錦江牛及西錦雜交牛的皮膚與汗腺特性

楊珍珍,李婷婷,曹錦承，顏培實

(南京農業大學動物科技學院, 江蘇 南京 210095)

錦江牛長期分布于贛西北，具有適應高溫高濕氣候、耐粗飼、抗病能力強等優點。西門塔爾牛具有耐寒、耐熱耐粗飼，體格大、生長快、產肉量高等優點[1],與我國地方品種牛雜交雜種優勢凸顯[2]。2008年7頭錦江牛抽樣為單一瘤牛血統[3],2019年11頭抽樣中2頭錦江牛父系屬于西門塔爾牛等歐洲牛特有Y2-102-158 Y染色體單倍型[4]。西錦雜交牛是否具有適應高溫高濕環境的特質值得探討。

皮膚是調節機體熱量和水分與周圍環境交換的重要器官之一[5]，由表皮、真皮和皮下組織組成。表皮是皮膚的最外層，與汗液和皮脂組成的皮脂膜相連，在保護皮膚方面起著重要作用[6]。汗腺和皮脂腺在被皮系統中起著重要的作用，高溫時，汗腺可分泌汗液，參與體溫調節，維持體溫恒定[7]。皮脂腺可分泌皮脂，和汗液一起在皮膚表面形成皮脂膜，來保持皮膚和被毛光滑濕潤和水分，抑制和殺滅皮膚表面細菌，進而維持皮膚屏障的完整性[6,8]。

夏季高溫高濕環境制約著南方肉牛業，解析南方地方品種肉牛皮膚蒸發散熱能力與汗腺、皮脂腺等皮膚組織形態特性之間的關系及其雜交后代是否具有雜種優勢，顯的尤為重要。故此，本試驗通過對錦江牛及其與西門塔爾雜交牛(西錦雜交牛)的汗腺、皮脂腺和皮膚厚度比較分析，尋找共同性，以揭示錦江牛和西錦雜交牛耐熱性能，為南方瘤牛及其雜交利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗動物及組織樣品

從江西高安裕豐農牧有限公司選取成年健康且體重相近(380±10)kg錦江牛和西錦雜交牛的公牛各4頭，于2018年11月底采樣頸部放血處死后，立即采集頸部、肩部、背部、腹部、臀部、 腿部皮膚樣品，使用Model 91511型游標卡尺對各部位的皮膚厚度進行測量，并將其放入4%多聚甲醛溶液中固定2周以上。同時，對皮膚樣品進行常規步驟脫水透明，低溫石蠟包埋，各取10個上述組織塊分別制成橫切 (平行于表皮的方向)和縱切(垂直于表皮的方向)，切片厚度均為5 μm，并采用蘇木精-伊紅染色法(HE)、過碘酸-雪夫(PAS)和阿利新藍-過碘酸-雪夫(AB-PAS)法對石蠟切片進行染色，使用Eclipse80i正置熒光顯微鏡觀察并攝片，用Image Proplus 6.0圖像分析軟件對切片各種形態參數進行測量及處理。

1.2 數據測量及分析

1.2.1 汗腺和皮脂腺的密度

在100倍顯微鏡下，取該視野內0.009 cm2范圍面積，對所有的汗腺和皮脂腺進行計數，然后取均值，最后換算為每平方厘米汗腺和皮脂腺的個數，即密度[9]。

1.2.2 汗腺和皮脂腺的直徑、長度和位于皮膚的深度

分別從頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部選取完整的汗腺和皮脂腺各100 個，用Image Proplus 6.0圖像分析軟件在40 倍顯微鏡下進行以下數據測量，每個值測量3 次求均值[8]。

1.2.3 汗腺的直徑和長度

按文獻[8]的方法測量汗腺分泌部直徑和長度。汗腺分泌部可近似看作圓柱，故用圓柱公式:V=π(D/2)2L×10-6來計算汗腺體積的大小，其中V為汗腺分泌部的體積，D為汗腺分泌部的直徑，L為汗腺分泌部的長度。

1.2.4 汗腺形狀的判斷

根據Mcewan等(1968)方法計算汗腺分泌部長度與直徑的比值(即L/D)，通過L/D判斷汗腺的形狀，若比值在8～12之間，則汗腺為管狀腺；若比值小于8，則汗腺為袋狀腺。

1.2.5 皮脂腺直徑和長度

按照文獻[10-12]的方法測量皮脂腺導管部直徑和導管長度，分泌部直徑和分泌部長度。

1.2.6 汗腺和皮脂腺位于皮膚內的深度

測量表皮到汗腺和皮脂腺開口于毛囊處的垂直距離，即為其位于皮膚內的深度。

1.2.7 PAS和AB-PAS的染色結果判斷

PAS染色：若胞質呈紅色，為陽性反應，說明胞質中有糖原；若胞質呈無色，為陰性反應，說明胞質中無糖原。

AB-PAS染色：酸性黏液物質呈藍色，中性黏液物質呈紅色，中性和酸性的混合性黏液物質呈藍紫色[12]。

1.3 數據統計與分析

運用SPSS 20.0軟件，對兩品種數據分別進行一般線性模型分析法中Duncan多重比較和交互作用分析，P<0.05視為差異顯著，P<0.01視為存在交互作用，數據以“平均值±標準誤”表示，并對兩品種數據進行雙變量相關分析，結果計為pearson相關系數。

2 結果

2.1 西錦雜交牛和錦江牛各部位皮膚厚度

如表1所示，錦江牛皮膚較厚，且品種與部位具交互作用(P<0.01)，錦江牛頸、肩、腹和臀部的皮膚顯著厚于西錦雜交牛(P<0.05)，背部和腿部的皮膚厚度兩品種間差異不顯著。錦江牛表皮較厚，品種與部位對表皮厚度亦存在交互作用(P<0.01)，錦江牛背部和臀部表皮厚度大于西錦雜交牛，腹部低于西錦雜交牛(P<0.05)，頸、肩和腿部的表皮厚度兩品種間無顯著差異。

表1 皮膚厚度和表皮厚度測量結果

2.2 汗腺和皮脂腺的形態學特征

如圖1所示，西錦雜交牛和錦江牛各部位汗腺形狀相似，均屬于頂漿分泌囊狀腺(長度/直徑的值均小于8 μm)。汗腺由導管部和分泌部組成，位于真皮乳頭層，導管部穿過皮脂腺腺體，開口于毛囊上部。汗腺的導管部不分支, 為細長的管腔,導管部比分泌部著色深,但管腔特別窄，汗腺的分泌部為導管部膨大，繼續向真皮乳頭層深部延伸，形成的囊狀結構，多數汗腺的橫切面僅觀察到1個分泌部管腔。成年西錦雜交牛和錦江牛各部位皮脂腺形態特征相似，屬于全漿分泌型腺體，外觀為葡萄狀、多葉且分支的泡狀腺，位于毛囊和立毛肌之間，由分泌部和導管部組成，導管部短小，分泌部為腺泡，開口于毛囊上部。

SE. 皮脂腺；SEG. 皮脂腺分泌部；a.皮脂腺導管部；SW. 汗腺；SWD. 汗腺導管部；SSW. 汗腺分泌部；HF. 毛囊；EP. 表皮；DE. 真皮層。下同

2.3 汗腺和皮脂腺含糖原狀態和分泌物性質

如圖2所示，PAS染色和AB-PAS染色，結果均呈現藍紫色，表明汗腺腺細胞質和皮脂腺腺細胞中無糖原，且其分泌物為中性和酸性的混合物。

圖2 PAS和AB-PAS染色結果

2.4 汗腺密度、大小和深度

西錦雜交牛和錦江牛的汗腺密度、大小和深度如表2所示。錦江牛汗腺深度較深,汗腺部位則以腹部厚背臀部薄(P<0.01)為特色。西錦雜交牛汗腺密度較大，且品種與部位互作顯著(P<0.01)，西錦雜交牛頸部、肩部、腹部和腿部的汗腺密度顯著高于錦江牛(P<0.05)。西錦雜交牛的汗腺分泌直徑較大，兩品種臀部均較大，且品種與部位存在互作作用(P<0.01)，西錦雜交牛頸部、肩部、腹部和腿部的汗腺分泌直徑顯著大于錦江牛(P<0.05)，在臀和背部無顯著差異。西錦雜交牛的汗腺分泌管較長，就部位而言，以腿部較為長，且品種與部位有交互作用(P<0.01)，雜交牛在肩、背和腿部較長(P<0.05)而頸部、腹部和臀部兩品種之間差異不顯著。汗腺分泌長度/直徑品種與部位間具交互作用(P<0.01)，錦江牛頸部和腹部顯著高于西錦雜交牛，肩部和背部較低(P<0.05)。錦江牛臀部汗腺體積較大(P<0.05)，臀部其他指標與雜交牛無差異；西錦雜交牛肩部、腹部和腿部汗腺體積顯著大于錦江牛(P<0.05)，在肩部和腿部的汗腺密度，分泌直徑和分泌管長度上也具有優勢。

表2 汗腺的測量結果

2.5 皮脂腺密度、大小和深度

西錦雜交牛和錦江牛的皮脂腺密度、大小和深度如表3所示。錦江牛皮脂腺深度較深，部位以腹部深而臀部較淺為特點(P<0.01)。西錦雜交牛皮脂腺密度較大，且品種與部位具有交互作用(P<0.01)，錦江牛頸和肩部的皮脂腺密度小于西錦雜交牛，但臀部較大(P<0.05)。錦江牛皮脂腺導管直徑較大，且品種與部位具有交互作用(P<0.01)，西錦雜交牛頸部和腹部顯著小于錦江牛(P<0.05)。錦江牛皮脂腺導管較長，且品種與部位具有交互作用(P<0.01)，背部和腹部錦江牛較長，肩部更短(P<0.05)。錦江牛皮脂腺分泌直徑大且長，品種與部位交互作用顯著(P<0.01)，錦江牛頸部皮脂腺分泌直徑大，頸部和腹部的皮脂腺分泌長度更長(P<0.05)，其他部位差異不顯著。可見錦江牛皮脂腺深度深，腺體直徑與長度優勢在頸部和腹部顯現較為發達。

表3 皮脂腺的測量結果

2.6 汗腺與皮脂腺指標的相關分析

西錦雜交牛的汗腺與皮脂腺指標的相關分析結果如表4所示。西錦雜交牛的汗腺體積與其分泌腺的直徑和長度呈強正相關(P<0.01)，與其深度呈強負相關(P<0.01)，汗腺密度與汗腺其他指標無相關，汗腺密度與皮脂腺密度呈強正相關(P<0.01)，與皮脂腺導管直徑、分泌直徑和分泌長度呈強負相關(P<0.01)，汗腺體積與皮脂腺分泌長度呈強正相關(P<0.01)，汗腺深度與皮脂腺深度呈強正相關(P<0.01)。

表4 西錦雜交牛汗腺和皮脂腺相關性分析

錦江牛汗腺與皮脂腺相關分析結果如表5所示。錦江牛汗腺體積與其分泌腺直徑和長度呈強正相關(P<0.01)，與其深度呈強負相關(P<0.01)，汗腺密度與汗腺與皮質腺諸指標無相關。汗腺深度與皮脂腺深度呈弱正相關，兩者均與皮脂腺導管直徑和長度呈正相關(P<0.01)，汗腺分泌直徑和體積與皮脂腺分泌直徑呈強正相關(P<0.01)，與皮脂腺深度呈弱負相關(P<0.05)。可見，西錦雜交牛汗腺和皮脂腺的密度具有相同變化趨勢，密度大則皮脂腺腺體與導管會減少。錦江牛汗腺與皮脂腺的腺體呈相同趨勢，汗腺與皮質腺深度增加則以增加導管長度與直徑相適應。

表5 錦江牛汗腺和皮脂腺各指標的相關分析

3 討論

3.1 錦江牛皮膚厚度與適應性

紫外線可以進入皮膚表層,適量的紫外線對健康有益，但過多則會造成皮膚損傷，黑色素含量高吸收更多的紫外線[13-14]。表皮越厚越更具吸收紫外線，保護皮膚及其附屬器官的功能[15]。2歲以上的瘤牛，其表皮厚度最高達70 μm[16]，本研究錦江牛及西錦雜交后代的頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的平均表皮厚度分別為198 μm和193 μm遠遠大于瘤牛，錦江牛背部和臀部表皮比西錦雜交后代的更厚，雜交牛腹部較厚，錦江牛及西錦雜交后代皮膚均具有較強的免受紫外線損傷能力，西錦雜交牛腹部表皮厚度具有雜交優勢。2歲以上的瘤牛皮膚厚度最高可達8.15 mm，本研究中，錦江牛頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的平均皮膚厚度為10.57 mm大于瘤牛，而西錦雜交牛平均皮膚厚度為8.68 mm且與瘤牛相似。牛皮膚在長期的種族演化過程中形成了背側厚、腹側薄,外側厚、內側薄這一特定的規律[15]。在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代基本符合這一特點，但腹部皮膚要厚于背部，且這一特征雖與3歲延邊牛相似(腹部6.7 mm；背部4.1 mm)[16]，但就絕對值而言，遠遠大于延邊牛。錦江牛的頸臀肩腹部皮膚厚度較比雜交牛更厚，由于汗腺主要在真皮層中，因表皮較薄，且汗腺深度在錦江牛及西錦雜交牛間無差異，兩品種真皮組織的汗腺與皮脂腺組織特性成為評價其體溫調節能力關鍵。

3.2 錦江牛汗腺和皮脂腺的適應性

在25 ℃環境溫度時，婆羅門牛、短角牛和婆羅門 × 短角牛，三者蒸發散熱量均占總散熱量的35%～45%，而當環境溫度越接近皮膚溫度時，婆羅門牛、婆羅門 × 短角牛的蒸發散熱量高達75%，而短角牛僅占50%[17]，由此可見隨環境溫度升高，婆羅門牛皮膚蒸發散熱能力增強，且相較于普通牛、瘤牛及其雜交后代皮膚蒸發散熱能力適應環境溫度變化能力更強。在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代也具有瘤牛血統，其特征值得探討。發汗是指汗腺分泌汗液的過程，溫度升高，汗液分泌能力增強，汗液蒸發帶走大量體熱，且出汗能力與汗腺腺體體積成正向關系，相關研究證實了這一特點[18]。相關研究也表明，相較于成年牦牛囊狀似單管狀汗腺[11]，瘤牛袋狀汗腺不僅體積大且較為發達，其較強的汗液蒸發散熱能力，與其皮膚中數量多、體積大且距離皮膚表皮較淺的汗腺密不可分[19]。2歲以上瘤牛的汗腺深度最高達756 μm，密度約為1 508個/cm2，體積約為23.10×10-6μm3，而2歲以上普通牛汗腺深度約為896 μm，密度最高達1 005個/cm2，體積約為0.51×10-6μm3[20]。在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代的汗腺均為頂漿分泌袋狀腺且均與瘤牛相似，然而，錦江牛和西錦雜交牛頸部、肩部、背部、腹部、臀部和腿部的汗腺平均深度、密度和體積均大于瘤牛，由此可推測，錦江牛及西錦雜交后代的汗腺均較為發達，賦予其皮膚較強的蒸發散熱能力。婆閩牛背部、腹部和臀部的汗腺密度和體積存在差異，背部汗腺密度較高，但汗腺體積要小于腹部和臀部[21]，普通牛和瘤牛的蒸發散熱率最高的部位均是背部和背中兩側，其次是頸部和大腿外側，最低的部位是腹部[22]。在本研究中，汗腺的部位特點：錦江牛及西錦雜交后代的頸、肩、背、腹部的汗腺深度深，西錦雜交牛頸部和肩部汗腺密度最大，兩品種汗腺分泌直徑、長度和汗腺體積臀部和腿部為大，且西錦雜交牛在汗腺直徑和長度更具有優勢。可見，錦江牛與西錦牛雜交，可以增加頸肩部汗腺密度，也可以增加臀腿部汗腺體積，以適應高溫高濕環境，具有突出的交優勢，遠超歐洲普通牛。

瘤牛皮脂腺不僅發達，且從結構上形似葡萄[19]。在本研究中，錦江牛及其與西門塔爾雜交后代的皮脂腺與瘤牛相似，外觀形態均如葡萄。與此同時，皮脂腺分泌飽和與不飽和脂肪酸、甘油三酯、角鯊烯、蠟質等[23]，能貫穿皮膚角質層，改變皮膚角質層結構排列，增加其滲透率[24]，進一步潤滑被毛，增加被毛光澤。同時，進一步研究表明，短且光澤的被毛在反射太陽熱輻射能方面要強于蓬松且無光澤的被毛[13]，在本研究中，錦江牛及西錦雜交后代的被毛與瘤牛相似，均具有短且光澤的特征，這與其皮膚中較為發達的皮脂腺存在極大的關系，這也是錦江牛及西錦雜交后代能耐南方夏季強太陽熱輻射的重要原因之一。馬屬類具有極強的發汗能力，以適應其在高強度奔跑運動中快速蒸發散熱，以維持機體熱平衡，同時其不僅具有發達的汗腺，皮脂腺也較為發達[25]。成年牦牛的背部皮脂腺密度2 378個/cm2、導管長度104.9 μm和分泌直徑214 μm，均要大于腹部(皮脂腺密度1 941個/cm2、導管長度79.3 μm、分泌直徑181.1 μm)[11]，錦江牛及西錦雜交后代背部皮脂腺密度和大小亦大于腹部，同時，牦牛背部汗腺深度(334 μm)要淺于腹部(411 μm)但背部汗腺體積(4.79×10-6μm3)要大于腹部(3.84×10-6μm3)[13]，錦江牛及西錦雜交后代，雖呈現腹部汗腺深度深現象，但錦江牛背部汗腺密度更大，腹部汗腺長度/直徑比更大。錦江牛及西錦雜交后代的頸、肩部皮脂腺和汗腺密度均要高于其他部位，由此可見，錦江牛及西錦雜交后代的頸、肩和背部皮脂腺和汗腺發達程度較高，錦江牛頸、肩、腹和臀部的皮膚顯著厚于西錦雜交牛，汗腺與皮脂腺深度深，為汗腺與皮脂腺留有空間，汗腺密度與汗腺和皮脂腺的其他指標均無關系，汗腺和皮脂深度增加，以增加皮質腺導管長度和直徑相適應。而在西錦雜交牛則有汗腺與皮質腺密度增加，汗腺和皮脂腺腺體減少傾向。當氣候炎熱干燥時，汗液中的乳酸會與皮脂腺分泌的皮脂中的脂肪酸形成乳狀脂膜，形成防水膜包覆在皮膚表面，防止皮膚角質層內水分的過度蒸發[26-27]，這對于保持機體在干熱的氣候條件下皮膚正常的生命活動具有很大的意義。3歲以上延邊牛的皮脂腺深度約為372 μm，密度約為1 466個/cm2，分泌部直徑約為163 μm[28-29]，本研究中錦江牛及西錦雜交后代各部位皮脂腺的平均深度、密度和分泌直徑均大于延邊牛。可見，相較于延邊牛，錦江牛及西錦雜交后代皮脂腺較為發達，這更有助于其在炎熱干燥時，維持皮膚保水水分。

4 結論

綜上所述，錦江牛和西錦雜交后代在皮膚耐熱性方面表現出了一定的遺傳特性，并且個別部位的蒸發散熱能力表現出一定的雜種優勢。錦江牛頸、肩、腹和臀部的皮膚顯著厚于西錦雜交牛，汗腺與皮脂腺深度深，為汗腺與皮脂腺留有空間，汗腺密度與汗腺、皮脂腺的其他指標均無關系，汗腺和皮脂深度增加，以增加皮質腺導管長度和直徑相適應的特色。

致謝：感謝江西高安裕豐農牧公司對試驗提供幫助。