錦江牛及西錦雜交牛的皮膚與汗腺特性

楊珍珍,李婷婷,曹錦承，顏培實(shí)

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院, 江蘇 南京 210095)

錦江牛長期分布于贛西北，具有適應(yīng)高溫高濕氣候、耐粗飼、抗病能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。西門塔爾牛具有耐寒、耐熱耐粗飼，體格大、生長快、產(chǎn)肉量高等優(yōu)點(diǎn)[1],與我國地方品種牛雜交雜種優(yōu)勢凸顯[2]。2008年7頭錦江牛抽樣為單一瘤牛血統(tǒng)[3],2019年11頭抽樣中2頭錦江牛父系屬于西門塔爾牛等歐洲牛特有Y2-102-158 Y染色體單倍型[4]。西錦雜交牛是否具有適應(yīng)高溫高濕環(huán)境的特質(zhì)值得探討。

皮膚是調(diào)節(jié)機(jī)體熱量和水分與周圍環(huán)境交換的重要器官之一[5]，由表皮、真皮和皮下組織組成。表皮是皮膚的最外層，與汗液和皮脂組成的皮脂膜相連，在保護(hù)皮膚方面起著重要作用[6]。汗腺和皮脂腺在被皮系統(tǒng)中起著重要的作用，高溫時(shí)，汗腺可分泌汗液，參與體溫調(diào)節(jié)，維持體溫恒定[7]。皮脂腺可分泌皮脂，和汗液一起在皮膚表面形成皮脂膜，來保持皮膚和被毛光滑濕潤和水分，抑制和殺滅皮膚表面細(xì)菌，進(jìn)而維持皮膚屏障的完整性[6,8]。

夏季高溫高濕環(huán)境制約著南方肉牛業(yè)，解析南方地方品種肉牛皮膚蒸發(fā)散熱能力與汗腺、皮脂腺等皮膚組織形態(tài)特性之間的關(guān)系及其雜交后代是否具有雜種優(yōu)勢，顯的尤為重要。故此，本試驗(yàn)通過對錦江牛及其與西門塔爾雜交牛(西錦雜交牛)的汗腺、皮脂腺和皮膚厚度比較分析，尋找共同性，以揭示錦江牛和西錦雜交牛耐熱性能，為南方瘤牛及其雜交利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動物及組織樣品

從江西高安裕豐農(nóng)牧有限公司選取成年健康且體重相近(380±10)kg錦江牛和西錦雜交牛的公牛各4頭，于2018年11月底采樣頸部放血處死后，立即采集頸部、肩部、背部、腹部、臀部、 腿部皮膚樣品，使用Model 91511型游標(biāo)卡尺對各部位的皮膚厚度進(jìn)行測量，并將其放入4%多聚甲醛溶液中固定2周以上。同時(shí)，對皮膚樣品進(jìn)行常規(guī)步驟脫水透明，低溫石蠟包埋，各取10個(gè)上述組織塊分別制成橫切 (平行于表皮的方向)和縱切(垂直于表皮的方向)，切片厚度均為5 μm，并采用蘇木精-伊紅染色法(HE)、過碘酸-雪夫(PAS)和阿利新藍(lán)-過碘酸-雪夫(AB-PAS)法對石蠟切片進(jìn)行染色，使用Eclipse80i正置熒光顯微鏡觀察并攝片，用Image Proplus 6.0圖像分析軟件對切片各種形態(tài)參數(shù)進(jìn)行測量及處理。

1.2 數(shù)據(jù)測量及分析

1.2.1 汗腺和皮脂腺的密度

在100倍顯微鏡下，取該視野內(nèi)0.009 cm2范圍面積，對所有的汗腺和皮脂腺進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后取均值，最后換算為每平方厘米汗腺和皮脂腺的個(gè)數(shù)，即密度[9]。

1.2.2 汗腺和皮脂腺的直徑、長度和位于皮膚的深度

分別從頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部選取完整的汗腺和皮脂腺各100 個(gè)，用Image Proplus 6.0圖像分析軟件在40 倍顯微鏡下進(jìn)行以下數(shù)據(jù)測量，每個(gè)值測量3 次求均值[8]。

1.2.3 汗腺的直徑和長度

按文獻(xiàn)[8]的方法測量汗腺分泌部直徑和長度。汗腺分泌部可近似看作圓柱，故用圓柱公式:V=π(D/2)2L×10-6來計(jì)算汗腺體積的大小，其中V為汗腺分泌部的體積，D為汗腺分泌部的直徑，L為汗腺分泌部的長度。

1.2.4 汗腺形狀的判斷

根據(jù)Mcewan等(1968)方法計(jì)算汗腺分泌部長度與直徑的比值(即L/D)，通過L/D判斷汗腺的形狀，若比值在8～12之間，則汗腺為管狀腺；若比值小于8，則汗腺為袋狀腺。

1.2.5 皮脂腺直徑和長度

按照文獻(xiàn)[10-12]的方法測量皮脂腺導(dǎo)管部直徑和導(dǎo)管長度，分泌部直徑和分泌部長度。

1.2.6 汗腺和皮脂腺位于皮膚內(nèi)的深度

測量表皮到汗腺和皮脂腺開口于毛囊處的垂直距離，即為其位于皮膚內(nèi)的深度。

1.2.7 PAS和AB-PAS的染色結(jié)果判斷

PAS染色：若胞質(zhì)呈紅色，為陽性反應(yīng)，說明胞質(zhì)中有糖原；若胞質(zhì)呈無色，為陰性反應(yīng)，說明胞質(zhì)中無糖原。

AB-PAS染色：酸性黏液物質(zhì)呈藍(lán)色，中性黏液物質(zhì)呈紅色，中性和酸性的混合性黏液物質(zhì)呈藍(lán)紫色[12]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用SPSS 20.0軟件，對兩品種數(shù)據(jù)分別進(jìn)行一般線性模型分析法中Duncan多重比較和交互作用分析，P<0.05視為差異顯著，P<0.01視為存在交互作用，數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示，并對兩品種數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量相關(guān)分析，結(jié)果計(jì)為pearson相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 西錦雜交牛和錦江牛各部位皮膚厚度

如表1所示，錦江牛皮膚較厚，且品種與部位具交互作用(P<0.01)，錦江牛頸、肩、腹和臀部的皮膚顯著厚于西錦雜交牛(P<0.05)，背部和腿部的皮膚厚度兩品種間差異不顯著。錦江牛表皮較厚，品種與部位對表皮厚度亦存在交互作用(P<0.01)，錦江牛背部和臀部表皮厚度大于西錦雜交牛，腹部低于西錦雜交牛(P<0.05)，頸、肩和腿部的表皮厚度兩品種間無顯著差異。

表1 皮膚厚度和表皮厚度測量結(jié)果

2.2 汗腺和皮脂腺的形態(tài)學(xué)特征

如圖1所示，西錦雜交牛和錦江牛各部位汗腺形狀相似，均屬于頂漿分泌囊狀腺(長度/直徑的值均小于8 μm)。汗腺由導(dǎo)管部和分泌部組成，位于真皮乳頭層，導(dǎo)管部穿過皮脂腺腺體，開口于毛囊上部。汗腺的導(dǎo)管部不分支, 為細(xì)長的管腔,導(dǎo)管部比分泌部著色深,但管腔特別窄，汗腺的分泌部為導(dǎo)管部膨大，繼續(xù)向真皮乳頭層深部延伸，形成的囊狀結(jié)構(gòu)，多數(shù)汗腺的橫切面僅觀察到1個(gè)分泌部管腔。成年西錦雜交牛和錦江牛各部位皮脂腺形態(tài)特征相似，屬于全漿分泌型腺體，外觀為葡萄狀、多葉且分支的泡狀腺，位于毛囊和立毛肌之間，由分泌部和導(dǎo)管部組成，導(dǎo)管部短小，分泌部為腺泡，開口于毛囊上部。

SE. 皮脂腺；SEG. 皮脂腺分泌部；a.皮脂腺導(dǎo)管部；SW. 汗腺；SWD. 汗腺導(dǎo)管部；SSW. 汗腺分泌部；HF. 毛囊；EP. 表皮；DE. 真皮層。下同

2.3 汗腺和皮脂腺含糖原狀態(tài)和分泌物性質(zhì)

如圖2所示，PAS染色和AB-PAS染色，結(jié)果均呈現(xiàn)藍(lán)紫色，表明汗腺腺細(xì)胞質(zhì)和皮脂腺腺細(xì)胞中無糖原，且其分泌物為中性和酸性的混合物。

圖2 PAS和AB-PAS染色結(jié)果

2.4 汗腺密度、大小和深度

西錦雜交牛和錦江牛的汗腺密度、大小和深度如表2所示。錦江牛汗腺深度較深,汗腺部位則以腹部厚背臀部薄(P<0.01)為特色。西錦雜交牛汗腺密度較大，且品種與部位互作顯著(P<0.01)，西錦雜交牛頸部、肩部、腹部和腿部的汗腺密度顯著高于錦江牛(P<0.05)。西錦雜交牛的汗腺分泌直徑較大，兩品種臀部均較大，且品種與部位存在互作作用(P<0.01)，西錦雜交牛頸部、肩部、腹部和腿部的汗腺分泌直徑顯著大于錦江牛(P<0.05)，在臀和背部無顯著差異。西錦雜交牛的汗腺分泌管較長，就部位而言，以腿部較為長，且品種與部位有交互作用(P<0.01)，雜交牛在肩、背和腿部較長(P<0.05)而頸部、腹部和臀部兩品種之間差異不顯著。汗腺分泌長度/直徑品種與部位間具交互作用(P<0.01)，錦江牛頸部和腹部顯著高于西錦雜交牛，肩部和背部較低(P<0.05)。錦江牛臀部汗腺體積較大(P<0.05)，臀部其他指標(biāo)與雜交牛無差異；西錦雜交牛肩部、腹部和腿部汗腺體積顯著大于錦江牛(P<0.05)，在肩部和腿部的汗腺密度，分泌直徑和分泌管長度上也具有優(yōu)勢。

表2 汗腺的測量結(jié)果

2.5 皮脂腺密度、大小和深度

西錦雜交牛和錦江牛的皮脂腺密度、大小和深度如表3所示。錦江牛皮脂腺深度較深，部位以腹部深而臀部較淺為特點(diǎn)(P<0.01)。西錦雜交牛皮脂腺密度較大，且品種與部位具有交互作用(P<0.01)，錦江牛頸和肩部的皮脂腺密度小于西錦雜交牛，但臀部較大(P<0.05)。錦江牛皮脂腺導(dǎo)管直徑較大，且品種與部位具有交互作用(P<0.01)，西錦雜交牛頸部和腹部顯著小于錦江牛(P<0.05)。錦江牛皮脂腺導(dǎo)管較長，且品種與部位具有交互作用(P<0.01)，背部和腹部錦江牛較長，肩部更短(P<0.05)。錦江牛皮脂腺分泌直徑大且長，品種與部位交互作用顯著(P<0.01)，錦江牛頸部皮脂腺分泌直徑大，頸部和腹部的皮脂腺分泌長度更長(P<0.05)，其他部位差異不顯著?？梢婂\江牛皮脂腺深度深，腺體直徑與長度優(yōu)勢在頸部和腹部顯現(xiàn)較為發(fā)達(dá)。

表3 皮脂腺的測量結(jié)果

2.6 汗腺與皮脂腺指標(biāo)的相關(guān)分析

西錦雜交牛的汗腺與皮脂腺指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果如表4所示。西錦雜交牛的汗腺體積與其分泌腺的直徑和長度呈強(qiáng)正相關(guān)(P<0.01)，與其深度呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)(P<0.01)，汗腺密度與汗腺其他指標(biāo)無相關(guān)，汗腺密度與皮脂腺密度呈強(qiáng)正相關(guān)(P<0.01)，與皮脂腺導(dǎo)管直徑、分泌直徑和分泌長度呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)(P<0.01)，汗腺體積與皮脂腺分泌長度呈強(qiáng)正相關(guān)(P<0.01)，汗腺深度與皮脂腺深度呈強(qiáng)正相關(guān)(P<0.01)。

表4 西錦雜交牛汗腺和皮脂腺相關(guān)性分析

錦江牛汗腺與皮脂腺相關(guān)分析結(jié)果如表5所示。錦江牛汗腺體積與其分泌腺直徑和長度呈強(qiáng)正相關(guān)(P<0.01)，與其深度呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)(P<0.01)，汗腺密度與汗腺與皮質(zhì)腺諸指標(biāo)無相關(guān)。汗腺深度與皮脂腺深度呈弱正相關(guān)，兩者均與皮脂腺導(dǎo)管直徑和長度呈正相關(guān)(P<0.01)，汗腺分泌直徑和體積與皮脂腺分泌直徑呈強(qiáng)正相關(guān)(P<0.01)，與皮脂腺深度呈弱負(fù)相關(guān)(P<0.05)。可見，西錦雜交牛汗腺和皮脂腺的密度具有相同變化趨勢，密度大則皮脂腺腺體與導(dǎo)管會減少。錦江牛汗腺與皮脂腺的腺體呈相同趨勢，汗腺與皮質(zhì)腺深度增加則以增加導(dǎo)管長度與直徑相適應(yīng)。

表5 錦江牛汗腺和皮脂腺各指標(biāo)的相關(guān)分析

3 討論

3.1 錦江牛皮膚厚度與適應(yīng)性

紫外線可以進(jìn)入皮膚表層,適量的紫外線對健康有益，但過多則會造成皮膚損傷，黑色素含量高吸收更多的紫外線[13-14]。表皮越厚越更具吸收紫外線，保護(hù)皮膚及其附屬器官的功能[15]。2歲以上的瘤牛，其表皮厚度最高達(dá)70 μm[16]，本研究錦江牛及西錦雜交后代的頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的平均表皮厚度分別為198 μm和193 μm遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于瘤牛，錦江牛背部和臀部表皮比西錦雜交后代的更厚，雜交牛腹部較厚，錦江牛及西錦雜交后代皮膚均具有較強(qiáng)的免受紫外線損傷能力，西錦雜交牛腹部表皮厚度具有雜交優(yōu)勢。2歲以上的瘤牛皮膚厚度最高可達(dá)8.15 mm，本研究中，錦江牛頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的平均皮膚厚度為10.57 mm大于瘤牛，而西錦雜交牛平均皮膚厚度為8.68 mm且與瘤牛相似。牛皮膚在長期的種族演化過程中形成了背側(cè)厚、腹側(cè)薄,外側(cè)厚、內(nèi)側(cè)薄這一特定的規(guī)律[15]。在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代基本符合這一特點(diǎn)，但腹部皮膚要厚于背部，且這一特征雖與3歲延邊牛相似(腹部6.7 mm；背部4.1 mm)[16]，但就絕對值而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于延邊牛。錦江牛的頸臀肩腹部皮膚厚度較比雜交牛更厚，由于汗腺主要在真皮層中，因表皮較薄，且汗腺深度在錦江牛及西錦雜交牛間無差異，兩品種真皮組織的汗腺與皮脂腺組織特性成為評價(jià)其體溫調(diào)節(jié)能力關(guān)鍵。

3.2 錦江牛汗腺和皮脂腺的適應(yīng)性

在25 ℃環(huán)境溫度時(shí)，婆羅門牛、短角牛和婆羅門 × 短角牛，三者蒸發(fā)散熱量均占總散熱量的35%～45%，而當(dāng)環(huán)境溫度越接近皮膚溫度時(shí)，婆羅門牛、婆羅門 × 短角牛的蒸發(fā)散熱量高達(dá)75%，而短角牛僅占50%[17]，由此可見隨環(huán)境溫度升高，婆羅門牛皮膚蒸發(fā)散熱能力增強(qiáng)，且相較于普通牛、瘤牛及其雜交后代皮膚蒸發(fā)散熱能力適應(yīng)環(huán)境溫度變化能力更強(qiáng)。在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代也具有瘤牛血統(tǒng)，其特征值得探討。發(fā)汗是指汗腺分泌汗液的過程，溫度升高，汗液分泌能力增強(qiáng)，汗液蒸發(fā)帶走大量體熱，且出汗能力與汗腺腺體體積成正向關(guān)系，相關(guān)研究證實(shí)了這一特點(diǎn)[18]。相關(guān)研究也表明，相較于成年牦牛囊狀似單管狀汗腺[11]，瘤牛袋狀汗腺不僅體積大且較為發(fā)達(dá)，其較強(qiáng)的汗液蒸發(fā)散熱能力，與其皮膚中數(shù)量多、體積大且距離皮膚表皮較淺的汗腺密不可分[19]。2歲以上瘤牛的汗腺深度最高達(dá)756 μm，密度約為1 508個(gè)/cm2，體積約為23.10×10-6μm3，而2歲以上普通牛汗腺深度約為896 μm，密度最高達(dá)1 005個(gè)/cm2，體積約為0.51×10-6μm3[20]。在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代的汗腺均為頂漿分泌袋狀腺且均與瘤牛相似，然而，錦江牛和西錦雜交牛頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的汗腺平均深度、密度和體積均大于瘤牛，由此可推測，錦江牛及西錦雜交后代的汗腺均較為發(fā)達(dá)，賦予其皮膚較強(qiáng)的蒸發(fā)散熱能力。婆閩牛背部、腹部和臀部的汗腺密度和體積存在差異，背部汗腺密度較高，但汗腺體積要小于腹部和臀部[21]，普通牛和瘤牛的蒸發(fā)散熱率最高的部位均是背部和背中兩側(cè)，其次是頸部和大腿外側(cè)，最低的部位是腹部[22]。在本研究中，汗腺的部位特點(diǎn)：錦江牛及西錦雜交后代的頸、肩、背、腹部的汗腺深度深，西錦雜交牛頸部和肩部汗腺密度最大，兩品種汗腺分泌直徑、長度和汗腺體積臀部和腿部為大，且西錦雜交牛在汗腺直徑和長度更具有優(yōu)勢?？梢?，錦江牛與西錦牛雜交，可以增加頸肩部汗腺密度，也可以增加臀腿部汗腺體積，以適應(yīng)高溫高濕環(huán)境，具有突出的交優(yōu)勢，遠(yuǎn)超歐洲普通牛。

瘤牛皮脂腺不僅發(fā)達(dá)，且從結(jié)構(gòu)上形似葡萄[19]。在本研究中，錦江牛及其與西門塔爾雜交后代的皮脂腺與瘤牛相似，外觀形態(tài)均如葡萄。與此同時(shí)，皮脂腺分泌飽和與不飽和脂肪酸、甘油三酯、角鯊烯、蠟質(zhì)等[23]，能貫穿皮膚角質(zhì)層，改變皮膚角質(zhì)層結(jié)構(gòu)排列，增加其滲透率[24]，進(jìn)一步潤滑被毛，增加被毛光澤。同時(shí)，進(jìn)一步研究表明，短且光澤的被毛在反射太陽熱輻射能方面要強(qiáng)于蓬松且無光澤的被毛[13]，在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代的被毛與瘤牛相似，均具有短且光澤的特征，這與其皮膚中較為發(fā)達(dá)的皮脂腺存在極大的關(guān)系，這也是錦江牛及西錦雜交后代能耐南方夏季強(qiáng)太陽熱輻射的重要原因之一。馬屬類具有極強(qiáng)的發(fā)汗能力，以適應(yīng)其在高強(qiáng)度奔跑運(yùn)動中快速蒸發(fā)散熱，以維持機(jī)體熱平衡，同時(shí)其不僅具有發(fā)達(dá)的汗腺，皮脂腺也較為發(fā)達(dá)[25]。成年牦牛的背部皮脂腺密度2 378個(gè)/cm2、導(dǎo)管長度104.9 μm和分泌直徑214 μm，均要大于腹部(皮脂腺密度1 941個(gè)/cm2、導(dǎo)管長度79.3 μm、分泌直徑181.1 μm)[11]，錦江牛及西錦雜交后代背部皮脂腺密度和大小亦大于腹部，同時(shí)，牦牛背部汗腺深度(334 μm)要淺于腹部(411 μm)但背部汗腺體積(4.79×10-6μm3)要大于腹部(3.84×10-6μm3)[13]，錦江牛及西錦雜交后代，雖呈現(xiàn)腹部汗腺深度深現(xiàn)象，但錦江牛背部汗腺密度更大，腹部汗腺長度/直徑比更大。錦江牛及西錦雜交后代的頸、肩部皮脂腺和汗腺密度均要高于其他部位，由此可見，錦江牛及西錦雜交后代的頸、肩和背部皮脂腺和汗腺發(fā)達(dá)程度較高，錦江牛頸、肩、腹和臀部的皮膚顯著厚于西錦雜交牛，汗腺與皮脂腺深度深，為汗腺與皮脂腺留有空間，汗腺密度與汗腺和皮脂腺的其他指標(biāo)均無關(guān)系，汗腺和皮脂深度增加，以增加皮質(zhì)腺導(dǎo)管長度和直徑相適應(yīng)。而在西錦雜交牛則有汗腺與皮質(zhì)腺密度增加，汗腺和皮脂腺腺體減少傾向。當(dāng)氣候炎熱干燥時(shí)，汗液中的乳酸會與皮脂腺分泌的皮脂中的脂肪酸形成乳狀脂膜，形成防水膜包覆在皮膚表面，防止皮膚角質(zhì)層內(nèi)水分的過度蒸發(fā)[26-27]，這對于保持機(jī)體在干熱的氣候條件下皮膚正常的生命活動具有很大的意義。3歲以上延邊牛的皮脂腺深度約為372 μm，密度約為1 466個(gè)/cm2，分泌部直徑約為163 μm[28-29]，本研究中錦江牛及西錦雜交后代各部位皮脂腺的平均深度、密度和分泌直徑均大于延邊牛?？梢?，相較于延邊牛，錦江牛及西錦雜交后代皮脂腺較為發(fā)達(dá)，這更有助于其在炎熱干燥時(shí)，維持皮膚保水水分。

4 結(jié)論

綜上所述，錦江牛和西錦雜交后代在皮膚耐熱性方面表現(xiàn)出了一定的遺傳特性，并且個(gè)別部位的蒸發(fā)散熱能力表現(xiàn)出一定的雜種優(yōu)勢。錦江牛頸、肩、腹和臀部的皮膚顯著厚于西錦雜交牛，汗腺與皮脂腺深度深，為汗腺與皮脂腺留有空間，汗腺密度與汗腺、皮脂腺的其他指標(biāo)均無關(guān)系，汗腺和皮脂深度增加，以增加皮質(zhì)腺導(dǎo)管長度和直徑相適應(yīng)的特色。

致謝：感謝江西高安裕豐農(nóng)牧公司對試驗(yàn)提供幫助。