养殖环境对畜禽自身免疫的影响

2016-12-19张宏福生产与环境控制研究室

北方牧业 2016年20期

关键词：氨气环境因素粉尘

□张宏福（生产与环境控制研究室）

养殖环境对畜禽自身免疫的影响

□张宏福（生产与环境控制研究室）

（接上期）

1.3 环境粉尘

规模化集约化养殖使舍内粉尘产生量增多，严重影响饲养员呼吸系统健康。

目前，粉尘对动物健康影响的研究较为缺乏。有研究表明，环境粉尘能够抑制IgG和IgA产生，降低鸡对新城疫的抵抗力。由于环境粉尘的化学组成、重量、大小（nm－μm）、数量、形状、表面积均有所不同，这些均会影响粉尘的毒性作用，因此针对环境粉尘开展相关研究面临诸多挑战。与城市空气粉尘不同，畜禽舍内的粉尘主要由灰尘、微生物、内毒素、空气致敏原组成，其中内毒素是粉尘致炎作用的主要因子。以不影响饲养员肺功能为原则，Donham等提出禽舍内粉尘应控制在总灰尘 2.4毫克/立方米、可吸入灰尘0.16毫克/立方米、内毒素614 EU/立方米和氨气12 ppm。

粉尘影响动物健康及其机制研究非常少，人类及模式动物的相关研究可为畜禽研究提供一定的思路。实验动物表明，细粉尘（PM2.5）显著增加肺部炎症因子浸润和巨噬细胞数量，引起肺部局部和全身炎症反应。体外研究表明，氧化应激是粉尘造成呼吸道和心血管系统疾病的主要作用机制。细粉尘造成支气管上皮细胞发生炎症和免疫反应、氧化应激、DNA损伤。因此，一些学者把 TNF－α、IL－6、IL－8、TBARs、8－OHdG等作为粉尘影响畜禽健康和疾病的指标。此外，环境粉尘直接作用于呼吸道黏膜屏障，降低黏膜抗菌肽防御素－2和防御素－3的表达，消除对病原微生物的抑制。粉尘在呼吸系统的分布以及能够到达的深度与粉尘颗粒大小紧密相关。家禽研究表明，颗粒大的粉尘主要分布在上呼吸道，只有细颗粒物能深入到肺泡组织。粉尘颗粒大小不同对免疫系统作用的机制也不同，细颗粒物（PM2.5）主要通过Toll样受体－2（TLR2）引起巨噬细胞表达TNF－α和IL－6，粗颗粒物主要通过TLR4引起炎症反应。

2 环境生理基础研究未来发展方向

随着动物抗病育种和相关检测技术的加强，早期研究结果不能完全满足现代畜禽健康养殖的需求，环境生理基础研究应从以下几个方面加强。

2.1 拓宽环境参数的研究，加重环境因素影响

畜禽免疫的研究与人和模式动物相比，环境与畜禽生理学的研究在内容和深度上还相当缺乏，仅限于生长、生产性能等，对于畜禽健康和免疫等方面的研究还很浅显，还停留在免疫蛋白、细胞因子等的测定。由于不同的免疫系统在保证畜禽健康有着不同的功能和作用机制，免疫蛋白和细胞因子并不能全面评价畜禽免疫功能和健康水平。应加强环境－生理－免疫－健康的宽度、深度（作用机制）和系统性。

近50年，畜禽环境生理的研究主要侧重于温度等易控制因素，这种研究因素的不平衡制约了畜禽健康养殖体系的建立。畜禽健康养殖体系是一个高度整合的生态系统，不能仅靠某单一因素来衡量。环境因数之间存在着相互影响和作用。以舍内有害气体为例，增加通风能够降低舍内有害气体，但同时对舍内温度、湿度、粉尘产生显著的影响。在研究环境因素对畜禽健康影响较为浅显的基础上，很难均衡地考虑各环境因素对畜禽健康的综合影响。

2.2 利用标准化试验条件开展畜禽环境参数精细化研究

研究环境－畜禽生理的难点之一是环境因素的精细控制，需要使用人工环境控制舱。人工环控舱即能准确测定环境因素的变化，同时也能从技术精密度的层面定量分析环境处理因子对畜禽健康和免疫的影响。在研究氨气影响肉鸡的过程中发现，不同的评价指标体现出不同的敏感性。当环境氨气浓度达到 75 ppm时，肉鸡体重、日增重、采食量、死亡率等生产性能受到显著影响；当氨气浓度达到 50 ppm时，肉鸡发生喘息加快等行为学改变；超过50 ppm氨气破坏呼吸道黏膜屏障，引起呼吸道上皮细胞凋亡、粘蛋白表达量减少，显著刺激全身和气管黏膜中致炎因子的表达；当氨气浓度达 50 ppm时，肉品质发生改变，肝脏和胸肌中脂肪含量降低，而腹脂率有所提高。定量分析环境因子与评价指标的相互关系，才能为畜禽健康养殖体系提供科学证据。

2.3 引入高通量技术鉴别综合评价指标

畜禽无法表达主观感受，评价健康和福利需要某些客观生理指标，如呼吸频率、直肠温度、生产性能等。如何选择和决定合适的评价指标是环境生理基础研究的另一大挑战。已有的研究多采用点将式的手法对已知指标逐一分析。这种研究思路高度依赖前人研究结果，对新的领域和途径缺乏探究，有一定局限性。随着蛋白质组学、基因组学、代谢组学等高通量技术的应用，环境生理研究将进入一个新的发展阶段。通过标记的蛋白质组学i-TRAQ技术，Zhang等发现肉鸡暴露于高水平氨气（75 ppm），肝脏的能量、脂质和氨基酸代谢、转录调控、免疫调节和应激反应都发生了显著变化。高通量蛋白质组学技术不仅验证了环境高浓度氨气对动物造成的应激作用，而且首次提出了环境氨气可能造成肉鸡代谢紊乱。此外研究中发现氨气引起的脂肪代谢相关因子的变化，在相关试验中也得到了验证。邢焕发现氨气影响脂肪在肉鸡肝脏、腹脂、背脂间的分布。因此，引入高通量技术，不仅能够可靠地筛选出动物健康评价指标，还可以进行新指标的探索和发现。

高通量技术的应用拓宽了环境生理学研究的宽度，增加了相关研究的深度。

大量研究表明，环境高温造成畜禽热应激，上调热休克蛋白，增加组织氧化损伤，降低采食量等。通过SWATH蛋白质组学技术，唐湘方发现热应激可以引起肝脏的能量、蛋白、脂肪代谢的改变，上调热应激蛋白以及应激激素儿茶酚胺的表达，挖掘出 14个与ERK1/2信号转导通路相关的差异蛋白。ERK1/2信号转导通路介导了细胞增殖和凋亡，该通路的变化揭示了机体细胞在热应激条件下具有一定调节保护作用，维持细胞存活。

2.4 采用荟萃分析加强环境因素交互作用的分析

荟萃分析（meta analysis）是近年来兴起的一种对以往试验结果进行系统性“综述”的研究方法，用统计的概念与方法，收集、整理与分析针对某个主题所做的众多研究结果，寻找变量之间的明确关系模式。检索荟萃分析在畜禽方面的研究报道有150篇，包括营养因素（益生菌、脂肪酸、植酸酶）、微生物、环境因素等的研究。养殖环境因素众多，各个因素之间互相作用，增加了环境生理学研究的难度，相似的研究结果往往不一致，可能主要源于不同环境因素的互作。如何从大量的类似试验研究，综合考虑各因素的互作，得出准确结论是环境生理学研究的第三大挑战。荟萃分析利用已有的研究内容，综合考虑各因素的互作，得出更为可靠的环境参数，为健康养殖提供科学依据。

利用荟萃分析，Renaudeau等发现环境高温与日均采食量和日增重呈现曲线下降的关系，体重对这个关系有显著影响。由于温度与生产性能回归的截距和回归系数与开展试验的时间密切相关，提示现代品质对热应激越来越敏感。Mignon－Grasteau等成功分析了热应激对蛋鸡生产性能（采食量、产蛋率、死淘率、蛋重、蛋壳强度等）的影响，发现年龄和品种是影响蛋鸡热反应性的重要因素，蛋壳强度、蛋重、产蛋率是评价蛋鸡热稳定的适宜指标。上述两个研究充分体现了荟萃分析的强大“综述”能力，将其应用在环境生理研究，能够更好地解析环境因素间的互作。