环境温湿度对种公牛健康及精液品质的影响

钟代彬，张海涛，王 瑾，朱子岳

（1.北京奶牛中心，北京 100192；2.奶牛遗传育种与繁殖北京市重点实验室，北京 100192；3.农业农村部奶牛遗传育种与繁殖重点实验室，北京 100192；4.北京市延庆区动物疫病预防控制中心，北京 102100）

遗传因素、饲养管理、营养水平及环境因素等均会对公牛精液品质产生影响，其中环境热应激对健康及精液品质的影响较大。热应激是指机体受到超过自身体温调节能力的过高温度刺激时产生的非特异性应答反应的总和，可由温度、相对湿度、太阳辐射和空气流动等多种环境因素引起。随着全球性气温升高和畜牧业规模化、集约化发展，热应激对养殖业的影响越来越受到重视。夏季热应激可导致种公畜精液质量下降，繁殖性能降低[1-2]。近年来国内外对热应激开展了较多研究，并用温湿度指数（Temperature-Humidity Index，THI）来衡量畜禽受环境温湿度影响的热应激程度[3]。童津津等[4]研究发现在热应激期间THI 与乳脂率、乳蛋白率存在极显著负相关。Llamas-Luceño 等[5]研究发现THI 偏高时，乳用公牛精子活力降低，囊胚发育减少。刘深贺等[6]探讨了THI 对不同品种水牛直肠温度和呼吸频率的影响。目前，有关环境温湿度变化对种公牛繁殖性能持续影响的报道较少。本研究连续观测记录一年圈舍温湿度、公牛发病及精液质量变化，分析温湿度变化对种公牛健康状况及繁殖性能的影响，以期优化热应激期间种公牛饲养管理和冻精生产流程。

1 材料与方法

1.1 试验动物 选择年龄2～6 岁，健康状况良好的荷斯坦公牛96 头，正常采精。期间饲养管理水平恒定。

1.2 仪器设备 试验仪器包括分析天平（型号为PB203-N，瑞士Metterler-Toledo 公司）、精子密度仪（型号为AccuCell，法国卡苏公司）、稀释仪（型号为Microlab 500，瑞士Hamilton 公司）、相差显微镜（型号为BX43 F，日本Olympus 公司）、电视显微显示系统（型号为ZEISS-Axiostar，德国ZEISS 公司）。

1.3 饲养环境 半开放式圈舍，长宽为110 m×11 m，长轴为东西走向，墙体为砖混结构，屋顶为拱形钢架构彩钢保温夹芯板。北墙上有窗户，下设通风道，夏季开窗通风、冬季关闭。圈舍直接与运动场相通。牛只单栏饲养，活动面积为80 m2。夏季采用风扇加喷淋进行降温。风扇和喷淋设施位于牛只后上方。

1.4 观测记录 环境温度、湿度记录时间为2020 年1—12 月，每日08:00、14:00 及20:00 进行观测记录。测定位点为饲养通道离地面1.5 m 高度处，每个圈舍设置6 个不同的测量位置（图1）。连续对牛群健康状况、发病情况进行详细记录。

图1 圈舍平面图及测量位点

THI 根据平均温度和平均相对湿度计算而得。本试验采用Ingraham[7]建立的公式：

THI（%）=（1.8×温度+32）-（0.55-0.55×相对湿度）×（1.8×温度-26）

1.5 季节划分 按气象划分法，春季为3—5 月、夏季为6—8 月、秋季为9—11 月、冬季为12 月、1—2 月）。

1.6 采精及质量检测 采用假阴道采精法采集精液，每周采精2 d，每天2 次，两次采精间隔1 h。按国家标准《牛冷冻精液》（GB 4143-2008）对精液剂量、活力、密度、畸形率等进行检测，常规方法制作冻精并检查冻后活力。

1.6.1 剂量 精液量采用称重法获取。电子天平称重获得精液质量（g），精子比重设定为1.040，质量除以比重即为精液体积（mL）。

1.6.2 活力 采用目测法，取原精8 μL 于载玻片上，盖上盖玻片，置于38℃有恒温板的相差显微镜及电视显微可视系统上，观察直线前进运动精子数占总精子数的百分率。

1.6.3 密度 取40 μL 原精，加3 960 μL 稀释液，稀释后采用全自动密度仪测定密度。

1.6.4 畸形率 精子畸形率采用湿片检查法，每个样品制作2 个抹片，通过相差显微镜及电视显微可视系统检查。

1.7 统计分析 试验数据以平均值±标准差形式表示，采用Excel 2007 进行数据整理、计算，并针对每个季节的发病情况作卡方独立性检验，繁殖性能和环境指标之间的关系采用SAS 9.2 进行简单相关性分析。

2 结果与分析

2.1 圈舍平均温度、相对湿度与THI 的变化 结果显示，全年圈舍平均气温11.2℃，单日最低气温出现在1 月，为-18.3℃，当月平均气温为-3.6℃，随后逐月升高；单日最高气温在8 月，为33℃，当月平均气温24.6℃，随后逐月降低。6—9 月，环境最高气温超过25℃的天数分别有16、26、22、6 d。THI 从1 月开始逐月上升，6 月接近70%，7、8 月分别高达73.37%和72.37%，当气温33℃时THI 为81.11%，随后开始逐月下降（图2）。

图2 1—12 月圈舍温度、相对湿度及THI 变化趋势

2.2 5—9 月早、中、晚圈舍THI 由图3 可见，中午THI 偏高，早晚相对较低；6—8 月14:00 及7 月20:00的THI 均超过72，处于热应激状态。

图3 5—9 月早、中、晚温度、相对湿度及THI

2.3 环境温湿度与种公牛健康的关系 由图4 可见，秋季的肢蹄病（P＜0.05）、腹泻（P＜0.01）高于其他季节；而食欲不振、寄生虫病在各季节间发病差异不显著，但寄生虫病在春、冬两季发病率较高。

图4 不同季节种公牛疾病发生情况

2.4 不同季节对精液品质的影响 从表1 可见，季节对平均采精量、精子密度影响不显著，其中精子密度在6 月达到最高值（12.23 亿/mL）后逐渐下降，9 月最低9.43 亿/mL，下降22.9%，但各季节间差异不显著。原精活力从5 月以后呈下降趋势，9 月降到最低后回升，下降趋势与环境温湿度5 月开始逐渐升高相符，夏季与春、冬季相比下降显著；夏季畸形率最高，显著高于冬季；冻精活力与原精活力变化趋势一致，夏季最低、冬季最高，夏季极显著低于春、冬季。

表1 不同季节对种公牛精液品质的影响

2.5 温湿度、THI 与精液品质相关性 为了进一步分析温湿度、THI 与精液品质的相关关系，包括延迟影响，作了相关系数条形图（图5—7）。

环境温度对精液品质的影响见图5，其中采精量与采精前1—2 月的环境温度有显著的相关关系（P＜0.05，R=0.452）；原精活力、精子密度与环境温度呈负相关，但不显著；平均畸形率与采精当月和采精前1 个月的环境温度有极显著相关关系（P＜0.01，R=0.886），与采精前2 个月的环境温度关系显著（P＜0.05，R=0.467）；冻精活力与采精当月和采精前1 个月的环境温度有极显著负相关关系（P＜0.01，R=-0.875；P＜0.01，R=-0.862），与采精前2 个月的环境温度显著负相关（P＜0.05，R=-0.438）。

图5 精液品质各指标与环境温度相关系数条形图

由图6 可见，相对湿度对精液品质有一定的延迟影响，采精量与采精前1—2 月的相对湿度有显著的相关关系（P＜0.05，R=0.469）；原精活力与相对湿度相关性不显著；精子密度与采精前2 个月的相对湿度有显著的负相关关系（P＜0.05，R=-0.420）；平均畸形率与采精当月的相对湿度有显著相关关系（P＜0.05，R=0.426）；冻精活力与采精当月、采精前1 个月相对湿度分别有显著、极显著负相关关系（P＜0.05，R=-0.458；P＜0.01，R=-0.836）。

图6 精液品质各指标与环境相对湿度相关系数条形图

由图7 可看出，THI 对精液品质有一定的延迟影响，其结果与环境温度一致。

图7 精液品质各指标与THI 相关系数条形图

3 讨 论

THI 作为温热环境的综合指标,被广泛用于评估动物热应激风险的程度，其计算公式有多种，本试验记录的湿度为相对湿度，因此采用了Ingraham 建立的公式。通常条件下圈舍内空气中的水汽含量大于舍外大气的水汽含量。夏季高温加上圈舍潮湿的环境极易造成热应激。一般认为种公牛最适宜的温度为8～16℃，公牛对高温高湿环境较为敏感，当圈舍温度过高超过其体温调节能力时会发生热应激，公牛食欲减退，呼吸频率增加，机体新陈代谢加快，免疫力下降，易引发各种疾病。本研究发现，秋季肢蹄病、腹泻发病率高于其他季节，可能与季节交替，昼夜温度、湿度变化大，机体易受外界环境刺激有关，而春冬两季寄生虫病发病率较高，可能与气温低，圈舍铺垫褥草有关。

环境温湿度除了影响种公牛健康外，对精液品质也有较大的影响。公牛睾丸和阴囊有其自身调节机制以保护精子的正常发育，但夏季环境持续高温时，阴囊皮温及睾丸温度随之升高，致其失去热调节能力，睾丸温度高于36℃时可引起生殖上皮细胞变性，生精机能受损，生殖激素分泌异常，甚至造成不育。Wiersma 等[8]认为，当THI 高于72 时开始表现出热应激症状。Maurya 等及Rao 等证实[9-10]高温可抑制下丘脑-垂体-性腺轴影响生殖激素分泌。由于下丘脑分泌的促性腺激素释放激素（GnRH）降低，导致垂体减少促卵泡素（FSH）和促黄体素（LH）的分泌，使睾丸间质的Leydig 细胞分泌的雄性激素睾酮下降，影响精子生成和成熟，造成精子畸形和死精数量增加，精液品质下降[11]。夏季活精子比例最低，春季和夏季有显著差异，春季精子细胞膜完整性高，DNA 断裂指数低[12]。Garcia-Oliveros 等[13]研究发现，公牛发生热应激后7 d 精子畸形率增加，14 d后精子脂质过氧化增加，线粒体膜功能、精子活力和质膜完整性降低，21 d 后仍可观察到热应激效应，28 d 后观察到精子DNA 碎片增加。认为精液发生了氧化应激反应，从而改变了线粒体功能、精子活力和质膜完整性。精子受到热应激的损伤不可逆转。有关热应激影响动物繁殖机能的机理还有待进一步研究。

不同品种和年龄对热应激的敏感度不一样。张莹等[14]研究发现，热应激可造成西门塔尔种公牛精液品质显著下降，精子活力在夏季显著低于秋季，极显著低于春季和冬季；精液密度夏季与秋、冬两季差异显著，极显著低于春季，夏季顶体完整率和畸形率显著高于其他季节。Felton 等[15]研究发现，春、冬季原精和冻精活力达标率高，且存在品种差异，肉牛品种的精液品质优于奶牛品种。安格斯公牛和荷斯坦公牛比印度牛品种更能抵抗热应激的影响。Lamas-Luceño 等[16]认为气候条件不仅影响精液质量，还影响种公牛的繁殖性能，精子发生过程中THI 升高可降低精子对低温的耐受性；秋季在精子生成时THI 升高，冻精解冻后3 h 精子活力显著下降（14%～18%）；与采精相比，成年公牛在精子生成过程中对THI 更为敏感，对冻精质量的负影响高出3.8 倍。

本试验表明，种公牛对低温不敏感但对高温敏感，夏季热应激对繁殖性能影响较大，但试验结果与上述报道不完全相同，可能与公牛品种、年龄不同有关，另外试验公牛饲养地夏季相对凉爽，且采取了通风、喷淋等防暑降温措施，一定程度上降低了热应激的影响。本研究还发现，热应激不仅影响当月的精液品质，而且具有一定的延后影响，与公牛生精周期45～60 d 基本一致。因此，夏季需要采取更有力的措施，通过精细化饲养管理，饲喂抗热应激添加剂，加强机械通风和淋浴等措施，以提高牛只舒适度，降低热应激对种公牛健康及繁殖性能的影响。

4 结 论

春季和冬季THI 最低，春、冬两季种公牛的精液品质最佳，原精活力、冻精活力最高，畸形率最低。夏季THI 最高，其中6 月中午，7—8 月中午及晚上THI均超过72，种公牛处于热应激状态。热应激使种公牛繁殖性能下降，且对精液品质的影响具有1—2 月的延迟作用。秋季肢蹄病、腹泻病多发，春冬两季寄生虫发病率较高。