冷应激对荷斯坦奶牛与三河牛的维持行为和抗氧化性能的影响

张　燕，敖日格乐*，王纯洁，姜 晶，赵称赫，吴宏军

(1.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古呼和浩特 010018；2.内蒙古农业大学兽医学院，内蒙古呼和浩特 010018；3.内蒙古呼伦贝尔市海拉尔谢尔塔拉牧场，内蒙古海拉尔 021012)



冷应激对荷斯坦奶牛与三河牛的维持行为和抗氧化性能的影响

张燕1，敖日格乐1*，王纯洁2*，姜 晶1，赵称赫1，吴宏军3

(1.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古呼和浩特 010018；2.内蒙古农业大学兽医学院，内蒙古呼和浩特 010018；3.内蒙古呼伦贝尔市海拉尔谢尔塔拉牧场，内蒙古海拉尔 021012)

摘要：研究冷应激条件下荷斯坦奶牛和三河牛的维持行为和抗氧化性能的变化规律，为奶牛选育和冬季饲养管理提供参考。选取第2胎的荷斯坦奶牛和三河牛各12头，随机分为4个处理组：分别对舍内(7℃～12℃)和舍外(-30℃～-16 ℃)荷斯坦奶牛和三河牛进行为期6 d的行为观察和记录，在第7 天早晨各组奶牛空腹进行尾部静脉采血测定抗氧化指标。结果表明，舍外冷应激环境条件下，荷斯坦奶牛和三河牛的卧息时间、反刍时间、排尿次数和排便次数显著性增加(P<0.05)，站立/游走时间和呼吸频率显著性降低(P<0.05)；同时血清T-SOD和CuZn-SOD的活力显著降低(P<0.05)，MDA含量显著增多(P<0.05)；另外,奶牛品种之间的维持行为和抗氧化性能无显著差异(P>0.05)，但总体趋势是荷斯坦奶牛各项测定指标变化略大于三河牛。结果显示，冷应激能够显著改变荷斯坦奶牛与三河牛的躺卧息、反刍和站立/游走等维持行为和抗氧化性能，而三河牛比荷斯坦奶牛更能适应高寒天气。

关键词：冷应激；荷斯坦奶牛；三河牛；维持行为；抗氧化性能

近年来，冷应激所带来的问题和危害广泛受到人们的重视和关注。有报道称，冷应激能够对鸡[1]、鹅[2]、鹧鸪[3]、猪[4]、牛[5]、羊[6]、小鼠[7]和大鼠[8]等的肠道、血清酶活力、精子活力、免疫系统、细胞和基因都能产生不同程度的影响，严重制约着畜牧业的发展，造成不可估量的经济损失。随着我国奶牛业的飞速发展，对奶牛的饲养管理也越来越精细。一些学者和课题组前期研究表明，天气变化能够加快奶牛热应激和冷应激反应过程，进而引起奶牛采食量、生产性能、繁殖性能和生理代谢的变化[9]；当环境温度达到21℃时，奶牛产奶量下降5%，达到31℃时，产奶量降低30%[10]；当温度低于-6.8 ℃时，进入冷应激区段[11]。内蒙古呼伦贝尔市是我国畜牧业发达地带，每年牛奶牛肉产量位列内蒙古前列，但是呼伦贝尔地区冬季的极端天气对奶牛的生产和生活产生很大的影响。如何改变奶牛生存环境和选取优良的抗寒品种已经成为畜牧工作者所关心和重视的重要环节。因此，有必要对适应当地气候的三河牛品种进行进一步研究和探讨，旨在为提高奶牛饲养管理水平和选育工作提供理论依据。本研究以在呼伦贝尔地区当地三河牛和引进培育荷斯坦奶牛为研究对象，通过对其躺卧息、反刍、站立/游走等对抗冷应激较敏感的维持行为和抗氧化性能的研究，为选育更加抗寒性能的新品种提供科学依据和参考价值。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1试验地的概况试验地位于呼伦贝尔市海拉尔谢尔塔拉牧场。海拉尔是呼伦贝尔市政治、经济和文化中心。该区位于内蒙古自治区东北部，东经119°30′～120°35′，北纬49°5′～19°27′，其地域面积约为1 440 km2。海拉尔属中温带半湿润半干旱大陆性季风气候 ，春季风大而少雨，夏季温凉，秋季降温快，霜冻较早，冬季寒冷，积雪时间长。海拉尔年平均降水350 mm～500 mm[12]，年平均气温为-2℃，年平均无霜期103 d。极端高温高达36 ℃，极端低温达-38 ℃。

1.1.2试剂与仪器最高最低温度计，上海华晨医用仪表有限公司产品；总超氧化物歧化酶(T-SOD)、铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)和丙二醛(MDA)，南京建成生物有限公司产品。

1.2方法

1.2.1试验时间和饲养管理试验于2014年12月2日～2015年12月11期间进行。分别选择健康、第2胎的荷斯坦奶牛(Holstein cow，HC)和三河牛(Sanhe cattle，SC)各12头，共计24头。将荷斯坦奶牛和三河牛又随机均分为2组，共4组，舍内荷斯坦奶牛对照组，舍内三河牛对照组;应激组为舍外荷斯坦奶牛组和舍外三河牛组。整个试验期间，试验牛的日粮相同，均由公司统一配制。试验牛每日早上5:30～9:30 、晚上17:00～21:00饲喂，每天挤奶2次，自由饮水。

1.2.2环境温度测定在试验期间，每日用最高最低温度计，测定距离地面1.5 m处的牛舍内外的温度，次日记录前1日最高温度和最低温度。记录日期为6 d。

1.2.3奶牛行为指标的测定试验期内设预试验期3 d，正式试验期6 d，共计9 d。试验牛的行为观察时间为上午9:30～11:30，下午1:30～5:00。试验期内的奶牛行为检测采用跟踪目测法，观察者每日观察1头奶牛的躺卧休息时间、游走/站立时间等目标行为指标，用秒表和计数器详细记录个体行为变化的时间和次数，每组均做6 d重复观察。并要求观察者和目标奶牛保持3 m距离，避免惊扰奶牛正常生活。测定目标行为指标为躺卧休息时间、游走/站立时间、反刍时间、排尿次数、排便次数和呼吸频率，简称维持行为。

1.2.4抗氧化性能的测定于12月11日早上，对24头奶牛进行空腹采血。采用真空采血管进行奶牛尾静脉采血 5 mL，于常温静止30 min后，2 000 r/min离心10 min。收集血清，于-20 ℃保存待测定。测定指标为总超氧化物歧化酶(T-SOD)、铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)和丙二醛(MDA)。

1.2.5数据统计处理采用SAS 9.0软件对数据进行方差分析，试验数据用“平均数±标准差”表示。

2结 果

2.1试验期环境温度测定结果

结果见表1。由表1可知，试验期牛舍内最低温度为7 ℃，最高温度为12 ℃，即牛舍内温度处于7 ℃～12 ℃；而牛舍外最低温度达-30 ℃，最高温度为-16 ℃，温度变化范围-30℃～-16℃。据研究显示，多数奶牛的最适温度为12 ℃～14 ℃，低于-5 ℃奶牛的生产就会受到影响[13-14]，出现冷应激反应，环境温度超过20 ℃就会出现热应激[15-16]。因此，试验期间舍外奶牛已经处于冷应激的环境，而舍内奶牛处于正常温度范围之内。

2.2环境温度对奶牛维持行为的影响

结果见表2。由表2知，冬季奶牛舍外饲养时，即处于冷应激状态下，同种奶牛的行为变化趋势基本一致，三河牛的躺卧休息时间、反刍时间、排尿次数和排便次数均有所增加，且差异显著(P<0.05)，而游走/站立时间和呼吸频率均显著降低(P<0.05)。其中，躺卧休息时间大约延长21 min/330 min，反刍时间增加7 min/330 min，反之，游走/站立时间下降20 min/330 min，呼吸频率降低到27次/min。同时，冬季舍外饲养条件下，奶牛排尿和排便的次数明显增多了。这与井霞等[17]的研究结果一致。

试验进一步研究还发现，在相同饲养模式下，即处于相同温度条件时，不同品种奶牛之间的各种维持行为指标无显著差异(P>0.05)。在舍外温度条件下，荷斯坦奶牛的呼吸频率为25.33次±1.51次/330 min，三河牛为27.16次±2.31次/330 min，两者之间无显著差异(P>0.05)。但是，仔细观察会发现，三河牛的躺卧休息时间、游走/站立时间、反刍时间、排尿次数、排便次数和呼吸频率等维持行为的变化量略小于荷斯坦奶牛。

表1　试验期牛舍内外温度情况

表2　奶牛维持行为的变化

注：组别中HC、SC分别代表荷斯坦奶牛和三河牛；表中同行大写字母不同表示差异显著(P<0.05)；同列小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

Note: The HC and SC represent Holstein cow and Sanhe cattle.Values with different capital letters in the same row mean significant difference(P<0.05),Values with different small letters in the same column mean significant difference(P<0.05).

2.3环境温度对奶牛血清抗氧化性能的影响

结果见表3。由表3可知，舍外低温条件时，同品种奶牛的血清抗氧化指标与温度有显著关系(P<0.05)，荷斯坦奶牛处于舍内环境时，血清T-SOD和CuZn-SOD均明显高于舍外环境，两者分别降低了约17.81 U/mL、40.62 U/mL，MDA显著升高了3.65 nmol/mL。另外，相同温度条件时，不同品种奶牛之间无显著差异(P>0.05)。但是，除T-SOD之外，三河牛血清CuZn-SOD和MDA的变化量均小于荷斯坦奶牛，三河牛血清MDA升高了2.63 nmol/mL，略小于荷斯坦奶牛的增长程度(3.65 nmol/mL)。

表3　奶牛血清抗氧化指标的变化

注：组别中HC、SC分别代表荷斯坦奶牛和三河牛；表中同行大写字母不同表示差异显著(P<0.05)；同列小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

Note: The HC and SC represent Holstein cow and Sanhe cattle.Values with different capital letters in the same row mean significant difference(P<0.05),Values with different small letters in the same column mean significant difference(P<0.05).

3讨论

3.1冷应激对奶牛维持行为的影响

就同品种奶牛而言，处于冷应激(舍外)条件时，奶牛的站立时间缩短，而游走/站立时间增长，这可能是因为奶牛蜷缩身体能够更好地抵御寒风的侵袭，减少体表散热面积，增加产热量来维持体温恒定；另一方面可能是因为运动场干燥的牛粪有较好的保温效果。研究证实牛粪垫料能够增加奶牛的趴卧时间、缩短站立时间[18]。冷应激期间奶牛的代谢水平升高，能量消耗增大，反刍时间延长，能够使奶牛将储存在瘤胃里的食物进行充分地咀嚼，同时咀嚼还能产生大量的热量。有研究报道，冷应激能够增加奶牛每个反刍周期的时间和周期内食团个数，这与本研究相一致[19]。冷应激期间，奶牛机体受寒冷刺激，一方面血流速度加快，肾小球毛细血管滤过作用加快，尿量生成增加，另一方面寒冷刺激下丘脑垂体，使其分泌抗利尿激素减少，这样就增加了排尿次数；同时机体提高新陈代谢速率，增加产热，新陈代谢加快导致奶牛排便次数增多。奶牛的呼吸频率降低，呼吸加深，可以有效地降低呼吸排出的热量，王祖新等[20]研究表明，低温能够降低奶牛的呼吸频率，这与本研究相一致。

就不同品种奶牛而言，三河牛的维持行为指标变化略小于荷斯坦奶牛，这可能是当地培育品种更有利于当地的环境变化。

3.2冷应激对奶牛血清抗氧化性能的影响

动物能够通过体内抗氧化酶来消除氧自由基，这种酶的机制主要是T-SOD和CuZn-SOD等，它们能够防止体内自由基的堆积；MDA的含量能够反映机体体内脂质过氧化的程度，间接地反应出细胞损伤程度。冷应激使荷斯坦奶牛和三河牛血清中的T-SOD和CuZn-SOD活力显著降低，使得过剩的活性氧和自由基在机体内发生脂质过氧化反应，从而导致机体内的MDA的含量升高。研究表明，慢性冷应激能使雏鸡[21]血清的SOD活力降低，T-AOC、GSH-Px活性、CAT 活性及 MDA 含量均逐渐升高；大鼠在冷应激条件下，可引起血清中SOD活性降低和MDA含量升高[22]。一些国外学者研究表明，慢性冷应激可使试验鼠机体内红细胞的CuZn-SOD 活性下降，CAT与GSH-Px活性升高[23]；试验鼠脑、肝脏及肾脏中的CuZn-SOD活性呈现出升高趋势，而在心脏和胃中却呈现下降趋势，CAT 与 GSH-Px 的活力在试验鼠脑、肝脏和心脏中都有所升高，胃中CAT 的活力有所下降[24]。这些都能够表明冷应激能够对血液和组织器官造成氧化损伤，从而影响动物的健康和寿命，是造成畜牧业经济损失的潜在威胁。

就不同品种奶牛血清抗氧化性指标的变化显示，三河牛更适应于当地环境的变化。据研究报道，在高海拔和高寒地区，与荷斯坦奶牛相比较，三河牛对呼伦贝尔当地气候有更好的适应性和兼用性[25]；这与本文研究结果基本一致。

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Effects of Cold Stress on Maintenance Behavior and Antioxidative Function in Holstein Cows and Sanhe Cattle

ZHANG Yan1,AO Rigele1,WANG Chun-jie2,JIANG Jing1,ZHAO Chen-he1,WU Hong-jun3

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia,010018,China；2.CollegeofVeterinaryMedicine,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia,010018，China；3.HulunBuirHailarRochelleTaraRanch，Hailar,InnerMongolia,021012,China)

Abstract:This experiment was conducted to study the maintenance behavior and antioxidative function in Holstein cows and Sanhe cattle suffering cold stress,and to provide the reference for dairy cow breeding,feeding and management in the winter.Twelve Holstein cows and Sanhe cattle with second parity were randomly assigned to four treatments:the control groups of indoor Holstein cows and Sanhe cattle,the stress groups of outdoor Holstein cows and Sanhe cattle.There were six days to observe and record behaviors when being indoor(7℃-12 ℃) and outdoor(-30℃--16 ℃),then to measure antioxidant indexes after intravenous blood collection on 7th day.The results showed that when Holstein cows and Sanhe cattle suffered cold stress the time of resting and rumination,frequency of urination and defecation were significantly increased(P<0.05),the time of walking/standing and breathing rate were significantly reduced(P<0.05).In addiction, the vigor of serum T-SOD and CuZn-SOD were significantly decreased(P<0.05),and MDA contents were significantly increased(P<0.05).Moreover,maintenance behavior and antioxidative function between two breeds were not significantly different(P>0.05),but every index variation of Holstein cows was slightly larger than that of Sanhe cattle.These results indicated that cold stress could significantly change the resting,ruminantion and walking/standing of maintenance behavior and antioxidative function of Holstein cows and Sanhe cattle,and Sanhe cattle were more easily adapted to cold weather more than Holstein cows.

Key words:cold stress;Holstein cow;Sanhe cattle;maintenance behavior;antioxidative function

文章编号:1007-5038(2016)03-0073-05

中图分类号:S852852.33

文献标识码:A

作者简介：张燕(1990-)，女，河北沧州人，硕士研究生，主要从事牛生产学与产品品质相关研究。 *通讯作者

基金项目：国家自然科学基金项目(31160473)；企业横向项目(201207125)

收稿日期：2015-09-06