热应激对不同泌乳阶段奶牛生产性能和血清激素浓度的影响

宋代军 何 钦 姚焰础

(1.西南大学动物科技学院，重庆 400715;2.重庆市畜牧科学院动物营养研究所，重庆 402460)

奶牛热应激综合征是奶牛受到超过本身体温调节能力的过高的温度刺激时，作用于垂体-肾上腺皮质系统，所引起的包括机体非特异性防御反应和特异性障碍的全身性适应症［1］。热应激不仅会导致奶牛生产性能和繁殖性能降低，还能引起一些血液激素及热休克蛋白70(HSP70)浓度的变化。近年来，国内外关于奶牛热应激的机理研究已有大量的文献报道，但关于热应激对不同泌乳阶段奶牛血清激素及HSP70浓度影响的研究报道较少，且研究结果不尽相同。因此，本试验旨在研究热应激对不同泌乳阶段奶牛生产性能、血清激素和HSP70浓度的影响，为进一步揭示奶牛热应激的发生机理及合理制订缓解奶牛热应激的技术措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验采用二因子完全交叉(3×2)设计，选用胎次相近、健康无病、产后14～230 d、产奶量14～22 kg/d的3个不同泌乳阶段(泌乳前、中、后期)的荷斯坦奶18头，每个阶段6头(试验奶牛的泌乳阶段见表1);采用热应激期与非热应激期进行比较。试验于2010-07-30至2010-09-30在重庆市宏西奶牛养殖场进行，采集的样品在重庆市畜牧科学院动物营养所进行分析。

1.2 饲养管理与试验饲粮

按牛场正常饲养条件进行。试验奶牛饲养于含有双侧排风扇的拴系式双列对头牛舍(钟楼式)中，每头奶牛定栏定位饲喂，每天饲喂3次，即04:00—06:00、12:30—13:30、17:00—18:00。饲喂方式:先粗后精。精料定量饲喂，粗料自由采 食，自由饮水。试验饲粮组成及营养水平见表2。

表1 试验奶牛的泌乳阶段Table 1 Lactation stages of experimental dairy cows

表2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets(DM basis) %

1.3 样品采集和分析方法

1.3.1 牛舍温湿指数(THI)的测定

分别在牛舍的中部和两端距地面1.5 m高处挂置干湿球温度计(河北武强滏阳仪表厂生产)，保证温湿度表的有效通风，防止阳光照射和雨淋，并要避免奶牛触及。每天08:00、14:00、20:00记录干球温度和湿球温度，求3次平均值，并依据以下公式计算 THI［1］。

式中:Td为干球温度，Tw为湿球温度。

1.3.2 干物质采食量(DMI)和产奶量的测定

分别于热应激的前、中、后期和非热应激期连续3 d测定奶牛的精、粗料采食量。每次饲喂时，待奶牛停止进食后，分别收集奶牛的剩料称重，并根据采集饲料样品水分的测定值计算出每头奶牛DMI。于热应激前、中、后期和非热应激期分别选择1 d测定奶牛的产奶量。

1.3.3 血清激素和HSP70浓度的测定

分别于热应激前、中、后期和非热应激期选择1 d，每组随机选取2头，在15:00对奶牛进行颈静脉采血。血样经3 500 r/min离心20 min后，分离血清，于-20℃冰箱中冷冻保存，用于血清激素和HSP70浓度的检测。血清胰岛素(INS)、胰高血糖素(GC)、三碘甲腺原氨酸(T3)、甲状腺素(T4)、瘦素、皮质醇、催乳素(PRL)和HSP70浓度全部采用试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定。

1.4 数据统计与分析

试验数据用SPSS 16.0进行单因素方差分析和F检验。

2 结果

2.1 牛舍干球温度与THI

由表3可知，在热应激全期牛舍 THI在80.92～88.53之间，奶牛处于中度热应激(79≤THI≤89)状态。非热应激期牛舍的 THI＜72，奶牛无热应激反应。

表3 试验期内牛舍干球温度与THI的变化Table 3 The changes of dry bulb temperature and THI in the house of dairy cows during the trial

2.2 热应激对不同泌乳阶段奶牛生产性能的影响

由表4可知，与非热应激期相比，不同泌乳阶段奶牛在各热应激期DMI均降低。在热应激逐渐加重的过程(热应激前期至热应激中期)中，奶牛DMI趋于下降;而在热应激逐渐减轻的过程(热应激中期至热应激后期)中，奶牛DMI没有大幅的上升。与非热应激期相比，泌乳前、中、泌乳后期奶牛在热应激全期的DMI分别下降了21.23%(P＞0.05)、27.52%(P ＜0.01)、21.70%(P ＜0.01)。

与非热应激期相比，不同泌乳阶段奶牛在各热应激期的产乳量均降低。在热应激逐渐加重的过程中，各泌乳阶段奶牛的产乳量逐渐降低，热应激中期时降到最低，其中泌乳全期奶牛在热应激中期产奶量极显著低于热应激前、后期(P＜0.01);而在热应激逐渐减轻的过程中，奶牛产乳量恢复到与热应激前期同一水平;泌乳前、中、后期奶牛在热应激前、中、后期的产乳量差异不显著(P＞0.05)。与非热应激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在热应激全期的产奶量分别下降了18.48%(P ＞0.05)、16.98%(P ＞0.05)、15.36%(P ＞0.05)，泌乳全期降低了16.88%(P＜0.05)。

2.3 热应激对不同泌乳阶段奶牛血清激素和HSP70浓度的影响

由表5可知，与非热应激期相比，不同泌乳阶段奶牛在热应激期血清HSP70浓度均有所升高。随着热应激时间的延长，血清HSP70浓度逐渐增加，同一泌乳阶段、不同热应激期之间差异不显著(P＞0.05)。与非热应激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在热应激全期的血清HSP70浓度分别升高了22.12%(P ＜0.05)、19.35%(P ＞0.05)、55.91%(P＜0.01)。

表4 热应激对不同泌乳阶段奶牛生产性能的影响Table 4 Effects of heat stress on performance of dairy cows at different lactation stages kg/d

表5 热应激对不同泌乳阶段奶牛血清激素和HSP70浓度的影响Table 5 Effects of heat stress on concentrations of serum hormone and HSP70 of dairy cows at different lactation stage

续表5

与非热应激期相比，奶牛在各热应激期血清INS浓度均降低，其中泌乳前期奶牛在热应激前期显著降低(P＜0.05)。同一泌乳阶段奶牛在各热应激期血清INS浓度差异不显著(P＞0.05)。血清GC浓度的变化趋势与INS完全相同。

与非热应激期相比，不同泌乳阶段奶牛在各热应激期血清T3、T4浓度均降低。总体上，在热应激逐渐加重的过程中，各泌乳阶段奶牛的血清T3浓度降低，T4浓度升高;而在热应激逐渐减轻的过程中，血清T3浓度升高，T4浓度降低;同一泌乳阶段，不同热应激期之间差异不显著(P＞0.05)。与非热应激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在热应激全期的血清T3浓度分别降低了36.63%、19.83%、10.91%，血清 T4浓度分别降低了14.33%、13.42%、8.28%，差异均不显著(P＞0.05)。

瘦素浓度不受泌乳期和热应激的影响(P＞0.05)。

与非热应激期相比，不同泌乳阶段奶牛在各热应激期血清皮质醇浓度均有所降低。泌乳前期奶牛在热应激后期时最低，显著低于热应激前、中期(P＜0.05);泌乳中、后期奶牛在热应激前期最低，但各热应激期之间差异不显著(P＞0.05)。与非热应激期相比，泌乳前、中、后期奶牛在热应激全期的血清皮质醇浓度分别降低了61.36%(P＜0.05)、19.85%(P ＞0.05)、27.99%(P ＞0.05)。

与非热应激期相比，各泌乳阶段奶牛在各热应激期血清PRL浓度均降低。在热应激逐渐加重的过程中，各泌乳阶段奶牛的血清PRL浓度均有升高的趋势;而在热应激逐渐减轻的过程中，血清PRL浓度趋于降低;各热应激期之间差异不显著(P＞0.05)。与非热应激期相比，泌乳前期奶牛在热应激前、后期时的血清PRL浓度均显著降低(P＜0.05)，泌乳前、中、后期奶牛在热应激全期的血清PRL浓度分别降低了36.22%(P＜0.05)、17.04%(P ＞0.05)、16.01%(P ＞0.05)。

3 讨论

3.1 不同泌乳阶段奶牛生产性能与热应激的关系

Ingraham 等［2］认为 THI＜72，对奶牛无影响，在72～78之间对奶牛会产生轻微热应激，在78～89之间对奶牛会产生中度热应激，在90以上时，会产生严重热应激。结合本试验结果可知，奶牛处于中度热应激状态，非热应激期间奶牛无热应激反应。

在热应激条件下，奶牛采食量下降，机体内分泌机能紊乱，直接影响奶牛的泌乳性能，导致产奶量下降。Snachez等［3］、Belya 等［4］以及 Collie等［5］认为，热应激导致奶牛食欲减退，采食量下降。有研究表明，每年的6～9月重庆市奶牛产奶量可下降 25.6% ～33.5%［6］。李建国等［7］研究发现，慢性热应激时，泌乳前、中、后期奶牛的产奶量分别降低了19.30%、15.88%、13.83%。Ravagnolo等［8］报道，当 THI＞72 时，THI每升高 1 个单位，奶牛的产奶量降低0.2 kg。本研究发现，热应激时各泌乳阶段奶牛的产奶量均显著低于非热应激期，且随着热应激时间的延长，各泌乳阶段奶牛的产奶量有逐渐降低的趋势，热应激中期奶牛的产奶量会显著下降，泌乳前期奶牛在整个热应激过程中的下降幅度最大，与以上研究结果相似。结果提示，中度以上热应激对奶牛的产奶量有显著影响，泌乳前期奶牛的产奶量受热应激的影响更为严重。

3.2 不同泌乳阶段奶牛血清激素及HSP70浓度变化与热应激的关系

HSP70是一种重要的分子伴侣，Alderman等［9］报道，HSP70与环境温湿度变化密切相关，在生物热耐受中起着主要作用。在环境变化应激时，产生的HSP70可以增强细胞对下一次有害损伤的耐受程度，维持细胞的正常生理功能代谢，提高细胞生存率［10-12］。陈强等［12］报道，热应激状态时，奶牛体内HSP70基因的表达量会增加。本试验中，泌乳前、中、后期奶牛血清HSP70浓度在热应激期时均明显高于非热应激期，与其研究结果一致。此外，本试验还发现，轻微热应激时奶牛的血清HSP70浓度会显著升高，泌乳后期奶牛的血清HSP70浓度在热应激全期的增加幅度最大。结果提示，轻微热应激时奶牛的抗应激能力较高，泌乳后期奶牛在热应激过程中抵抗损伤的能力更强。

INS是调节三大营养物质代谢的重要激素，特别对糖代谢的调节尤为重要，它可以促进三大代谢性营养物质以不同的形式在体内贮存。GC是由胰岛A细胞所分泌，它主要的生理功能是促进三大营养物质的分解，对于应激时维持血糖浓度以及INS分泌量的稳态具有重要作用。Hethein等［13］认为热应激会降低血液INS的浓度。但Itoh等［14］报道，热应激可显著提高泌乳期奶牛血液INS浓度，同时降低GC浓度。在本研究中，各热应激期泌乳前、中期奶牛血清INS浓度有下降的趋势，这可能是机体在热应激期间抑制营养物质的代谢，从而减少产热、节省能量，以应对外界不良环境的影响。GC浓度的下降可能是与INS相互作用调节的结果。

T3与T4是由甲状腺及其外周组织所分泌。急性应激可以使血清中T3、T4浓度升高，而慢性或长期应激则引起血清T3浓度上升而T4浓度下降［15］。然而，李秋凤等［16］报道，热应激时甲状腺机能减弱，造成甲状腺分泌T4和T3减少。Nardone等［17］研究也发现，热应激使牛血清中 T3浓度下降。本试验中，泌乳前、中、后期的奶牛在热应激全期的血清T3、T4浓度均不同程度地低于非热应激期，与以上研究结果一致。

Liefers等［18］报道，泌乳期间正能量平衡的奶牛瘦素浓度高于负能量平衡的奶牛。本试验结果发现，泌乳前、中、后期奶牛在热应激期的血清瘦素浓度均低于非热应激期。其原因可能为，在本试验中，奶牛在热应激期的采食量较非热应激期显著降低，产奶量虽有一定程度的下降，但与非热应激期差异不明显，所以奶牛处于负能量平衡状态，血清瘦素浓度低。牛淑玲等［19］研究表明，泌乳期瘦素浓度与奶牛产奶量存在一定关系，高的瘦素浓度有高的产奶量。本试验也发现瘦素浓度与奶牛产奶量没有明显关系，与Mann等［20］的研究结果一致。

皮质醇是一种由肾上腺皮质产生的类固醇类糖皮质激素，参与机体的热调节，急性热应激时奶牛血清中皮质醇浓度升高，慢性热应激时降低［21］。本试验中，泌乳前、中、后期的奶牛在热应激期的血清皮质醇浓度均低于非热应激期，与以上研究结果一致。

PRL是腺垂体前叶分泌的一种生乳激素，对奶牛泌乳的启动和维持具有重要作用［22］。研究结果表明，在免疫反应过程中，血清PRL浓度显著下降［23］。本试验中，泌乳前、中、后期的奶牛在热应激期的血清PRL的浓度均低于非热应激期，与朱国标等［24］的试验结果恰好相反。

4 结论

热应激会严重影响奶牛血清激素和HSP 70浓度，从而影响奶牛的生产性能;与泌乳中、后期相比，热应激对泌乳前期奶牛影响更大。

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