锦江牛及西锦杂交牛的皮肤与汗腺特性

杨珍珍,李婷婷,曹锦承，颜培实

(南京农业大学动物科技学院, 江苏 南京 210095)

锦江牛长期分布于赣西北，具有适应高温高湿气候、耐粗饲、抗病能力强等优点。西门塔尔牛具有耐寒、耐热耐粗饲，体格大、生长快、产肉量高等优点[1],与我国地方品种牛杂交杂种优势凸显[2]。2008年7头锦江牛抽样为单一瘤牛血统[3],2019年11头抽样中2头锦江牛父系属于西门塔尔牛等欧洲牛特有Y2-102-158 Y染色体单倍型[4]。西锦杂交牛是否具有适应高温高湿环境的特质值得探讨。

皮肤是调节机体热量和水分与周围环境交换的重要器官之一[5]，由表皮、真皮和皮下组织组成。表皮是皮肤的最外层，与汗液和皮脂组成的皮脂膜相连，在保护皮肤方面起着重要作用[6]。汗腺和皮脂腺在被皮系统中起着重要的作用，高温时，汗腺可分泌汗液，参与体温调节，维持体温恒定[7]。皮脂腺可分泌皮脂，和汗液一起在皮肤表面形成皮脂膜，来保持皮肤和被毛光滑湿润和水分，抑制和杀灭皮肤表面细菌，进而维持皮肤屏障的完整性[6,8]。

夏季高温高湿环境制约着南方肉牛业，解析南方地方品种肉牛皮肤蒸发散热能力与汗腺、皮脂腺等皮肤组织形态特性之间的关系及其杂交后代是否具有杂种优势，显的尤为重要。故此，本试验通过对锦江牛及其与西门塔尔杂交牛(西锦杂交牛)的汗腺、皮脂腺和皮肤厚度比较分析，寻找共同性，以揭示锦江牛和西锦杂交牛耐热性能，为南方瘤牛及其杂交利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物及组织样品

从江西高安裕丰农牧有限公司选取成年健康且体重相近(380±10)kg锦江牛和西锦杂交牛的公牛各4头，于2018年11月底采样颈部放血处死后，立即采集颈部、肩部、背部、腹部、臀部、 腿部皮肤样品，使用Model 91511型游标卡尺对各部位的皮肤厚度进行测量，并将其放入4%多聚甲醛溶液中固定2周以上。同时，对皮肤样品进行常规步骤脱水透明，低温石蜡包埋，各取10个上述组织块分别制成横切 (平行于表皮的方向)和纵切(垂直于表皮的方向)，切片厚度均为5 μm，并采用苏木精-伊红染色法(HE)、过碘酸-雪夫(PAS)和阿利新蓝-过碘酸-雪夫(AB-PAS)法对石蜡切片进行染色，使用Eclipse80i正置荧光显微镜观察并摄片，用Image Proplus 6.0图像分析软件对切片各种形态参数进行测量及处理。

1.2 数据测量及分析

1.2.1 汗腺和皮脂腺的密度

在100倍显微镜下，取该视野内0.009 cm2范围面积，对所有的汗腺和皮脂腺进行计数，然后取均值，最后换算为每平方厘米汗腺和皮脂腺的个数，即密度[9]。

1.2.2 汗腺和皮脂腺的直径、长度和位于皮肤的深度

分别从颈部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部选取完整的汗腺和皮脂腺各100 个，用Image Proplus 6.0图像分析软件在40 倍显微镜下进行以下数据测量，每个值测量3 次求均值[8]。

1.2.3 汗腺的直径和长度

按文献[8]的方法测量汗腺分泌部直径和长度。汗腺分泌部可近似看作圆柱，故用圆柱公式:V=π(D/2)2L×10-6来计算汗腺体积的大小，其中V为汗腺分泌部的体积，D为汗腺分泌部的直径，L为汗腺分泌部的长度。

1.2.4 汗腺形状的判断

根据Mcewan等(1968)方法计算汗腺分泌部长度与直径的比值(即L/D)，通过L/D判断汗腺的形状，若比值在8～12之间，则汗腺为管状腺；若比值小于8，则汗腺为袋状腺。

1.2.5 皮脂腺直径和长度

按照文献[10-12]的方法测量皮脂腺导管部直径和导管长度，分泌部直径和分泌部长度。

1.2.6 汗腺和皮脂腺位于皮肤内的深度

测量表皮到汗腺和皮脂腺开口于毛囊处的垂直距离，即为其位于皮肤内的深度。

1.2.7 PAS和AB-PAS的染色结果判断

PAS染色：若胞质呈红色，为阳性反应，说明胞质中有糖原；若胞质呈无色，为阴性反应，说明胞质中无糖原。

AB-PAS染色：酸性黏液物质呈蓝色，中性黏液物质呈红色，中性和酸性的混合性黏液物质呈蓝紫色[12]。

1.3 数据统计与分析

运用SPSS 20.0软件，对两品种数据分别进行一般线性模型分析法中Duncan多重比较和交互作用分析，P<0.05视为差异显著，P<0.01视为存在交互作用，数据以“平均值±标准误”表示，并对两品种数据进行双变量相关分析，结果计为pearson相关系数。

2 结果

2.1 西锦杂交牛和锦江牛各部位皮肤厚度

如表1所示，锦江牛皮肤较厚，且品种与部位具交互作用(P<0.01)，锦江牛颈、肩、腹和臀部的皮肤显著厚于西锦杂交牛(P<0.05)，背部和腿部的皮肤厚度两品种间差异不显著。锦江牛表皮较厚，品种与部位对表皮厚度亦存在交互作用(P<0.01)，锦江牛背部和臀部表皮厚度大于西锦杂交牛，腹部低于西锦杂交牛(P<0.05)，颈、肩和腿部的表皮厚度两品种间无显著差异。

表1 皮肤厚度和表皮厚度测量结果

2.2 汗腺和皮脂腺的形态学特征

如图1所示，西锦杂交牛和锦江牛各部位汗腺形状相似，均属于顶浆分泌囊状腺(长度/直径的值均小于8 μm)。汗腺由导管部和分泌部组成，位于真皮乳头层，导管部穿过皮脂腺腺体，开口于毛囊上部。汗腺的导管部不分支, 为细长的管腔,导管部比分泌部着色深,但管腔特别窄，汗腺的分泌部为导管部膨大，继续向真皮乳头层深部延伸，形成的囊状结构，多数汗腺的横切面仅观察到1个分泌部管腔。成年西锦杂交牛和锦江牛各部位皮脂腺形态特征相似，属于全浆分泌型腺体，外观为葡萄状、多叶且分支的泡状腺，位于毛囊和立毛肌之间，由分泌部和导管部组成，导管部短小，分泌部为腺泡，开口于毛囊上部。

SE. 皮脂腺；SEG. 皮脂腺分泌部；a.皮脂腺导管部；SW. 汗腺；SWD. 汗腺导管部；SSW. 汗腺分泌部；HF. 毛囊；EP. 表皮；DE. 真皮层。下同

2.3 汗腺和皮脂腺含糖原状态和分泌物性质

如图2所示，PAS染色和AB-PAS染色，结果均呈现蓝紫色，表明汗腺腺细胞质和皮脂腺腺细胞中无糖原，且其分泌物为中性和酸性的混合物。

图2 PAS和AB-PAS染色结果

2.4 汗腺密度、大小和深度

西锦杂交牛和锦江牛的汗腺密度、大小和深度如表2所示。锦江牛汗腺深度较深,汗腺部位则以腹部厚背臀部薄(P<0.01)为特色。西锦杂交牛汗腺密度较大，且品种与部位互作显著(P<0.01)，西锦杂交牛颈部、肩部、腹部和腿部的汗腺密度显著高于锦江牛(P<0.05)。西锦杂交牛的汗腺分泌直径较大，两品种臀部均较大，且品种与部位存在互作作用(P<0.01)，西锦杂交牛颈部、肩部、腹部和腿部的汗腺分泌直径显著大于锦江牛(P<0.05)，在臀和背部无显著差异。西锦杂交牛的汗腺分泌管较长，就部位而言，以腿部较为长，且品种与部位有交互作用(P<0.01)，杂交牛在肩、背和腿部较长(P<0.05)而颈部、腹部和臀部两品种之间差异不显著。汗腺分泌长度/直径品种与部位间具交互作用(P<0.01)，锦江牛颈部和腹部显著高于西锦杂交牛，肩部和背部较低(P<0.05)。锦江牛臀部汗腺体积较大(P<0.05)，臀部其他指标与杂交牛无差异；西锦杂交牛肩部、腹部和腿部汗腺体积显著大于锦江牛(P<0.05)，在肩部和腿部的汗腺密度，分泌直径和分泌管长度上也具有优势。

表2 汗腺的测量结果

2.5 皮脂腺密度、大小和深度

西锦杂交牛和锦江牛的皮脂腺密度、大小和深度如表3所示。锦江牛皮脂腺深度较深，部位以腹部深而臀部较浅为特点(P<0.01)。西锦杂交牛皮脂腺密度较大，且品种与部位具有交互作用(P<0.01)，锦江牛颈和肩部的皮脂腺密度小于西锦杂交牛，但臀部较大(P<0.05)。锦江牛皮脂腺导管直径较大，且品种与部位具有交互作用(P<0.01)，西锦杂交牛颈部和腹部显著小于锦江牛(P<0.05)。锦江牛皮脂腺导管较长，且品种与部位具有交互作用(P<0.01)，背部和腹部锦江牛较长，肩部更短(P<0.05)。锦江牛皮脂腺分泌直径大且长，品种与部位交互作用显著(P<0.01)，锦江牛颈部皮脂腺分泌直径大，颈部和腹部的皮脂腺分泌长度更长(P<0.05)，其他部位差异不显著。可见锦江牛皮脂腺深度深，腺体直径与长度优势在颈部和腹部显现较为发达。

表3 皮脂腺的测量结果

2.6 汗腺与皮脂腺指标的相关分析

西锦杂交牛的汗腺与皮脂腺指标的相关分析结果如表4所示。西锦杂交牛的汗腺体积与其分泌腺的直径和长度呈强正相关(P<0.01)，与其深度呈强负相关(P<0.01)，汗腺密度与汗腺其他指标无相关，汗腺密度与皮脂腺密度呈强正相关(P<0.01)，与皮脂腺导管直径、分泌直径和分泌长度呈强负相关(P<0.01)，汗腺体积与皮脂腺分泌长度呈强正相关(P<0.01)，汗腺深度与皮脂腺深度呈强正相关(P<0.01)。

表4 西锦杂交牛汗腺和皮脂腺相关性分析

锦江牛汗腺与皮脂腺相关分析结果如表5所示。锦江牛汗腺体积与其分泌腺直径和长度呈强正相关(P<0.01)，与其深度呈强负相关(P<0.01)，汗腺密度与汗腺与皮质腺诸指标无相关。汗腺深度与皮脂腺深度呈弱正相关，两者均与皮脂腺导管直径和长度呈正相关(P<0.01)，汗腺分泌直径和体积与皮脂腺分泌直径呈强正相关(P<0.01)，与皮脂腺深度呈弱负相关(P<0.05)。可见，西锦杂交牛汗腺和皮脂腺的密度具有相同变化趋势，密度大则皮脂腺腺体与导管会减少。锦江牛汗腺与皮脂腺的腺体呈相同趋势，汗腺与皮质腺深度增加则以增加导管长度与直径相适应。

表5 锦江牛汗腺和皮脂腺各指标的相关分析

3 讨论

3.1 锦江牛皮肤厚度与适应性

紫外线可以进入皮肤表层,适量的紫外线对健康有益，但过多则会造成皮肤损伤，黑色素含量高吸收更多的紫外线[13-14]。表皮越厚越更具吸收紫外线，保护皮肤及其附属器官的功能[15]。2岁以上的瘤牛，其表皮厚度最高达70 μm[16]，本研究锦江牛及西锦杂交后代的颈部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的平均表皮厚度分别为198 μm和193 μm远远大于瘤牛，锦江牛背部和臀部表皮比西锦杂交后代的更厚，杂交牛腹部较厚，锦江牛及西锦杂交后代皮肤均具有较强的免受紫外线损伤能力，西锦杂交牛腹部表皮厚度具有杂交优势。2岁以上的瘤牛皮肤厚度最高可达8.15 mm，本研究中，锦江牛颈部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的平均皮肤厚度为10.57 mm大于瘤牛，而西锦杂交牛平均皮肤厚度为8.68 mm且与瘤牛相似。牛皮肤在长期的种族演化过程中形成了背侧厚、腹侧薄,外侧厚、内侧薄这一特定的规律[15]。在本研究中，锦江牛及西锦杂交后代基本符合这一特点，但腹部皮肤要厚于背部，且这一特征虽与3岁延边牛相似(腹部6.7 mm；背部4.1 mm)[16]，但就绝对值而言，远远大于延边牛。锦江牛的颈臀肩腹部皮肤厚度较比杂交牛更厚，由于汗腺主要在真皮层中，因表皮较薄，且汗腺深度在锦江牛及西锦杂交牛间无差异，两品种真皮组织的汗腺与皮脂腺组织特性成为评价其体温调节能力关键。

3.2 锦江牛汗腺和皮脂腺的适应性

在25 ℃环境温度时，婆罗门牛、短角牛和婆罗门 × 短角牛，三者蒸发散热量均占总散热量的35%～45%，而当环境温度越接近皮肤温度时，婆罗门牛、婆罗门 × 短角牛的蒸发散热量高达75%，而短角牛仅占50%[17]，由此可见随环境温度升高，婆罗门牛皮肤蒸发散热能力增强，且相较于普通牛、瘤牛及其杂交后代皮肤蒸发散热能力适应环境温度变化能力更强。在本研究中，锦江牛及西锦杂交后代也具有瘤牛血统，其特征值得探讨。发汗是指汗腺分泌汗液的过程，温度升高，汗液分泌能力增强，汗液蒸发带走大量体热，且出汗能力与汗腺腺体体积成正向关系，相关研究证实了这一特点[18]。相关研究也表明，相较于成年牦牛囊状似单管状汗腺[11]，瘤牛袋状汗腺不仅体积大且较为发达，其较强的汗液蒸发散热能力，与其皮肤中数量多、体积大且距离皮肤表皮较浅的汗腺密不可分[19]。2岁以上瘤牛的汗腺深度最高达756 μm，密度约为1 508个/cm2，体积约为23.10×10-6μm3，而2岁以上普通牛汗腺深度约为896 μm，密度最高达1 005个/cm2，体积约为0.51×10-6μm3[20]。在本研究中，锦江牛及西锦杂交后代的汗腺均为顶浆分泌袋状腺且均与瘤牛相似，然而，锦江牛和西锦杂交牛颈部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的汗腺平均深度、密度和体积均大于瘤牛，由此可推测，锦江牛及西锦杂交后代的汗腺均较为发达，赋予其皮肤较强的蒸发散热能力。婆闽牛背部、腹部和臀部的汗腺密度和体积存在差异，背部汗腺密度较高，但汗腺体积要小于腹部和臀部[21]，普通牛和瘤牛的蒸发散热率最高的部位均是背部和背中两侧，其次是颈部和大腿外侧，最低的部位是腹部[22]。在本研究中，汗腺的部位特点：锦江牛及西锦杂交后代的颈、肩、背、腹部的汗腺深度深，西锦杂交牛颈部和肩部汗腺密度最大，两品种汗腺分泌直径、长度和汗腺体积臀部和腿部为大，且西锦杂交牛在汗腺直径和长度更具有优势。可见，锦江牛与西锦牛杂交，可以增加颈肩部汗腺密度，也可以增加臀腿部汗腺体积，以适应高温高湿环境，具有突出的交优势，远超欧洲普通牛。

瘤牛皮脂腺不仅发达，且从结构上形似葡萄[19]。在本研究中，锦江牛及其与西门塔尔杂交后代的皮脂腺与瘤牛相似，外观形态均如葡萄。与此同时，皮脂腺分泌饱和与不饱和脂肪酸、甘油三酯、角鲨烯、蜡质等[23]，能贯穿皮肤角质层，改变皮肤角质层结构排列，增加其渗透率[24]，进一步润滑被毛，增加被毛光泽。同时，进一步研究表明，短且光泽的被毛在反射太阳热辐射能方面要强于蓬松且无光泽的被毛[13]，在本研究中，锦江牛及西锦杂交后代的被毛与瘤牛相似，均具有短且光泽的特征，这与其皮肤中较为发达的皮脂腺存在极大的关系，这也是锦江牛及西锦杂交后代能耐南方夏季强太阳热辐射的重要原因之一。马属类具有极强的发汗能力，以适应其在高强度奔跑运动中快速蒸发散热，以维持机体热平衡，同时其不仅具有发达的汗腺，皮脂腺也较为发达[25]。成年牦牛的背部皮脂腺密度2 378个/cm2、导管长度104.9 μm和分泌直径214 μm，均要大于腹部(皮脂腺密度1 941个/cm2、导管长度79.3 μm、分泌直径181.1 μm)[11]，锦江牛及西锦杂交后代背部皮脂腺密度和大小亦大于腹部，同时，牦牛背部汗腺深度(334 μm)要浅于腹部(411 μm)但背部汗腺体积(4.79×10-6μm3)要大于腹部(3.84×10-6μm3)[13]，锦江牛及西锦杂交后代，虽呈现腹部汗腺深度深现象，但锦江牛背部汗腺密度更大，腹部汗腺长度/直径比更大。锦江牛及西锦杂交后代的颈、肩部皮脂腺和汗腺密度均要高于其他部位，由此可见，锦江牛及西锦杂交后代的颈、肩和背部皮脂腺和汗腺发达程度较高，锦江牛颈、肩、腹和臀部的皮肤显著厚于西锦杂交牛，汗腺与皮脂腺深度深，为汗腺与皮脂腺留有空间，汗腺密度与汗腺和皮脂腺的其他指标均无关系，汗腺和皮脂深度增加，以增加皮质腺导管长度和直径相适应。而在西锦杂交牛则有汗腺与皮质腺密度增加，汗腺和皮脂腺腺体减少倾向。当气候炎热干燥时，汗液中的乳酸会与皮脂腺分泌的皮脂中的脂肪酸形成乳状脂膜，形成防水膜包覆在皮肤表面，防止皮肤角质层内水分的过度蒸发[26-27]，这对于保持机体在干热的气候条件下皮肤正常的生命活动具有很大的意义。3岁以上延边牛的皮脂腺深度约为372 μm，密度约为1 466个/cm2，分泌部直径约为163 μm[28-29]，本研究中锦江牛及西锦杂交后代各部位皮脂腺的平均深度、密度和分泌直径均大于延边牛。可见，相较于延边牛，锦江牛及西锦杂交后代皮脂腺较为发达，这更有助于其在炎热干燥时，维持皮肤保水水分。

4 结论

综上所述，锦江牛和西锦杂交后代在皮肤耐热性方面表现出了一定的遗传特性，并且个别部位的蒸发散热能力表现出一定的杂种优势。锦江牛颈、肩、腹和臀部的皮肤显著厚于西锦杂交牛，汗腺与皮脂腺深度深，为汗腺与皮脂腺留有空间，汗腺密度与汗腺、皮脂腺的其他指标均无关系，汗腺和皮脂深度增加，以增加皮质腺导管长度和直径相适应的特色。

致谢：感谢江西高安裕丰农牧公司对试验提供帮助。