热应激对放牧肉牛免疫功能和抗氧化能力的影响

格日乐其木格

（内蒙古自治区赤峰市阿鲁科尔沁旗农牧局，内蒙古 赤峰 025550）

研究发现，夏季高温高湿环境与冬、春两季相比较，夏季高温能够造成奶牛的繁殖性能下降及乳品质显著降低，而且会使奶牛的疾病发生率上升[1]。热应激会降低奶牛的采食量，这一过程通过环境高温刺激下丘脑的食欲控制中心，使奶牛产生反胃、瘤胃收缩、降低胃肠蠕动抑制奶牛食欲，但是奶牛日常的能量需求不会降低。所以为了满足奶牛的能量需求，奶牛体内的能量储备会被分解，并通过活性氧（ROS）的含量和抗氧化的状态反映出来[2]。肉牛正常的体温范围为38.5～39.5℃，维持机体体温恒定是通过机体散热和产热保持动态平衡来实现的。饲养肉牛适宜的温度一般在10～25℃，而肉牛生长的最佳温度范围是15～18℃。由于肉牛自身的皮下脂肪较厚，其散热途径单一，而且耐寒冷不耐高温，所以肉牛在夏季极易产生热应激[3]。环境高温刺激引起的热应激根据热应激持续时间长短可分为急性热应激和慢性热应激两种，根据畜牧业的实际情况进行判断，主要是通过季节变化引起动物饲养环境产生高温，而且高温持续时间较长，这样的热应激属于慢性热应激[4]。目前对于如何改善放牧肉牛热应激的研究主要集中在选择最佳的放牧时间、采用缓解热应激的营养添加剂以及增加喷淋设施等方面。

牛属于恒温动物，在高温高湿地区极易出现热应激，这会导致其生产性能下降及对营养物质的消化率下降，从而给畜牧业带来重大损失。奶牛在30℃的环境中生存7 d，产奶量大约降低10%；在大于等于35℃的环境中生存35 d以上时，产奶量降低33%[5]。所以，热应激会对肉牛的呼吸频率及直肠温度有影响，这是判断奶牛是否处于热应激状态最重要的生理指标。牛在非热应激状态下的呼吸频率和直肠温度分别是12～16次/min和37.5～39.5℃，并且它们和热应激的程度成正比。如果环境温度超过室温，牛的呼吸频率升高到50～60次/min；当环境温度持续升高到32℃时，牛的呼吸频率升高到100次/min[6]。热应激对于奶牛的影响已经超越了环境、管理以及营养等因素，成为了影响奶牛生产最主要的因素。虽然在肉牛生产中热应激的影响没有在奶牛生产中明显，但是热应激对肉牛生产的负面影响也是不可忽视的。当环境温度每高于THI热阈值1℃时，肉牛及奶牛的死亡风险分别是4.6%和5.6%[7]。所以通过研究热应激对肉牛免疫功能和抗氧化能力的影响来制定相关防治措施，降低热应激对畜牧业的危害，是促进我国畜牧业健康快速发展的重要措施。因此，研究热应激对放牧肉牛免疫功能和抗氧化能力的影响是有必要的。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验选取10头在同一天然草场自然放牧、自由饮水、体况相近的健康西门塔尔母牛。试验分为热应激期 （夏季试验期：2019年6月15日～7月15日）和非应激期（秋季试验期：2019年8月15日～9月15日）两个阶段进行。

1.2 综合指数（CCI）测定

本次试验是以在天然草场全年放牧的西门塔尔母牛为研究对象，所测的环境指标为草场自然环境中的温度和相对湿度。试验期间，每天 8∶00、14∶00 和 20∶00时测定放牧草场的温度、相对湿度和风速，记录日照时间，并根据综合指数（CCI）计算公式计算牧场的综合指数,公式为CCI=T+RH+WS+RAD。式中：T为环境温度，RH为环境湿度校正数，WS为风速校正数，RAD为辐射校正数。

1.3 血清制备和血液生化指标测定

在各试验期最后一天清晨出牧前，对每头试验牛进行颈静脉采血10 mL，室温静置0.5 h后3500 r/min离心10 min，吸取上清液分装至1.5 mL离心管中，将分离出的血清立即置于液氮罐中保存，带回实验室于-20℃冰箱中保存，供血清生化指标的测定。总抗氧化能力、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、丙二醛以及免疫球蛋白测定试剂盒均购自南京建成生物工程研究所，测定过程均严格按照试剂盒说明书进行操作。

1.4 统计分析

试验数据由 Excel 2010进行初步处理后，采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析 （one-way ANOVA），并进行显著性检验，以 P＜0.05为差异显著性标准，结果均以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

通过表1可知,本试验在夏季试验期，环境温度最高达40.20℃，平均温度达28.30℃，相对湿度最高可达到89.60%，平均相对湿度达到65.20%，CCI在夏季试验期间平均达到29.81，这表明放牧的西门塔尔母牛在夏季试验期处在热应激状态中。秋季试验期环境温度最高达26.80℃，平均温度达18.55℃，相对湿度最高达78.20%，平均相对湿度达51.30%，CCI秋季试验期间平均达14.92。所以，通过这些数值可以判定，放牧的西门塔尔母牛在秋季处于非热应激状态。

表1 不同试验期草场温湿度及CCI

通过比较表2夏季和秋季放牧西门塔尔母牛血清抗氧化指标结果可知，天然草场的热应激使放牧西门塔尔母牛MDA的含量极显著升高（P＜0.01）,天然草场的热应激使放牧西门塔尔母牛T-AOC含量极显著降低（P＜0.01）,天然草场的热应激使放牧西门塔尔母牛SOD含量显著降低（P＜0.05）,而GSH-Px含量有降低的趋势,但不显著（P＞0.05）。

表2 不同季节西门塔尔母牛血清抗氧化指标测定结果

通过比较表3夏季和秋季放牧西门塔尔母牛的血清免疫指标结果可知，天然草场的热应激使放牧西门塔尔母牛免疫球蛋白IgA、IgG的含量极显著下降 （P＜0.01），而免疫球蛋白IgM 有降低的趋势，但不显著（P＞0.05）。

表3 不同季节西门塔尔母牛血清免疫指标测定结果

3 讨论

3.1 不同季节草场温湿度及CCI对放牧西门塔尔母牛的影响

动物自身产热、空气对流、环境温度以及湿度等诸多因素都会引起西门塔尔母牛热应激，而且诸多因素中环境温度和湿度是造成热应激最主要的因素。CCI通过将环境温度、湿度、日照时间以及风速来对放牧肉牛是否遭受热应激进行判断，大多数情况下认为CCI＞25时会使放牧肉牛遭受热应激，而奶牛能够适应温度的范围为-0.5～20℃[8]。本试验结果显示，在夏季试验期的平均温度为28.30℃，平均CCI为29.81，所以放牧西门塔尔母牛在夏季试验期处于热应激状态，而秋季试验期的平均温度为18.55，平均CCI为14.92，所以放牧西门塔尔母牛在秋季试验期处于非热应激状态。

3.2 冷应激对放牧西门塔尔母牛抗氧化指标的影响

T-AOC的含量代表在体液和血液中存在的总抗氧化剂，T-AOC也可以反映奶牛机体对外界刺激的补偿能力，热应激会使奶牛的T-AOC和AOD含量下降，这样会导致脂质过氧化水平上升，从而导致奶牛的氧化应激，而SOD是一种主要的抗氧化酶，其可以清除奶牛机体内的超氧阴离子自由基，从而达到缓解热应激的作用[9]。热应激对动物机体的生物膜造成破坏，也会对蛋白质及核酸等生物大分子造成损伤，这会导致动物的代谢功能发生紊乱，其抗氧化能力下降，所以机体需要消耗大量抗氧化酶对过多自由基进行清除[10]。抗氧化酶系统在动物机体内不断地清除自由基，所以动物机体内只有抗氧化酶含量处于动态平衡中，才能达到保护动物机体正常生长代谢而免受氧化应激损伤的危害。如果动物机体产生的自由基不能被及时清除，则自由基会被大量堆积，对细胞的结构和功能造成破坏，使生物膜中不饱和脂类进行过氧过程，其最终的氧化产物为MDA，所以MDA的含量可以反映动物氧化应激的程度[11]。在夏季的热应激期，SOD的含量增加会引起H2O2的增加，但是ROS保护作用只有通过CAT和GSH-Px的协同作用来实现。通过比较夏季和冬季的TAC、SOD、CAT和GPX含量，发现抗氧化酶在夏季的含量显著高于冬季，造成这一结果的原因可能为热应激导致自由基含量增加，尤其是超氧阴离子的含量，杂交牛热应激期间的抗氧化能力降低，会对动物机体造成损伤[12]。研究表明，当山羊产生热应激时，山羊血清中的GSH-Px和SOD等抗氧化酶含量会显著降低，而MDA的含量会增加[13]。通过对肉牛的研究也发现，肉牛血清中抗氧化酶的含量夏季极显著地低于春季[14]。本试验发现，热应激会使放牧西门塔尔母牛血清中MDA的含量相较于非应激期显著升高，而T-AOC含量极显著降低，SOD含量显著降低，GSH-Px有降低的趋势，但不显著。热应激会导致动物机体产生的自由基数量增多，所以为了清除动物体内过多的自由基，放牧西门塔尔母牛血清中的GSH-Px以及SOD被大量消耗，但这会使动物机体组织的脂质过氧化加快，从而导致脂质过氧化总产物MDA含量显著升高，进而导致T-AOC显著降低。因此，放牧西门塔尔母牛的氧化应激平衡被打破，所以放牧西门塔尔母牛在热应激中会受到氧化应激损伤。

3.3 热应激对放牧西门塔尔母牛免疫指标的影响

免疫球蛋白的主要作用是参与动物体内的体液免疫，在体液免疫中负责参与保护性免疫应答以及维持自身的稳定。免疫球蛋白在血清中含量的高低可以用作评价动物机体免疫状况的指标，同时也反映了动物免疫功能的强弱[15]。动物的免疫系统对环境变化有较强的适应能力，因此环境温度升高使免疫系统遭受热应激之后，环境温度相对处于平衡状态，则免疫系统会对热应激产生适应，免疫系统会处于一个新的平衡状态[16]。但是动物自身免疫系统的自我调节是有一定限度的，若超出自身的调节限度则会产生应激。当动物遭受抗原刺激时，动物机体产生免疫球蛋白来消除抗原的球蛋白，其产生的免疫球蛋白IgA、IgG、IgM在动物机体特异性免疫过程中发挥了重要作用[17]。动物机体黏膜防御感染的主要物质是IgA，其约占血清免疫球蛋白的10%～20%，所以IgA对于动物机体免疫作用相对较弱，但IgA能够与周围的细胞组成局部的免疫系统[18]。动物机体的免疫防御反应需要IgG的参与，IgG同时也是免疫球蛋白的主要组成部分，而且也是动物机体免疫系统中的重要组成部分，在抗原抗体的反应过程中，IgM是最早产生的抗体，同时也是动物机体体液免疫应答中的主要介质[19]。无论山羊处于热应激状态的时间长短，都会使血清中的IgA、IgG以及IgM含量显著下降，说明山羊在热应激中免疫功能遭到抑制，从而使其体液免疫遭到破坏。研究发现，热应激会使免疫球蛋白IgA、IgG和IgM的含量显著降低[20]。本试验表明，放牧西门塔尔母牛在热应激期间免疫球蛋白IgA、IgG含量极显著下降，IgM有下降的趋势但不显著，可能是因为IgM最先参与体液免疫，所以其在热应激时会被最先消耗，而动物机体通过自身调节机制会使IgM大量产生，所以造成其下降不显著。

4 结论

热应激通过使MDA的含量极显著升高，T-AOC的含量极显著降低，SOD显著降低，GSH-Px与非应激期相比差异不显著，IgA和IgG极显著地降低，IgM与非应激期相比差异不显著，从而使放牧西门塔尔母牛的免疫功能和抗氧化能力下降，进而对放牧西门塔尔母牛机体造成一定的损伤。