熱應激對不同泌乳階段奶牛生產性能和血清激素濃度的影響

宋代軍 何 欽 姚焰礎

(1.西南大學動物科技學院，重慶 400715;2.重慶市畜牧科學院動物營養(yǎng)研究所，重慶 402460)

奶牛熱應激綜合征是奶牛受到超過本身體溫調節(jié)能力的過高的溫度刺激時，作用于垂體-腎上腺皮質系統，所引起的包括機體非特異性防御反應和特異性障礙的全身性適應癥［1］。熱應激不僅會導致奶牛生產性能和繁殖性能降低，還能引起一些血液激素及熱休克蛋白70(HSP70)濃度的變化。近年來，國內外關于奶牛熱應激的機理研究已有大量的文獻報道，但關于熱應激對不同泌乳階段奶牛血清激素及HSP70濃度影響的研究報道較少，且研究結果不盡相同。因此，本試驗旨在研究熱應激對不同泌乳階段奶牛生產性能、血清激素和HSP70濃度的影響，為進一步揭示奶牛熱應激的發(fā)生機理及合理制訂緩解奶牛熱應激的技術措施提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗采用二因子完全交叉(3×2)設計，選用胎次相近、健康無病、產后14～230 d、產奶量14～22 kg/d的3個不同泌乳階段(泌乳前、中、后期)的荷斯坦奶18頭，每個階段6頭(試驗奶牛的泌乳階段見表1);采用熱應激期與非熱應激期進行比較。試驗于2010-07-30至2010-09-30在重慶市宏西奶牛養(yǎng)殖場進行，采集的樣品在重慶市畜牧科學院動物營養(yǎng)所進行分析。

1.2 飼養(yǎng)管理與試驗飼糧

按牛場正常飼養(yǎng)條件進行。試驗奶牛飼養(yǎng)于含有雙側排風扇的拴系式雙列對頭牛舍(鐘樓式)中，每頭奶牛定欄定位飼喂，每天飼喂3次，即04:00—06:00、12:30—13:30、17:00—18:00。飼喂方式:先粗后精。精料定量飼喂，粗料自由采 食，自由飲水。試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平見表2。

表1 試驗奶牛的泌乳階段Table 1 Lactation stages of experimental dairy cows

表2 試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質基礎)Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets(DM basis) %

1.3 樣品采集和分析方法

1.3.1 牛舍溫濕指數(THI)的測定

分別在牛舍的中部和兩端距地面1.5 m高處掛置干濕球溫度計(河北武強滏陽儀表廠生產)，保證溫濕度表的有效通風，防止陽光照射和雨淋，并要避免奶牛觸及。每天08:00、14:00、20:00記錄干球溫度和濕球溫度，求3次平均值，并依據以下公式計算 THI［1］。

式中:Td為干球溫度，Tw為濕球溫度。

1.3.2 干物質采食量(DMI)和產奶量的測定

分別于熱應激的前、中、后期和非熱應激期連續(xù)3 d測定奶牛的精、粗料采食量。每次飼喂時，待奶牛停止進食后，分別收集奶牛的剩料稱重，并根據采集飼料樣品水分的測定值計算出每頭奶牛DMI。于熱應激前、中、后期和非熱應激期分別選擇1 d測定奶牛的產奶量。

1.3.3 血清激素和HSP70濃度的測定

分別于熱應激前、中、后期和非熱應激期選擇1 d，每組隨機選取2頭，在15:00對奶牛進行頸靜脈采血。血樣經3 500 r/min離心20 min后，分離血清，于-20℃冰箱中冷凍保存，用于血清激素和HSP70濃度的檢測。血清胰島素(INS)、胰高血糖素(GC)、三碘甲腺原氨酸(T3)、甲狀腺素(T4)、瘦素、皮質醇、催乳素(PRL)和HSP70濃度全部采用試劑盒(南京建成生物工程研究所)測定。

1.4 數據統計與分析

試驗數據用SPSS 16.0進行單因素方差分析和F檢驗。

2 結果

2.1 牛舍干球溫度與THI

由表3可知，在熱應激全期牛舍 THI在80.92～88.53之間，奶牛處于中度熱應激(79≤THI≤89)狀態(tài)。非熱應激期牛舍的 THI＜72，奶牛無熱應激反應。

表3 試驗期內牛舍干球溫度與THI的變化Table 3 The changes of dry bulb temperature and THI in the house of dairy cows during the trial

2.2 熱應激對不同泌乳階段奶牛生產性能的影響

由表4可知，與非熱應激期相比，不同泌乳階段奶牛在各熱應激期DMI均降低。在熱應激逐漸加重的過程(熱應激前期至熱應激中期)中，奶牛DMI趨于下降;而在熱應激逐漸減輕的過程(熱應激中期至熱應激后期)中，奶牛DMI沒有大幅的上升。與非熱應激期相比，泌乳前、中、泌乳后期奶牛在熱應激全期的DMI分別下降了21.23%(P＞0.05)、27.52%(P ＜0.01)、21.70%(P ＜0.01)。

與非熱應激期相比，不同泌乳階段奶牛在各熱應激期的產乳量均降低。在熱應激逐漸加重的過程中，各泌乳階段奶牛的產乳量逐漸降低，熱應激中期時降到最低，其中泌乳全期奶牛在熱應激中期產奶量極顯著低于熱應激前、后期(P＜0.01);而在熱應激逐漸減輕的過程中，奶牛產乳量恢復到與熱應激前期同一水平;泌乳前、中、后期奶牛在熱應激前、中、后期的產乳量差異不顯著(P＞0.05)。與非熱應激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在熱應激全期的產奶量分別下降了18.48%(P ＞0.05)、16.98%(P ＞0.05)、15.36%(P ＞0.05)，泌乳全期降低了16.88%(P＜0.05)。

2.3 熱應激對不同泌乳階段奶牛血清激素和HSP70濃度的影響

由表5可知，與非熱應激期相比，不同泌乳階段奶牛在熱應激期血清HSP70濃度均有所升高。隨著熱應激時間的延長，血清HSP70濃度逐漸增加，同一泌乳階段、不同熱應激期之間差異不顯著(P＞0.05)。與非熱應激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在熱應激全期的血清HSP70濃度分別升高了22.12%(P ＜0.05)、19.35%(P ＞0.05)、55.91%(P＜0.01)。

表4 熱應激對不同泌乳階段奶牛生產性能的影響Table 4 Effects of heat stress on performance of dairy cows at different lactation stages kg/d

表5 熱應激對不同泌乳階段奶牛血清激素和HSP70濃度的影響Table 5 Effects of heat stress on concentrations of serum hormone and HSP70 of dairy cows at different lactation stage

續(xù)表5

與非熱應激期相比，奶牛在各熱應激期血清INS濃度均降低，其中泌乳前期奶牛在熱應激前期顯著降低(P＜0.05)。同一泌乳階段奶牛在各熱應激期血清INS濃度差異不顯著(P＞0.05)。血清GC濃度的變化趨勢與INS完全相同。

與非熱應激期相比，不同泌乳階段奶牛在各熱應激期血清T3、T4濃度均降低?？傮w上，在熱應激逐漸加重的過程中，各泌乳階段奶牛的血清T3濃度降低，T4濃度升高;而在熱應激逐漸減輕的過程中，血清T3濃度升高，T4濃度降低;同一泌乳階段，不同熱應激期之間差異不顯著(P＞0.05)。與非熱應激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在熱應激全期的血清T3濃度分別降低了36.63%、19.83%、10.91%，血清 T4濃度分別降低了14.33%、13.42%、8.28%，差異均不顯著(P＞0.05)。

瘦素濃度不受泌乳期和熱應激的影響(P＞0.05)。

與非熱應激期相比，不同泌乳階段奶牛在各熱應激期血清皮質醇濃度均有所降低。泌乳前期奶牛在熱應激后期時最低，顯著低于熱應激前、中期(P＜0.05);泌乳中、后期奶牛在熱應激前期最低，但各熱應激期之間差異不顯著(P＞0.05)。與非熱應激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在熱應激全期的血清皮質醇濃度分別降低了61.36%(P＜0.05)、19.85%(P ＞0.05)、27.99%(P ＞0.05)。

與非熱應激期相比，各泌乳階段奶牛在各熱應激期血清PRL濃度均降低。在熱應激逐漸加重的過程中，各泌乳階段奶牛的血清PRL濃度均有升高的趨勢;而在熱應激逐漸減輕的過程中，血清PRL濃度趨于降低;各熱應激期之間差異不顯著(P＞0.05)。與非熱應激期相比，泌乳前期奶牛在熱應激前、后期時的血清PRL濃度均顯著降低(P＜0.05)，泌乳前、中、后期奶牛在熱應激全期的血清PRL濃度分別降低了36.22%(P＜0.05)、17.04%(P ＞0.05)、16.01%(P ＞0.05)。

3 討論

3.1 不同泌乳階段奶牛生產性能與熱應激的關系

Ingraham 等［2］認為 THI＜72，對奶牛無影響，在72～78之間對奶牛會產生輕微熱應激，在78～89之間對奶牛會產生中度熱應激，在90以上時，會產生嚴重熱應激。結合本試驗結果可知，奶牛處于中度熱應激狀態(tài)，非熱應激期間奶牛無熱應激反應。

在熱應激條件下，奶牛采食量下降，機體內分泌機能紊亂，直接影響奶牛的泌乳性能，導致產奶量下降。Snachez等［3］、Belya 等［4］以及 Collie等［5］認為，熱應激導致奶牛食欲減退，采食量下降。有研究表明，每年的6～9月重慶市奶牛產奶量可下降 25.6% ～33.5%［6］。李建國等［7］研究發(fā)現，慢性熱應激時，泌乳前、中、后期奶牛的產奶量分別降低了19.30%、15.88%、13.83%。Ravagnolo等［8］報道，當 THI＞72 時，THI每升高 1 個單位，奶牛的產奶量降低0.2 kg。本研究發(fā)現，熱應激時各泌乳階段奶牛的產奶量均顯著低于非熱應激期，且隨著熱應激時間的延長，各泌乳階段奶牛的產奶量有逐漸降低的趨勢，熱應激中期奶牛的產奶量會顯著下降，泌乳前期奶牛在整個熱應激過程中的下降幅度最大，與以上研究結果相似。結果提示，中度以上熱應激對奶牛的產奶量有顯著影響，泌乳前期奶牛的產奶量受熱應激的影響更為嚴重。

3.2 不同泌乳階段奶牛血清激素及HSP70濃度變化與熱應激的關系

HSP70是一種重要的分子伴侶，Alderman等［9］報道，HSP70與環(huán)境溫濕度變化密切相關，在生物熱耐受中起著主要作用。在環(huán)境變化應激時，產生的HSP70可以增強細胞對下一次有害損傷的耐受程度，維持細胞的正常生理功能代謝，提高細胞生存率［10-12］。陳強等［12］報道，熱應激狀態(tài)時，奶牛體內HSP70基因的表達量會增加。本試驗中，泌乳前、中、后期奶牛血清HSP70濃度在熱應激期時均明顯高于非熱應激期，與其研究結果一致。此外，本試驗還發(fā)現，輕微熱應激時奶牛的血清HSP70濃度會顯著升高，泌乳后期奶牛的血清HSP70濃度在熱應激全期的增加幅度最大。結果提示，輕微熱應激時奶牛的抗應激能力較高，泌乳后期奶牛在熱應激過程中抵抗損傷的能力更強。

INS是調節(jié)三大營養(yǎng)物質代謝的重要激素，特別對糖代謝的調節(jié)尤為重要，它可以促進三大代謝性營養(yǎng)物質以不同的形式在體內貯存。GC是由胰島A細胞所分泌，它主要的生理功能是促進三大營養(yǎng)物質的分解，對于應激時維持血糖濃度以及INS分泌量的穩(wěn)態(tài)具有重要作用。Hethein等［13］認為熱應激會降低血液INS的濃度。但Itoh等［14］報道，熱應激可顯著提高泌乳期奶牛血液INS濃度，同時降低GC濃度。在本研究中，各熱應激期泌乳前、中期奶牛血清INS濃度有下降的趨勢，這可能是機體在熱應激期間抑制營養(yǎng)物質的代謝，從而減少產熱、節(jié)省能量，以應對外界不良環(huán)境的影響。GC濃度的下降可能是與INS相互作用調節(jié)的結果。

T3與T4是由甲狀腺及其外周組織所分泌。急性應激可以使血清中T3、T4濃度升高，而慢性或長期應激則引起血清T3濃度上升而T4濃度下降［15］。然而，李秋鳳等［16］報道，熱應激時甲狀腺機能減弱，造成甲狀腺分泌T4和T3減少。Nardone等［17］研究也發(fā)現，熱應激使牛血清中 T3濃度下降。本試驗中，泌乳前、中、后期的奶牛在熱應激全期的血清T3、T4濃度均不同程度地低于非熱應激期，與以上研究結果一致。

Liefers等［18］報道，泌乳期間正能量平衡的奶牛瘦素濃度高于負能量平衡的奶牛。本試驗結果發(fā)現，泌乳前、中、后期奶牛在熱應激期的血清瘦素濃度均低于非熱應激期。其原因可能為，在本試驗中，奶牛在熱應激期的采食量較非熱應激期顯著降低，產奶量雖有一定程度的下降，但與非熱應激期差異不明顯，所以奶牛處于負能量平衡狀態(tài)，血清瘦素濃度低。牛淑玲等［19］研究表明，泌乳期瘦素濃度與奶牛產奶量存在一定關系，高的瘦素濃度有高的產奶量。本試驗也發(fā)現瘦素濃度與奶牛產奶量沒有明顯關系，與Mann等［20］的研究結果一致。

皮質醇是一種由腎上腺皮質產生的類固醇類糖皮質激素，參與機體的熱調節(jié)，急性熱應激時奶牛血清中皮質醇濃度升高，慢性熱應激時降低［21］。本試驗中，泌乳前、中、后期的奶牛在熱應激期的血清皮質醇濃度均低于非熱應激期，與以上研究結果一致。

PRL是腺垂體前葉分泌的一種生乳激素，對奶牛泌乳的啟動和維持具有重要作用［22］。研究結果表明，在免疫反應過程中，血清PRL濃度顯著下降［23］。本試驗中，泌乳前、中、后期的奶牛在熱應激期的血清PRL的濃度均低于非熱應激期，與朱國標等［24］的試驗結果恰好相反。

4 結論

熱應激會嚴重影響奶牛血清激素和HSP 70濃度，從而影響奶牛的生產性能;與泌乳中、后期相比，熱應激對泌乳前期奶牛影響更大。

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