丙酸钙对热应激奶牛的应用效果研究

叶秋杨，赵晨旭，罗胜缤，任雨龙，徐 闯

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院动物群发性营养代谢病实验室，黑龙江大庆163319）

随着全球气候不断变暖，黑龙江省夏季高温程度增加，且持续时间变长，热应激给奶牛生产带来的负面影响越来越严重。据报道，2006年美国加州因热浪造成的奶牛死亡数量高达3万头，且美国奶业每年因热应激造成的损失高达16.9～23.6亿元[1]。2016年7月，我国北方地区每头牛每天的奶产量损失从0.7 kg上升至4.0 kg。Ranjitkar等[2]量化了过去中国北方地区温湿指数（THI）和奶牛年产量之间的关系，预计2050年每头牛每天产奶量损失将增加至6.5 kg，2070年增加至7.2 kg。王冠等[3]对黑龙江省奶牛热应激的调查结果显示，北方夏季奶牛大多数时间处于热应激状态。

研究表明，人或啮齿动物体内的短链脂肪酸不仅仅是重要的能量来源，同时也是细胞表面的信号分子，参与调控细胞的增殖与分化、细胞凋亡、免疫反应、营养物质吸收和脂质代谢[4]。在临床生产中，由于丙酸不能直接添加到饲料中，常以丙酸盐的形式添加。丙酸铬已被应用于热应激的防治。目前，我国还未有奶牛日粮中铬添加的相关标准[5]，而丙酸钙被世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）正式列为食品添加剂，具有安全性高、价格低廉、成本低的优点，也已广泛用于饲料行业，尤其是反刍动物饲料的制备[6]。研究表明，饲料添加丙酸钙能够提高奶牛日粮表观消化率[7-8]，改善其产后能量负平衡[9]。加拿大和比利时等国家已将丙酸钙用作治疗奶牛酮症的主要原料[10]，还可以缓解成年母牛分娩后突发的一种营养代谢病——产乳热[11]。但是，关于丙酸钙在奶牛热应激中的应用却鲜有报道。因此，本试验对热应激奶牛分别饲喂丙酸钙和丙酸铬，进行抗热应激效果对比试验，为丙酸钙在奶牛热应激上的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验动物与试验设计

在黑龙江某集约化奶牛养殖场选择产后（32±4）d健康的产奶量、体况和胎次（2～4胎）相近的泌乳奶牛24头，随机分为3组，分别为CON组、CA组和CR组。对照组饲喂基础日粮，CA组在基础日粮中添加200 g/(d·头)的CA[12]，CR组在基础日粮中添加10 g/(d·头)的CR[13]。试验期从2020年8月1日至8月31日，共30 d。

1.2 饲养管理及日粮

试验奶牛散栏式饲养，每天7：00、14：00和18：30饲喂TMR 3次，自由饮水。每天6：30、13：30和21：30挤奶3次。牛舍内安装有风扇，当温度高于20℃时开启。自动温湿度记录仪置于牛舍地面上1.5 m处，监测牛舍内温度（T）和相对湿度（RH）。基础日粮组成及营养水平见表1。

表1 基础日粮组成及营养水平（干物质基础）Tab.1 Basic diet composition and nutritional level(dry matter basis)

1.3 试剂及仪器

丙酸钙、丙酸铬粉末（武汉江心宇生物科技有限公司），含量分别为99.21%和31.3%。

LACTOSCAN S60乳成分分析仪购自保加利亚LACTOSCAN公司；ES-200全自动生化分析仪购自南京颐兰贝生物科技有限责任公司；TD5-1台速离心机购自北京时代离心机有限公司；CTH89环境温湿度监测仪购自美国Omega公司。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 牛场温湿指数（THI）

试验期间每天8：00、14：00和20：00收集温湿度，计算牛场温湿指数：

式中：T和RH分别为温度和相对湿度。

1.4.2 产奶量及乳成分

每天记录产奶量。分别在试验期第0、15、30 d采集乳样。每次采乳样50 mL，将3次乳样等量混合，取50 mL加重铬酸钾30 mg混合均匀，4℃冷藏保存。采用乳成分分析仪测定乳脂率、乳蛋白率和乳尿素氮含量。

1.4.3 血液生化指标

在试验期第0、15、30 d尾静脉采血，自然凝固后于室温条件下4 000 r/min离心10 min，取上清液置于Ep离心管中，冻存于-20℃待检测。血清中总蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、球蛋白（GLB）、肌酸激酶（CK）、钾（K）、钙（Ca）和钠（Na）采用日本日立的全自动生化分析仪进行检测，总胆固醇（TC）和甘油三酯（TG）采用南京建成生物工程有限公司试剂盒检测。

1.5 数据统计与分析

采用IBM SPSSStatistics 22.0软件对试验数据进行进行单因素方差分析，利用Duncan's法进行多重比较，采用Prism 7.00软件绘图。结果以“平均值±标准误”表示。P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 牛舍温湿度指数（见图1）

由图1可知，在整个试验期间，牛舍的THI大部分处于72.0～80.0，平均值为73.2。70.0≤THI≤80.0为轻度热应激；80.0≤THI≤90.0为中等严重热应激；THI≥90.0为严重热应激[14]。因此，判定试验牛处于轻度热应激状态。

2.2 不同处理对热应激奶牛呼吸频率与直肠温度的影响（见表2）

图1 牛舍THI变化曲线Fig.1 THIchangecurveof cow house

由表2可知，在试验后期，CA组奶牛呼吸频率显著低于CON组奶牛（P＜0.05），且下降程度较CR组明显；各组奶牛直肠温度均无显著性差异（P＞0.05）。

表2 不同处理对热应激奶牛呼吸频率与直肠温度的影响Tab.2 Effect of different treatmentson respiratory frequency and rectal temperatureof heat-stressed cows

2.3 不同处理对热应激奶牛产奶量及乳成分的影响（见图2）

由图2可知，CA组和CR组的产奶量与CON组相比，均显著升高（P＜0.05）；CA组乳脂率显著高于CON组（P＜0.05）；CA组和CR组的乳蛋白均高于CON组，其中CR组乳蛋白含量显著高于CON组（P＜0.05）；各组间乳尿素氮含量无显著差异（P＞0.05）。

2.4 不同处理对热应激奶牛血液生化指标的影响（见表3）

由表3可知，CR组血清甘油三酯含量在中期显著高于与CON组（P＜0.05），后期CA组含量显著高于CON组（P＜0.05）；CA组血清总胆固醇含量与CON组相比呈显著性下降（P＜0.05）；总蛋白、白蛋白和球蛋白各组间无显著差异（P＞0.05）；添加丙酸钙和丙酸铬后对肌酸激酶有降低的趋势，与CON组相比，中期时CA组降低6.6%，CR组降低11.3%，后期分别降低17.9%和15%；各组血清钠离子、钙离子和钠离子无显著差异（P＞0.05）。

图2 不同处理对热应激奶牛产奶量及乳成分的影响Fig.2 Effect of different treatments on milk production and milk composition of heat stressed dairy cows

表3 不同处理对热应激奶牛血液生化指标的影响Tab.3 Effect of different treatmentson blood biochemical indexes of heat-stressed dairy cows

3 讨论

3.1 不同处理对热应激奶牛THI、直肠温度和呼吸频率的影响

温度是影响泌乳奶牛性能的关键因素，奶牛在夏季容易受到高温环境影响。THI是衡量奶牛热应激程度的有效指标，当THI超过72后，数值每增加1，产奶量下降0.2 kg[15]。本研究中，8月份牛舍的THI大部分在72～80之间，表明试验牛处于轻度热应激。试验牛舍安装了风扇。当环境温度高于20℃时开启风扇。因此，热应激程度较轻。

当奶牛发生热应激时，奶牛的各种生理生化、身体机能和血液指标等发生一系列的变化，如奶牛的呼吸频率、心率、体温和皮肤温度等方面均会随着温度和动物机体的调节而发生改变。因此，可以通过呼吸频率和直肠温度来判断奶牛是否处于热应激的水平[16]。张建等[17]报道，在热应激奶牛中添加脂肪酸钙，呼吸频率和脉搏次数降低。刘影[13]研究表明，添加丙酸铬后对热应激状态下，奶牛呼吸频率有下降趋势，但无显著性，直肠温度无显著变化。以上研究和本试验中奶牛呼吸频率和直肠温度变化结果一致，添加丙酸钙对直肠温度无明显变化，但在试验后期显著降低奶牛呼吸频率，丙酸铬添加组呼吸频率和直肠温度均无差异变化，可能是奶牛热应激程度较轻，和机体自身热应激调节能力有关。

3.2 不同处理对热应激奶牛产奶量和乳成分的影响

在热应激条件下荷斯坦牛的生产能力受到严重影响，产奶量和乳成分会因高温而发生改变[18]。高温会导致奶牛采食量减少、反刍减少、营养失衡、体重下降、产奶量减少、身体状况差、乳脂减少[19]。泌乳的奶牛对热应激非常敏感，因为体内高代谢热的产生与奶牛泌乳量的增加有关[20]。在气候变化对奶牛影响的评估中发现，夏季气温升高可以使奶牛的安静时间增加，并使奶牛的繁殖活动下降[21]。热应激也影响奶牛卵母细胞成熟和早期胚胎发育，而降低奶牛生育能力[22]。黄文明[23]在奶牛围产前期饲料中添加丙酸钙发现，产奶量和乳成分均无显著变化，但乳脂有增加趋势。Defrain等[24]提出，添加丙酸盐不能增加产奶量，却可增加乳脂和乳蛋白的比例。本试验与上述研究结果不同。本试验中，CA组奶牛产奶量显著升高，乳脂增加显著，且高于CR组，乳蛋白和乳尿素氮无显著差异。导致结果差异的原因可能是前两者的试验时期与本试验不同，均处于秋冬季节，而夏季高温环境使奶牛采食量减少，不能满足奶牛泌奶的能量需求。本试验添加丙酸钙后增加奶牛的能量供给，进而提高产奶量；添加丙酸铬同样可以提高产奶量，但乳脂率升高程度低于丙酸钙，说明热应激状态下添加丙酸钙对奶牛产奶性能恢复的效果要优于丙酸铬。

3.3 不同处理对热应激奶牛血液生化指标的影响

热应激时，奶牛为了代偿饲料摄取不足，加快对自身体脂的分解，以满足机体的能量需要，血液中甘油三酯和游离脂肪酸浓度也因此上升[25]，而甘油三酯发生蓄积会影响肝脏正常功能。本试验中，CA组血清甘油三酯和总胆固醇含量和CON组相比均显著降低，试验结果与刘影[13]的研究结果一致，可能与丙酸钙可以调节胰岛素分泌，提高血糖含量有关[26]。而且胰岛素可以调节脂质代谢，从而降低血脂。

血清总蛋白质含量反映动物机体内蛋白质的代谢状况。在严重热应激状况下，奶牛机体内的糖脂代谢无法满足自身能量需求，促使蛋白质分解代谢加强，具体表现为血清总蛋白下降和尿素氮增加[27]。本试验中，各组总蛋白、白蛋白和球蛋白含量均无明显变化，其原因可能是奶牛热应激程度低，对机体无明显影响。张心壮等[28]通过饲喂丙酸钙来研究对犊牛生长性能影响的试验中，血清总蛋白含量增加，与本研究结果存在差异，可能是因为两项研究中牛的年龄和饲料能量水平不同。

肌酸激酶也称为肌酸磷酸激酶。肌酸激酶以骨骼肌、心肌、平滑肌含量为多，主要存在于细胞质和线粒体中，是与细胞内能量运转、肌肉收缩、ATP再生有直接关系的重要激酶，是反映动物机体应激程度的指标。研究发现，在热应激刺激下奶牛血清中肌酸激酶的活性得到加强[29-30]。由于奶牛处于热应激状态、食欲下降、能量供给不足，使细胞膜通透性增加，造成血液中的CK浓度升高，活性增高。本试验中添加丙酸钙和丙酸铬对肌酸激酶有降低的趋势，在中期与CON组相比降低6.6%和11.3%，后期降低17.9%和15%，CR组下降趋势比CA组更为显著。杨游等[31]等通过添加脂肪酸钙和烟酸铬降低血清肌酸激酶的含量，试验结果与本试验相一致。试验表明，添加丙酸钙和丙酸铬均能缓解热应激对奶牛机体的损伤。

热应激在一定程度上影响奶牛的水和矿物质代谢，高温环境中血液中钠、钾和钙含量显著低于低温环境[32]。热应激时，血清中钾[33]、钠、和铜等离子随奶牛唾液的分泌、皮肤蒸发及排汗的增加[34]和尿液排泄增多而大幅度下降。此外，动物遭受热应激时呼吸频率加快，造成肺通气中CO2损失，使血液中CO2浓度降低，发生呼吸性碱中毒，机体通过迅速排出HCO3-、钾、钠达到降低血液pH值的作用，使血浆钾和钠浓度降低。本试验中，与对照组相比，CA组和CR组血清钾、钠和钙无显著差异。原因可能是试验期奶牛处于轻度热应激，机体稳态调节机体离子利用率和吸收率，以保证正常的离子代谢。

4 结论

本试验结果表明，添加丙酸钙在后期显著降低奶牛的呼吸频率，且提高奶牛的产奶量，对血清肌酸激酶含量有下降的作用。和丙酸铬添加组相比，不仅价格低廉，且对缓解奶牛热应激作用显著，可以作为防治奶牛热应激的饲料添加剂。