熱應(yīng)激對(duì)放牧肉牛免疫功能和抗氧化能力的影響

格日樂(lè)其木格

（內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市阿魯科爾沁旗農(nóng)牧局，內(nèi)蒙古 赤峰 025550）

研究發(fā)現(xiàn)，夏季高溫高濕環(huán)境與冬、春兩季相比較，夏季高溫能夠造成奶牛的繁殖性能下降及乳品質(zhì)顯著降低，而且會(huì)使奶牛的疾病發(fā)生率上升[1]。熱應(yīng)激會(huì)降低奶牛的采食量，這一過(guò)程通過(guò)環(huán)境高溫刺激下丘腦的食欲控制中心，使奶牛產(chǎn)生反胃、瘤胃收縮、降低胃腸蠕動(dòng)抑制奶牛食欲，但是奶牛日常的能量需求不會(huì)降低。所以為了滿足奶牛的能量需求，奶牛體內(nèi)的能量?jī)?chǔ)備會(huì)被分解，并通過(guò)活性氧（ROS）的含量和抗氧化的狀態(tài)反映出來(lái)[2]。肉牛正常的體溫范圍為38.5～39.5℃，維持機(jī)體體溫恒定是通過(guò)機(jī)體散熱和產(chǎn)熱保持動(dòng)態(tài)平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。飼養(yǎng)肉牛適宜的溫度一般在10～25℃，而肉牛生長(zhǎng)的最佳溫度范圍是15～18℃。由于肉牛自身的皮下脂肪較厚，其散熱途徑單一，而且耐寒冷不耐高溫，所以肉牛在夏季極易產(chǎn)生熱應(yīng)激[3]。環(huán)境高溫刺激引起的熱應(yīng)激根據(jù)熱應(yīng)激持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短可分為急性熱應(yīng)激和慢性熱應(yīng)激兩種，根據(jù)畜牧業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行判斷，主要是通過(guò)季節(jié)變化引起動(dòng)物飼養(yǎng)環(huán)境產(chǎn)生高溫，而且高溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，這樣的熱應(yīng)激屬于慢性熱應(yīng)激[4]。目前對(duì)于如何改善放牧肉牛熱應(yīng)激的研究主要集中在選擇最佳的放牧?xí)r間、采用緩解熱應(yīng)激的營(yíng)養(yǎng)添加劑以及增加噴淋設(shè)施等方面。

牛屬于恒溫動(dòng)物，在高溫高濕地區(qū)極易出現(xiàn)熱應(yīng)激，這會(huì)導(dǎo)致其生產(chǎn)性能下降及對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率下降，從而給畜牧業(yè)帶來(lái)重大損失。奶牛在30℃的環(huán)境中生存7 d，產(chǎn)奶量大約降低10%；在大于等于35℃的環(huán)境中生存35 d以上時(shí)，產(chǎn)奶量降低33%[5]。所以，熱應(yīng)激會(huì)對(duì)肉牛的呼吸頻率及直腸溫度有影響，這是判斷奶牛是否處于熱應(yīng)激狀態(tài)最重要的生理指標(biāo)。牛在非熱應(yīng)激狀態(tài)下的呼吸頻率和直腸溫度分別是12～16次/min和37.5～39.5℃，并且它們和熱應(yīng)激的程度成正比。如果環(huán)境溫度超過(guò)室溫，牛的呼吸頻率升高到50～60次/min；當(dāng)環(huán)境溫度持續(xù)升高到32℃時(shí)，牛的呼吸頻率升高到100次/min[6]。熱應(yīng)激對(duì)于奶牛的影響已經(jīng)超越了環(huán)境、管理以及營(yíng)養(yǎng)等因素，成為了影響奶牛生產(chǎn)最主要的因素。雖然在肉牛生產(chǎn)中熱應(yīng)激的影響沒(méi)有在奶牛生產(chǎn)中明顯，但是熱應(yīng)激對(duì)肉牛生產(chǎn)的負(fù)面影響也是不可忽視的。當(dāng)環(huán)境溫度每高于THI熱閾值1℃時(shí)，肉牛及奶牛的死亡風(fēng)險(xiǎn)分別是4.6%和5.6%[7]。所以通過(guò)研究熱應(yīng)激對(duì)肉牛免疫功能和抗氧化能力的影響來(lái)制定相關(guān)防治措施，降低熱應(yīng)激對(duì)畜牧業(yè)的危害，是促進(jìn)我國(guó)畜牧業(yè)健康快速發(fā)展的重要措施。因此，研究熱應(yīng)激對(duì)放牧肉牛免疫功能和抗氧化能力的影響是有必要的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選取10頭在同一天然草場(chǎng)自然放牧、自由飲水、體況相近的健康西門(mén)塔爾母牛。試驗(yàn)分為熱應(yīng)激期 （夏季試驗(yàn)期：2019年6月15日～7月15日）和非應(yīng)激期（秋季試驗(yàn)期：2019年8月15日～9月15日）兩個(gè)階段進(jìn)行。

1.2 綜合指數(shù)（CCI）測(cè)定

本次試驗(yàn)是以在天然草場(chǎng)全年放牧的西門(mén)塔爾母牛為研究對(duì)象，所測(cè)的環(huán)境指標(biāo)為草場(chǎng)自然環(huán)境中的溫度和相對(duì)濕度。試驗(yàn)期間，每天 8∶00、14∶00 和 20∶00時(shí)測(cè)定放牧草場(chǎng)的溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速，記錄日照時(shí)間，并根據(jù)綜合指數(shù)（CCI）計(jì)算公式計(jì)算牧場(chǎng)的綜合指數(shù),公式為CCI=T+RH+WS+RAD。式中：T為環(huán)境溫度，RH為環(huán)境濕度校正數(shù)，WS為風(fēng)速校正數(shù)，RAD為輻射校正數(shù)。

1.3 血清制備和血液生化指標(biāo)測(cè)定

在各試驗(yàn)期最后一天清晨出牧前，對(duì)每頭試驗(yàn)牛進(jìn)行頸靜脈采血10 mL，室溫靜置0.5 h后3500 r/min離心10 min，吸取上清液分裝至1.5 mL離心管中，將分離出的血清立即置于液氮罐中保存，帶回實(shí)驗(yàn)室于-20℃冰箱中保存，供血清生化指標(biāo)的測(cè)定?？偪寡趸芰?、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、丙二醛以及免疫球蛋白測(cè)定試劑盒均購(gòu)自南京建成生物工程研究所，測(cè)定過(guò)程均嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)由 Excel 2010進(jìn)行初步處理后，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析 （one-way ANOVA），并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，以 P＜0.05為差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

通過(guò)表1可知,本試驗(yàn)在夏季試驗(yàn)期，環(huán)境溫度最高達(dá)40.20℃，平均溫度達(dá)28.30℃，相對(duì)濕度最高可達(dá)到89.60%，平均相對(duì)濕度達(dá)到65.20%，CCI在夏季試驗(yàn)期間平均達(dá)到29.81，這表明放牧的西門(mén)塔爾母牛在夏季試驗(yàn)期處在熱應(yīng)激狀態(tài)中。秋季試驗(yàn)期環(huán)境溫度最高達(dá)26.80℃，平均溫度達(dá)18.55℃，相對(duì)濕度最高達(dá)78.20%，平均相對(duì)濕度達(dá)51.30%，CCI秋季試驗(yàn)期間平均達(dá)14.92。所以，通過(guò)這些數(shù)值可以判定，放牧的西門(mén)塔爾母牛在秋季處于非熱應(yīng)激狀態(tài)。

表1 不同試驗(yàn)期草場(chǎng)溫濕度及CCI

通過(guò)比較表2夏季和秋季放牧西門(mén)塔爾母牛血清抗氧化指標(biāo)結(jié)果可知，天然草場(chǎng)的熱應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛MDA的含量極顯著升高（P＜0.01）,天然草場(chǎng)的熱應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛T-AOC含量極顯著降低（P＜0.01）,天然草場(chǎng)的熱應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛SOD含量顯著降低（P＜0.05）,而GSH-Px含量有降低的趨勢(shì),但不顯著（P＞0.05）。

表2 不同季節(jié)西門(mén)塔爾母牛血清抗氧化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

通過(guò)比較表3夏季和秋季放牧西門(mén)塔爾母牛的血清免疫指標(biāo)結(jié)果可知，天然草場(chǎng)的熱應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛免疫球蛋白IgA、IgG的含量極顯著下降 （P＜0.01），而免疫球蛋白IgM 有降低的趨勢(shì)，但不顯著（P＞0.05）。

表3 不同季節(jié)西門(mén)塔爾母牛血清免疫指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

3 討論

3.1 不同季節(jié)草場(chǎng)溫濕度及CCI對(duì)放牧西門(mén)塔爾母牛的影響

動(dòng)物自身產(chǎn)熱、空氣對(duì)流、環(huán)境溫度以及濕度等諸多因素都會(huì)引起西門(mén)塔爾母牛熱應(yīng)激，而且諸多因素中環(huán)境溫度和濕度是造成熱應(yīng)激最主要的因素。CCI通過(guò)將環(huán)境溫度、濕度、日照時(shí)間以及風(fēng)速來(lái)對(duì)放牧肉牛是否遭受熱應(yīng)激進(jìn)行判斷，大多數(shù)情況下認(rèn)為CCI＞25時(shí)會(huì)使放牧肉牛遭受熱應(yīng)激，而奶牛能夠適應(yīng)溫度的范圍為-0.5～20℃[8]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在夏季試驗(yàn)期的平均溫度為28.30℃，平均CCI為29.81，所以放牧西門(mén)塔爾母牛在夏季試驗(yàn)期處于熱應(yīng)激狀態(tài)，而秋季試驗(yàn)期的平均溫度為18.55，平均CCI為14.92，所以放牧西門(mén)塔爾母牛在秋季試驗(yàn)期處于非熱應(yīng)激狀態(tài)。

3.2 冷應(yīng)激對(duì)放牧西門(mén)塔爾母?？寡趸笜?biāo)的影響

T-AOC的含量代表在體液和血液中存在的總抗氧化劑，T-AOC也可以反映奶牛機(jī)體對(duì)外界刺激的補(bǔ)償能力，熱應(yīng)激會(huì)使奶牛的T-AOC和AOD含量下降，這樣會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化水平上升，從而導(dǎo)致奶牛的氧化應(yīng)激，而SOD是一種主要的抗氧化酶，其可以清除奶牛機(jī)體內(nèi)的超氧陰離子自由基，從而達(dá)到緩解熱應(yīng)激的作用[9]。熱應(yīng)激對(duì)動(dòng)物機(jī)體的生物膜造成破壞，也會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子造成損傷，這會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物的代謝功能發(fā)生紊亂，其抗氧化能力下降，所以機(jī)體需要消耗大量抗氧化酶對(duì)過(guò)多自由基進(jìn)行清除[10]?？寡趸赶到y(tǒng)在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)不斷地清除自由基，所以動(dòng)物機(jī)體內(nèi)只有抗氧化酶含量處于動(dòng)態(tài)平衡中，才能達(dá)到保護(hù)動(dòng)物機(jī)體正常生長(zhǎng)代謝而免受氧化應(yīng)激損傷的危害。如果動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生的自由基不能被及時(shí)清除，則自由基會(huì)被大量堆積，對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能造成破壞，使生物膜中不飽和脂類進(jìn)行過(guò)氧過(guò)程，其最終的氧化產(chǎn)物為MDA，所以MDA的含量可以反映動(dòng)物氧化應(yīng)激的程度[11]。在夏季的熱應(yīng)激期，SOD的含量增加會(huì)引起H2O2的增加，但是ROS保護(hù)作用只有通過(guò)CAT和GSH-Px的協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)比較夏季和冬季的TAC、SOD、CAT和GPX含量，發(fā)現(xiàn)抗氧化酶在夏季的含量顯著高于冬季，造成這一結(jié)果的原因可能為熱應(yīng)激導(dǎo)致自由基含量增加，尤其是超氧陰離子的含量，雜交牛熱應(yīng)激期間的抗氧化能力降低，會(huì)對(duì)動(dòng)物機(jī)體造成損傷[12]。研究表明，當(dāng)山羊產(chǎn)生熱應(yīng)激時(shí)，山羊血清中的GSH-Px和SOD等抗氧化酶含量會(huì)顯著降低，而MDA的含量會(huì)增加[13]。通過(guò)對(duì)肉牛的研究也發(fā)現(xiàn)，肉牛血清中抗氧化酶的含量夏季極顯著地低于春季[14]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激會(huì)使放牧西門(mén)塔爾母牛血清中MDA的含量相較于非應(yīng)激期顯著升高，而T-AOC含量極顯著降低，SOD含量顯著降低，GSH-Px有降低的趨勢(shì)，但不顯著。熱應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生的自由基數(shù)量增多，所以為了清除動(dòng)物體內(nèi)過(guò)多的自由基，放牧西門(mén)塔爾母牛血清中的GSH-Px以及SOD被大量消耗，但這會(huì)使動(dòng)物機(jī)體組織的脂質(zhì)過(guò)氧化加快，從而導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化總產(chǎn)物MDA含量顯著升高，進(jìn)而導(dǎo)致T-AOC顯著降低。因此，放牧西門(mén)塔爾母牛的氧化應(yīng)激平衡被打破，所以放牧西門(mén)塔爾母牛在熱應(yīng)激中會(huì)受到氧化應(yīng)激損傷。

3.3 熱應(yīng)激對(duì)放牧西門(mén)塔爾母牛免疫指標(biāo)的影響

免疫球蛋白的主要作用是參與動(dòng)物體內(nèi)的體液免疫，在體液免疫中負(fù)責(zé)參與保護(hù)性免疫應(yīng)答以及維持自身的穩(wěn)定。免疫球蛋白在血清中含量的高低可以用作評(píng)價(jià)動(dòng)物機(jī)體免疫狀況的指標(biāo)，同時(shí)也反映了動(dòng)物免疫功能的強(qiáng)弱[15]。動(dòng)物的免疫系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，因此環(huán)境溫度升高使免疫系統(tǒng)遭受熱應(yīng)激之后，環(huán)境溫度相對(duì)處于平衡狀態(tài)，則免疫系統(tǒng)會(huì)對(duì)熱應(yīng)激產(chǎn)生適應(yīng)，免疫系統(tǒng)會(huì)處于一個(gè)新的平衡狀態(tài)[16]。但是動(dòng)物自身免疫系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)是有一定限度的，若超出自身的調(diào)節(jié)限度則會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激。當(dāng)動(dòng)物遭受抗原刺激時(shí)，動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生免疫球蛋白來(lái)消除抗原的球蛋白，其產(chǎn)生的免疫球蛋白IgA、IgG、IgM在動(dòng)物機(jī)體特異性免疫過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[17]。動(dòng)物機(jī)體黏膜防御感染的主要物質(zhì)是IgA，其約占血清免疫球蛋白的10%～20%，所以IgA對(duì)于動(dòng)物機(jī)體免疫作用相對(duì)較弱，但I(xiàn)gA能夠與周圍的細(xì)胞組成局部的免疫系統(tǒng)[18]。動(dòng)物機(jī)體的免疫防御反應(yīng)需要IgG的參與，IgG同時(shí)也是免疫球蛋白的主要組成部分，而且也是動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)中的重要組成部分，在抗原抗體的反應(yīng)過(guò)程中，IgM是最早產(chǎn)生的抗體，同時(shí)也是動(dòng)物機(jī)體體液免疫應(yīng)答中的主要介質(zhì)[19]。無(wú)論山羊處于熱應(yīng)激狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)短，都會(huì)使血清中的IgA、IgG以及IgM含量顯著下降，說(shuō)明山羊在熱應(yīng)激中免疫功能遭到抑制，從而使其體液免疫遭到破壞。研究發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激會(huì)使免疫球蛋白IgA、IgG和IgM的含量顯著降低[20]。本試驗(yàn)表明，放牧西門(mén)塔爾母牛在熱應(yīng)激期間免疫球蛋白IgA、IgG含量極顯著下降，IgM有下降的趨勢(shì)但不顯著，可能是因?yàn)镮gM最先參與體液免疫，所以其在熱應(yīng)激時(shí)會(huì)被最先消耗，而動(dòng)物機(jī)體通過(guò)自身調(diào)節(jié)機(jī)制會(huì)使IgM大量產(chǎn)生，所以造成其下降不顯著。

4 結(jié)論

熱應(yīng)激通過(guò)使MDA的含量極顯著升高，T-AOC的含量極顯著降低，SOD顯著降低，GSH-Px與非應(yīng)激期相比差異不顯著，IgA和IgG極顯著地降低，IgM與非應(yīng)激期相比差異不顯著，從而使放牧西門(mén)塔爾母牛的免疫功能和抗氧化能力下降，進(jìn)而對(duì)放牧西門(mén)塔爾母牛機(jī)體造成一定的損傷。