饲粮磷水平对热应激奶牛生产性能和血液指标的影响

张玉诚 薛 白* 肖 俊 闫方权 焦振辉景小平 王立志 王之盛 卜登攀

(1.四川农业大学动物营养研究所，雅安 625014;2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193)

磷作为动物必需的矿物元素之一，是构成体内物质代谢酶类的重要组成部分，如果磷摄入不足将会引起奶牛代谢紊乱，进而导致奶牛生产性能和繁殖性能下降，从而给奶牛养殖带来严重的经济损失。但是磷饲喂过多，大量地排放到环境中，会污染环境，并且给奶牛养殖带来严重的负担。在非热应激条件下，目前美国NRC(2001)［1］以及我国《奶牛饲养标准》(NY/T 34—2004)［2］等均给出了奶牛磷营养需要推荐量。赵恒聚［3］研究发现非热应激条件下泌乳期奶牛的饲粮磷水平达到0.32%时即可满足奶牛对磷的营养需要量。然而，对于热应激条件下奶牛的磷需要量国内外还没有报道，有研究表明，热应激条件下奶牛的干物质采食量显著降低［4－5］，并且，奶牛小肠对于磷的吸收量也明显比非热应激下的低［6］，所以，热应激会导致奶牛磷的不足，如果得不到补充，将严重影响奶牛的生产性能和繁殖性能。因此，本试验旨在研究饲粮磷水平对热应激条件下泌乳后期奶牛的生产性能和血液指标的影响，以探讨在热应激条件下泌乳后期奶牛饲粮适宜的磷水平，为热应激条件下奶牛科学化饲养提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物与试验设计

选取 15 头体重［(500±25)kg］、泌乳天数［(205±20)d］、胎次(2～4 胎)、产奶量［(12.5±2.6)kg/d］相近的健康中国荷斯坦泌乳后期奶牛为试验动物。试验采用单因素完全随机试验设计，将泌乳奶牛随机分为3组，每组5头，分别饲喂磷水平为NRC(2001)［1］奶牛营养需要推荐需要量的83%、100%和120%的饲粮，饲粮磷水平实测值分别为 0.29%、0.35%和 0.42%。饲粮组成及营养水平见表1，以全混合日粮(total mixed rations，TMR)形式饲喂。

表1 饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1 Composition and nutrient levels of diets(DM basis) %

1.2 饲养管理

试验奶牛按照牛场常规方式进行饲养，每头奶牛采用定栏定位饲喂，奶牛于每日06:00、18:00各饲喂1次，自由饮水。每日于17:00采用利拉伐挤奶器挤奶1次。试验期为45 d，其中，预试期15 d，正试期 30 d。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 牛舍内温湿度指数(THI)的测定

牛舍棚内在距地面1.5 m高处的中部和两端的各悬挂1只干湿球温度计(北康维仪器有限公司)，确保通风，避免奶牛触及。整个试验期间每天定时(08:00、14:00、20:00)记录干球温度和湿球温度，并根据以下公式计算出THI。

THI=0.72×(Td+Tw)+40.6［7］。

式中:Td为干球温度(℃);Tw为湿球温度(℃)。

1.3.2 奶牛干物质采食量、产奶量和乳成分的测定

试验正试期开始，每次饲喂时准确记录饲粮的供给量和饲粮的剩余量，并采用四分法收集料样并测定其干物质含量，进而计算每头奶牛的干物质采食量。分别记录每头试验奶牛每天的产奶量。正试期期间，每周采集1次试验奶牛的鲜奶样，立即用乳成分分析仪(杭州浙大优创科技有限公司)测定牛奶乳蛋白率、乳脂率、乳糖率和乳非脂固形物率。

1.3.3 血液样品的采集及测定

整个试验期的最后3 d于晨饲前在颈静脉实行无菌采血，每头试验奶牛采血20 mL，分装于10 mL带盖塑料管中，静置 30 min后，用3 000 r/min离心20 min获得血清，将血清贮存于－20℃冰柜中待测。血清中磷含量、碱性磷酸酶(ALP)活性和羟脯氨酸(HYP)含量的测定采用试剂盒(南京建成科技有限公司)测定。血清甲状旁腺素(PTH)、降钙素(CT)和骨钙素(BGP)含量于上海朗顿生物科技有限公司采用酶联免疫分析(ELISA)法测定，所用试剂盒也均由该公司所生产，仪器为 Labsystems Multiskan MS－352型酶标仪(芬兰)。

1.4 数据统计与分析

试验数据采用Excel 2013进行初步的统计，随后用SPSS 20.0进行单因素方差分析，并进行Duncan氏法多重比较，结果用“平均值±标准差”来表示。

2 结果

2.1 牛舍干球温度与THI

由表2可知，在整个试验期奶牛牛舍THI均在79.67～83.01之间，因此奶牛处于中度热应激(79＜THI＜89)状态。

表2 试验期牛舍干球温度与THI变化Table 2 The changes of dry bulb temperature and THI in the house of dairy cows during the trial

2.2 饲粮磷水平对奶牛生产性能的影响

由表3可知，饲粮磷水平对奶牛的干物质采食量影响不显著(P＞0.05)。然而，奶牛的产奶量0.29%组最低(P＜0.05)，0.35%组和 0.42%组奶牛产奶量相近(P＞0.05)，分别比 0.29%组高 16.52%和 14.30%(P＜0.05)。0.29%组奶牛 4%标准乳产量显著低于其他 2 组(P＜0.05)，0.35%组和0.42%组间差异不显著(P＞0.05)。0.29%组乳脂率显著低于 0.35%组和 0.42%组(P＜0.05)，相比较分别低了4.26%和4.79%。饲粮磷水平对乳中的乳蛋白率、乳糖率、乳非脂固形物率均无显著影响(P＞0.05)，且饲粮磷水平也不影响热应激奶牛饲料转化率(P＞0.05)。

2.3 饲粮磷水平对奶牛血清生化指标的影响

由表4可知，饲粮不同磷水平对奶牛血清钙含量的影响不显著(P＞0.05)，但对奶牛血清磷含量的影响极显著(P＜0.01)，随着饲粮磷水平的递增血清磷含量也逐渐增高，0.29%组最低，0.42%组最高，0.29%组比 0.35%组和 0.42%组分别低了13.02%和 21.81%(P＜0.01)，0.42%组比 0.35%组高 11.24%(P＜0.01)。0.29%组奶牛血清 HYP 含量、ALP活性显著高于其他 2组(P＜0.05)，而0.35%组与 0.42%组之间差异不显著(P＞0.05)。

2.4 饲粮磷水平对奶牛血清激素含量的影响

由表5可知，血清PTH和BGP含量随饲粮磷水平的升高而升高，血清CT含量随饲粮磷水平的升高而降低。与 0.29%组相比，0.35%组和 0.42%组血清PTH含量分别上升了3.58%和5.00%(P＜0.01)，BGP 含量分别上升了 7.78%和 8.89%(P＜0.01)，但 0.35%组和 0.42%组间这 2 项血清激素含量差异不显著(P＞0.05)。0.42%组奶牛血清CT含量比0.29%组和0.35%组分别降低了3.71%和 2.55%(P＜0.01)，但 0.29%组和 0.35%组间差异不显著(P＞0.05)。

3 讨论

荷斯坦奶牛属耐寒不耐热的畜种，当THI＜72时，荷斯坦奶牛无热应激反应，而当72＜THI＜79时会引发奶牛产生轻度热应激，当79＜THI＜89时，奶牛处于中度热应激状态，THI达到90以后，则会造成奶牛产生重度热应激［8］。结合本试验的THI记录结果可得知，奶牛在整个试验期均处于中度热应激环境。

表3 饲粮磷水平对奶牛干物质采食量和泌乳性能的影响Table 3 Effects of dietary phosphorus level on DMI and lactation performance of dairy cows

表4 饲粮磷水平对奶牛血清钙、磷、羟脯氨酸磷含量和碱性磷酸酶活性的影响Table 4 Effects of dietary phosphorus level on the contents of calcium，phosphorus and HYP and the activity of ALP in serum of dairy cows

表5 饲粮磷水平对奶牛血清激素含量的影响Table 5 Effects of dietary phosphorus level on the contents of hormones in serum of dairy cows

3.1 饲粮磷水平对热应激奶牛生产性能的影响

有研究发现，饲粮磷严重缺乏会导致奶牛繁殖性能的下降或不孕症［9－10］。但是，饲粮磷水平过高并不能增加奶牛的繁殖性能，相反会导致钙的代谢障碍，血清磷含量升高会引发骨骼过度重吸收和尿钙的含量过高［11］。NRC(2001)［1］推荐饲粮的磷水平在0.32%～0.42%就可以满足奶牛在整个产奶期的磷的需要量［12］。Puggaard等［13］分别用磷水平为 0.23%、0.28%和 0.34%的饲粮饲养荷斯坦奶牛，发现当饲粮磷水平降至0.23%时，奶牛的干物质采食量、产奶量和乳蛋白率都显著降低，而0.28%组和0.34%组各指标差异不显著。Valk等［14］研究表明，饲粮磷水平为 0.28%可以满足整个泌乳期的奶牛产奶需要。以上都是在非热应激条件下进得到的结果，而热应激条件下泌乳奶牛对磷的营养需要量至今还未见报道。

本试验在热应激条件下发现，饲粮磷水平从0.29%提高到0.42%对热应激奶牛干物质采食量无显著影响，但是0.29%组的奶牛产奶量和乳脂率均显著低于 0.35%组和0.42%组，而0.35%组和0.42%组的各生产性能指标均无显著差异，这说明在热应激下，泌乳后期奶牛适宜的饲粮磷水平为0.35%，与 NRC(2001)［1］磷推荐量相同，而把磷水平增加到0.42%对热应激条件下泌乳奶牛并无益处。同时，本试验还得到热应激条件下饲粮磷水平对奶牛饲料转化率、乳糖率、乳蛋白率和乳非脂固形物率均无显著影响，这与Puggaard等［13］和Elizondo等［15］在非热应激条件下的研究结果相一致。

3.2 饲粮磷水平对奶牛血清生化指标的影响

奶牛机体内具有精准的钙、磷稳恒调节系统，除了奶牛长期饲喂钙、磷缺乏或钙磷比例不当的饲粮会造成血清钙、磷含量不正常外，一般奶牛血清中钙、磷含量都在正常生理范围(1.5～2.6 mmol/L)内。本试验在热应激条件下，各组间的奶牛血清磷含量差异极显著，0.29%组奶牛血清磷含量为1.47 mmol/L低于正常范围，而0.35%组和0.42%组的血清磷含量分别为 1.69和1.88 mmol/L在正常范围内，说明磷含量为 0.29%的饲粮不能满足热应激条件下泌乳后期奶牛的磷需要量，从而导致奶牛血清中磷不能维持正常水平。试验得出，当饲粮磷含量达到0.35%时，即能够使热应激件下泌乳后期奶牛血清磷维持正常水平，这与在非热应激条件下，Puggaard等［13］、赵恒聚 等［16］和 Puggaard 等［17］用 0.32%、0.44% 和0.56%3个磷水平的饲粮饲喂泌乳中期奶牛的研究结果相一致。然而也有研究表明，非热应激条件下泌乳奶牛血清中磷含量不受饲粮磷含量的影响［18－19］，这可能与试验奶牛所处的泌乳期不一样有关。热应激条件下各组之间血清钙含量差异不显著，这与刘振［18］、宋范成［19］和赵恒聚［3］的在非热应激条件下的研究结果相似。

ALP和HYP是反映动物机体骨骼活跃程度和钙、磷代谢情况的血清生化指标。当动物血清磷水平下降时，会动员骨骼中的磷，从而使血清中ALP的活性相应增加［20－21］。本试验热应激条件下，试验奶牛血清 ALP活性以 0.29%组最高(56.27 U/L)，0.35%组和 0.42%组差异不显著，说明磷水平为0.29%的饲粮不能满足试验奶牛在热应激条件下对磷的需要，而动员了骨骼中的磷以维持血清中磷含量的稳态。HYP是骨胶原的主要组成部分，当骨骼降解时，HYP则会被释放出来一部分进入血液。在热应激下，0.29%组奶牛血清HYP含量最高(1.83μg/mL)，表明该组试验奶牛的骨骼降解活动最为强烈。其他2组奶牛血清HYP含量都处于一个正常范围内(1.77～1.78 μg/mL)，这与赵恒聚等［16］在非热应激条件下的研究结果相一致。

3.3 饲粮磷水平对奶牛血清激素含量的影响

PTH、BGP和CT是钙、磷在奶牛体内中代谢密切相关的3种血清激素。PTH是由甲状旁腺分泌的一种多肽类激素，主要受到血浆Ca2+含量的调节，在血清钙含量低的情况下释放到血液中，PTH通过活化维生素D3间接地促进肠道对Ca2+的吸收。其次PTH促进肾的近曲小管和远曲小管对Ca2+的重吸收，抑制了近曲小管对磷的重吸收，减少尿钙的排出，增加了尿磷的排出，从而降低血清磷含量。CT是由甲状腺滤泡C细胞分泌的，高等动物CT的生理作用与PTH正好相反，CT主要抑制肾近曲小管对钙、磷的重吸收，促进尿液对钙、磷的排出，从而降低血清钙和磷含量［22］。这2种激素的分泌主要受血清钙含量的控制，而血清磷含量可影响血清钙含量，间接调节PTH和CT的分泌。本试验结果得到热应激条件下奶牛血清PTH含量随饲粮磷水平的升高而降低，而血清CT含量随饲粮磷水平的升高而降低，说明随着机体磷摄入量的增加，血清磷含量上升，并间接调节了PTH和CT的分泌，这与PTH和CT的生理调节机制相一致。这与宋范成［19］用 0.29% ～0.59%的磷水平饲粮饲喂非热应激泌乳中期奶牛得出的结果相似。

BGP由成骨细胞合成并分泌，较稳定，且不受骨吸收等因素的影响。通过测定血清中BGP的含量可以了解到成骨细胞的活动变化。骨更新的速度越快，血清中BGP的含量会越高，反之则降低。因此，现常把血清BGP作为奶牛骨骼代谢和转换的一个敏感指标。本试验得到热应激下，0.29%组血清BGP含量极显著低于其他组，而0.35%组和0.42%组间差异不显著，说明0.29%饲粮磷水平还不能满足热应激下泌乳后期奶牛磷的需要量，而0.35%饲粮磷水平则完全可以满足，与 NRC(2001)［1］的推荐量相同。

4 结 论

①热应激条件下，与高磷饲粮相比较，低磷饲粮显著降低奶牛的生产性能，降低血清磷含量，使血清中的ALP活性，PTH、BGP含量升高，影响钙、磷代谢。

②本试验条件下热应激环境中奶牛的最适宜磷需要量为0.35%，此条件下奶牛的生产性能最好，4%标准乳产量最高。

［1］ NRC.Nutrient requirements of dairy cattle［S］.7th ed.Washington，D.C:National Academy Press，2001.

［2］ 中华人民共和国农业部.奶牛饲养标准NY/T 34—2004［S］.北京:中国农业出版社，2004.

［3］ 赵恒聚.日粮磷水平对泌乳中期奶牛生产性能及磷排放的影响［D］.硕士学位论文.保定:河北农业大学，2010:47－66.

［4］ KADZERE C T，MURPHY M R，SILANIKOVE N，et al.Heat stress in lactating dairy cows:a review［J］.Livestock Production Science，2002，77(1):59－91.

［5］ WEST J W.Effects of heat-stress on production in dairy cattle［J］.Journal of Dairy Science，2003，86(6):2131－2144.

［6］ KAMIYA Y，KAMIYA M，TANAKA M.The effect of high ambient temperature on Ca，P and Mg balance and bone turnover in high-yielding dairy cows［J］.Animal Science Journal，2010，81(4):482－486.

［7］ 李如治.家畜环境卫生学［M］.北京:中国农业出版社，2005.

［8］ 王祖新，王之盛，王立志，等.不同季节温湿度指数对奶牛生产性能和生理生化指标的影响［J］.中国畜牧杂志，2009，45(23):60－63.

［9］ BRODISON J A，GOODALL E A，ARMSTRONG J D，et al.Influence of dietary phosphorus on the performance of lactating dairy cattle［J］.The Journal of Agricultural Science，1989，112(3):303－311.

［10］ CALL JW，BUTCHER JE，SHUPE JL，et al.Clinical effects of low dietary phosphorus concentrations in feed given to lactating dairy cows［J］.American Journal of Veterinary Research，1987，48(1):133－136.

［11］ NRC.Subcommittee on mineral toxicity in animals.Mineral tolerance of domestic animals［S］.Washington，D.C:National Academy of Sciences，1980.

［12］ 莫放.养牛生产学［M］.北京:中国农业大学出版社，2003.

［13］ PUGGAARD L，LUND P，LIESEGANG A，et al.Long term effect of reduced dietary phosphorus on feed intake and milk yield in dry and lactating dairy cows［J］.Livestock Science，2014，159:18－28.

［14］ VALK H，ŠEBEK L B J，BEYNEN A C.Influence of phosphorus intake on excretion and blood plasma and saliva concentrations of phosphorus in dairy cows［J］.Journal of Dairy Science，2002，85(10):2642－2649.

［15］ ELIZONDO SALAZAR J A，FERGUSON J D，BEEGLE D B，et al.Body phosphorus mobilization and deposition during lactation in dairy cows［J］.Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition，2013，97(3):502－514.

［16］ 赵恒聚，高艳霞，李秋凤，等.日粮磷水平对泌乳奶牛生产性能及磷排放的影响［J］.中国农业科学，2011，44(22):4687－4693.

［17］ PUGGAARD L，KRISTENSEN N B，SEHESTED J.Effect of decreasing dietary phosphorus supply on net recycling of inorganic phosphate in lactating dairy cows［J］.Journal of Dairy Science，2011，94(3):1420－1429.

［18］ 刘振.日粮磷水平对奶牛生产性能及磷排放的影响［D］.硕士学位论文.杭州:浙江大学，2010:45－60.

［19］ 宋范成.日粮磷水平对奶牛瘤胃发酵、产奶性能及磷消化代谢的影响［D］.硕士学位论文.呼和浩特:内蒙古农业大学，2010:55－60.

［20］ 冯仰廉.反刍动物营养学［M］.北京:科学出版社，2004.

［21］ 李蔚勃，曹峻岭.钙和维生素D系统对骨骼和钙体内平衡的影响［J］.国外医学:医学地理分册，2005，26(1):23－25.

［22］ 魏涌.医学生物化学［M］.2版.北京:世界图书出版公司北京分公司，1995:384.