光照對奶牛生產性能影響的研究

文/葛旭升 王國艮

〔內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司〕

光照作為與自然界生物息息相關的環(huán)境因子，影響著幾乎所有生物的生理機能，不僅在動物機體的代謝過程及生命活動中起直接作用，而且還起著信號作用，即光照的周期性變化，使動物按著光的信號全面調節(jié)其生理活動，影響著動物的生長發(fā)育、生產和繁殖。研究表明，光照能夠對畜禽的生理機能和生產性能產生顯著影響。在家禽生產中，通過增加光照時間，可以大幅度地提高禽類的產蛋率[1]。而相關研究指出，光照對奶牛生產性能也會產生影響，長光照光周期可以提高泌乳牛產奶量，短光照光周期可以促進干奶牛乳房健康、增強機體抵御疾病的能力及分娩后對長光照光周期的反應能力[2]。

1 光照影響奶牛生產性能的原理

普遍認為光照影響哺乳動物生長發(fā)育和生產力的途徑是通過視神經感受光刺激，經神經調節(jié)影響松果腺和下丘腦促甲狀腺素釋放激素、褪黑素的釋放，進而調節(jié)腺垂體活動，引起一系列內分泌的變化，如催乳素、生長激素、甲狀腺素等的發(fā)動和維持泌乳[3]。奶牛的光感受器在視網膜上，當光刺激到奶牛的視網膜光感受器時，將通過“視網膜-下丘腦神經”等一系列的中間神經元對松果腺發(fā)出抑制信號。而褪黑素是光周期反應的中間調節(jié)物，其合成途徑中的限速酶活性會受到光照的抑制，當奶牛受到光照時，其松果腺分泌的褪黑素就會降低，當奶牛處于黑暗期時，光照對其抑制作用就會解除，松果腺分泌的褪黑素將會增加，因此奶牛主要是依靠松果腺對光周期做出反應。實驗表明，將奶牛致瞎和切除松果腺將會導致奶牛持續(xù)釋放褪黑素，并喪失對光周期的反應。奶牛對光照時間的編碼取決于分泌高濃度褪黑素的持續(xù)時間，這一持續(xù)時間的長短決定了奶牛相對光照時間的長短。奶牛光周期持續(xù)反應的關鍵特征是必須有黑暗期。如果奶牛連續(xù)進行光照而不進入黑暗期，一方面會使奶牛喪失對光照時間的敏感性，另一方面還會打亂奶牛的生物鐘，影響其休息。正因為奶牛褪黑素的分泌模式影響著體內其他激素的分泌，因此光周期的內分泌作用導致了奶牛在生長、繁殖、泌乳等方面的生理變化[4]。

隨著光照時間的延長，奶牛血液中褪黑素保持高濃度的時間將會縮短。褪黑素的分泌模式影響其他激素的分泌，尤其是催乳素（PRL）和胰島素樣生長因子（IGF-I）。而提高奶牛產奶量的關鍵就是控制奶牛體內IGF-I濃度的變化。有研究表明，類GIF-I可以調節(jié)長光照的催乳反應，長光照確實可以增加青年牛及泌乳牛的IGF-I含量，從而導致產奶量增加。這種IGF-I含量的增加與體內血液激素變化無關，模擬短光照的褪黑素對長光照誘導的IGF-I增加有抑制作用。但飼喂褪黑素對奶牛產奶量沒有影響，目前對其內分泌機制了解還不夠深入[5]。另外褪黑素還會影響奶牛生長激素（BST），光照與BST發(fā)揮作用的途徑稍有差異。長日照與BST聯(lián)合作用產生了加性效應提高奶牛產奶量，但是過長的光照時間有可能會使奶牛體內激素分泌紊亂而導致其泌乳能力下降[6]。

2 合理光照對奶牛生產性能的影響

2.1 光照時間

國內外很多實驗結果表明，奶牛明暗交替的最佳節(jié)點是16 h光照，8 h黑暗，可以使產奶量達到最大。光照可以抑制褪黑素的分泌，而黑暗刺激褪黑素的分泌，這種交替變化能夠最大限度刺激奶牛體內產生一系列激素反應，最大程度地發(fā)揮奶牛的生產性能。

通過延長光照時間，能夠有效增加奶牛產奶量和采食量。李吉明等研究發(fā)現，當冬季對奶牛進行人工光照時，實驗組奶牛產奶量增加了9%～12%；當夏季對奶牛進行人工光照時，對實驗組奶牛的產奶量、采食量影響不顯著[7]。通過研究奶牛光照時數在9.5 h、15 h和18 h條件下的產奶量、采食量和產后生殖系統(tǒng)機能的變化，發(fā)現奶牛總光照時數為15 h時能最有效地發(fā)揮其生產性能[8]。

Tucker等通過光照對比試驗，設計每群奶牛中的一半除了自然光照外，每天補充光照16～16.25 h，另一半作為對照組。對照組每天光照總量不超過13.5 h，即自然光照與管理工作所需照明用光照之和。結果表明，試驗組比對照組每天多產奶2.2 kg[9]。

通過增加光照影響奶牛的產奶量需要在2～4 周后才會產生作用，這種影響是漸進式的，但也是持續(xù)可重復的。研究表明，給奶牛增加光照，會增加5%～16%的產奶量，大部分會增加8%～10%。長光照周期下，泌乳牛的采食量比自然光周期下明顯提高。奶牛產奶量的增加會導致其采食量的增加，因為奶牛需要通過采食更多的飼料來補充能量。但是采食量的增加并不等同于產奶量的增加[10]。Tucker等通過實驗限制奶牛采食，補充光照，在采食量無明顯增加的情況下，產奶量卻有顯著提高，這可能是由于光照刺激提高了奶牛對飼料的利用率[3]。

然而，極端的長光照，例如提供24h的連續(xù)光照并不能帶來效益。美國馬里蘭州立大學的研究表明，奶牛在不間斷光照和自然光照的情況下產奶量無明顯差異，所以極端的長光照并不能帶來效益。而且一天中沒有黑暗期，奶牛無法把握一天的長度，反而會導致奶牛失去對增加光照時間的反應能力，導致激素的分泌紊亂[10]。而產奶量最高的光照和黑暗分配時間應該是：每天光照16 h，黑暗8 h，這樣的時間分配可提高7%～10%的產奶量。

大量研究表明，長光照光周期可以提高泌乳牛產奶量，短光照光周期可以促進干奶牛乳房健康，增強其機體抵御疾病的能力及分娩后對長光照光周期的反應能力[11]。但長光照和短光照光周期要交替變化才能達到上述目的。

2.2 光照強度

關于光照強度對奶牛生產性能影響的報道相對較少，普遍認為關照強度為200 勒克斯以上能有效提升奶牛生產性能。邱伯根在分析光照對奶牛生長發(fā)育和泌乳的影響時提出，光照強度為200 勒克斯，持續(xù)時間18～20 h，總產奶量提高了10%，而采食量未增加[3]。Marek等和peters等分別采用（132±9）勒克斯和（114～207）勒克斯的光照強度進行對比，發(fā)現奶產量及牛體重提高7%～15%[3]。研究報道，經產奶牛產奶量與光照強度呈線性正相關，不同研究者所采用的光照強度差異很大（10.4～207）勒克斯，但都得到了光照顯著性的實驗結果[3]。早在1977年就有報道指出，每日最佳照明時間應為14～16 h，照明強度至少為100 勒克司[12]。

李璟輝等研究指出，如果泌乳牛每天接受16～20 h，光照度為160～220 勒克斯的光照，再結合6～8 h的黑暗期，奶牛的產奶量會提高8%～10%[10]。這種光照模式通常被稱為長光照光周期模式（LDPP）。

2.3 光照顏色

有報道指出，與人類不同，牛的視網膜上只有2 種視錐細胞，這也就導致了牛對長波長的紅光敏感，對短波長的藍光不敏感。衡量牛舍的照度不能僅僅用是否達到200 勒克斯為標準，而必須從奶牛的角度來衡量，在藍光的環(huán)境中奶牛的感覺依然是黑暗的，但這種不同也有好處，牧場在夜間工作可以使用藍光照明，這樣可以不打擾奶牛休息，減少應激[12]。另外一些研究指出，暗紅色的光不會影響牛對黑暗的感知能力。牧場中可以采用低強度的紅光光源（7.5 瓦的燈泡），安裝間隔6～9 m，離地3 m，這樣既不會擾亂奶牛對光周期的反應，又可為管理人員觀察奶牛提供足夠的光線[10]。

1998年，Gerald用閃爍視網膜電圖測光法發(fā)現，因為先天缺失了感受綠光的視錐細胞，?？梢詤^(qū)分長波長的紅光和短波長的藍光，但是對長波區(qū)內部的光卻缺乏分辨能力，因此紅色、橙色、黃色以及綠色對牛來說只是不同深淺的一種顏色[13]。不過，因為牛的藍色視錐細胞可以感受波長較長的藍光，所以，牛對長波光的辨別能力得到了一定程度上的補償[14]。2002年的一項行為學研究表明，?？梢员嬲J出長波長和中波長的光（紅色和綠色），卻不能很好地分辨中波長和短波長的光（綠光和藍光），這個結果看起來和生理學的研究有一些矛盾。這可能與研究中使用的光源波長較寬有關，中波長的綠光和短波長的藍光有較大的重疊，牛的綠色視錐細胞和藍色視錐細胞可以被同時激活，使得?？梢苑直娉黾t綠。

綜合分析可見，牛的視覺大致介于普通人和紅綠色盲之間——雖然能感受到紅色和綠色有一些差別，但分辨能力不敏銳，光的顏色對奶牛生產性能的影響，現在報道的相對較少，需要更多的研究支持。

3 結論

在奶牛養(yǎng)殖管理日益精細化、科學化的環(huán)境下，合理利用光照這一廉價的資源，對牧場降本增效、提升競爭力有很大的實際意義。合理的光照首先體現在光照周期的管理，持續(xù)光照不會帶來持續(xù)生產能力的提升，需要明、暗結合才能更好的發(fā)揮效果，結合多項研究，泌乳牛推薦使用15～18 h光照時間，6～9 h黑暗時間。而在光照強度的選擇上，需要達到160 勒克斯才能滿足需求，在200 勒克斯以上，能更好提升奶牛的生產性能。另外，在牛舍照明燈的選擇方面，雖然奶牛的視網膜上只有2 種視錐細胞，對紅綠顏色分辨能力不敏銳，但沒有更多的研究表明何種顏色的光對奶牛影響更大，這方面的工作需要更多的研究者后期給予關注。

總之，合理利用適當的光周期管理技術，奶牛的生產效率可以大大提高，是為牧場主提高生產效率和經濟利益的一個有效工具。