冷應激對科爾沁牛和科爾沁肉牛免疫功能的影響

吳佳琦，包雨鑫，王梓，鄭海英，高麗娟，郭煜，付明山，韓玉國

(內(nèi)蒙古通遼市農(nóng)牧科學研究所，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

肉牛在適宜的溫度范圍中機體不需要利用其自身的調(diào)節(jié)機能，或者只通過少量的散熱調(diào)節(jié)就能維持體溫恒定，此時機體的產(chǎn)熱和散熱基本平衡，這一適宜的溫度范圍稱為等熱區(qū)。在等熱區(qū)內(nèi)的牛生長最快，飼料利用率最高，不僅飼養(yǎng)成本能達到最低，還肥育效果也是最好的。從畜牧生產(chǎn)本身來說，環(huán)境溫度在等熱區(qū)范圍內(nèi)其飼養(yǎng)家畜最為適宜，同時效益也是最高的。生產(chǎn)中把等熱區(qū)的上限溫度稱為上限臨界溫度，也就是常說的過高溫度，而下限溫度稱為臨界溫度，也就是過低溫度。寒冷和暑熱均影響牛的生長發(fā)育，尤其是在通遼地區(qū)的冬季低溫環(huán)境，極容易引起肉牛產(chǎn)生冷應激，導致生長性能、繁殖性能和飼料利用率嚴重下降，其發(fā)病率和死亡率也隨之升高。

科爾沁牛是以西門塔爾牛為父本，蒙古牛、三河牛以及蒙古牛的雜種母牛為母本，采用育成雜交方法培育而成乳肉兼用的品種。科爾沁肉牛是以科爾沁牛為母本，北美西門塔爾(偏肉用型)為父本，在雜交二代選擇理想型的公、母牛進行橫交固定、自群繁育，經(jīng)過選育提高，培育的具有肉用性能優(yōu)良、適應性強的肉牛新品種[1]。

研究旨在以科爾沁牛和科爾沁肉牛為試驗群體，采用酶聯(lián)免疫法對冷應激和非應激狀態(tài)下科爾沁牛和科爾沁肉牛血清中的免疫球蛋白(IgG、IgM)、白細胞介素1(IL-1)、白細胞介素2(IL-2)、白細胞介素4(IL-4)、白細胞介素6(IL-6)、腫瘤壞死因子(TNF-α)進行檢測，分析在同等因素下科爾沁牛和科爾沁肉牛免疫功能的差異，為了解科爾沁牛和科爾沁肉牛在低溫環(huán)境適應程度和冷應激相關研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗動物及試驗時間地點

在內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市某養(yǎng)殖場選擇同一飼養(yǎng)環(huán)境條件下，體況相近，體重約(563±38)kg， 18月齡身體健康的科爾沁牛和科爾沁肉牛母牛各20頭作為試驗牛。試驗分為2個階段，即冷應激冬季(2019年12月15日至12月21日)和非應激春季(2020年4月11日至4月17日)。試驗在通遼周邊地區(qū)養(yǎng)殖場進行。

1.2 溫濕度及溫濕度指數(shù)測定

試驗全期在試驗牛群的中間和兩端與牛體等高處，距離地面約1.5 m懸掛溫濕度表，記錄8：00、14：00的溫度和相對濕度。根據(jù)Berman[2]報道的方法計算牛舍溫濕度指數(shù)(THI)，計算公式為：

溫濕度指數(shù)(THI)=[1.8×攝氏溫度(T)+32]-[0.55-0.55×相對濕度(RH)]×[1.8×攝氏溫度(T)-26]。

1.3 生理指標

直腸溫度用獸用體溫計對科爾沁牛和科爾沁肉牛進行測定，測定時間為5 min；呼吸頻率是利用秒表計時1 min，在1 min內(nèi)測定牛腹部鼓動的次數(shù)。

1.4 血清采樣

試驗期的最后一天對每頭牛進行頸靜脈采血5 mL，靜置30 min，以3 000 r/min離心15 min，分離出血清后保存在-20 ℃冰箱，以備進行血清生化指標的測定。

1.5 血清生化指標測定

免疫球蛋白檢測：采集各個分組中牛的血液樣本后制備血清，用ELISA法分析各樣本中IgG和IgM的含量。

炎性細胞因子檢測：采集各個分組中牛的血液樣本后制備血清，用ELISA法分析各樣本中IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、TNF-α的濃度量。ELISA試劑盒采購于上海寶曼生物科技有限公司，按照說明書操作，并用酶標儀進行測定。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析并進行顯著性檢驗，試驗結(jié)果均以“平均值±標準差”表示，以P<0.05為差異顯著性標準。

2 結(jié)果

2.1 外界環(huán)境溫濕度

牛舍環(huán)境溫度和濕度的THI判斷牛熱應激的重要指標，通常情況下THI<72為無熱應激狀態(tài)；7288為重度熱應激狀態(tài)[3]，圖1顯示冷應激春季環(huán)境溫濕指數(shù)THI，非應激春季這段時間外界環(huán)境最高溫度21 ℃，平均氣溫約為11.85 ℃，THI平均為55.26，此狀態(tài)未達到應激狀態(tài)，可以作為非應激。圖2表示冬季時間段外界環(huán)境最高溫度是-14 ℃，平均溫度為-15.93 ℃，THI平均為21.64，牛處于冷應激狀態(tài)。

圖1 春季外界環(huán)境溫濕度THI

圖2 冬季外界環(huán)境溫濕度THI

2.2 生理指標

表1顯示了冷應激期間和非應激期間科爾沁牛和科爾沁肉牛生理指標的比較結(jié)果。從結(jié)果可以看出：在冷應激期間，科爾沁牛直腸溫度顯著低于科爾沁肉牛(P<0.05)，呼吸頻率差異不顯著(P>0.05)，非應激期間，科爾沁牛和科爾沁肉牛的生理指標無差異；冷應激期間科爾沁牛呼吸頻率和直腸溫度均極顯著低于非應激期間，冷應激期間科爾沁肉牛呼吸頻率極顯著低于非應激期間(P<0.01)，直腸溫度顯著低于非應激期間(P<0.05)。

表1 冷應激科爾沁牛和科爾沁肉牛生理指標

2.3 血清免疫功能指標

表2和表3顯示了科爾沁牛和科爾沁肉牛血清免疫指標測定結(jié)果。

表2 冬季科爾沁牛和科爾沁肉牛血清免疫指標測定

表3 春季科爾沁牛和科爾沁肉牛血清免疫指標測定

可以看出，在冷應激狀態(tài)下科爾沁肉牛的血清IL-2、IL-4的含量均顯著高于科爾沁牛(P<0.05)，IL-1、IL-6和TNF-α極顯著高于科爾沁牛(P<0.01)，IgG的含量極顯著低于科爾沁牛(P<0.01)，IgM的含量與科爾沁牛差異不顯著(P>0.05)；在非應激期間科爾沁肉牛與科爾沁牛相比血清中的各項指標差異不顯著(P>0.05)；冷應激與非應激狀態(tài)相比，科爾沁牛血清中的IL-1、IL-2、IL-4、IL-6和TNF-α極顯著低于非應激(P<0.01)，血清中的IgG較非應激期間差異不顯著(P>0.05)，科爾沁肉牛血清中的IL-1、IL-2、IL-4極顯著低于非應激(P<0.01)，IL-6、TNF-α較非應激差異不顯著(P>0.05),IgG顯著低于非應激(P<0.05)，兩種牛血清中的IgM濃度有下降趨勢，但是差異不顯著(P>0.05)。

3 討論

3.1 冷應激與生理指標

直腸溫度和呼吸頻率是衡量家畜對外界環(huán)境是否適應的意向重要的生理指標。從結(jié)果可以看出，在寒冷環(huán)境中，科爾沁牛的直腸溫度顯著低于科爾沁肉牛，呼吸頻率雖沒有顯著變化，但科爾沁肉牛呼吸變深且頻率下降幅度大于科爾沁牛，也說明科爾沁肉牛汗腺停止分泌，減少散熱，自身的體溫調(diào)節(jié)能力強于科爾沁牛，更能快速調(diào)節(jié)各項機能，能更好地適應寒冷天氣；在非應激期間，科爾沁牛和科爾沁肉牛的直腸溫度和呼吸頻率均可以通過自身的調(diào)節(jié)機制使體內(nèi)的各個系統(tǒng)和器官的功能活動相互協(xié)調(diào)，達到機體的生理功能相對穩(wěn)態(tài)，因此直腸溫度和呼吸頻率都在正常的范圍內(nèi)，差異不顯著。

3.2 冷應激與免疫功能指標

免疫球蛋白在血清中水平的高低是評估免疫狀況的重要指標，血清中球蛋白濃度升高，其自身免疫功能增強[4-5]。血清中免疫球蛋白和細胞因子的濃度能夠反映機體的免疫功能，能夠防止動物機體遭受病毒感染。IgG是血清免疫球蛋白的主要成分，占總的免疫蛋白的75%，是初級免疫應答中最持久、最重要的抗體，同時也是唯一能夠通過胎盤的免疫球蛋白。IgG能促進單核巨噬細胞的吞噬作用(調(diào)節(jié)作用)，中和細菌毒素，以及病毒結(jié)合使病毒失去感染宿主細胞的能力(中和病毒)，在自然被動免疫中起到重要作用。機體抗菌、抗毒素和抗病毒性抗體大多數(shù)都屬于IgG，能有效的抗擊感染[6]。IgM主要分布于血清中，是抗原刺激免疫應答中最先產(chǎn)生的免疫球蛋白，可結(jié)合補體，能夠溶解細菌、溶解血細胞和中和病毒的作用，是體液免疫應答中主要的介質(zhì)[7]。IgM結(jié)合補體有較高的結(jié)合價，是高效能的抗體，在機體的早期防御中起到重要的作用。因此，檢查IgM的含量有助于傳染病的早期診斷。IL-1是重要的炎性遞質(zhì)之一，在臨床上能夠引起的發(fā)熱機制，可充分調(diào)動機體的免疫功能，在對抗炎癥和腫瘤中起積極作用；IL-2是淋巴細胞受抗原刺激產(chǎn)生的淋巴因子，不僅能促進淋巴細胞生長、增殖、分化，同時增強自然殺傷細胞的活性，在機體的免疫應答和抗病毒感染等有重要作用[8]；IL-4主要是誘導B細胞產(chǎn)生免疫球蛋白，調(diào)節(jié)體液免疫和獲得性免疫，是重要的機體炎癥反應的促炎因子[9]；IL-6能夠調(diào)節(jié)B細胞的生長和分化，增強CTL、NK細胞的殺傷效應，還能刺激造血干細胞的增生分化，在維持機體生理平衡中具有十分重要的地位；腫瘤壞死因子主要分為TNF-α和TNF-β，其中的TNF-α在免疫應答過程中發(fā)揮重要的免疫促進或免疫抑制作用，影響著炎癥反應的發(fā)生發(fā)展。

本試驗發(fā)現(xiàn)，在冷應激狀態(tài)下科爾沁肉牛的血清IL-2、IL-4的含量均顯著高于科爾沁牛，IL-1、IL-6和TNF-α極顯著高于科爾沁牛，IgG的含量極顯著低于科爾沁牛，冷應激后科爾沁肉牛血液中的IgG含量比科爾沁牛的變化幅度大，說明冷應激后科爾沁肉牛對冷的免疫反應更加靈敏，免疫系統(tǒng)的反應調(diào)節(jié)也更快。冷應激與非應激狀態(tài)相比，IgG含量下降，說明在長時間冷應激下，體液免疫機能的調(diào)節(jié)和抗炎癥反應等功能受到了抑制，表明冷應激抑制了免疫球蛋白的合成，這可能是長時間寒冷刺激機體生成多種血清免疫抑制因子，抑制了白細胞介素的產(chǎn)生，從而影響了科爾沁牛和科爾沁肉牛機體免疫球蛋白的合成，使其免疫功能嚴重受損。IL-2含量呈下降趨勢，而IL-2主要是由活化的T細胞產(chǎn)生，是調(diào)節(jié)機體免疫功能最主要的細胞因子之一，其水平反映了T細胞功能狀態(tài)，寒冷應激后明顯抑制了T淋巴細胞的功能，同時也抑制了機體免疫因子的釋放。

4 結(jié)論

以地方特色的科爾沁牛和科爾沁肉牛為研究對象，探究冷應激對科爾沁牛和科爾沁肉牛免疫功能造成的影響，在冷應激狀態(tài)下的科爾沁肉牛免疫功能強于科爾沁牛，抗寒能力更強，為當?shù)睾Y選出具有較強耐寒性能的肉牛提供理論依據(jù)。