熱應激對放牧肉牛免疫功能和抗氧化能力的影響

格日樂其木格

（內蒙古自治區赤峰市阿魯科爾沁旗農牧局，內蒙古 赤峰 025550）

研究發現，夏季高溫高濕環境與冬、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顯著降低，而且會使奶牛的疾病發生率上升[1]。熱應激會降低奶牛的采食量，這一過程通過環境高溫刺激下丘腦的食欲控制中心，使奶牛產生反胃、瘤胃收縮、降低胃腸蠕動抑制奶牛食欲，但是奶牛日常的能量需求不會降低。所以為了滿足奶牛的能量需求，奶牛體內的能量儲備會被分解，并通過活性氧（ROS）的含量和抗氧化的狀態反映出來[2]。肉牛正常的體溫范圍為38.5～39.5℃，維持機體體溫恒定是通過機體散熱和產熱保持動態平衡來實現的。飼養肉牛適宜的溫度一般在10～25℃，而肉牛生長的最佳溫度范圍是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生熱應激[3]。環境高溫刺激引起的熱應激根據熱應激持續時間長短可分為急性熱應激和慢性熱應激兩種，根據畜牧業的實際情況進行判斷，主要是通過季節變化引起動物飼養環境產生高溫，而且高溫持續時間較長，這樣的熱應激屬于慢性熱應激[4]。目前對于如何改善放牧肉牛熱應激的研究主要集中在選擇最佳的放牧時間、采用緩解熱應激的營養添加劑以及增加噴淋設施等方面。

牛屬于恒溫動物，在高溫高濕地區極易出現熱應激，這會導致其生產性能下降及對營養物質的消化率下降，從而給畜牧業帶來重大損失。奶牛在30℃的環境中生存7 d，產奶量大約降低10%；在大于等于35℃的環境中生存35 d以上時，產奶量降低33%[5]。所以，熱應激會對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激狀態最重要的生理指標。牛在非熱應激狀態下的呼吸頻率和直腸溫度分別是12～16次/min和37.5～39.5℃，并且它們和熱應激的程度成正比。如果環境溫度超過室溫，牛的呼吸頻率升高到50～60次/min；當環境溫度持續升高到32℃時，牛的呼吸頻率升高到100次/min[6]。熱應激對于奶牛的影響已經超越了環境、管理以及營養等因素，成為了影響奶牛生產最主要的因素。雖然在肉牛生產中熱應激的影響沒有在奶牛生產中明顯，但是熱應激對肉牛生產的負面影響也是不可忽視的。當環境溫度每高于THI熱閾值1℃時，肉牛及奶牛的死亡風險分別是4.6%和5.6%[7]。所以通過研究熱應激對肉牛免疫功能和抗氧化能力的影響來制定相關防治措施，降低熱應激對畜牧業的危害，是促進我國畜牧業健康快速發展的重要措施。因此，研究熱應激對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 試驗設計

本試驗選取10頭在同一天然草場自然放牧、自由飲水、體況相近的健康西門塔爾母牛。試驗分為熱應激期 （夏季試驗期：2019年6月15日～7月15日）和非應激期（秋季試驗期：2019年8月15日～9月15日）兩個階段進行。

1.2 綜合指數（CCI）測定

本次試驗是以在天然草場全年放牧的西門塔爾母牛為研究對象，所測的環境指標為草場自然環境中的溫度和相對濕度。試驗期間，每天 8∶00、14∶00 和 20∶00時測定放牧草場的溫度、相對濕度和風速，記錄日照時間，并根據綜合指數（CCI）計算公式計算牧場的綜合指數,公式為CCI=T+RH+WS+RAD。式中：T為環境溫度，RH為環境濕度校正數，WS為風速校正數，RAD為輻射校正數。

1.3 血清制備和血液生化指標測定

在各試驗期最后一天清晨出牧前，對每頭試驗牛進行頸靜脈采血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，帶回實驗室于-20℃冰箱中保存，供血清生化指標的測定。總抗氧化能力、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、丙二醛以及免疫球蛋白測定試劑盒均購自南京建成生物工程研究所，測定過程均嚴格按照試劑盒說明書進行操作。

1.4 統計分析

試驗數據由 Excel 2010進行初步處理后，采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析 （one-way ANOVA），并進行顯著性檢驗，以 P＜0.05為差異顯著性標準，結果均以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

通過表1可知,本試驗在夏季試驗期，環境溫度最高達40.20℃，平均溫度達28.30℃，相對濕度最高可達到89.60%，平均相對濕度達到65.20%，CCI在夏季試驗期間平均達到29.81，這表明放牧的西門塔爾母牛在夏季試驗期處在熱應激狀態中。秋季試驗期環境溫度最高達26.80℃，平均溫度達18.55℃，相對濕度最高達78.20%，平均相對濕度達51.30%，CCI秋季試驗期間平均達14.92。所以，通過這些數值可以判定，放牧的西門塔爾母牛在秋季處于非熱應激狀態。

表1 不同試驗期草場溫濕度及CCI

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

表2 不同季節西門塔爾母牛血清抗氧化指標測定結果

通過比較表3夏季和秋季放牧西門塔爾母牛的血清免疫指標結果可知，天然草場的熱應激使放牧西門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，但不顯著（P＞0.05）。

表3 不同季節西門塔爾母牛血清免疫指標測定結果

3 討論

3.1 不同季節草場溫濕度及CCI對放牧西門塔爾母牛的影響

動物自身產熱、空氣對流、環境溫度以及濕度等諸多因素都會引起西門塔爾母牛熱應激，而且諸多因素中環境溫度和濕度是造成熱應激最主要的因素。CCI通過將環境溫度、濕度、日照時間以及風速來對放牧肉牛是否遭受熱應激進行判斷，大多數情況下認為CCI＞25時會使放牧肉牛遭受熱應激，而奶牛能夠適應溫度的范圍為-0.5～20℃[8]。本試驗結果顯示，在夏季試驗期的平均溫度為28.30℃，平均CCI為29.81，所以放牧西門塔爾母牛在夏季試驗期處于熱應激狀態，而秋季試驗期的平均溫度為18.55，平均CCI為14.92，所以放牧西門塔爾母牛在秋季試驗期處于非熱應激狀態。

3.2 冷應激對放牧西門塔爾母牛抗氧化指標的影響

T-AOC的含量代表在體液和血液中存在的總抗氧化劑，T-AOC也可以反映奶牛機體對外界刺激的補償能力，熱應激會使奶牛的T-AOC和AOD含量下降，這樣會導致脂質過氧化水平上升，從而導致奶牛的氧化應激，而SOD是一種主要的抗氧化酶，其可以清除奶牛機體內的超氧陰離子自由基，從而達到緩解熱應激的作用[9]。熱應激對動物機體的生物膜造成破壞，也會對蛋白質及核酸等生物大分子造成損傷，這會導致動物的代謝功能發生紊亂，其抗氧化能力下降，所以機體需要消耗大量抗氧化酶對過多自由基進行清除[10]。抗氧化酶系統在動物機體內不斷地清除自由基，所以動物機體內只有抗氧化酶含量處于動態平衡中，才能達到保護動物機體正常生長代謝而免受氧化應激損傷的危害。如果動物機體產生的自由基不能被及時清除，則自由基會被大量堆積，對細胞的結構和功能造成破壞，使生物膜中不飽和脂類進行過氧過程，其最終的氧化產物為MDA，所以MDA的含量可以反映動物氧化應激的程度[11]。在夏季的熱應激期，SOD的含量增加會引起H2O2的增加，但是ROS保護作用只有通過CAT和GSH-Px的協同作用來實現。通過比較夏季和冬季的TAC、SOD、CAT和GPX含量，發現抗氧化酶在夏季的含量顯著高于冬季，造成這一結果的原因可能為熱應激導致自由基含量增加，尤其是超氧陰離子的含量，雜交牛熱應激期間的抗氧化能力降低，會對動物機體造成損傷[12]。研究表明，當山羊產生熱應激時，山羊血清中的GSH-Px和SOD等抗氧化酶含量會顯著降低，而MDA的含量會增加[13]。通過對肉牛的研究也發現，肉牛血清中抗氧化酶的含量夏季極顯著地低于春季[14]。本試驗發現，熱應激會使放牧西門塔爾母牛血清中MDA的含量相較于非應激期顯著升高，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，但不顯著。熱應激會導致動物機體產生的自由基數量增多，所以為了清除動物體內過多的自由基，放牧西門塔爾母牛血清中的GSH-Px以及SOD被大量消耗，但這會使動物機體組織的脂質過氧化加快，從而導致脂質過氧化總產物MDA含量顯著升高，進而導致T-AOC顯著降低。因此，放牧西門塔爾母牛的氧化應激平衡被打破，所以放牧西門塔爾母牛在熱應激中會受到氧化應激損傷。

3.3 熱應激對放牧西門塔爾母牛免疫指標的影響

免疫球蛋白的主要作用是參與動物體內的體液免疫，在體液免疫中負責參與保護性免疫應答以及維持自身的穩定。免疫球蛋白在血清中含量的高低可以用作評價動物機體免疫狀況的指標，同時也反映了動物免疫功能的強弱[15]。動物的免疫系統對環境變化有較強的適應能力，因此環境溫度升高使免疫系統遭受熱應激之后，環境溫度相對處于平衡狀態，則免疫系統會對熱應激產生適應，免疫系統會處于一個新的平衡狀態[16]。但是動物自身免疫系統的自我調節是有一定限度的，若超出自身的調節限度則會產生應激。當動物遭受抗原刺激時，動物機體產生免疫球蛋白來消除抗原的球蛋白，其產生的免疫球蛋白IgA、IgG、IgM在動物機體特異性免疫過程中發揮了重要作用[17]。動物機體黏膜防御感染的主要物質是IgA，其約占血清免疫球蛋白的10%～20%，所以IgA對于動物機體免疫作用相對較弱，但IgA能夠與周圍的細胞組成局部的免疫系統[18]。動物機體的免疫防御反應需要IgG的參與，IgG同時也是免疫球蛋白的主要組成部分，而且也是動物機體免疫系統中的重要組成部分，在抗原抗體的反應過程中，IgM是最早產生的抗體，同時也是動物機體體液免疫應答中的主要介質[19]。無論山羊處于熱應激狀態的時間長短，都會使血清中的IgA、IgG以及IgM含量顯著下降，說明山羊在熱應激中免疫功能遭到抑制，從而使其體液免疫遭到破壞。研究發現，熱應激會使免疫球蛋白IgA、IgG和IgM的含量顯著降低[20]。本試驗表明，放牧西門塔爾母牛在熱應激期間免疫球蛋白IgA、IgG含量極顯著下降，IgM有下降的趨勢但不顯著，可能是因為IgM最先參與體液免疫，所以其在熱應激時會被最先消耗，而動物機體通過自身調節機制會使IgM大量產生，所以造成其下降不顯著。

4 結論

熱應激通過使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與非應激期相比差異不顯著，IgA和IgG極顯著地降低，IgM與非應激期相比差異不顯著，從而使放牧西門塔爾母牛的免疫功能和抗氧化能力下降，進而對放牧西門塔爾母牛機體造成一定的損傷。