丙酸鈣對熱應激奶牛的應用效果研究

葉秋楊，趙晨旭，羅勝繽，任雨龍，徐 闖

（黑龍江八一農墾大學動物科技學院動物群發性營養代謝病實驗室，黑龍江大慶163319）

隨著全球氣候不斷變暖，黑龍江省夏季高溫程度增加，且持續時間變長，熱應激給奶牛生產帶來的負面影響越來越嚴重。據報道，2006年美國加州因熱浪造成的奶牛死亡數量高達3萬頭，且美國奶業每年因熱應激造成的損失高達16.9～23.6億元[1]。2016年7月，我國北方地區每頭牛每天的奶產量損失從0.7 kg上升至4.0 kg。Ranjitkar等[2]量化了過去中國北方地區溫濕指數（THI）和奶牛年產量之間的關系，預計2050年每頭牛每天產奶量損失將增加至6.5 kg，2070年增加至7.2 kg。王冠等[3]對黑龍江省奶牛熱應激的調查結果顯示，北方夏季奶牛大多數時間處于熱應激狀態。

研究表明，人或嚙齒動物體內的短鏈脂肪酸不僅僅是重要的能量來源，同時也是細胞表面的信號分子，參與調控細胞的增殖與分化、細胞凋亡、免疫反應、營養物質吸收和脂質代謝[4]。在臨床生產中，由于丙酸不能直接添加到飼料中，常以丙酸鹽的形式添加。丙酸鉻已被應用于熱應激的防治。目前，我國還未有奶牛日糧中鉻添加的相關標準[5]，而丙酸鈣被世界衛生組織（WHO）和聯合國糧農組織（FAO）正式列為食品添加劑，具有安全性高、價格低廉、成本低的優點，也已廣泛用于飼料行業，尤其是反芻動物飼料的制備[6]。研究表明，飼料添加丙酸鈣能夠提高奶牛日糧表觀消化率[7-8]，改善其產后能量負平衡[9]。加拿大和比利時等國家已將丙酸鈣用作治療奶牛酮癥的主要原料[10]，還可以緩解成年母牛分娩后突發的一種營養代謝病——產乳熱[11]。但是，關于丙酸鈣在奶牛熱應激中的應用卻鮮有報道。因此，本試驗對熱應激奶牛分別飼喂丙酸鈣和丙酸鉻，進行抗熱應激效果對比試驗，為丙酸鈣在奶牛熱應激上的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗動物與試驗設計

在黑龍江某集約化奶牛養殖場選擇產后（32±4）d健康的產奶量、體況和胎次（2～4胎）相近的泌乳奶牛24頭，隨機分為3組，分別為CON組、CA組和CR組。對照組飼喂基礎日糧，CA組在基礎日糧中添加200 g/(d·頭)的CA[12]，CR組在基礎日糧中添加10 g/(d·頭)的CR[13]。試驗期從2020年8月1日至8月31日，共30 d。

1.2 飼養管理及日糧

試驗奶牛散欄式飼養，每天7：00、14：00和18：30飼喂TMR 3次，自由飲水。每天6：30、13：30和21：30擠奶3次。牛舍內安裝有風扇，當溫度高于20℃時開啟。自動溫濕度記錄儀置于牛舍地面上1.5 m處，監測牛舍內溫度（T）和相對濕度（RH）?；A日糧組成及營養水平見表1。

表1 基礎日糧組成及營養水平（干物質基礎）Tab.1 Basic diet composition and nutritional level(dry matter basis)

1.3 試劑及儀器

丙酸鈣、丙酸鉻粉末（武漢江心宇生物科技有限公司），含量分別為99.21%和31.3%。

LACTOSCAN S60乳成分分析儀購自保加利亞LACTOSCAN公司；ES-200全自動生化分析儀購自南京頤蘭貝生物科技有限責任公司；TD5-1臺速離心機購自北京時代離心機有限公司；CTH89環境溫濕度監測儀購自美國Omega公司。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 牛場溫濕指數（THI）

試驗期間每天8：00、14：00和20：00收集溫濕度，計算牛場溫濕指數：

式中：T和RH分別為溫度和相對濕度。

1.4.2 產奶量及乳成分

每天記錄產奶量。分別在試驗期第0、15、30 d采集乳樣。每次采乳樣50 mL，將3次乳樣等量混合，取50 mL加重鉻酸鉀30 mg混合均勻，4℃冷藏保存。采用乳成分分析儀測定乳脂率、乳蛋白率和乳尿素氮含量。

1.4.3 血液生化指標

在試驗期第0、15、30 d尾靜脈采血，自然凝固后于室溫條件下4 000 r/min離心10 min，取上清液置于Ep離心管中，凍存于-20℃待檢測。血清中總蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、球蛋白（GLB）、肌酸激酶（CK）、鉀（K）、鈣（Ca）和鈉（Na）采用日本日立的全自動生化分析儀進行檢測，總膽固醇（TC）和甘油三酯（TG）采用南京建成生物工程有限公司試劑盒檢測。

1.5 數據統計與分析

采用IBM SPSSStatistics 22.0軟件對試驗數據進行進行單因素方差分析，利用Duncan's法進行多重比較，采用Prism 7.00軟件繪圖。結果以“平均值±標準誤”表示。P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 牛舍溫濕度指數（見圖1）

由圖1可知，在整個試驗期間，牛舍的THI大部分處于72.0～80.0，平均值為73.2。70.0≤THI≤80.0為輕度熱應激；80.0≤THI≤90.0為中等嚴重熱應激；THI≥90.0為嚴重熱應激[14]。因此，判定試驗牛處于輕度熱應激狀態。

2.2 不同處理對熱應激奶牛呼吸頻率與直腸溫度的影響（見表2）

圖1 牛舍THI變化曲線Fig.1 THIchangecurveof cow house

由表2可知，在試驗后期，CA組奶牛呼吸頻率顯著低于CON組奶牛（P＜0.05），且下降程度較CR組明顯；各組奶牛直腸溫度均無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 不同處理對熱應激奶牛呼吸頻率與直腸溫度的影響Tab.2 Effect of different treatmentson respiratory frequency and rectal temperatureof heat-stressed cows

2.3 不同處理對熱應激奶牛產奶量及乳成分的影響（見圖2）

由圖2可知，CA組和CR組的產奶量與CON組相比，均顯著升高（P＜0.05）；CA組乳脂率顯著高于CON組（P＜0.05）；CA組和CR組的乳蛋白均高于CON組，其中CR組乳蛋白含量顯著高于CON組（P＜0.05）；各組間乳尿素氮含量無顯著差異（P＞0.05）。

2.4 不同處理對熱應激奶牛血液生化指標的影響（見表3）

由表3可知，CR組血清甘油三酯含量在中期顯著高于與CON組（P＜0.05），后期CA組含量顯著高于CON組（P＜0.05）；CA組血清總膽固醇含量與CON組相比呈顯著性下降（P＜0.05）；總蛋白、白蛋白和球蛋白各組間無顯著差異（P＞0.05）；添加丙酸鈣和丙酸鉻后對肌酸激酶有降低的趨勢，與CON組相比，中期時CA組降低6.6%，CR組降低11.3%，后期分別降低17.9%和15%；各組血清鈉離子、鈣離子和鈉離子無顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同處理對熱應激奶牛產奶量及乳成分的影響Fig.2 Effect of different treatments on milk production and milk composition of heat stressed dairy cows

表3 不同處理對熱應激奶牛血液生化指標的影響Tab.3 Effect of different treatmentson blood biochemical indexes of heat-stressed dairy cows

3 討論

3.1 不同處理對熱應激奶牛THI、直腸溫度和呼吸頻率的影響

溫度是影響泌乳奶牛性能的關鍵因素，奶牛在夏季容易受到高溫環境影響。THI是衡量奶牛熱應激程度的有效指標，當THI超過72后，數值每增加1，產奶量下降0.2 kg[15]。本研究中，8月份牛舍的THI大部分在72～80之間，表明試驗牛處于輕度熱應激。試驗牛舍安裝了風扇。當環境溫度高于20℃時開啟風扇。因此，熱應激程度較輕。

當奶牛發生熱應激時，奶牛的各種生理生化、身體機能和血液指標等發生一系列的變化，如奶牛的呼吸頻率、心率、體溫和皮膚溫度等方面均會隨著溫度和動物機體的調節而發生改變。因此，可以通過呼吸頻率和直腸溫度來判斷奶牛是否處于熱應激的水平[16]。張建等[17]報道，在熱應激奶牛中添加脂肪酸鈣，呼吸頻率和脈搏次數降低。劉影[13]研究表明，添加丙酸鉻后對熱應激狀態下，奶牛呼吸頻率有下降趨勢，但無顯著性，直腸溫度無顯著變化。以上研究和本試驗中奶牛呼吸頻率和直腸溫度變化結果一致，添加丙酸鈣對直腸溫度無明顯變化，但在試驗后期顯著降低奶牛呼吸頻率，丙酸鉻添加組呼吸頻率和直腸溫度均無差異變化，可能是奶牛熱應激程度較輕，和機體自身熱應激調節能力有關。

3.2 不同處理對熱應激奶牛產奶量和乳成分的影響

在熱應激條件下荷斯坦牛的生產能力受到嚴重影響，產奶量和乳成分會因高溫而發生改變[18]。高溫會導致奶牛采食量減少、反芻減少、營養失衡、體重下降、產奶量減少、身體狀況差、乳脂減少[19]。泌乳的奶牛對熱應激非常敏感，因為體內高代謝熱的產生與奶牛泌乳量的增加有關[20]。在氣候變化對奶牛影響的評估中發現，夏季氣溫升高可以使奶牛的安靜時間增加，并使奶牛的繁殖活動下降[21]。熱應激也影響奶牛卵母細胞成熟和早期胚胎發育，而降低奶牛生育能力[22]。黃文明[23]在奶牛圍產前期飼料中添加丙酸鈣發現，產奶量和乳成分均無顯著變化，但乳脂有增加趨勢。Defrain等[24]提出，添加丙酸鹽不能增加產奶量，卻可增加乳脂和乳蛋白的比例。本試驗與上述研究結果不同。本試驗中，CA組奶牛產奶量顯著升高，乳脂增加顯著，且高于CR組，乳蛋白和乳尿素氮無顯著差異。導致結果差異的原因可能是前兩者的試驗時期與本試驗不同，均處于秋冬季節，而夏季高溫環境使奶牛采食量減少，不能滿足奶牛泌奶的能量需求。本試驗添加丙酸鈣后增加奶牛的能量供給，進而提高產奶量；添加丙酸鉻同樣可以提高產奶量，但乳脂率升高程度低于丙酸鈣，說明熱應激狀態下添加丙酸鈣對奶牛產奶性能恢復的效果要優于丙酸鉻。

3.3 不同處理對熱應激奶牛血液生化指標的影響

熱應激時，奶牛為了代償飼料攝取不足，加快對自身體脂的分解，以滿足機體的能量需要，血液中甘油三酯和游離脂肪酸濃度也因此上升[25]，而甘油三酯發生蓄積會影響肝臟正常功能。本試驗中，CA組血清甘油三酯和總膽固醇含量和CON組相比均顯著降低，試驗結果與劉影[13]的研究結果一致，可能與丙酸鈣可以調節胰島素分泌，提高血糖含量有關[26]。而且胰島素可以調節脂質代謝，從而降低血脂。

血清總蛋白質含量反映動物機體內蛋白質的代謝狀況。在嚴重熱應激狀況下，奶牛機體內的糖脂代謝無法滿足自身能量需求，促使蛋白質分解代謝加強，具體表現為血清總蛋白下降和尿素氮增加[27]。本試驗中，各組總蛋白、白蛋白和球蛋白含量均無明顯變化，其原因可能是奶牛熱應激程度低，對機體無明顯影響。張心壯等[28]通過飼喂丙酸鈣來研究對犢牛生長性能影響的試驗中，血清總蛋白含量增加，與本研究結果存在差異，可能是因為兩項研究中牛的年齡和飼料能量水平不同。

肌酸激酶也稱為肌酸磷酸激酶。肌酸激酶以骨骼肌、心肌、平滑肌含量為多，主要存在于細胞質和線粒體中，是與細胞內能量運轉、肌肉收縮、ATP再生有直接關系的重要激酶，是反映動物機體應激程度的指標。研究發現，在熱應激刺激下奶牛血清中肌酸激酶的活性得到加強[29-30]。由于奶牛處于熱應激狀態、食欲下降、能量供給不足，使細胞膜通透性增加，造成血液中的CK濃度升高，活性增高。本試驗中添加丙酸鈣和丙酸鉻對肌酸激酶有降低的趨勢，在中期與CON組相比降低6.6%和11.3%，后期降低17.9%和15%，CR組下降趨勢比CA組更為顯著。楊游等[31]等通過添加脂肪酸鈣和煙酸鉻降低血清肌酸激酶的含量，試驗結果與本試驗相一致。試驗表明，添加丙酸鈣和丙酸鉻均能緩解熱應激對奶牛機體的損傷。

熱應激在一定程度上影響奶牛的水和礦物質代謝，高溫環境中血液中鈉、鉀和鈣含量顯著低于低溫環境[32]。熱應激時，血清中鉀[33]、鈉、和銅等離子隨奶牛唾液的分泌、皮膚蒸發及排汗的增加[34]和尿液排泄增多而大幅度下降。此外，動物遭受熱應激時呼吸頻率加快，造成肺通氣中CO2損失，使血液中CO2濃度降低，發生呼吸性堿中毒，機體通過迅速排出HCO3-、鉀、鈉達到降低血液pH值的作用，使血漿鉀和鈉濃度降低。本試驗中，與對照組相比，CA組和CR組血清鉀、鈉和鈣無顯著差異。原因可能是試驗期奶牛處于輕度熱應激，機體穩態調節機體離子利用率和吸收率，以保證正常的離子代謝。

4 結論

本試驗結果表明，添加丙酸鈣在后期顯著降低奶牛的呼吸頻率，且提高奶牛的產奶量，對血清肌酸激酶含量有下降的作用。和丙酸鉻添加組相比，不僅價格低廉，且對緩解奶牛熱應激作用顯著，可以作為防治奶牛熱應激的飼料添加劑。