热应激对奶牛乳中活性蛋白的影响

■ 周 旭 闵 力 赵圣国 郑 楠 王加启 臧长江 杨开伦*

(1.新疆农业大学动物科学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所动物营养学国家重点实验室，北京 100193；3.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所农业部奶产品质量安全风险评估实验室（北京），北京 100193)

5～20℃的环境温度是奶牛发挥正常生产性能的适温区，25～26℃是奶牛维持正常体温的上限，当奶牛处于高温、高湿环境下，动物产生的热负荷不能与自身散热能力相平衡，此时机体所作出的非特异性生理反应称为热应激。热应激会导致奶牛生理、生化指标发生变化，影响机体激素的分泌，降低奶牛机体抵抗力，增加乳房炎发病率，严重影响奶牛生产性能。关于热应激对奶牛生产性能、血液生理生化、繁殖性能以及瘤胃内环境等方面的影响国内外已有很多相关报道，而对热应激条件下泌乳奶牛乳中活性蛋白变化的研究较少。因此，本试验通过实时监测环境温度和环境湿度，测定泌乳中期奶牛各项生理指标及牛奶中乳活性蛋白，探讨热应激条件下奶牛乳中活性蛋白的变化及原因，为缓解奶牛热应激和提高牛奶品质调控技术的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 动物及试验设计

本试验在上海光明荷斯坦乳业有限公司的奶牛养殖场完成。试验共选取23头泌乳中期荷斯坦奶牛，试验分为试验Ⅰ期(2016年6月26日～2016年6月30日)和试验Ⅱ期(2016年7月27日～2016年7月30日)两个阶段。试验分组见表1。试验期选用温湿度表记录每日8:00、14:00和20:00牛舍中部的摄氏温度和相对湿度，求3次平均值，根据温湿度指数(temperaturehumidity index，THI)实际监控结果以及呼吸频率、直肠温度等相应生理指标，依据以下公式计算THI。

式中：T——测定的摄氏温度(℃)；

R——测定的相对湿度(%)。

表1 奶牛试验分组

1.2 饲养管理和试验日粮

试验动物饲养在双侧均含喷淋和风扇的拴系式牛舍中，每日3次(6:00、12:00和18:00)饲喂全混合日粮(Total mixed rations，TMR)，所有试验动物自由采食，自由饮水。每日3次至挤奶厅机器挤奶。整个试验期奶牛饲养管理和试验日粮基本保持一致，见表2。

表2 试验日粮组成及营养水平(干物质基础)

1.3 样品采集和样品测定

1.3.1 干物质采食量(DMI)和产奶量的测定

分别于试验Ⅰ期和试验Ⅱ期连续测定奶牛的饲粮采食量。各组奶牛的饲粮等额定量投放。每次饲喂时，待奶牛停止进食后，分别收集奶牛的剩料，将各组剩余饲料称量、记录。试验期间，每日记录产奶量。分别于试验Ⅰ期和试验Ⅱ期两个阶段采集奶样，分早中晚3次，按4∶3∶3比例混合后，一式两份分装，一份加有防腐剂4℃保存用于测定乳常规，另一份-20℃保存作备样。

1.3.2 乳成分和乳中活性蛋白含量的测定

利用Foss公司Milk ScanTM FT 6000乳成分分析仪对牛奶中的乳脂率、乳蛋白、乳糖、乳中尿素氮(MUN)和乳中固形物等进行测定；体细胞数(SCC)由Fossomat⁃ic 5000系列体细胞分析仪完成测定；用Bethyl公司检测试剂盒，运用双抗夹心ELISA法定量测定牛奶中牛血清蛋白(BSA)、免疫球蛋白(immunoglobulins，Ig)、乳铁蛋白(lactoferrin，Lf)含量和Cloud-Clone公司ELISA试剂盒测定溶菌酶(lysozyme，LZM)含量；用高效液相色谱法(HPLC)测定了α-乳白蛋白(α-Lactoalbumin，α-La)和β-乳球蛋白(β-Lactoblobulin，β-Lg)的含量。

1.4 数据统计与分析

试验数据由Excel整理后，使用SAS 9.0进行分析，其中P＜0.01为差异极显著评判标准，P＜0.05为差异显著评判标准。

2 结果

2.1 牛舍温度与THI指数的变化(见图1)

图1 试验期THI变化

5～25℃的环境温度是奶牛的最适温度，当牛舍温度高于25℃，或者THI＞72，即引起奶牛的热应激。本试验中，试验Ⅱ期牛舍温度超过奶牛的最适温度，平均气温在33.56～35.84℃。试验Ⅰ期牛舍在8:00、14:00和20:00 THI平均值分别为72、75和74，说明试验Ⅰ期奶牛处于轻度热应激状态；试验Ⅱ期牛舍在8:00、14:00和20:00 THI平均值分别为87、89和87，说明试验Ⅱ期奶牛处于中度热应激状态。

2.2 热应激对泌乳中期奶牛采食量和泌乳量的影响

表3 试验期奶牛生产性能(kg/d)

由表3可知，试验Ⅱ期奶牛采食量极显著低于试验Ⅰ期采食量(P＜0.01)，平均降低14.63%。试验Ⅱ期奶牛日均产奶量极显著低于试验Ⅰ期奶牛日均产奶量(P＜0.01)，平均降低了20.06%。

2.3 热应激对乳品质的影响（见表4）

表4 热应激对乳品质的影响

由表4可见，试验Ⅱ期奶牛乳脂率水平显著低于试验Ⅰ期(P＜0.05)，平均降低了16.28%。虽然与试验Ⅰ期相比试验Ⅱ期没有显著改变乳蛋白率，但试验Ⅱ期的乳中总蛋白产量极显著低于试验Ⅰ期(P＜0.01)，平均降低了13.45%。测定还发现，试验Ⅱ期在导致乳中总蛋白产量下降的同时还导致MUN水平极显著升高(P＜0.01)，平均升高了17.8%。试验Ⅱ期的体细胞数显著高于试验Ⅰ期(P＜0.05)，平均升高了81.7%。乳中其他成分无显著性差异。

2.4 热应激对乳中活性物质的影响

表5 热应激条件下乳中活性蛋白含量的变化

由表5可知，试验Ⅱ期奶牛BSA显著高于试验Ⅰ期(P＜0.05)，试验Ⅱ期奶牛α-La与试验Ⅰ期相比差异极显著(P＜0.01)。试验Ⅱ期奶牛乳中免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)与试验Ⅰ期相比无显著差异(P＞0.05)。

3 讨论

3.1 奶牛热应激时牛场THI的变化

有研究表明，使用试验当天的环境温度和环境湿度对热应激奶牛生产性能进行评估效果最好。因此，本研究也使用试验当天的THI对热应激奶牛牛奶中乳成分及乳中活性蛋白的变化进行评估。在实际生产中，THI是评判奶牛热应激程度的一项重要指标，当THI低于72时，奶牛不发生热应激；当THI超过72时，表明奶牛发生热应激。其中，72＜THI≤78说明奶牛处于轻度热应激；78＜THI≤88说明奶牛处于中度热应激；THI＞88，奶牛发生严重热应激。而Zimbleman等研究发现，当THI＞68时高产奶牛已经开始出现热应激反应。本试验通过对牛舍相对温度和相对湿度的实时测定，发现试验Ⅰ期和试验Ⅱ期，牛舍THI均高于72，综合以上数据可知，试验Ⅰ期奶牛处于轻度热应激状态，试验Ⅱ期奶牛处于中度热应激状态。

3.2 泌乳中期奶牛泌乳量与热应激的关系

热应激给全球乳业造成了巨大的损失，具体表现为泌乳量下降所造成的经济损失。热应激程度越高，泌乳奶牛受热应激的影响越严重。本研究发现，与轻度热应激时奶牛的泌乳量相比，热应激中期奶牛的泌乳量会极显著下降。由此可见，热应激造成泌乳量损失是巨大的。分析奶牛泌乳量下降的原因，除热应激导致动物干物质采食量降低外，物质代谢、生理变化等综合效应也会直接/间接导致泌乳量下降。Snachez等、Belya等以及Collier等认为，热应激奶牛食欲减退，主要是由于在自由采食的条件下，粗料采食量的下降和精粗料利用率的降低，泌乳奶牛缺少较高的营养水平来维持高产奶量，而且热应激奶牛自身的能量消耗会明显增加，处于严重的能量负平衡状态，机体内分泌功能发生改变，直接影响奶牛的泌乳性能，降低奶牛产奶量。

3.3 泌乳中期奶牛乳品质与热应激的关系

热应激不仅会降低奶牛的泌乳量，还可导致牛奶中的乳脂率和乳蛋白率等含量下降，降低牛奶品质。据Beede等报道，奶牛的乳蛋白合成量随气温的升高逐渐降低，高温与乳脂率、非脂固形物呈负相关，相关系数分别为-0.23、-0.61。Ravagnolo等提出，当发生热应激时，THI每升高1个单位，乳脂和乳蛋白分别下降12 g和9 g。在本试验中，中度热应激牛奶中乳脂率显著低于轻度热应激，但乳蛋白率与轻度热应激相比差异不显著。胰岛素-葡萄糖理论认为，乳脂合成过程需要乙酸作为前体物质，糖异生需要丙酸作为前体物质。热应激奶牛由于摄入较多的高精饲粮，瘤胃发酵产生大量丙酸，刺激胰岛素分泌，使更多养分用于体组织而不是乳腺组织代谢，最终导致乳脂率降低。有研究认为，热应激导致奶牛的乳蛋白含量降低是由于热应激通过诱导乳腺细胞的凋亡，减少可用于乳蛋白合成的乳腺细胞的数量来影响乳蛋白的含量和产量。本试验中，中度热应激导致乳中总蛋白产量下降，但乳蛋白率无显著变化。

乳中尿素氮属于非蛋白氮中的一种，尿素是机体蛋白质分解代谢的产物。研究表明：热应激导致奶牛蛋白质分解代谢增强。在本试验中，中度热应激期奶牛MUN含量极显著高于轻度热应激期，这是由于随着热应激程度加深瘤胃内一部分氨合成微生物蛋白的量降低，过量的氨被瘤胃壁吸收后通过血液循环进入肝脏用于合成尿素，生成的尿素一部分从尿液中排出，另一部分进入血液、体组织和乳中，引起血浆和乳中MUN含量升高。

正常的牛奶中SCC一般在20～30万/ml，超过此范围，乳中各种成分发生变化，从而影响生奶质量及乳制品风味。热应激会导致牛奶SCC增加，引起奶牛产奶量下降。据报道，牛奶中SCC在20万/ml的基础上每增加10万/ml，产奶量损失2.5%。Kelly等发现，随着SCC增加，乳中蛋白质的组成发生变化，并且乳蛋白含量减少。本次试验结果表明，热应激越严重，奶牛乳中SCC越高，总蛋白含量越低。

由以上讨论可知，中度热应激会使得泌乳中期奶牛乳成分出现差异，最终影响牛奶品质。

3.4 泌乳中期奶牛乳中活性蛋白与热应激的关系

乳中活性蛋白包括α-La、β-Lg、IgG、IgA、IgM、Lf及LZM等多种生物活性蛋白。热应激会导致牛奶中乳清蛋白发生变化，影响乳中活性蛋白的含量。Urech报道，高SCC可使乳中的BSA升高。本试验中，与轻度热应激相比中度热应激奶牛乳中BSA含量显著升高，这可能是由于热应激导致奶牛SCC升高，破坏了乳腺上皮细胞的通透性，血-乳渗透性增加，使来源于血液的BSA等流入，进而增加了乳中BSA的含量。α-La在乳腺中乳糖的生物合成上起着辅酶的作用，控制着乳中乳糖的含量，是泌乳的一个重要调节因子。α-La的浓度与乳蛋白、乳脂和乳糖的浓度有关，乳糖的分泌通过渗透压的影响进而对泌乳产生影响。Bernabucci等和Gellrich等发现，牛奶中α-La的浓度在夏季热应激时最高。Brodziak等通过研究不同季节对不同品种奶牛乳清蛋白的影响，发现荷斯坦奶牛、西蒙塔尔奶牛和娟姗奶牛乳中α-La含量均在夏季热应激时最高。本试验发现中，度热应激期奶牛乳中α-La含量极显著高于轻度热应激期。有研究指出：通过胰岛素灌注葡萄糖可以改变血液中血糖浓度，使泌乳调节因子α-La含量增加。热应激会导致奶牛胰岛素升高，进而我们推测热应激可能通过胰岛素浓度升高导致α-La含量增加，其具体的机制有待进一步研究。关于热应激对乳中免疫蛋白(IgG、IgA和IgM)含量的影响，国内外的学者进行了大量的研究。Ramendra和Conesa等认为，热应激会导致牛奶中IgA、IgG含量减少。然而在本试验中，轻度热应激与中度热应激乳中免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量并无显著差异。

4 结论

本试验中，与轻度热应激相比，中度热应激导致奶牛采食量下降，产奶量下降，导致牛奶中乳成分的变化，乳脂显著下降，体细胞数和乳尿素氮升高。此外，随着热应激程度的加深，牛奶中BSA、α-La显著升高。

（参考文献刊略，需者可函索18612231902@163.com）