環境溫濕度對種公牛健康及精液品質的影響

鐘代彬，張海濤，王 瑾，朱子岳

（1.北京奶牛中心，北京 100192；2.奶牛遺傳育種與繁殖北京市重點實驗室，北京 100192；3.農業農村部奶牛遺傳育種與繁殖重點實驗室，北京 100192；4.北京市延慶區動物疫病預防控制中心，北京 102100）

遺傳因素、飼養管理、營養水平及環境因素等均會對公牛精液品質產生影響，其中環境熱應激對健康及精液品質的影響較大。熱應激是指機體受到超過自身體溫調節能力的過高溫度刺激時產生的非特異性應答反應的總和，可由溫度、相對濕度、太陽輻射和空氣流動等多種環境因素引起。隨著全球性氣溫升高和畜牧業規模化、集約化發展，熱應激對養殖業的影響越來越受到重視。夏季熱應激可導致種公畜精液質量下降，繁殖性能降低[1-2]。近年來國內外對熱應激開展了較多研究，并用溫濕度指數（Temperature-Humidity Index，THI）來衡量畜禽受環境溫濕度影響的熱應激程度[3]。童津津等[4]研究發現在熱應激期間THI 與乳脂率、乳蛋白率存在極顯著負相關。Llamas-Luce?o 等[5]研究發現THI 偏高時，乳用公牛精子活力降低，囊胚發育減少。劉深賀等[6]探討了THI 對不同品種水牛直腸溫度和呼吸頻率的影響。目前，有關環境溫濕度變化對種公牛繁殖性能持續影響的報道較少。本研究連續觀測記錄一年圈舍溫濕度、公牛發病及精液質量變化，分析溫濕度變化對種公牛健康狀況及繁殖性能的影響，以期優化熱應激期間種公牛飼養管理和凍精生產流程。

1 材料與方法

1.1 試驗動物 選擇年齡2～6 歲，健康狀況良好的荷斯坦公牛96 頭，正常采精。期間飼養管理水平恒定。

1.2 儀器設備 試驗儀器包括分析天平（型號為PB203-N，瑞士Metterler-Toledo 公司）、精子密度儀（型號為AccuCell，法國卡蘇公司）、稀釋儀（型號為Microlab 500，瑞士Hamilton 公司）、相差顯微鏡（型號為BX43 F，日本Olympus 公司）、電視顯微顯示系統（型號為ZEISS-Axiostar，德國ZEISS 公司）。

1.3 飼養環境 半開放式圈舍，長寬為110 m×11 m，長軸為東西走向，墻體為磚混結構，屋頂為拱形鋼架構彩鋼保溫夾芯板。北墻上有窗戶，下設通風道，夏季開窗通風、冬季關閉。圈舍直接與運動場相通。牛只單欄飼養，活動面積為80 m2。夏季采用風扇加噴淋進行降溫。風扇和噴淋設施位于牛只后上方。

1.4 觀測記錄 環境溫度、濕度記錄時間為2020 年1—12 月，每日08:00、14:00 及20:00 進行觀測記錄。測定位點為飼養通道離地面1.5 m 高度處，每個圈舍設置6 個不同的測量位置（圖1）。連續對牛群健康狀況、發病情況進行詳細記錄。

圖1 圈舍平面圖及測量位點

THI 根據平均溫度和平均相對濕度計算而得。本試驗采用Ingraham[7]建立的公式：

THI（%）=（1.8×溫度+32）-（0.55-0.55×相對濕度）×（1.8×溫度-26）

1.5 季節劃分 按氣象劃分法，春季為3—5 月、夏季為6—8 月、秋季為9—11 月、冬季為12 月、1—2 月）。

1.6 采精及質量檢測 采用假陰道采精法采集精液，每周采精2 d，每天2 次，兩次采精間隔1 h。按國家標準《牛冷凍精液》（GB 4143-2008）對精液劑量、活力、密度、畸形率等進行檢測，常規方法制作凍精并檢查凍后活力。

1.6.1 劑量 精液量采用稱重法獲取。電子天平稱重獲得精液質量（g），精子比重設定為1.040，質量除以比重即為精液體積（mL）。

1.6.2 活力 采用目測法，取原精8 μL 于載玻片上，蓋上蓋玻片，置于38℃有恒溫板的相差顯微鏡及電視顯微可視系統上，觀察直線前進運動精子數占總精子數的百分率。

1.6.3 密度 取40 μL 原精，加3 960 μL 稀釋液，稀釋后采用全自動密度儀測定密度。

1.6.4 畸形率 精子畸形率采用濕片檢查法，每個樣品制作2 個抹片，通過相差顯微鏡及電視顯微可視系統檢查。

1.7 統計分析 試驗數據以平均值±標準差形式表示，采用Excel 2007 進行數據整理、計算，并針對每個季節的發病情況作卡方獨立性檢驗，繁殖性能和環境指標之間的關系采用SAS 9.2 進行簡單相關性分析。

2 結果與分析

2.1 圈舍平均溫度、相對濕度與THI 的變化 結果顯示，全年圈舍平均氣溫11.2℃，單日最低氣溫出現在1 月，為-18.3℃，當月平均氣溫為-3.6℃，隨后逐月升高；單日最高氣溫在8 月，為33℃，當月平均氣溫24.6℃，隨后逐月降低。6—9 月，環境最高氣溫超過25℃的天數分別有16、26、22、6 d。THI 從1 月開始逐月上升，6 月接近70%，7、8 月分別高達73.37%和72.37%，當氣溫33℃時THI 為81.11%，隨后開始逐月下降（圖2）。

圖2 1—12 月圈舍溫度、相對濕度及THI 變化趨勢

2.2 5—9 月早、中、晚圈舍THI 由圖3 可見，中午THI 偏高，早晚相對較低；6—8 月14:00 及7 月20:00的THI 均超過72，處于熱應激狀態。

圖3 5—9 月早、中、晚溫度、相對濕度及THI

2.3 環境溫濕度與種公牛健康的關系 由圖4 可見，秋季的肢蹄病（P＜0.05）、腹瀉（P＜0.01）高于其他季節；而食欲不振、寄生蟲病在各季節間發病差異不顯著，但寄生蟲病在春、冬兩季發病率較高。

圖4 不同季節種公牛疾病發生情況

2.4 不同季節對精液品質的影響 從表1 可見，季節對平均采精量、精子密度影響不顯著，其中精子密度在6 月達到最高值（12.23 億/mL）后逐漸下降，9 月最低9.43 億/mL，下降22.9%，但各季節間差異不顯著。原精活力從5 月以后呈下降趨勢，9 月降到最低后回升，下降趨勢與環境溫濕度5 月開始逐漸升高相符，夏季與春、冬季相比下降顯著；夏季畸形率最高，顯著高于冬季；凍精活力與原精活力變化趨勢一致，夏季最低、冬季最高，夏季極顯著低于春、冬季。

表1 不同季節對種公牛精液品質的影響

2.5 溫濕度、THI 與精液品質相關性 為了進一步分析溫濕度、THI 與精液品質的相關關系，包括延遲影響，作了相關系數條形圖（圖5—7）。

環境溫度對精液品質的影響見圖5，其中采精量與采精前1—2 月的環境溫度有顯著的相關關系（P＜0.05，R=0.452）；原精活力、精子密度與環境溫度呈負相關，但不顯著；平均畸形率與采精當月和采精前1 個月的環境溫度有極顯著相關關系（P＜0.01，R=0.886），與采精前2 個月的環境溫度關系顯著（P＜0.05，R=0.467）；凍精活力與采精當月和采精前1 個月的環境溫度有極顯著負相關關系（P＜0.01，R=-0.875；P＜0.01，R=-0.862），與采精前2 個月的環境溫度顯著負相關（P＜0.05，R=-0.438）。

圖5 精液品質各指標與環境溫度相關系數條形圖

由圖6 可見，相對濕度對精液品質有一定的延遲影響，采精量與采精前1—2 月的相對濕度有顯著的相關關系（P＜0.05，R=0.469）；原精活力與相對濕度相關性不顯著；精子密度與采精前2 個月的相對濕度有顯著的負相關關系（P＜0.05，R=-0.420）；平均畸形率與采精當月的相對濕度有顯著相關關系（P＜0.05，R=0.426）；凍精活力與采精當月、采精前1 個月相對濕度分別有顯著、極顯著負相關關系（P＜0.05，R=-0.458；P＜0.01，R=-0.836）。

圖6 精液品質各指標與環境相對濕度相關系數條形圖

由圖7 可看出，THI 對精液品質有一定的延遲影響，其結果與環境溫度一致。

圖7 精液品質各指標與THI 相關系數條形圖

3 討 論

THI 作為溫熱環境的綜合指標,被廣泛用于評估動物熱應激風險的程度，其計算公式有多種，本試驗記錄的濕度為相對濕度，因此采用了Ingraham 建立的公式。通常條件下圈舍內空氣中的水汽含量大于舍外大氣的水汽含量。夏季高溫加上圈舍潮濕的環境極易造成熱應激。一般認為種公牛最適宜的溫度為8～16℃，公牛對高溫高濕環境較為敏感，當圈舍溫度過高超過其體溫調節能力時會發生熱應激，公牛食欲減退，呼吸頻率增加，機體新陳代謝加快，免疫力下降，易引發各種疾病。本研究發現，秋季肢蹄病、腹瀉發病率高于其他季節，可能與季節交替，晝夜溫度、濕度變化大，機體易受外界環境刺激有關，而春冬兩季寄生蟲病發病率較高，可能與氣溫低，圈舍鋪墊褥草有關。

環境溫濕度除了影響種公牛健康外，對精液品質也有較大的影響。公牛睪丸和陰囊有其自身調節機制以保護精子的正常發育，但夏季環境持續高溫時，陰囊皮溫及睪丸溫度隨之升高，致其失去熱調節能力，睪丸溫度高于36℃時可引起生殖上皮細胞變性，生精機能受損，生殖激素分泌異常，甚至造成不育。Wiersma 等[8]認為，當THI 高于72 時開始表現出熱應激癥狀。Maurya 等及Rao 等證實[9-10]高溫可抑制下丘腦-垂體-性腺軸影響生殖激素分泌。由于下丘腦分泌的促性腺激素釋放激素（GnRH）降低，導致垂體減少促卵泡素（FSH）和促黃體素（LH）的分泌，使睪丸間質的Leydig 細胞分泌的雄性激素睪酮下降，影響精子生成和成熟，造成精子畸形和死精數量增加，精液品質下降[11]。夏季活精子比例最低，春季和夏季有顯著差異，春季精子細胞膜完整性高，DNA 斷裂指數低[12]。Garcia-Oliveros 等[13]研究發現，公牛發生熱應激后7 d 精子畸形率增加，14 d后精子脂質過氧化增加，線粒體膜功能、精子活力和質膜完整性降低，21 d 后仍可觀察到熱應激效應，28 d 后觀察到精子DNA 碎片增加。認為精液發生了氧化應激反應，從而改變了線粒體功能、精子活力和質膜完整性。精子受到熱應激的損傷不可逆轉。有關熱應激影響動物繁殖機能的機理還有待進一步研究。

不同品種和年齡對熱應激的敏感度不一樣。張瑩等[14]研究發現，熱應激可造成西門塔爾種公牛精液品質顯著下降，精子活力在夏季顯著低于秋季，極顯著低于春季和冬季；精液密度夏季與秋、冬兩季差異顯著，極顯著低于春季，夏季頂體完整率和畸形率顯著高于其他季節。Felton 等[15]研究發現，春、冬季原精和凍精活力達標率高，且存在品種差異，肉牛品種的精液品質優于奶牛品種。安格斯公牛和荷斯坦公牛比印度牛品種更能抵抗熱應激的影響。Lamas-Luce?o 等[16]認為氣候條件不僅影響精液質量，還影響種公牛的繁殖性能，精子發生過程中THI 升高可降低精子對低溫的耐受性；秋季在精子生成時THI 升高，凍精解凍后3 h 精子活力顯著下降（14%～18%）；與采精相比，成年公牛在精子生成過程中對THI 更為敏感，對凍精質量的負影響高出3.8 倍。

本試驗表明，種公牛對低溫不敏感但對高溫敏感，夏季熱應激對繁殖性能影響較大，但試驗結果與上述報道不完全相同，可能與公牛品種、年齡不同有關，另外試驗公牛飼養地夏季相對涼爽，且采取了通風、噴淋等防暑降溫措施，一定程度上降低了熱應激的影響。本研究還發現，熱應激不僅影響當月的精液品質，而且具有一定的延后影響，與公牛生精周期45～60 d 基本一致。因此，夏季需要采取更有力的措施，通過精細化飼養管理，飼喂抗熱應激添加劑，加強機械通風和淋浴等措施，以提高牛只舒適度，降低熱應激對種公牛健康及繁殖性能的影響。

4 結 論

春季和冬季THI 最低，春、冬兩季種公牛的精液品質最佳，原精活力、凍精活力最高，畸形率最低。夏季THI 最高，其中6 月中午，7—8 月中午及晚上THI均超過72，種公牛處于熱應激狀態。熱應激使種公牛繁殖性能下降，且對精液品質的影響具有1—2 月的延遲作用。秋季肢蹄病、腹瀉病多發，春冬兩季寄生蟲發病率較高。