冷熱應(yīng)激對北京地區(qū)荷斯坦牛產(chǎn)奶性能及 血液生化指標的影響

胡麗蓉，康玲，王淑慧，李瑋，鄢新義，羅漢鵬，董剛輝，王新宇，王雅春，徐青

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冷熱應(yīng)激對北京地區(qū)荷斯坦牛產(chǎn)奶性能及 血液生化指標的影響

胡麗蓉1，康玲1，王淑慧1，李瑋1，鄢新義2，羅漢鵬2，董剛輝3，王新宇3，王雅春2，徐青1

（1北京交通大學生命科學與生物工程研究院，北京 100044；2中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；3北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司， 北京 100029）

【目的】分析冷熱應(yīng)激對北京地區(qū)荷斯坦牛產(chǎn)奶性能和血液生化指標的影響，評估可指示荷斯坦牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的候選血液生化指標，為該地區(qū)奶牛的生產(chǎn)管理及耐應(yīng)激個體選育提供理論依據(jù)。【方法】本試驗以北京市三元綠荷金銀島牧場的健康泌乳荷斯坦牛為研究對象，連續(xù)監(jiān)測了熱應(yīng)激期（2014年8月份）、非應(yīng)激期（2014年11月份）和冷應(yīng)激期（2015年1月份）牛舍THI，并分別采集了178頭、120頭和126頭荷斯坦牛的血樣，測定了14種血液生化指標，同時收集了試驗個體的7項產(chǎn)奶性能數(shù)據(jù)，采用SAS9.2中的MIXED模型分析了荷斯坦牛在冷熱應(yīng)激下產(chǎn)奶性能和血液生化指標的變化規(guī)律，并通過Logistic過程分析了荷斯坦牛在冷熱應(yīng)激下顯著變化的血液生化指標指示奶牛個體冷熱應(yīng)激反應(yīng)的準確性?！窘Y(jié)果】牛舍8月份的平均溫度為31.80℃，平均THI達到了81.57，且該月THI大于78持續(xù)時間超過8 h的天數(shù)達到了21 d，表明本試驗群體在8月份長期處于中度熱應(yīng)激狀態(tài)；11月份的平均溫度為12.76℃，該月平均THI為55.43，表明本試驗群體在11月份處于非應(yīng)激狀態(tài)；1月份的平均溫度為-6.70℃，平均THI為25.63，且該月有21 d的溫差大于12℃，表明試驗群體在1月份處于較嚴重的冷應(yīng)激狀態(tài)。與非應(yīng)激期比較，熱應(yīng)激下荷斯坦牛AMY下降了1.34 kg，奶樣中FP、PP、F/P和SP極顯著降低（＜0.01），LP顯著降低（＜0.05），SCS則極顯著增加（=0.01）；血清中GH、LD、PRL和SOD極顯著升高（＜0.01），而BUN、CRP、LDH、LPO、NE和K+極顯著降低（＜0.01）；ROC曲線分析顯示PRL、GH和CRP的AUC值大于0.80，分別為0.91、0.85和0.83。與非應(yīng)激期比較，冷應(yīng)激下荷斯坦牛AMY下降了1.13 kg，奶樣中FP和SP極顯著下降（＜0.01），F(xiàn)/P顯著下降（＜0.05），SCS則極顯著增加（＜0.01）；血清中COR、CORT和K+極顯著升高（＜0.01），而CRP、DA、GH、PRL和SOD極顯著降低（＜0.01），ATCH顯著降低（＜0.05）；ROC曲線分析顯示僅SOD的AUC值大于0.80，其值為0.84?！窘Y(jié)論】研究結(jié)果表明北京地區(qū)荷斯坦牛在8月份和1月份均處于較嚴重的應(yīng)激狀態(tài)，且冷熱應(yīng)激已極大地影響了該地區(qū)荷斯坦牛的產(chǎn)奶性能和生理狀態(tài)，PRL和GH可作為監(jiān)測荷斯坦牛早期熱應(yīng)激的候選指示指標，SOD可作為監(jiān)測荷斯坦牛早期冷應(yīng)激的候選指示指標。

荷斯坦牛；冷熱應(yīng)激；產(chǎn)奶性能；血液生化指標

0 引言

【研究意義】冷熱應(yīng)激是指動物受到寒冷或炎熱刺激所產(chǎn)生的一系列非特異性反應(yīng)。隨著畜牧業(yè)集約化和規(guī)模化發(fā)展及全球性氣溫劇烈變化，冷熱應(yīng)激嚴重影響了畜禽的生產(chǎn)性能、繁殖性能以及免疫力[1-2]，成為制約畜牧業(yè)生產(chǎn)的重要因素。研究表明，熱應(yīng)激下奶牛的采食量減少，產(chǎn)奶量下降，乳成分含量降低[3-4]，機體免疫功能受到抑制，導致奶牛乳房炎發(fā)病率提高[5]。而冷應(yīng)激下，奶牛因體熱散失較多，必然不斷的增加能量消耗以維持正常體溫，導致產(chǎn)奶凈能減少，產(chǎn)奶量下降[6]?！厩叭搜芯窟M展】奶牛適宜生活的環(huán)境溫度為5—25℃[7]，超出此溫度范圍，奶牛就會發(fā)生冷或熱應(yīng)激反應(yīng)。環(huán)境濕度也影響奶牛的冷熱應(yīng)激反應(yīng)，因此常采用溫濕度指數(shù)（temperature-humidity index，THI）來綜合描述氣候條件[8]，通常當THI大于72時，奶牛出現(xiàn)熱應(yīng)激反應(yīng)[8]，THI小于38時，則出現(xiàn)冷應(yīng)激反應(yīng)[9]。參與調(diào)節(jié)冷熱應(yīng)激的神經(jīng)內(nèi)分泌軸主要有交感-腎上腺髓質(zhì)軸（SAM）、下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA）和下丘腦-垂體-甲狀腺軸（HPT）[10]。奶牛處于冷熱應(yīng)激時，SAM、HPA和HPT軸被激活，垂體分泌促腎上腺皮質(zhì)激素（adrenocorticotrophic hormone，ATCH）、催乳素（prolactin，PRL）和生長激素（growth hormone，GH）等激素，進一步調(diào)節(jié)血管收縮和舒張及能量代謝；同時，血液中與冷熱應(yīng)激相關(guān)的酶和電解質(zhì)離子含量也相應(yīng)發(fā)生變化[11-12]，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等?！颈狙芯壳腥朦c】因此，存在于血液中的這些生化指標，是奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的內(nèi)在體現(xiàn)，參與應(yīng)激條件下機體能量的重新分配以維持體溫恒定[13]，在生產(chǎn)性能未表現(xiàn)異常之前就可檢測到其變化，可用于早期監(jiān)測奶牛的應(yīng)激程度[14-15]，降低冷熱應(yīng)激對產(chǎn)奶性能造成的不利影響，也可作為潛在的指標評價奶牛的冷熱應(yīng)激狀態(tài)，輔助篩選耐應(yīng)激個體?！緮M解決的關(guān)鍵問題】北京地區(qū)每年夏季有131—139 d處于熱應(yīng)激期，其中處于中度熱應(yīng)激的天數(shù)超過50%[16]，冬季晝夜溫差高達20℃，冷應(yīng)激和熱應(yīng)激均可對北京地區(qū)奶牛的生產(chǎn)造成嚴重影響。因此，系統(tǒng)地分析冷熱應(yīng)激對北京地區(qū)荷斯坦牛產(chǎn)奶性能和血液生化指標的影響，對該地區(qū)奶牛的生產(chǎn)管理及耐應(yīng)激個體選育具有重要意義。本研究選擇北京市三元綠荷金銀島牧場的健康泌乳荷斯坦牛為研究對象，分別于熱應(yīng)激期（2014年8月份，N=178）、非應(yīng)激期（2014年11月份，N=120）和冷應(yīng)激期（2015年1月份，N=126）采集血樣，檢測14種血液生化指標，收集7項產(chǎn)奶性能數(shù)據(jù)，分析冷熱應(yīng)激對荷斯坦牛產(chǎn)奶性能和血液生化指標的影響，篩選可判別冷應(yīng)激反應(yīng)的潛在血液生化指標，為制定該地區(qū)預防冷熱應(yīng)激方案和篩選抗冷熱應(yīng)激個體提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗動物

本試驗在北京市三元綠荷金銀島牧場進行，以健康泌乳荷斯坦牛為研究對象。該荷斯坦牛群體采用散欄式飼養(yǎng)，舍外設(shè)運動場，自由飲水，全天全混合日糧（TMR）自由采食，整個試驗期間日糧營養(yǎng)成分保持一致，其營養(yǎng)水平符合奶牛飼養(yǎng)標準（NY/T 34-2004）。飼料主要營養(yǎng)成分如下：干物質(zhì)23 kg，粗料比例40%，粗蛋白16%—17%。試驗在3個不同時期進行：熱應(yīng)激期（2014年8月份）、非應(yīng)激期（2014年11月份）和冷應(yīng)激期（2015年1月份），采樣個體數(shù)分別為178頭、120頭和126頭，其中有101頭在3個月份中均采樣。熱應(yīng)激期從2014年8月1日開始，監(jiān)測牛舍內(nèi)THI（溫濕度指數(shù)）變化，當THI連續(xù)7 d高于78后進行血液采集；非應(yīng)激期從2014年11月1日開始，7 d后進行血液樣品采集；冷應(yīng)激從2015年1月1日開始，在THI連續(xù)7 d小于38后進行血液樣品采集。

1.2 牛舍環(huán)境溫濕度記錄

在牛舍中央距地面1.5 m處懸掛溫濕度自動記錄計，每半小時自動記錄一次溫濕度。根據(jù)公式計算THI：THI=0.8×AT+[RH×(AT-14.4)]+46.4[8]，式中AT和RH 分別為溫度和相對濕度。熱應(yīng)激判別標準[8]：輕度熱應(yīng)激，72≤THI≤78；中度熱應(yīng)激，78＜THI≤89；重度熱應(yīng)激，THI＞89。冷應(yīng)激判別標準[9]：輕度冷應(yīng)激，25≤THI≤38；中度冷應(yīng)激，8≤THI＜25；重度冷應(yīng)激，-12≤THI＜8。

1.3 血液采集和生化指標測定

通過尾靜脈采血法分別于2014年8月8日上午7：00—10：00（N=178）、2014年11月8日上午7：00—10：00（N=120）、2015年1月17日上午7：00—10：00（N=126）采集健康泌乳荷斯坦牛的血液樣品，3 000 r/min離心10 min后，分離上層血清和下層紅細胞，-40℃冷凍保存[17]。測定14種血液生化指標：放射免疫法測定促腎上腺皮質(zhì)激素（adrenocorticotrophic hormone，ATCH）、皮質(zhì)醇（cortisol，COR）、皮質(zhì)酮（corticosterone，CORT）、C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）、多巴胺（dopamine，DA）、生長激素（growth Hormone，GH）、脂質(zhì)過氧化物（lipid peroxide，LPO）、去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）、催乳素（prolactin，PRL）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）；比色法測定血尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）、乳酸（lactate，LD）和乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）；原子吸收法測定紅細胞鉀（erythrocyte potassium，K+）。所有血液生化指標的測定均委托北京華英生物技術(shù)研究所進行。

1.4 產(chǎn)奶性能數(shù)據(jù)

本研究采集了3個不同月份（熱應(yīng)激期：2014年8月份，N=178；非應(yīng)激期：2014年11月份，N=120；冷應(yīng)激期：2015年1月份，N=126）的7項產(chǎn)奶性能數(shù)據(jù)，包括：連續(xù)7 d平均日產(chǎn)奶量（average milk yield of 7 days，AMY，乳脂率（fat percentage，F(xiàn)P）、乳蛋白率（protein percentage，PP）、脂蛋比（fat percentage/Protein percentage，F(xiàn)/P）、乳糖率（lactose percentage，LP）、干物質(zhì)率（solid percentage，SP）和體細胞分（somatic cells score，SCS）。產(chǎn)奶性能原始數(shù)據(jù)由北京市三元綠荷金銀島牧場采集和提供。

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 冷熱應(yīng)激影響荷斯坦牛產(chǎn)奶性能的方差分析 采用SAS9.2軟件，利用MIXED過程分析冷熱應(yīng)激對荷斯坦牛產(chǎn)奶性能的影響，模型如下：

=++++（模型1）

其中，是各產(chǎn)奶性能；是各產(chǎn)奶性能的均值；是月份的固定效應(yīng)（8月份，11月份，1月份）；是泌乳階段的固定效應(yīng)（DIM≤100，早期；100＜DIM≤200，中期；DIM＞200，后期）；是奶牛個體的效應(yīng)；是隨機殘差。

模型中胎次、產(chǎn)犢季節(jié)、懷孕天數(shù)等不顯著效應(yīng)已剔除，僅保留顯著的因子加入模型；由于數(shù)據(jù)有限不考慮兩因子和三因子互作。

采用最小二乘均值法對不同泌乳階段和荷斯坦牛個體效應(yīng)進行校正，用Bonferroni t檢驗對月份效應(yīng)進行多重比較。

1.5.2 冷熱應(yīng)激影響荷斯坦牛血液生化指標的方差分析 采用SAS9.2軟件，利用MIXED過程分析冷熱應(yīng)激對荷斯坦牛血液生化指標的影響，模型如下：

=++++（模型2）

其中，是各血液生化指標含量；是各血液生化指標含量的均值；是月份的固定效應(yīng)（8月份，11月份，1月份）；是胎次的固定效應(yīng)（1胎，2胎，其他）；是奶牛個體的效應(yīng)；是隨機殘差。

模型中泌乳階段、產(chǎn)犢季節(jié)、懷孕天數(shù)等不顯著效應(yīng)已剔除，僅保留顯著的因子加入模型；由于數(shù)據(jù)有限不考慮兩因子和三因子互作。

采用最小二乘均值法對胎次和荷斯坦牛個體效應(yīng)進行校正，用Bonferroni t檢驗對月份效應(yīng)進行多重比較。

1.5.3 受試者工作特征曲線分析（receiver operating characteristic curve，ROC曲線） 為了進一步分析各血液生化指標的變化與奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)程度之間的潛在關(guān)系，采用SAS9.2軟件中Logistic過程對冷熱應(yīng)激下荷斯坦牛顯著變化的血液生化指標進行ROC曲線分析，篩選可相對準確指示奶牛個體冷熱應(yīng)激反應(yīng)的血液生化指標。ROC曲線圖中，曲線下面積（area under the curve，AUC）值越大，表示其判別冷熱應(yīng)激反應(yīng)的假陽性和假陰性的總數(shù)越少，準確性越高。AUC值在0.50—0.80之間，表示具有較低準確性；AUC值在0.80—0.90之間，表示具有較好準確性；AUC值大于0.90表示具有較高準確性。

2 結(jié)果

2.1 應(yīng)激期與非應(yīng)激期牛舍溫度和THI

本研究監(jiān)測了3個不同月份中試驗牛牛舍的溫度和THI，如圖1所示：8月份牛舍的平均溫度為31.80℃，平均THI達到了81.57，且該月THI大于78持續(xù)時間超過8 h的天數(shù)有21 d，最長可持續(xù)24 h，說明本試驗群體在8月份長時間處于中度熱應(yīng)激狀態(tài)（79≤THI≤89）狀態(tài)；11月份的平均溫度為12.76℃，該月平均THI為55.43，說明本試驗群體在11月份處于非應(yīng)激狀態(tài)；1月份的平均溫度為-6.70℃，平均THI為25.63，表明試驗群體在1月份處于輕度冷應(yīng)激狀態(tài)（25≤THI≤38），但該月有21 d的溫差大于12℃，1月份中旬和下旬則持續(xù)處于冷應(yīng)激狀態(tài)（最低THI為10），一定程度上加重了該荷斯坦牛群體的冷應(yīng)激狀態(tài)。

以上結(jié)果表明本荷斯坦牛試驗群體在8月份和1月份分別處于中度熱應(yīng)激狀態(tài)和輕度冷應(yīng)激狀態(tài)。為了檢測這種中等和輕微程度的溫度應(yīng)激是否會對受試奶牛群體的生產(chǎn)性能和生理產(chǎn)生影響，采集了試驗群體3個不同月份的日產(chǎn)奶量等7項產(chǎn)奶性能數(shù)據(jù)，并采集血液測定了促腎上腺皮質(zhì)激素等14種血液生化指標（奶牛內(nèi)在生理變化的表現(xiàn)）。

黑色三角形表示該天THI大于78而且持續(xù)時間超過8 h；黑色菱形表示該天溫差大于12℃

2.2 冷熱應(yīng)激對荷斯坦牛產(chǎn)奶性能的影響

方差分析結(jié)果顯示，月份、泌乳階段和荷斯坦牛個體均對多項產(chǎn)奶性能有顯著影響（＜0.05），因此采用最小二乘均值法對泌乳階段和荷斯坦牛個體效應(yīng)進行校正后，再比較不同月份（冷熱應(yīng)激）對產(chǎn)奶性能的影響。多重比較結(jié)果如表1所示：8月份與11月份相比，AMY下降了1.34 kg，奶樣中的FP、PP、F/P和SP極顯著降低（＜0.01），LP顯著降低（＜0.05），而SCS極顯著增加（0.01）；1月份與11月份相比，AMY下降了1.13 kg，奶樣中的FP和SP極顯著降低（＜0.01），F(xiàn)/P顯著降低（＜0.05），SCS則極顯著增加（＜0.01）。以上結(jié)果表明冷熱應(yīng)激已嚴重地影響了荷斯坦牛的產(chǎn)奶性能，同時降低了奶牛的免疫能力，增加了乳房炎的發(fā)病率。

表1 冷熱應(yīng)激對荷斯坦牛產(chǎn)奶性能的影響

1)為8月份和11月份比較結(jié)果，2)為1月份和11月份比較結(jié)果；＜0.05表示差異顯著，＜0.01表示差異極顯著；LSM 為最小二乘均值，SE 為標準誤

1)meanscomparison results between August and November,2)meanscomparison results between Januaryand November;＜0.05 indicates a significant difference,＜0.01 indicates a highly significant difference; LSM is least square mean, SE is standard error

2.3 冷熱應(yīng)激對荷斯坦牛血液生化指標的影響

動物的冷熱應(yīng)激反應(yīng)是一個激素等多種因素參與調(diào)節(jié)的神經(jīng)內(nèi)分泌應(yīng)對過程，存在于血液中的多種生化指標是奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的內(nèi)在生理表現(xiàn)。方差分析結(jié)果顯示，月份、胎次和荷斯坦牛個體均對多種血液生化指標產(chǎn)生顯著影響（＜0.05），通過最小二乘均值法將胎次和荷斯坦牛個體效應(yīng)校正后再對不同月份進行多重比較。如表2所示：8月份與11月份相比，血樣中的BUN、CRP、LDH、LPO、NE和K+極顯著降低（＜0.01），而GH、LD、PRL和SOD極顯著升高（＜0.01）；1月份與11月份相比，CRP、DA、GH、PRL和SOD極顯著降低（＜0.01），ACTH顯著降低（＜0.05），而血樣中的COR、CORT和K+極顯著升高（＜0.01）。以上數(shù)據(jù)表明冷熱應(yīng)激引起了荷斯坦牛多種血液生化指標的顯著變化，因此，這些發(fā)生顯著變化的血液指標可作為判別奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的潛在標記物，用于早期監(jiān)測奶牛的應(yīng)激程度，降低冷熱應(yīng)激對產(chǎn)奶性能造成的不利影響。

2.4 ROC曲線分析

冷熱應(yīng)激下分別有9種及10種血液生化指標發(fā)生顯著變化，為了進一步評判這些顯著變化指標潛在指示冷熱應(yīng)激反應(yīng)的準確性，通過Logistic過程對這19種顯著變化的血液生化指標進行ROC曲線分析。如圖2所示：熱應(yīng)激下PRL的AUC值為0.91，GH和CRP的AUC值分別為0.85和0.83，表明這3種指標判別個體熱應(yīng)激狀態(tài)的準確性優(yōu)于其他7種指標（圖2-A）；而冷應(yīng)激下僅SOD的AUC值大于0.80，其值為0.84，表明SOD判別個體冷應(yīng)激狀態(tài)的準確性優(yōu)于其他8種指標（圖2-B）。綜上，PRL、GH和CRP可做為指示奶牛熱應(yīng)激反應(yīng)的潛在血液生化標記，SOD可作為指示奶牛冷應(yīng)激反應(yīng)的潛在血液生化標記。

3 討論

3.1 THI與奶牛冷熱應(yīng)激

氣候變化是影響奶牛養(yǎng)殖的主要因素之一，THI作為溫度和濕度的綜合指標被廣泛用于評估奶牛群體的冷熱應(yīng)激狀態(tài)。當環(huán)境THI超過72時，奶牛開始處于熱應(yīng)激狀態(tài)，干物質(zhì)采食量和產(chǎn)奶量開始下降[18]，乳成分和體細胞數(shù)也受到顯著影響[3]，也有研究發(fā)現(xiàn)，THI高于68時，奶牛已經(jīng)開始出現(xiàn)熱應(yīng)激反應(yīng)，當THI超過70時，干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量、乳脂率和乳蛋白率開始隨THI升高而大幅度下降[19]。因此，牛群飼養(yǎng)的地理位置和管理水平等因素會影響THI判別冷熱應(yīng)激的準確性。尋找可輔助THI早期檢測奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的標記物顯得尤為重要。此外，北京地區(qū)自2008年以來，冷熱應(yīng)激呈現(xiàn)“雙升”態(tài)勢，對奶牛養(yǎng)殖業(yè)造成了不小的沖擊，其中8月份和1月份冷熱應(yīng)激程度最嚴重，天數(shù)占比最多[16]。本研究選擇2014年8月、2014年11月和2015年1月作為應(yīng)激和非應(yīng)激試驗期，對這3個月份THI、荷斯坦牛產(chǎn)奶性能和血液生化指標的變化規(guī)律進行了系統(tǒng)分析，探討冷熱應(yīng)激對北京地區(qū)荷斯坦牛產(chǎn)奶性能的影響，篩選可判別冷熱應(yīng)激的候選血液生化指標。

表2 冷熱應(yīng)激對荷斯坦牛血液生化指標的影響

1）為8月份和11月份比較結(jié)果，2）為1月份和11月份比較結(jié)果；＜0.05表示差異顯著，＜0.01表示差異極顯著；LSM 為最小二乘均值，SE 為標準誤

1)Meanscomparison results between August and November;2)Meanscomparison results between Januaryand November.＜0.05 indicates a significant difference;＜0.01 indicates a highly significant difference. LSM is least square mean, SE is standard error

圖2 冷熱應(yīng)激下顯著變化血液生化指標的ROC分析

3.2 冷熱應(yīng)激對北京地區(qū)荷斯坦牛產(chǎn)奶性能的影響

荷斯坦牛散熱能力差，新陳代謝和產(chǎn)奶過程又會產(chǎn)生大量的熱[20]，所以極易受熱應(yīng)激的影響。熱應(yīng)激下奶牛機體增加散熱，減少產(chǎn)熱，維持能量增加20%—30%，而奶牛的采食量減少，導致日產(chǎn)奶量下降，乳成分發(fā)生變化[4]。同時，奶牛機體免疫功能受到抑制，導致奶牛乳房炎發(fā)病率提高，SCC增加[5]。而冷應(yīng)激下奶牛機體為保持體溫恒定增加維持能量，也會導致生產(chǎn)性能降低，機體免疫力下降[21]。本研究以北京市三元綠荷金銀島為試驗地點，分析了產(chǎn)奶性能隨THI變化的規(guī)律，8月份平均THI為81.57，THI大于78且持續(xù)時間超過8 h的有21 d，說明該地區(qū)奶牛在8月份長期處于中度熱應(yīng)激狀態(tài)，產(chǎn)奶性能數(shù)據(jù)顯示8月份的AMY下降了1.34 kg，F(xiàn)P、PP、LP、SP和F/P等均顯著降低，而SCC極顯著增加。1月份的平均THI為25.63，顯示該荷斯坦牛群體僅處于輕度冷應(yīng)激狀態(tài)，但1月份有21 d的溫差達到12℃（最大可達20℃），中旬和下旬則持續(xù)處于冷應(yīng)激狀態(tài)（最低THI為10），加重了冷應(yīng)激對該奶牛群體的影響，產(chǎn)奶性能分析結(jié)果顯示1月份AMY下降了1.13 kg，F(xiàn)P、SP和F/P顯著降低，SCC極顯著增加了10萬/L。產(chǎn)奶性能隨THI的顯著變化，表明冷熱應(yīng)激已嚴重影響了北京地區(qū)奶牛正常的生產(chǎn)性能，早期監(jiān)測奶牛的冷熱應(yīng)激狀態(tài)是科學管理冷熱應(yīng)激期奶牛生產(chǎn)的重要部分，因此尋找可早期監(jiān)測奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的標記物，對降低這些不利影響具有重要的意義。

3.3 冷熱應(yīng)激對北京地區(qū)荷斯坦牛血液生化指標的影響

奶牛的冷熱應(yīng)激反應(yīng)是一個由激素等多種因子參與調(diào)節(jié)的神經(jīng)內(nèi)分泌應(yīng)對過程，存在于血液中的多種生化指標是奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的內(nèi)在生理表現(xiàn)，在生產(chǎn)性能發(fā)生異常變化之前就已經(jīng)發(fā)生變化[14-15]，能夠較早地反應(yīng)奶牛受溫度應(yīng)激影響的程度，所以這些發(fā)生顯著變化的血液指標可用于判別奶牛的冷熱應(yīng)激反應(yīng)。本研究分析了北京市三元綠荷金銀島牧場3個不同月份荷斯坦牛試驗群體血液中生化指標的變化規(guī)律，與11月份相比，8月份有10種血液生化指標發(fā)生了顯著變化，1月份有9種血液生化指標發(fā)生了顯著變化，說明冷熱應(yīng)激對奶牛生理狀態(tài)產(chǎn)生了嚴重影響。

為了評估這些指標判別奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的準確性，本研究將這19種顯著變化的血液生化指標進行了ROC曲線分析。在10種受熱應(yīng)激顯著影響的血液生化指標中，PRL、GH和CRP的AUC值大于0.80，其中PRL的AUC值最高，達到0.91。PRL是“應(yīng)激激素”中的重要成員，奶牛血液PRL濃度在熱應(yīng)激后顯著升高[22-24]，表明PRL參與了體溫調(diào)節(jié)。ALAMER等[25]提出，熱應(yīng)激下血液中PRL含量的升高可能與調(diào)節(jié)某些產(chǎn)熱代謝通路有關(guān)。此外，PRL基因中的遺傳多態(tài)與牛的溫度調(diào)節(jié)能力和熱應(yīng)激反應(yīng)顯著相關(guān)，證實了PRL在體溫調(diào)節(jié)過程的重要作用[26-27]。研究表明，GH與PRL密切相關(guān)，二者的分子量大小和結(jié)構(gòu)相似，均通過與細胞表面受體結(jié)合激活JAK2-STAT5信號通路，調(diào)節(jié)靶基因表達[28]。Garner等[29]報道，熱應(yīng)激奶牛血清中GH含量顯著高于對照組，與本研究的結(jié)果一致。本研究中，熱應(yīng)激期試驗奶牛血清中PRL和GH均極顯著高于非應(yīng)激期，說明PRL與GH在調(diào)節(jié)奶牛體溫的過程中可能存在協(xié)同作用。PRL和GH的AUC值分別為0.91和0.85，表明二者指示奶牛冷熱應(yīng)激反應(yīng)的準確性較高，因此可與THI組合作為奶牛熱應(yīng)激反應(yīng)的判別參數(shù)。

在試驗奶牛受冷應(yīng)激顯著影響的9種血液生化指標中，僅SOD的AUC值大于0.80，表明其判別冷應(yīng)激反應(yīng)的準確性優(yōu)于其他指標。SOD是生物體內(nèi)清除自由基的重要抗氧化酶，銅和鐵是構(gòu)成SOD的必要元素，冷應(yīng)激會降低血液中銅和鐵等金屬離子的濃度，因此也降低了血液中SOD的濃度[30]。研究發(fā)現(xiàn)，西門塔爾雜交牛冷應(yīng)激下血液中SOD含量顯著降低[31]，雞在12℃的冷應(yīng)激下心臟中SOD基因的表達水平同樣顯著降低[32]。在本研究中，冷應(yīng)激奶牛血清中SOD含量顯著降低，AUC值為0.84，對于判別奶牛的冷應(yīng)激反應(yīng)具有較好的準確性。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，北京地區(qū)荷斯坦牛在8月份和1月份均處于較嚴重的應(yīng)激狀態(tài)，且冷熱應(yīng)激均對該地區(qū)荷斯坦牛的產(chǎn)奶性能和生理狀態(tài)造成了嚴重影響，增加了乳房炎的發(fā)病率，因此對北京地區(qū)冷熱應(yīng)激的早期監(jiān)測尤為重要和迫切。綜合受試者工作特征曲線分析和文獻報道，催乳素和生長激素可作為指示北京地區(qū)荷斯坦牛熱應(yīng)激反應(yīng)的候選指標，超氧化物歧化酶可作為指示北京地區(qū)荷斯坦牛冷應(yīng)激反應(yīng)的候選指標。結(jié)合溫濕度指數(shù)數(shù)據(jù)并同時檢測這些敏感指標的變化，可為早期制定緩解奶牛冷熱應(yīng)激的管理方案和耐冷熱應(yīng)激個體選育提供理論依據(jù)。

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（責任編輯 林鑒非）

Effects of Cold and Heat Stress on Milk Production Traits and Blood Biochemical Parameters of Holstein Cows in Beijing Area

HU LiRong1, KANG Ling1, WANG ShuHui1, LI Wei1, YAN XinYi2, LUO HanPeng2, DONG GangHui3, WANG XinYu3, WANG YaChun2, XU Qing1

(1College of Life Sciences and Bioengineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044;2College of Animal Science and Technology, China Agriculture University, Beijing 100193;3Beijing Sunlon Livestock Development Company Limited, Beijing 100029)

【Objective】The experiment was conducted to study the effects of cold and heat stress on milk production traits and blood biochemical parameters of Holstein cows, and to evaluate potential blood biochemical parameters to discriminate the temperature stress response, so as to provide theoretical basis for managing and selecting resistant individuals of Holstein cows in Beijing. 【Method】In current study, Holstein cows in Sanyuan dairy farm were selected as experimental animals, Temperature-humidity index (THI) of cowshed was continuously monitored, and their milk production data and blood samples used for the detection of blood biochemical parameters were collected in August 2014 (heat stress, N=178), November 2014 (non-stress, N=120) and January 2015 (cold stress, N=126), respectively. The changes of 7 milk production traits and 14 blood biochemical parameters induced by cold or heat stress were evaluated by MIXED models of SAS9.2 computer program, and Logistic analysis was used to analyze the accuracy of blood biochemical indicators which significantly changed under heat or cold stress in identification of temperature stress.【Result】Our results showed 1) in August 2014, the average temperature stood at 31.80℃ and the average THI reached 81.57 of Sanyuan dairy farm. It also should be noted that there were 21 days with THI greater than 78 for more than 8 hours in this month. These data indicated Chinese Holstein cows in Beijing suffered danger heat stress during August. In whole November 2014, with respect to conditions of average temperature with 12.76℃ and average THI only in 55.43, it displayed that there was no thermal stress in this month. While in January 2015, the mean of temperature was -6.70℃ and the average THI was 25.63, and a total of 21 days temperature difference were beyond 12℃. It showed that Chinese Holstein cows were under a mild cold stress in January; 2) in response to heat stress, the average milk yield of 7 days (AMY) of Chinese Holstein cows dropped by 1.34 kg, and significant decrease was found in FP, PP, F/P, SP (＜0.01) and LP (＜0.05), but significant increase in SCS (=0.01) in milk. And heat stress significantly increased the concentrations of serum GH, LD, PRL and SOD in blood (＜0.01), but decreased the concentrations of BUN, CRP, LDH, LPO, NE and K+(＜0.01). Among above 10 blood biochemical parameters changed under heat stress, the AUCs of PRL, GH and CRP based on ROC curve analysis were greater than 0.80 with the value in 0.91, 0.85 and 0.83, respectively; 3) in response to cold stress, the AMY of Chinese Holstein cows declined by 1.13 kg, and the FP and SP significantly decreased (＜0.01) as well as F/P (＜0.05), but the SCS significantly increased (＜0.01) in milk. A significantly higher concentrations of serum COR, CORT and K+in experimental cows appeared in cold stress than non-stress (＜0.01), but opposite changes for DA, GH, LDH, PRL and SOD (＜0.01), and ATCH (＜0.05). Using ROC curve analysis, the AUC of SOD showed greater than 0.8 with value in 0.84. 【Conclusion】These results revealed that Holstein cows in Beijing were undergoing severe temperature stress in August and January, furthermore, heat and cold stress had damaging effects on milk production traits and physiological condition of Holstein cows in Beijing. The PRL and GH might be used as candidates for evaluation of heat stress and SOD for cold stress in early period of Holstein cows.

Holstein cows; cold and heat stress; milk production traits; blood biochemical parameters

2018-01-08；

2018-04-17

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（奶牛）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金（CARS-36）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市奶牛創(chuàng)新團隊（BAIC06-2018）、長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃（IRT_15R62）、中國農(nóng)業(yè)大學中荷奶業(yè)發(fā)展中心資助課題（SDDDC2016R05）

胡麗蓉，Tel：18101360691；E-mail：767847999@qq.com。通信作者徐青，E-mail：qingxu@bjtu.edu.cn。通信作者王雅春，E-mail：cowinfo@qq.com