丙酸鈣對(duì)熱應(yīng)激奶牛的應(yīng)用效果研究

葉秋楊，趙晨旭，羅勝繽，任雨龍，徐 闖

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院動(dòng)物群發(fā)性營養(yǎng)代謝病實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163319）

隨著全球氣候不斷變暖，黑龍江省夏季高溫程度增加，且持續(xù)時(shí)間變長，熱應(yīng)激給奶牛生產(chǎn)帶來的負(fù)面影響越來越嚴(yán)重。據(jù)報(bào)道，2006年美國加州因熱浪造成的奶牛死亡數(shù)量高達(dá)3萬頭，且美國奶業(yè)每年因熱應(yīng)激造成的損失高達(dá)16.9～23.6億元[1]。2016年7月，我國北方地區(qū)每頭牛每天的奶產(chǎn)量損失從0.7 kg上升至4.0 kg。Ranjitkar等[2]量化了過去中國北方地區(qū)溫濕指數(shù)（THI）和奶牛年產(chǎn)量之間的關(guān)系，預(yù)計(jì)2050年每頭牛每天產(chǎn)奶量損失將增加至6.5 kg，2070年增加至7.2 kg。王冠等[3]對(duì)黑龍江省奶牛熱應(yīng)激的調(diào)查結(jié)果顯示，北方夏季奶牛大多數(shù)時(shí)間處于熱應(yīng)激狀態(tài)。

研究表明，人或嚙齒動(dòng)物體內(nèi)的短鏈脂肪酸不僅僅是重要的能量來源，同時(shí)也是細(xì)胞表面的信號(hào)分子，參與調(diào)控細(xì)胞的增殖與分化、細(xì)胞凋亡、免疫反應(yīng)、營養(yǎng)物質(zhì)吸收和脂質(zhì)代謝[4]。在臨床生產(chǎn)中，由于丙酸不能直接添加到飼料中，常以丙酸鹽的形式添加。丙酸鉻已被應(yīng)用于熱應(yīng)激的防治。目前，我國還未有奶牛日糧中鉻添加的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5]，而丙酸鈣被世界衛(wèi)生組織（WHO）和聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）正式列為食品添加劑，具有安全性高、價(jià)格低廉、成本低的優(yōu)點(diǎn)，也已廣泛用于飼料行業(yè)，尤其是反芻動(dòng)物飼料的制備[6]。研究表明，飼料添加丙酸鈣能夠提高奶牛日糧表觀消化率[7-8]，改善其產(chǎn)后能量負(fù)平衡[9]。加拿大和比利時(shí)等國家已將丙酸鈣用作治療奶牛酮癥的主要原料[10]，還可以緩解成年母牛分娩后突發(fā)的一種營養(yǎng)代謝病——產(chǎn)乳熱[11]。但是，關(guān)于丙酸鈣在奶牛熱應(yīng)激中的應(yīng)用卻鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)對(duì)熱應(yīng)激奶牛分別飼喂丙酸鈣和丙酸鉻，進(jìn)行抗熱應(yīng)激效果對(duì)比試驗(yàn)，為丙酸鈣在奶牛熱應(yīng)激上的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在黑龍江某集約化奶牛養(yǎng)殖場選擇產(chǎn)后（32±4）d健康的產(chǎn)奶量、體況和胎次（2～4胎）相近的泌乳奶牛24頭，隨機(jī)分為3組，分別為CON組、CA組和CR組。對(duì)照組飼喂基礎(chǔ)日糧，CA組在基礎(chǔ)日糧中添加200 g/(d·頭)的CA[12]，CR組在基礎(chǔ)日糧中添加10 g/(d·頭)的CR[13]。試驗(yàn)期從2020年8月1日至8月31日，共30 d。

1.2 飼養(yǎng)管理及日糧

試驗(yàn)?zāi)膛Ｉ谑斤曫B(yǎng)，每天7：00、14：00和18：30飼喂TMR 3次，自由飲水。每天6：30、13：30和21：30擠奶3次。牛舍內(nèi)安裝有風(fēng)扇，當(dāng)溫度高于20℃時(shí)開啟。自動(dòng)溫濕度記錄儀置于牛舍地面上1.5 m處，監(jiān)測牛舍內(nèi)溫度（T）和相對(duì)濕度（RH）?；A(chǔ)日糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 基礎(chǔ)日糧組成及營養(yǎng)水平（干物質(zhì)基礎(chǔ)）Tab.1 Basic diet composition and nutritional level(dry matter basis)

1.3 試劑及儀器

丙酸鈣、丙酸鉻粉末（武漢江心宇生物科技有限公司），含量分別為99.21%和31.3%。

LACTOSCAN S60乳成分分析儀購自保加利亞LACTOSCAN公司；ES-200全自動(dòng)生化分析儀購自南京頤蘭貝生物科技有限責(zé)任公司；TD5-1臺(tái)速離心機(jī)購自北京時(shí)代離心機(jī)有限公司；CTH89環(huán)境溫濕度監(jiān)測儀購自美國Omega公司。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 牛場溫濕指數(shù)（THI）

試驗(yàn)期間每天8：00、14：00和20：00收集溫濕度，計(jì)算牛場溫濕指數(shù)：

式中：T和RH分別為溫度和相對(duì)濕度。

1.4.2 產(chǎn)奶量及乳成分

每天記錄產(chǎn)奶量。分別在試驗(yàn)期第0、15、30 d采集乳樣。每次采乳樣50 mL，將3次乳樣等量混合，取50 mL加重鉻酸鉀30 mg混合均勻，4℃冷藏保存。采用乳成分分析儀測定乳脂率、乳蛋白率和乳尿素氮含量。

1.4.3 血液生化指標(biāo)

在試驗(yàn)期第0、15、30 d尾靜脈采血，自然凝固后于室溫條件下4 000 r/min離心10 min，取上清液置于Ep離心管中，凍存于-20℃待檢測。血清中總蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、球蛋白（GLB）、肌酸激酶（CK）、鉀（K）、鈣（Ca）和鈉（Na）采用日本日立的全自動(dòng)生化分析儀進(jìn)行檢測，總膽固醇（TC）和甘油三酯（TG）采用南京建成生物工程有限公司試劑盒檢測。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用IBM SPSSStatistics 22.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行單因素方差分析，利用Duncan's法進(jìn)行多重比較，采用Prism 7.00軟件繪圖。結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛舍溫濕度指數(shù)（見圖1）

由圖1可知，在整個(gè)試驗(yàn)期間，牛舍的THI大部分處于72.0～80.0，平均值為73.2。70.0≤THI≤80.0為輕度熱應(yīng)激；80.0≤THI≤90.0為中等嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激；THI≥90.0為嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激[14]。因此，判定試驗(yàn)牛處于輕度熱應(yīng)激狀態(tài)。

2.2 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛呼吸頻率與直腸溫度的影響（見表2）

圖1 牛舍THI變化曲線Fig.1 THIchangecurveof cow house

由表2可知，在試驗(yàn)后期，CA組奶牛呼吸頻率顯著低于CON組奶牛（P＜0.05），且下降程度較CR組明顯；各組奶牛直腸溫度均無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛呼吸頻率與直腸溫度的影響Tab.2 Effect of different treatmentson respiratory frequency and rectal temperatureof heat-stressed cows

2.3 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛產(chǎn)奶量及乳成分的影響（見圖2）

由圖2可知，CA組和CR組的產(chǎn)奶量與CON組相比，均顯著升高（P＜0.05）；CA組乳脂率顯著高于CON組（P＜0.05）；CA組和CR組的乳蛋白均高于CON組，其中CR組乳蛋白含量顯著高于CON組（P＜0.05）；各組間乳尿素氮含量無顯著差異（P＞0.05）。

2.4 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛血液生化指標(biāo)的影響（見表3）

由表3可知，CR組血清甘油三酯含量在中期顯著高于與CON組（P＜0.05），后期CA組含量顯著高于CON組（P＜0.05）；CA組血清總膽固醇含量與CON組相比呈顯著性下降（P＜0.05）；總蛋白、白蛋白和球蛋白各組間無顯著差異（P＞0.05）；添加丙酸鈣和丙酸鉻后對(duì)肌酸激酶有降低的趨勢，與CON組相比，中期時(shí)CA組降低6.6%，CR組降低11.3%，后期分別降低17.9%和15%；各組血清鈉離子、鈣離子和鈉離子無顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛產(chǎn)奶量及乳成分的影響Fig.2 Effect of different treatments on milk production and milk composition of heat stressed dairy cows

表3 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛血液生化指標(biāo)的影響Tab.3 Effect of different treatmentson blood biochemical indexes of heat-stressed dairy cows

3 討論

3.1 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛THI、直腸溫度和呼吸頻率的影響

溫度是影響泌乳奶牛性能的關(guān)鍵因素，奶牛在夏季容易受到高溫環(huán)境影響。THI是衡量奶牛熱應(yīng)激程度的有效指標(biāo)，當(dāng)THI超過72后，數(shù)值每增加1，產(chǎn)奶量下降0.2 kg[15]。本研究中，8月份牛舍的THI大部分在72～80之間，表明試驗(yàn)牛處于輕度熱應(yīng)激。試驗(yàn)牛舍安裝了風(fēng)扇。當(dāng)環(huán)境溫度高于20℃時(shí)開啟風(fēng)扇。因此，熱應(yīng)激程度較輕。

當(dāng)奶牛發(fā)生熱應(yīng)激時(shí)，奶牛的各種生理生化、身體機(jī)能和血液指標(biāo)等發(fā)生一系列的變化，如奶牛的呼吸頻率、心率、體溫和皮膚溫度等方面均會(huì)隨著溫度和動(dòng)物機(jī)體的調(diào)節(jié)而發(fā)生改變。因此，可以通過呼吸頻率和直腸溫度來判斷奶牛是否處于熱應(yīng)激的水平[16]。張建等[17]報(bào)道，在熱應(yīng)激奶牛中添加脂肪酸鈣，呼吸頻率和脈搏次數(shù)降低。劉影[13]研究表明，添加丙酸鉻后對(duì)熱應(yīng)激狀態(tài)下，奶牛呼吸頻率有下降趨勢，但無顯著性，直腸溫度無顯著變化。以上研究和本試驗(yàn)中奶牛呼吸頻率和直腸溫度變化結(jié)果一致，添加丙酸鈣對(duì)直腸溫度無明顯變化，但在試驗(yàn)后期顯著降低奶牛呼吸頻率，丙酸鉻添加組呼吸頻率和直腸溫度均無差異變化，可能是奶牛熱應(yīng)激程度較輕，和機(jī)體自身熱應(yīng)激調(diào)節(jié)能力有關(guān)。

3.2 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛產(chǎn)奶量和乳成分的影響

在熱應(yīng)激條件下荷斯坦牛的生產(chǎn)能力受到嚴(yán)重影響，產(chǎn)奶量和乳成分會(huì)因高溫而發(fā)生改變[18]。高溫會(huì)導(dǎo)致奶牛采食量減少、反芻減少、營養(yǎng)失衡、體重下降、產(chǎn)奶量減少、身體狀況差、乳脂減少[19]。泌乳的奶牛對(duì)熱應(yīng)激非常敏感，因?yàn)轶w內(nèi)高代謝熱的產(chǎn)生與奶牛泌乳量的增加有關(guān)[20]。在氣候變化對(duì)奶牛影響的評(píng)估中發(fā)現(xiàn)，夏季氣溫升高可以使奶牛的安靜時(shí)間增加，并使奶牛的繁殖活動(dòng)下降[21]。熱應(yīng)激也影響奶牛卵母細(xì)胞成熟和早期胚胎發(fā)育，而降低奶牛生育能力[22]。黃文明[23]在奶牛圍產(chǎn)前期飼料中添加丙酸鈣發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)奶量和乳成分均無顯著變化，但乳脂有增加趨勢。Defrain等[24]提出，添加丙酸鹽不能增加產(chǎn)奶量，卻可增加乳脂和乳蛋白的比例。本試驗(yàn)與上述研究結(jié)果不同。本試驗(yàn)中，CA組奶牛產(chǎn)奶量顯著升高，乳脂增加顯著，且高于CR組，乳蛋白和乳尿素氮無顯著差異。導(dǎo)致結(jié)果差異的原因可能是前兩者的試驗(yàn)時(shí)期與本試驗(yàn)不同，均處于秋冬季節(jié)，而夏季高溫環(huán)境使奶牛采食量減少，不能滿足奶牛泌奶的能量需求。本試驗(yàn)添加丙酸鈣后增加奶牛的能量供給，進(jìn)而提高產(chǎn)奶量；添加丙酸鉻同樣可以提高產(chǎn)奶量，但乳脂率升高程度低于丙酸鈣，說明熱應(yīng)激狀態(tài)下添加丙酸鈣對(duì)奶牛產(chǎn)奶性能恢復(fù)的效果要優(yōu)于丙酸鉻。

3.3 不同處理對(duì)熱應(yīng)激奶牛血液生化指標(biāo)的影響

熱應(yīng)激時(shí)，奶牛為了代償飼料攝取不足，加快對(duì)自身體脂的分解，以滿足機(jī)體的能量需要，血液中甘油三酯和游離脂肪酸濃度也因此上升[25]，而甘油三酯發(fā)生蓄積會(huì)影響肝臟正常功能。本試驗(yàn)中，CA組血清甘油三酯和總膽固醇含量和CON組相比均顯著降低，試驗(yàn)結(jié)果與劉影[13]的研究結(jié)果一致，可能與丙酸鈣可以調(diào)節(jié)胰島素分泌，提高血糖含量有關(guān)[26]。而且胰島素可以調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，從而降低血脂。

血清總蛋白質(zhì)含量反映動(dòng)物機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)的代謝狀況。在嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀況下，奶牛機(jī)體內(nèi)的糖脂代謝無法滿足自身能量需求，促使蛋白質(zhì)分解代謝加強(qiáng)，具體表現(xiàn)為血清總蛋白下降和尿素氮增加[27]。本試驗(yàn)中，各組總蛋白、白蛋白和球蛋白含量均無明顯變化，其原因可能是奶牛熱應(yīng)激程度低，對(duì)機(jī)體無明顯影響。張心壯等[28]通過飼喂丙酸鈣來研究對(duì)犢牛生長性能影響的試驗(yàn)中，血清總蛋白含量增加，與本研究結(jié)果存在差異，可能是因?yàn)閮身?xiàng)研究中牛的年齡和飼料能量水平不同。

肌酸激酶也稱為肌酸磷酸激酶。肌酸激酶以骨骼肌、心肌、平滑肌含量為多，主要存在于細(xì)胞質(zhì)和線粒體中，是與細(xì)胞內(nèi)能量運(yùn)轉(zhuǎn)、肌肉收縮、ATP再生有直接關(guān)系的重要激酶，是反映動(dòng)物機(jī)體應(yīng)激程度的指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，在熱應(yīng)激刺激下奶牛血清中肌酸激酶的活性得到加強(qiáng)[29-30]。由于奶牛處于熱應(yīng)激狀態(tài)、食欲下降、能量供給不足，使細(xì)胞膜通透性增加，造成血液中的CK濃度升高，活性增高。本試驗(yàn)中添加丙酸鈣和丙酸鉻對(duì)肌酸激酶有降低的趨勢，在中期與CON組相比降低6.6%和11.3%，后期降低17.9%和15%，CR組下降趨勢比CA組更為顯著。楊游等[31]等通過添加脂肪酸鈣和煙酸鉻降低血清肌酸激酶的含量，試驗(yàn)結(jié)果與本試驗(yàn)相一致。試驗(yàn)表明，添加丙酸鈣和丙酸鉻均能緩解熱應(yīng)激對(duì)奶牛機(jī)體的損傷。

熱應(yīng)激在一定程度上影響奶牛的水和礦物質(zhì)代謝，高溫環(huán)境中血液中鈉、鉀和鈣含量顯著低于低溫環(huán)境[32]。熱應(yīng)激時(shí)，血清中鉀[33]、鈉、和銅等離子隨奶牛唾液的分泌、皮膚蒸發(fā)及排汗的增加[34]和尿液排泄增多而大幅度下降。此外，動(dòng)物遭受熱應(yīng)激時(shí)呼吸頻率加快，造成肺通氣中CO2損失，使血液中CO2濃度降低，發(fā)生呼吸性堿中毒，機(jī)體通過迅速排出HCO3-、鉀、鈉達(dá)到降低血液pH值的作用，使血漿鉀和鈉濃度降低。本試驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，CA組和CR組血清鉀、鈉和鈣無顯著差異。原因可能是試驗(yàn)期奶牛處于輕度熱應(yīng)激，機(jī)體穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)體離子利用率和吸收率，以保證正常的離子代謝。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，添加丙酸鈣在后期顯著降低奶牛的呼吸頻率，且提高奶牛的產(chǎn)奶量，對(duì)血清肌酸激酶含量有下降的作用。和丙酸鉻添加組相比，不僅價(jià)格低廉，且對(duì)緩解奶牛熱應(yīng)激作用顯著，可以作為防治奶牛熱應(yīng)激的飼料添加劑。