冷应激对科尔沁牛和科尔沁肉牛免疫功能的影响

吴佳琦，包雨鑫，王梓，郑海英，高丽娟，郭煜，付明山，韩玉国

(内蒙古通辽市农牧科学研究所，内蒙古 通辽 028000)

肉牛在适宜的温度范围中机体不需要利用其自身的调节机能，或者只通过少量的散热调节就能维持体温恒定，此时机体的产热和散热基本平衡，这一适宜的温度范围称为等热区。在等热区内的牛生长最快，饲料利用率最高，不仅饲养成本能达到最低，还肥育效果也是最好的。从畜牧生产本身来说，环境温度在等热区范围内其饲养家畜最为适宜，同时效益也是最高的。生产中把等热区的上限温度称为上限临界温度，也就是常说的过高温度，而下限温度称为临界温度，也就是过低温度。寒冷和暑热均影响牛的生长发育，尤其是在通辽地区的冬季低温环境，极容易引起肉牛产生冷应激，导致生长性能、繁殖性能和饲料利用率严重下降，其发病率和死亡率也随之升高。

科尔沁牛是以西门塔尔牛为父本，蒙古牛、三河牛以及蒙古牛的杂种母牛为母本，采用育成杂交方法培育而成乳肉兼用的品种。科尔沁肉牛是以科尔沁牛为母本，北美西门塔尔(偏肉用型)为父本，在杂交二代选择理想型的公、母牛进行橫交固定、自群繁育，经过选育提高，培育的具有肉用性能优良、适应性强的肉牛新品种[1]。

研究旨在以科尔沁牛和科尔沁肉牛为试验群体，采用酶联免疫法对冷应激和非应激状态下科尔沁牛和科尔沁肉牛血清中的免疫球蛋白(IgG、IgM)、白细胞介素1(IL-1)、白细胞介素2(IL-2)、白细胞介素4(IL-4)、白细胞介素6(IL-6)、肿瘤坏死因子(TNF-α)进行检测，分析在同等因素下科尔沁牛和科尔沁肉牛免疫功能的差异，为了解科尔沁牛和科尔沁肉牛在低温环境适应程度和冷应激相关研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验动物及试验时间地点

在内蒙古自治区通辽市某养殖场选择同一饲养环境条件下，体况相近，体重约(563±38)kg， 18月龄身体健康的科尔沁牛和科尔沁肉牛母牛各20头作为试验牛。试验分为2个阶段，即冷应激冬季(2019年12月15日至12月21日)和非应激春季(2020年4月11日至4月17日)。试验在通辽周边地区养殖场进行。

1.2 温湿度及温湿度指数测定

试验全期在试验牛群的中间和两端与牛体等高处，距离地面约1.5 m悬挂温湿度表，记录8：00、14：00的温度和相对湿度。根据Berman[2]报道的方法计算牛舍温湿度指数(THI)，计算公式为：

温湿度指数(THI)=[1.8×摄氏温度(T)+32]-[0.55-0.55×相对湿度(RH)]×[1.8×摄氏温度(T)-26]。

1.3 生理指标

直肠温度用兽用体温计对科尔沁牛和科尔沁肉牛进行测定，测定时间为5 min；呼吸频率是利用秒表计时1 min，在1 min内测定牛腹部鼓动的次数。

1.4 血清采样

试验期的最后一天对每头牛进行颈静脉采血5 mL，静置30 min，以3 000 r/min离心15 min，分离出血清后保存在-20 ℃冰箱，以备进行血清生化指标的测定。

1.5 血清生化指标测定

免疫球蛋白检测：采集各个分组中牛的血液样本后制备血清，用ELISA法分析各样本中IgG和IgM的含量。

炎性细胞因子检测：采集各个分组中牛的血液样本后制备血清，用ELISA法分析各样本中IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、TNF-α的浓度量。ELISA试剂盒采购于上海宝曼生物科技有限公司，按照说明书操作，并用酶标仪进行测定。

1.6 数据分析

数据用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析并进行显著性检验，试验结果均以“平均值±标准差”表示，以P<0.05为差异显著性标准。

2 结果

2.1 外界环境温湿度

牛舍环境温度和湿度的THI判断牛热应激的重要指标，通常情况下THI<72为无热应激状态；7288为重度热应激状态[3]，图1显示冷应激春季环境温湿指数THI，非应激春季这段时间外界环境最高温度21 ℃，平均气温约为11.85 ℃，THI平均为55.26，此状态未达到应激状态，可以作为非应激。图2表示冬季时间段外界环境最高温度是-14 ℃，平均温度为-15.93 ℃，THI平均为21.64，牛处于冷应激状态。

图1 春季外界环境温湿度THI

图2 冬季外界环境温湿度THI

2.2 生理指标

表1显示了冷应激期间和非应激期间科尔沁牛和科尔沁肉牛生理指标的比较结果。从结果可以看出：在冷应激期间，科尔沁牛直肠温度显著低于科尔沁肉牛(P<0.05)，呼吸频率差异不显著(P>0.05)，非应激期间，科尔沁牛和科尔沁肉牛的生理指标无差异；冷应激期间科尔沁牛呼吸频率和直肠温度均极显著低于非应激期间，冷应激期间科尔沁肉牛呼吸频率极显著低于非应激期间(P<0.01)，直肠温度显著低于非应激期间(P<0.05)。

表1 冷应激科尔沁牛和科尔沁肉牛生理指标

2.3 血清免疫功能指标

表2和表3显示了科尔沁牛和科尔沁肉牛血清免疫指标测定结果。

表2 冬季科尔沁牛和科尔沁肉牛血清免疫指标测定

表3 春季科尔沁牛和科尔沁肉牛血清免疫指标测定

可以看出，在冷应激状态下科尔沁肉牛的血清IL-2、IL-4的含量均显著高于科尔沁牛(P<0.05)，IL-1、IL-6和TNF-α极显著高于科尔沁牛(P<0.01)，IgG的含量极显著低于科尔沁牛(P<0.01)，IgM的含量与科尔沁牛差异不显著(P>0.05)；在非应激期间科尔沁肉牛与科尔沁牛相比血清中的各项指标差异不显著(P>0.05)；冷应激与非应激状态相比，科尔沁牛血清中的IL-1、IL-2、IL-4、IL-6和TNF-α极显著低于非应激(P<0.01)，血清中的IgG较非应激期间差异不显著(P>0.05)，科尔沁肉牛血清中的IL-1、IL-2、IL-4极显著低于非应激(P<0.01)，IL-6、TNF-α较非应激差异不显著(P>0.05),IgG显著低于非应激(P<0.05)，两种牛血清中的IgM浓度有下降趋势，但是差异不显著(P>0.05)。

3 讨论

3.1 冷应激与生理指标

直肠温度和呼吸频率是衡量家畜对外界环境是否适应的意向重要的生理指标。从结果可以看出，在寒冷环境中，科尔沁牛的直肠温度显著低于科尔沁肉牛，呼吸频率虽没有显著变化，但科尔沁肉牛呼吸变深且频率下降幅度大于科尔沁牛，也说明科尔沁肉牛汗腺停止分泌，减少散热，自身的体温调节能力强于科尔沁牛，更能快速调节各项机能，能更好地适应寒冷天气；在非应激期间，科尔沁牛和科尔沁肉牛的直肠温度和呼吸频率均可以通过自身的调节机制使体内的各个系统和器官的功能活动相互协调，达到机体的生理功能相对稳态，因此直肠温度和呼吸频率都在正常的范围内，差异不显著。

3.2 冷应激与免疫功能指标

免疫球蛋白在血清中水平的高低是评估免疫状况的重要指标，血清中球蛋白浓度升高，其自身免疫功能增强[4-5]。血清中免疫球蛋白和细胞因子的浓度能够反映机体的免疫功能，能够防止动物机体遭受病毒感染。IgG是血清免疫球蛋白的主要成分，占总的免疫蛋白的75%，是初级免疫应答中最持久、最重要的抗体，同时也是唯一能够通过胎盘的免疫球蛋白。IgG能促进单核巨噬细胞的吞噬作用(调节作用)，中和细菌毒素，以及病毒结合使病毒失去感染宿主细胞的能力(中和病毒)，在自然被动免疫中起到重要作用。机体抗菌、抗毒素和抗病毒性抗体大多数都属于IgG，能有效的抗击感染[6]。IgM主要分布于血清中，是抗原刺激免疫应答中最先产生的免疫球蛋白，可结合补体，能够溶解细菌、溶解血细胞和中和病毒的作用，是体液免疫应答中主要的介质[7]。IgM结合补体有较高的结合价，是高效能的抗体，在机体的早期防御中起到重要的作用。因此，检查IgM的含量有助于传染病的早期诊断。IL-1是重要的炎性递质之一，在临床上能够引起的发热机制，可充分调动机体的免疫功能，在对抗炎症和肿瘤中起积极作用；IL-2是淋巴细胞受抗原刺激产生的淋巴因子，不仅能促进淋巴细胞生长、增殖、分化，同时增强自然杀伤细胞的活性，在机体的免疫应答和抗病毒感染等有重要作用[8]；IL-4主要是诱导B细胞产生免疫球蛋白，调节体液免疫和获得性免疫，是重要的机体炎症反应的促炎因子[9]；IL-6能够调节B细胞的生长和分化，增强CTL、NK细胞的杀伤效应，还能刺激造血干细胞的增生分化，在维持机体生理平衡中具有十分重要的地位；肿瘤坏死因子主要分为TNF-α和TNF-β，其中的TNF-α在免疫应答过程中发挥重要的免疫促进或免疫抑制作用，影响着炎症反应的发生发展。

本试验发现，在冷应激状态下科尔沁肉牛的血清IL-2、IL-4的含量均显著高于科尔沁牛，IL-1、IL-6和TNF-α极显著高于科尔沁牛，IgG的含量极显著低于科尔沁牛，冷应激后科尔沁肉牛血液中的IgG含量比科尔沁牛的变化幅度大，说明冷应激后科尔沁肉牛对冷的免疫反应更加灵敏，免疫系统的反应调节也更快。冷应激与非应激状态相比，IgG含量下降，说明在长时间冷应激下，体液免疫机能的调节和抗炎症反应等功能受到了抑制，表明冷应激抑制了免疫球蛋白的合成，这可能是长时间寒冷刺激机体生成多种血清免疫抑制因子，抑制了白细胞介素的产生，从而影响了科尔沁牛和科尔沁肉牛机体免疫球蛋白的合成，使其免疫功能严重受损。IL-2含量呈下降趋势，而IL-2主要是由活化的T细胞产生，是调节机体免疫功能最主要的细胞因子之一，其水平反映了T细胞功能状态，寒冷应激后明显抑制了T淋巴细胞的功能，同时也抑制了机体免疫因子的释放。

4 结论

以地方特色的科尔沁牛和科尔沁肉牛为研究对象，探究冷应激对科尔沁牛和科尔沁肉牛免疫功能造成的影响，在冷应激状态下的科尔沁肉牛免疫功能强于科尔沁牛，抗寒能力更强，为当地筛选出具有较强耐寒性能的肉牛提供理论依据。