中國養(yǎng)豬科學(xué)中的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型

張偉力，張曉東

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230036）

現(xiàn)代養(yǎng)豬育種中由指數(shù)選擇公式發(fā)展到數(shù)學(xué)模型組合已經(jīng)成為習(xí)以為常的技術(shù)手法。數(shù)學(xué)模型的組成形式與運(yùn)算方法在趨向精細(xì)化的同時(shí)也變得越來越復(fù)雜，對(duì)于育種場家的使用條件要求也越來越苛刻。其實(shí)在養(yǎng)豬育種中對(duì)于中小型育種場來說，經(jīng)典實(shí)用的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型具有更大的靈活性和準(zhǔn)確性。1984年全國育種會(huì)議在安徽屯溪召開，期間全國專家參觀了休寧縣皖南花豬育種場，考察皖南花豬的品系繁育和近交程度。當(dāng)時(shí)安徽省有關(guān)皖南花豬育種的科研人員投入了大量的精力對(duì)300多頭馬臉型皖南花豬逐個(gè)進(jìn)行系譜整理、通徑分析和近交系數(shù)計(jì)算，并對(duì)群體近交增量作了估算。按常理這些準(zhǔn)備工作在以算盤和計(jì)算尺為硬件條件的時(shí)代大約需要兩周時(shí)間。參觀期間南京農(nóng)業(yè)大學(xué)育種大師陳效華教授僅用了約兩分鐘從公豬圈的東頭走到西頭，一邊口里念念有詞一邊用手指頭掐算，彈指之間全場的近交增量已經(jīng)爛熟于胸。在討論皖南花豬近交問題的小組會(huì)上，陳教授對(duì)該場的近交量控制和近交程度的每一個(gè)細(xì)節(jié)對(duì)答如流、點(diǎn)到要害并指出下一步育種的應(yīng)對(duì)措施。陳教授在現(xiàn)場分析近交程度使用的就是經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型并達(dá)到了出神入化的程度。陳教授觀察種豬之細(xì)致入神到了忘我的程度，以至參觀完休寧豬場代表們登上長途車即將返回屯溪會(huì)場時(shí)找不到陳教授了，會(huì)務(wù)組成員返回育種場內(nèi)大呼其名，最后發(fā)現(xiàn)陳教授蹲在豬圈里正在聚精會(huì)神地打量和計(jì)算著種豬，這一招充分體現(xiàn)了經(jīng)典數(shù)學(xué)模型的魅力。下文試舉兩例對(duì)經(jīng)典數(shù)學(xué)模型作一介紹。

1《三國演義》中隱藏的養(yǎng)豬數(shù)學(xué)模型

《三國演義》120回的目錄中出現(xiàn)“三”字的共15次：宴桃園豪杰三結(jié)義，破關(guān)兵三英戰(zhàn)呂布，陶恭祖三讓徐州，曹孟德會(huì)合三將，袁曹各起馬步三軍，屯土山關(guān)公約三事，劉玄德三顧茅廬，定三分隆中決策，荊州城公子三求計(jì)，三江口曹操折兵，三江口周瑜縱火，孔明三氣周公瑾，識(shí)詐降三擒孟獲，諸葛亮智取三城，降孫皓三分歸一統(tǒng)。出現(xiàn)“七”字的共5次：袁公路大起七軍，七星壇諸葛祭風(fēng)，關(guān)云長放水淹七軍，陸遜營燒七百里，燒藤甲七擒孟獲。將上述數(shù)據(jù)歸納成矩陣如下：

此矩陣有兩個(gè)基本含義：上3行一共15個(gè)3，3×15=45，第 4 行一共 5 個(gè) 7，5×7=35。這是自西漢初期到羅貫中所處的歷史時(shí)代中國養(yǎng)豬最重要的基本數(shù)據(jù)，詮釋如下：中國養(yǎng)豬諺語中云“豬離母，四十五，秋寒霜，春清谷”。中國傳統(tǒng)養(yǎng)豬一年2窩與現(xiàn)代養(yǎng)豬的2.3窩完全不同，講究順天時(shí)，合地氣，順從自然生態(tài)為先，故1年2窩避開酷暑嚴(yán)寒，秋仔（5月初配）安排在9月1日左右產(chǎn)、10月15日左右斷奶，春仔（11月初配）安排在3月1日左右產(chǎn)、4月15日左右斷奶。為什么中國的地方品種要在45日齡斷奶呢？因?yàn)?5日齡之前母子之間的感情難以割舍，如果過早斷奶對(duì)母豬的神經(jīng)系統(tǒng)是超負(fù)荷的打擊，可以導(dǎo)致下一胎產(chǎn)仔數(shù)和泌乳力的急劇下降。另一方面，如果超過45 d仔豬會(huì)過分依賴母豬，減少采食青粗飼料的積極性，從而影響大腸的早期發(fā)育和后期的耐粗能力。中國地方豬種大腸的早期發(fā)育對(duì)其后長成肥豬的肉質(zhì)有決定性的意義。如果大腸發(fā)育不起來不能形成消化粗纖維的寬腸大胃，則腸道的雙歧桿菌等有益的厭氧細(xì)菌數(shù)量不夠，就不足以形成肥育后期所需要的低級(jí)脂肪酸及其風(fēng)味前體物質(zhì)，這是從西漢到明朝羅貫中時(shí)代，而后從明朝到現(xiàn)在的歷史長河中反復(fù)驗(yàn)證的鐵的規(guī)律。在現(xiàn)代養(yǎng)豬的1960年前后曾經(jīng)使用蘇聯(lián)的養(yǎng)豬技術(shù)把斷奶時(shí)間定在60日齡，其結(jié)果仔豬的身體和消化道發(fā)育反不如傳統(tǒng)方法的效果好。后來60日齡斷奶制被淘汰，西方的集約化養(yǎng)豬技術(shù)引入國內(nèi)大型豬場，加上飼料工業(yè)的發(fā)展和教槽料的應(yīng)用，在以杜長大為主的瘦肉型豬生產(chǎn)中采用28日齡斷奶制，一年2.3窩。這套技術(shù)本身沒有錯(cuò)而且生產(chǎn)效率很高，但是有些豬場為了順應(yīng)市場品牌肉的需要，把西式集約化養(yǎng)豬的設(shè)備和技術(shù)生搬硬套地應(yīng)用到中國地方豬的生產(chǎn)工藝中，結(jié)果飼養(yǎng)效果極不理想。筆者親眼見證有些豬場的地方豬在28日齡斷奶后出現(xiàn)了大面積消化道疾病和呼吸道疾病，死亡率驟然上升，打針灌藥無濟(jì)于事。把上述豬群調(diào)整到45日齡斷奶之后上述疾病不藥而愈。為什么洋豬可以28日齡斷奶而中國地方豬必須45日齡斷奶？現(xiàn)在所用的洋豬其品種歷史都不會(huì)超過260年，它們是在現(xiàn)代育種和人工氣候條件下極度選育的產(chǎn)物，就其神經(jīng)類型而言基本上屬于冷血型。仔豬在28日齡的時(shí)候離開母體放到保育舍，在溫度營養(yǎng)控制到位的情況下重新組群有一定的應(yīng)激但不致命，數(shù)日之后即恢復(fù)正常食欲和生長。身邊的仔豬被拿走之后母豬也有一定的應(yīng)激但不會(huì)導(dǎo)致母豬瘋狂拒食和情期異常，有些母豬十分冷漠，身邊仔豬被拿走根本無所謂，這些情況促成了28日齡斷奶在以杜長大為主的西式集約化豬場中盛行以提高生產(chǎn)效率。中國地方豬種兩千年來一直保持著熱血型特點(diǎn)，如果在28日齡進(jìn)行斷奶母豬會(huì)狂躁不安甚至跳出豬欄要追回它的子女，其勢之兇猛如虎狼一般，此時(shí)母豬的生理狀態(tài)和血液中的激素水平正處于產(chǎn)奶和護(hù)仔的高峰期，如果強(qiáng)行取走仔豬則母豬不堪忍受忽然失去子女的精神打擊，這種打擊可以導(dǎo)致母豬絕食、不發(fā)情等病理狀態(tài)。另一方面，中國地方品種的仔豬對(duì)母體有強(qiáng)烈的感情依賴，它們不屬于傻吃傻睡的品種，他們?cè)?8日齡時(shí)需要在母體身邊嬉戲玩耍并追隨母體，模仿母體的行為，如果28日齡斷奶對(duì)仔豬來說最致命的是失去了精神依托產(chǎn)生恐慌，這種恐慌足以導(dǎo)致植物性神經(jīng)紊亂，從而發(fā)生大面積的消化道和呼吸道疾病也就在情理之中了。

矩陣最后一行5×7=35是對(duì)傳統(tǒng)養(yǎng)豬肥育期時(shí)間跨度的高度概括，要想得到優(yōu)質(zhì)豬肉，宰前的肥育期可以拉長到60 d但不能少于35 d。歷史經(jīng)驗(yàn)證明宰前需要一個(gè)相當(dāng)?shù)耐头蕰r(shí)間以保證豬肉的脂肪細(xì)胞處于一個(gè)膨脹和充盈的狀態(tài)，肌纖維細(xì)胞膜外處于被脂肪層包裹的狀態(tài)，而膜內(nèi)處于肌糖原和風(fēng)味前體物質(zhì)濃縮后肌漿飽滿的充盈狀態(tài)，用屠宰行業(yè)肉質(zhì)品加工的行話表達(dá)：豬肉的干貨多了，結(jié)實(shí)了，切出來的肉塊像打了氣的車胎能“站”出個(gè)切塊的型來。這35 d的屯肥不是外行人理解的長肥油而是真真實(shí)實(shí)地提高豬肉的質(zhì)量檔次?，F(xiàn)在有些場家從營銷策略出發(fā)，讓消費(fèi)者親臨現(xiàn)場親眼目睹地方豬在綠水青山之中放牧而且用狩獵方式現(xiàn)場抓捕屠宰以吸引顧客，這種方法是屬于影視攝制藝術(shù)處理不是養(yǎng)豬科學(xué)。這種豬抓回來以后在高度應(yīng)激條件下被屠宰導(dǎo)致放血不全、肉色灰暗、PSE肉時(shí)而可見，煲湯時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量的泡沫和腥味有礙觀瞻；也有出現(xiàn)肌糖原耗竭的個(gè)案，其結(jié)果肉質(zhì)粗老、寡淡無味，由于沒有經(jīng)過屯肥，肌細(xì)胞外面的脂肪保護(hù)層幾乎沒有發(fā)育起來，肌細(xì)胞內(nèi)的游離氨基酸在烹飪過程中大量損失，肉的鮮美口感蕩然無存。所以在山區(qū)和田野放牧的豬必須經(jīng)過屯肥飼養(yǎng)工藝才能獲得高品質(zhì)的豬肉。

如果將上述矩陣按三國時(shí)期軍隊(duì)出行的形式分成前軍、中軍、后軍、左翼、右翼，可以排成如下形式：

將中軸6位數(shù)據(jù)抽出來即373333。中國傳統(tǒng)養(yǎng)豬基本技術(shù)數(shù)據(jù)盡在其中：在37后畫一條線將此數(shù)碼分為兩個(gè)部分即37和3333。含義是母豬的發(fā)情周期是3×7=21 d，如果配上種了要經(jīng)過3個(gè)月3個(gè)星期加3 d產(chǎn)仔，分娩時(shí)間從第1頭小豬產(chǎn)出到排出胎衣大約3個(gè)小時(shí)。把此行數(shù)據(jù)相加得22意為母豬發(fā)情后的22個(gè)小時(shí)開始進(jìn)入旺盛排卵生理階段，配種和輸精要結(jié)合壓背反射適當(dāng)調(diào)準(zhǔn)時(shí)間。

上列數(shù)碼也可用于飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，第1個(gè)3是豬的精料飼糧的通用消化能標(biāo)準(zhǔn)，大約在3 Cal/kg，如果是現(xiàn)代瘦肉品種其通用飼糧蛋白質(zhì)水平是第2、3、4、5位數(shù)字之和的百分?jǐn)?shù)即16%，如果是中國地方豬種其通用飼糧蛋白質(zhì)水平是第3、4、5、6位數(shù)字之和的百分?jǐn)?shù)即12%。

在大學(xué)本科畜牧專業(yè)的教材中，把上述矩陣介紹給學(xué)生可以使他們輕而易舉地記住有關(guān)的養(yǎng)豬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不會(huì)記錯(cuò)，同時(shí)也傳承了中國養(yǎng)豬的某些國粹數(shù)學(xué)模型。

2 循環(huán)小數(shù)在選育泌乳力中的應(yīng)用

泌乳力歷來是養(yǎng)豬育種中比較難以選擇和提高的性能。由于泌乳力的遺傳力僅0.15左右，個(gè)體選擇難以奏效，家系選擇有理論上的科學(xué)性，但在生產(chǎn)實(shí)踐中很難找到分布于不同豬場的、同品種同生理階段的家系的泌乳力成績，用于比較和計(jì)算進(jìn)而做出較為準(zhǔn)確的選擇。豬的泌乳力測定通常是以21日齡窩重代表母豬的泌乳能力，此方法屬于間接測定，與奶牛產(chǎn)奶量常規(guī)化的個(gè)體直接測定的準(zhǔn)確性完全不是一個(gè)檔次?？梢娯i的泌乳力的測定和選擇不是一個(gè)立竿見影輕而易舉的科研課題。21日齡窩重可以受到母豬胎次、飼料營養(yǎng)水平、仔豬疾病、豬舍環(huán)境條件等因素干擾，使測定的表型值與其基因型值相去甚遠(yuǎn)。此外，21日齡仔豬窩重的稱重費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)被測豬群及其相鄰豬群產(chǎn)生較大的應(yīng)激干擾，嚴(yán)重影響母豬的產(chǎn)奶生理過程和仔豬的生長發(fā)育。稱重時(shí)抓捕仔豬的操作本身就可使母豬產(chǎn)奶量急劇下降。有鑒于上述原因是否能有一個(gè)更簡便實(shí)用的方法來取代21日齡稱重操作？

下文介紹另一種簡單快速實(shí)用的方法供業(yè)內(nèi)同仁參考。測定時(shí)間依舊定為產(chǎn)后21日，只需一人操作。當(dāng)母豬橫臥休息時(shí)測定其體斜長（肩關(guān)節(jié)到坐骨結(jié)節(jié)直線距離，此二關(guān)節(jié)可用手觸摸感覺）和第1、2對(duì)奶頭之間的距離（圖1），按下式計(jì)算乳頭間距參考值：

例如某一母豬體斜長為110 cm（相當(dāng)于160～210 kg的母豬），乳頭7對(duì)則乳頭間距參考值=110 cm/7=15.71 cm，同理如果是8對(duì)或6對(duì)奶頭則間距參考值分別為13.75 cm和18.33 cm。由于大多數(shù)母豬都是7對(duì)奶頭，所以上面公式可以簡化為：乳頭間距參考值=體斜長×1/7=體斜長×0.14。1/7=0.142 857……，這是數(shù)學(xué)領(lǐng)域里的無限循環(huán)小數(shù)，它在養(yǎng)豬育種數(shù)學(xué)模型當(dāng)中的應(yīng)用可以看成是數(shù)學(xué)三大基本猜想（富馬猜想、四色猜想、哥德巴赫猜想）在生物科學(xué)中的拓展和應(yīng)用。上例中110 cm/7=15.71 cm實(shí)際上是110 cm×0.142 857=15.71 cm。用圖1中乳頭間距的實(shí)測值與計(jì)算的參考值作一比較，按照表1將實(shí)測值對(duì)號(hào)入座，即可將待選母豬按泌乳力的高低分類篩選。此外，采用乳頭間距法測定母豬泌乳力比采用21日齡窩重法測定母豬泌乳力具有如表2所列的諸多優(yōu)點(diǎn)。

圖1 乳頭間距法測定泌乳力示意

表1 利用乳頭間距對(duì)母豬泌乳力進(jìn)行分類篩選

表2 乳頭間距測定與窩重測定對(duì)比

3 小結(jié)

中國養(yǎng)豬科學(xué)中的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型是博大精深的國粹養(yǎng)豬科學(xué)中的冰山一角。這種數(shù)學(xué)模型往往是文史哲與數(shù)理化的綜合，它是哲學(xué)中的數(shù)學(xué)，也是人類文明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的數(shù)學(xué)。它既是有道理的又是說不出道理的，就像《三國演義》中的養(yǎng)豬數(shù)學(xué)模型可以準(zhǔn)確地應(yīng)用到養(yǎng)豬生產(chǎn)實(shí)踐，但是無法證明為什么這個(gè)模型是隱藏在《三國演義》中而不是隱藏在《水滸傳》中，就像牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力但是到老也沒弄清楚為什么有萬有引力。