중성지방을 증가시키므로, 산란계의 지방간이나 혈 관질환의 발생이 쉽지만(Altan et al., 2003;Moon, 2018). 선행연구에서 고온환경의 닭에게 15℃ 이 하의 음용수 급수로 산화스트레스, 생리활성 및 면 역작용을 개선하여 고온으로 인해 상승한 혈중 중 성지방을 감소시켰다(Park et al., 2015;Paek et al., 2018). 이러한 결과는 본 연구와 일치하여 결 과적으로 여름철 고온환경에서 14.5℃ 음용수의 급수는 산란계의 혈중 중성지방 감소를 보여주었 고, 고온스트레스로 인해 발생되는 산란계의 질병 예방에 일조할 것으로 사료되었다.

    감사의 글

    본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: PJ0 1340202)에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.

    Figure

    Table

    Basal diet composition of laying hens

    Performance of laying hens given different drinking water temperature under high temperature conditions (temperature: 33℃ and humidity: 60%)

    Egg quality of laying hens given different drinking water temperature under high temperature conditions (temperature: 33℃ and humidity: 60%)

    GH, IGF-1, corticosterone concentrations in serum and GH, IGF-1 mRNA expression in liver of laying hens given different drinking water temperature under high temperature conditions (temperature: 33℃ and humidity: 60%)

    Blood composition of laying hens given different drinking water temperature under high temperature conditions (temperature: 33℃ and humidity: 60%)

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