UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - UNESP CÂMPUS DE JABOTICABAL NET ENERGY FOR MAINTENANCE IN POULTRY Freddy Alexander Horna Morillo Zootecnista 2022 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA CÂMPUS DE JABOTICABAL NET ENERGY FOR MAINTENANCE IN POULTRY Mg. Sc. Freddy Alexander Horna Morillo Orientadora: Profª. Drª. Nilva Kazue Sakomura Coorientador: Prof. Dr. Marcos Macari Tese de Doutorado apresentada à Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias Unesp, Câmpus de Jaboticabal, como parte das exigências para a obtenção do título de Doutor em Zootecnia. 2022 FICHA CATALOGRÁFICA DADOS CURRICULARES DO AUTOR FREDDY ALEXANDER HORNA MORILLO, nascido no dia 21 de abril de 1989 em Nuevo Chimbote, Ancash, Peru. Ingressou no curso de Zootecnia na Universidad Nacional Agraria de La Molina em março de 2006. Em novembro de 2011 obteve o título de Zootecnista. Ingressou no Programa de Mestrado na Universidad Nacional Agraria de La Molina em abril de 2012. Em novembro de 2017 obteve o título de Mestre em Nutrição. Trabalhou 2 anos em uma integradora avícola no Peru e em agosto de 2018 ingressou no Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Zootecnia da Universidade Estadual Paulista – “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) – Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Campus de Jaboticabal, sob orientação da Profª. Drª. Nilva Kazue Sakomura, submetendo-se à defesa da tese em outubro de 2022. Dedico Ao meu pai Miguel e a minha mãe Maria, pela força e compreensão desde o início dessa caminhada e por sempre acreditarem em mim. Às minhas irmãs Karina e Luz Maria pelo amor e carinho. À Andrea pelo amor e por estar sempre ao meu lado me apoiando. AGRADECIMENTOS A vida académica inclui inúmeros desafios e incertezas. Trilhar esse caminho só foi possível com o apoio, energia e força de algumas pessoas, a quem agradeço do fundo do meu coração: Aos meus pais Miguel e Maria, pois mesmo nos momentos mais difíceis estão sempre presentes oferecendo seu amor e carinho. Às minhas irmãs Karina e Luz Maria pela amizade, apreço e companheirismo. À Andrea, pois apesar da distância, cada passo neste caminho foi ao seu lado. Ao meu mentor, Professor Doutor Víctor Guevara Carrasco, pela amizade e pelos ensinamentos que me foram e serão úteis no meu desenvolvimento profissional e pessoal. Aos amigos que fiz durante essa caminhada: Thaila, Gabriela, Torcido, Palloma, Guilherme, Dami, Bárbara, Larissa, e Matheus que espero levar para a vida toda. Aos ex-moradores da república Myzheria, especialmente ao baby, pois mesmo longe de casa, consegui encontrar uma segunda família. À Professora Doutora Nilva Kazue Sakomura, pela orientação pautada por um elevado e rigoroso nível científico, os quais contribuíram para enriquecer, com grande dedicação, todas as etapas subjacentes ao trabalho realizado. Ao meu coorientador, Professor Marcos Macari pela ajuda, compreensão e ensinamentos. A sua contribuição foi essencial nessa caminhada. Ao Jaap Van Milgen, pelas críticas construtivas que contribuíram para o aperfeiçoamento desse trabalho. À professora Doutora Kênia Cardoso, Flávio Bello da Embrapa e Barbara Joss da Sable System, pelo suporte científico. Aos membros da banca de qualificação e defesa. Aos meus amigos latinos que fiz durante esse período. Aos colegas do aviário que participaram incondicionalmente e contribuíram positivamente na realização dos experimentos e elaboração dos artigos científicos que compõem a tese. Muito obrigado pela inestimável ajuda. A Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, pela estrutura e acolhimento, sendo minha segunda casa nos quatro anos. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) – 88887.338773/2019-00 i TABLE OF CONTENTS Page Chapter 1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS ........................................................................ 1 1.1. Introduction ......................................................................................................... 1 1.2. Energy metabolism.............................................................................................. 3 1.3. Energy for maintenance ...................................................................................... 6 1.3.1. Metabolizable energy for maintenance ............................................................ 6 1.3.2. Net energy for maintenance ............................................................................. 7 1.3.3. The fasting metabolism .................................................................................... 8 1.4. Energy for physical activity ................................................................................ 10 1.4.1. Physical activity .............................................................................................. 10 1.4.2. Methodologies to assess the physical activity ................................................ 10 1.5. Calorimetry technique ....................................................................................... 11 1.5.1. Indirect calorimetry ......................................................................................... 11 1.6. References ........................................................................................................ 14 Chapter 2 – Fasting heat production as affected by body weight and environmental temperature in group-housed pullets and laying hens .................................................... 19 ABSTRACT ............................................................................................................. 21 Introduction ............................................................................................................. 23 Materials and methods ............................................................................................ 24 Results .................................................................................................................... 28 Discussion ............................................................................................................... 29 Conclusion .............................................................................................................. 33 References .............................................................................................................. 34 Chapter 3 – Energy requirements for maintenance as a function of body weight and critical temperature in broiler chickens ........................................................................... 49 ABSTRACT ............................................................................................................. 51 1. Introduction .................................................................................................... 53 2. Materials and methods ................................................................................... 54 3. Results ........................................................................................................... 58 4. Discussion ...................................................................................................... 59 5. Conclusion ..................................................................................................... 64 ii REFERENCES ........................................................................................................ 65 Chapter 4 – Feather covering and environmental temperature affects energy for maintenance in broiler chickens ..................................................................................... 83 Abstract ................................................................................................................... 85 Implications ............................................................................................................. 87 Introduction ............................................................................................................. 88 Material and methods .............................................................................................. 90 Results .................................................................................................................... 94 Discussion ............................................................................................................... 95 References ............................................................................................................ 100 Chapter 5 – Energy cost of physical activities in growing broilers ................................ 110 Abstract ................................................................................................................. 112 INTRODUCTION ................................................................................................... 113 MATERIALS AND METHODS .............................................................................. 115 RESULTS .............................................................................................................. 120 DISCUSSION ........................................................................................................ 122 ACKNOWLEDGMENTS ........................................................................................ 125 REFERENCES ...................................................................................................... 126 Chapter 6 – Implications ............................................................................................... 140 iii iv NET ENERGY FOR MAINTENANCE IN POULTRY RESUMO O sistema energia líquida (EL) tem sido bem sucedido na nutrição de suínos e bovinos; no entanto, a nutrição avícola apresentou dificuldades na adoção do EL. Para o sucesso do sistema EL em aves, é necessário quantificar a energia necessária por ave e os valores energéticos dos alimentos no sistema EL. Com base na abordagem fatorial, a necessidade de energia EL pode ser dividida em energia para mantença (produção de calor em jejum, FHP) e produção (energia retida no corpo ou ovo). Fatores internos e externos são comumente considerados como um aumento na necessidade de energia de manutenção. Além disso, tem sido sugerido que a taxa metabólica se ajusta com a lei dos ¾ segundo a função potência (𝑦 = 𝑎 ∗ 𝑥𝑏), porém, nas últimas décadas, a universalidade deste expoente tem sido enfraquecida e a relevância deste escalar para algumas espécies de aves deve ser testado. Além disso, existem muitas discrepâncias no ajuste da quantidade de energia usada para atividade física (AF). Devido à AF abranger comportamentos múltiplos e complexos, este estudo utiliza a metodologia do time-energy budget como uma tentativa de quantificar a energia necessária para a AF. Portanto, os objetivos deste estudo são: (1) determinar um escalar alométrico adequado para frangas e galinhas poedeiras bem como quantificar o efeito da T no FHP, (2) determinar como o peso corporal e a temperatura ambiente afetam o FHP em frangos de corte, (3) Explorar o efeito do grau de empenamento (F) e T sobre FHP, e (4) Determinar o custo energético de AF para alguns tipos de atividade física. Câmaras calorimétricas foram utilizadas para realizar esses experimentos e, com base nas trocas gasosas e na equação de Brouwer, foi calculado o calor produzido durante o jejum. Os resultados desses experimentos são os seguintes: (1) O escalar mais adequado para galinhas poedeiras foi 0,67 enquanto 89 foi a energia necessária para mantença (kcal/kg0,67) e a equação descreve a relação entre T e FHP é definida por: 0,247*T2-11,9*T+220. (2): FHPkcal/ave = BW0,75*[85 + 2,65*(CT-T)*(T |t| ------------ Parameter Estimates ------------ log(a) 1.95 0.004 <.0001 b 0.671 0.012 <.0001 ---------------- fixing b = 0.75 ---------------- log(a) 1.971 0.006 ---------------- fixing b = 0.67 ---------------- Log(a) 1.9537 0.004 a: FHP (kcal/BWb); b: allometric scaling. 44 44 Table 3. Body weight range, basal metabolic rate (a), and allometric scaling (b) of different avian species (Based on Bushuev et al., 2018) Source Classification BW range (kg) b1 a1,2 ---------------- Interspecific studies3 ---------------- Brody and Proctor (1932)4,5 Avian species 0.640 90.11 Bennett and Harvey (1987)4 All birds 0.01 - 1006 0.670 57.54 Tieleman and Williams (2000) All birds 0.0037 - 95.4 0.638 73.69 McKechnie and Wolf (2004) All birds 0.0029 - 100 0.669 72.60 Speakman (2005) All birds 0.671 83.75 McNab (2009) All birds 0.0052 - 92.4 0.652 75.16 Lasiewski and Dawson (1967) Passeriformes 0.0061 - 0.866 0.724 129.00 Non-passerines 0.003 - 100 0.723 78.30 All birds 0.0061 - 100 0.668 86.40 Daan et al. (1990) All birds 0.0108 - 1.253 0.677 86.88 McKechnie et al. (2006) Captive-raised birds 0.01 - 10d 0.670 66.67 Wild-caught birds 0.01 - 10d 0.744 75.32 Zar (1969) Passerines 0.724 129.00 Non-passerines 0.728 76.70 All birds 0.667 83.90 Ballesteros et al. (2018) Flying birds 0.657 76.73 Flightless birds 0.744 60.68 45 45 Flightless birds, without outliers 0.805 61.15 Johnson and Farrell (1985) All birds 0.7 - 4.35 0.614 96.25 Mature birds 0.602 96.92 Immature birds 0.646 95.59 Hudson et al. (2013) avian species 0.710 White et al. (2006) Pooled 0.640 58.16 ---------------- intraspecific studies3 ---------------- Noblet et al. (2015) Broiler 0.6 - 2.8 0.700 100.38 Berman and Snapir (1965) Pooled 1.5 - 4.0d 0.610 91.58 Rivera-Torres et al. (2010) Growing turkeys 0.2 - 13.77 0.770 105.40 This study Pullet and laying hens 0.08 - 1.60 0.670 89.89 1a is the constant term and represents FHP (kcal/BWb); b is the scaling exponent from equation FHP = a*BWb. 2The constant term a was recalculated from logarithmic back transforming, based on 1000g of body mass, 24 hours, and/or 1kcal = 4.184 kJ. 3Birds were post-absorptive, thermoneutral surrounding, and nearly rested as possible. 4Literature review. 5Cited by Johnson and Farrell (1985). 6Not reported. 7based on equation 1L of O2 = 20.083 kJ (Schmidt-Nielsen, 1997). 46 46 Figure 1. Allometric relationship between body weight mass and fasting heat production for pullets and laying hens. 47 47 Figure 2. Observed and Predicted data of Fasting heat production per metabolic body weight as a function of temperature. Allometric scaling fixed at 0.75. 48 48 Summary text for the table of contents The BW0.75 was developed to express energy requirement however the validity of 0.75 in pullets in laying hens needs to be tested. The results suggest that the most appropriate scalar for pullets and laying hens is 0.67; nevertheless, the choice of 0.67 or 0.75 allometric scalings will affect the estimate of the energy required for maintenance for growing pullets than laying hens. For laying hens, the maintenance energy varied a little between 20 and 28°C but was considerably higher outside this range. 49 49 Chapter 3 – Energy requirements for maintenance as a function of body weight and critical temperature in broiler chickens Este capítulo é apresentado segundo as normas da revista Livestock Science 50 50 Main Document Energy requirements for maintenance as a function of body weight and critical temperature in broiler chickens F. Hornaa , M. Macaria, M.P. Reisa, G.F.S. Teofiloa, R.S. Camargosa, N.K. Sakomuraa, * a School of Agricultural and Veterinarian Sciences, São Paulo State University (Unesp) Jaboticabal, São Paulo, Brazil. * Corresponding author: Nilva Kazue Sakomura e-mail: nilva.sakomura@unesp.br mailto:nilva.sakomura@unesp.br 51 51 ABSTRACT The rate of heat loss (HL) reduce as body weight (BW) increases, also this rate of HL is affected by environmental temperature (T) thus interactions between BW and T on energy metabolism are highly expected; then quantification of these interactions over maintenance requirements is important to get a better adjust of energy requirements. Therefore, this study aimed to explore the interaction of BW and T on fasting heat production (FHP) assuming a single critical temperature (CT). A procedure used in this study assumed two main stages: (i) how the CT (°C) is affected by BW size and (ii) how the FHP change according to T. To solve the first stage (i), it was used the one-phase exponential decay to relate CT as a function of BW (CT = c + (d-c)*e-R*BW … [1]). To solve the second stage (ii), a line-line regression was used to describe the amount of energy used (kcal/(kg0.75*°C)) above FHP assuming a single CT (FHPkcal/bird = BWb*[L + U*(CT-T)*(T