植物精油缓解奶牛热应激效果的研究进展

李志忠，余 淼，吕继蓉，黄明亚，刘张育，王 响

成都大帝汉克生物科技有限公司，四川成都 611100

0 引言

在奶牛场生产中，制约着牛奶产量的提升以及奶牛养殖业发展的因素有很多，如各种病毒性和细菌性传染病、胎产疾病等。而在夏季以及南方地区，热应激是其中最主要的因素之一[1]。研究调查表明，全世界有1/2以上的奶牛生活在热带、亚热带地区，因热应激给奶牛场造成的经济损失高达60%[2]。因此了解热应激的产生原因以及缓解热应激的措施，才能有效降低热应激给奶牛在生产过程中带来的损失，提高奶牛的生产力。2020年之前，莫能菌素（又称瘤胃素）为主的抗生素被广泛应用于奶牛生产中，用于改善瘤胃发酵功能，提高饲料转化率等，是奶牛场应对夏季热应激的常用药物[3]。但2020年7月1日起，我国正式进入“饲料禁抗，养殖减抗，食品无抗”的时代，植物精油作为天然的植物提取物，具有抑菌、抗氧化等特性，成为抗生素的替代品，进入了人们的视野。本文总结了植物精油在缓解奶牛热应激上应用进展，为后续研究提供一些理论基础。

1 奶牛热应激

1.1 奶牛热应激的概述

奶牛由于单位体重的散热面积较小，体表散热能力和排汗能力均较差，其适宜的生存环境常被认为是5～25 ℃[4]，而当奶牛自身产热能力超过自身散热能力时，奶牛便会产生热应激，其行为、生产性能、繁殖性能等均会产生一系列的症状反应。随着科学研究的进展，目前有一系列指标，诸如温湿指数、呼吸率指数、黑球温湿指数等可以用来判断奶牛是否处于热应激状态，例如一般来说，温湿指数（THI）超过阈值68时，则表明奶牛出现热应激情况[5]。

1.2 奶牛热应激的危害

热应激会对奶牛的健康，以及生产性能等产生很大的负面影响。在热应激状态下，奶牛的营养维持需要会增加7%～25%，同时会降低奶牛的干物质采食量，下降幅度可达10%～30%[6]，导致生产性能的降低，当环境温度从21.6 ℃上升到30.9 ℃时，产奶量将下降37.02%[7]，乳糖、乳脂、乳蛋白和非脂固形物的含量均会下降[8]，造成乳品质降低。同时，奶牛的热应激也会造成乳房炎、子宫内膜炎、热射病、胎衣不下等疾病发病率的提高，并且会造成酮病、脂肪肝等疾病的发生[9，10]。

1.3 奶牛热应激的缓解措施

牧场可以通过营养调控、加强饲养管理、添加饲料添加剂等方式缓解奶牛热应激。

在营养调控方面，一是提高日粮精粗比，由于热应激会降低奶牛产奶量，提高奶牛的营养维持需要，而提高日粮的精粗比可以提高奶牛日粮的能量水平[11]，但过高的精粗比会造成奶牛瘤胃酸中毒，通常精料比例控制在干物质总量的50%～60%较为合适[12]。二是在日粮中添加脂肪酸钙，研究表明，其可以降低热应激奶牛的呼吸频率和脉搏，在热应激条件下，添加400 g/d脂肪酸钙，呼吸频率比对照组降低7.68次/min，脉搏比对照组降低了5.97次/min[13]，同时可以提高产奶量和乳脂率[14]。三是提高日粮中蛋白水平，在热应激条件下，奶牛由于采食量的下降和汗液中氮的损失，提高了体蛋白的分解代谢，因此需要更高的蛋白水平，但也要避免瘤胃对蛋白的降解[13]。

在饲养管理方面，一是增强通风降温，调整挤奶、配种时间，提供充足饮水等缓解热应激的产生。二是在日粮中添加一些饲料添加剂来缓解奶牛热应激，如在日粮中添加盐酸、盐酸铬可以有效降低热应激奶牛产奶量的下降，并提高粗饲料的采食量[15]；在日粮中添加中草药添加剂，可以提高热应激奶牛产奶量8.81%[16]；植物精油也可以显著改善奶牛热应激。

2 植物精油对缓解奶牛热应激的研究进展

2.1 植物精油的概述

植物精油是指从植物中提取的油性、常具有挥发性的植物次生代谢物，常具有特殊芳香气味，且分子量较小，是一种复杂的混合物。“精油”一词最早是由瑞士医生Paracelsus在他的《精油论》中提出，由于精油中的多种成分具有广谱抗菌性、抗氧化性等特性，因此精油中的不同成分被广泛应用于医学、食品、木材防腐等领域。也正是因为精油具备这些特性，精油中很多成分也被广泛应用于畜牧业，尤其是近10 年由于抗生素替代的需求，植物精油被越来越多的应用在畜牧业生产中。

2.2 植物精油的特性以及作用机理

2.2.1 杀菌抑菌功效

很多植物精油成分，尤其是辛香类的植物精油成分，如百里香酚、肉桂醛、香芹酚等，具有很强的抑菌、杀菌能力，尤其对于一些主要的致病菌如沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等均具有很好的抑制生长作用[17]。而这些成分在对有害菌产生抑制效果的同时，并不会对有益菌群如乳酸杆菌等产生不利影响[18]。

植物精油成分复杂，其抗菌机理也相对复杂。目前主要认为，其抑菌特性是通过作用于细胞膜，以及进入到细胞内部两种方式来实现的。植物精油中酚类物质的抗菌机理为具有脂溶性以及疏水特性的酚羟基，通过作用于细胞膜表面，从而改变其细胞膜结构，导致细菌胞内物质流出，最终导致细菌死亡[19]；而醛类物质的抑菌机理则普遍认为是醛类化合物可以与细菌细胞膜蛋白发生特定的反应，进入到细菌细胞内部，即醛类物质的羰基可以和蛋白质相结合，抑制氨基脱羧酶的活性，影响到细菌中蛋白质和酶的活性从而达到抑菌效果[20]。

2.2.2 抗氧化作用

在正常的生理条件下，生物体内的自由基及其相关物质是处于一个动态平衡的状态，即不断地产生也在不断地被消除。但在某些特定的情况下，如断奶应激、运输应激等条件的刺激下，生物体内的自由基大量产生，而体内自身的抗氧化系统无法及时清除这些自由基，从而使体内的氧化还原系统所处的动态平衡被打破，对机体造成氧化损伤。对于仔猪生产而言，氧化损伤的损害是很严重且多半是不可逆的，会造成仔猪采食量下降、日增重降低、料肉比升高等一系列负面影响。而有研究表明，在仔猪日粮中添加复合植物精油，可以显著提高仔猪体内谷胱甘肽过氧化物酶以及超氧化物歧化酶的活性，从而提高仔猪的抗氧化能力[21]。植物精油成分中的酚类和醛类物质及其衍生物，都有很好的抗氧化能力，而关于植物精油发挥抗氧化效果的机理，可以分为直接和间接两种方式。直接的抗氧化机理是植物精油相关成分可以直接阻止自由基的产生，并与过氧自由基结合形成稳定的物质，从而阻止自由基链式反应的发生，以达到抗氧化的作用；间接抗氧化作用则是植物精油通过调节动物体内抗氧化酶的活性，以及抑制脂质过氧化等方式，来增强动物机体抗氧化的能力[22]。

2.2.3 提高机体免疫力

植物精油通过抗氧化，以及参与细胞因子与转录因子的信号转导通路，在分子水平上抑制机体促炎基因的表达，从而起到抗炎作用进而影响动物的免疫系统。如在仔猪日粮中添加植物精油，可以显著提升仔猪血清中免疫球蛋白的水平，进而改善仔猪免疫力。而在仔猪日粮中添加肉桂醛和百里香酚，则可以显著改善仔猪肠道黏膜免疫系统[23]。除了在断奶仔猪阶段，还有研究表明，在肉羊日粮中添加沙葱精油，可以显著提高血清中免疫球蛋白的含量，同时显著提升肉羊血清中IL-2、IL-6、INF-γ的含量，从而提升机体的免疫水平[24]。在肉鸡方面，有研究表明，在肉鸡日粮中添加复合精油，可以增加肉仔鸡免疫器官指数、提高肉鸡血清中IgG含量，增强机体免疫力[25]。

3 植物精油对缓解奶牛热应激的研究进展

早在1965年，就有文献研究表明一些植物精油的成分，如麝香草酚可以抑制瘤胃中氨氮的产生[26]，后续诸多试验也证明精油成分可以降低瘤胃氨氮和甲烷的产生量。

在体外培养试验中，加入400 mg/L的百里香酚可以显著减少甲烷的产生[27]，使用丁香酚和百里香酚体外连续培养，均降低了瘤胃氨氮的产生，这都说明了植物精油可以抑制瘤胃超级产氨菌的活性，降低脱氨基作用，进而提升蛋白质的利用率。而有研究使用丁香酚、百里香酚、柠檬精油等成分的混合植物精油，发现体外培养24 h后，5 g/L的混合植物精油降低了瘤胃中总挥发性脂肪酸的浓度，提高了pH值[28]；其他研究在使用牛至油、麝香草酚等为主要成分的植物精油进行研究，也发现可以提高瘤胃pH值，显著降低瘤胃氨氮浓度，同时显著降低瘤胃总挥发性脂肪酸及乙酸含量，提高丙酸浓度等[29]。以上试验研究均表明，植物精油中许多成分均可以改善瘤胃发酵模式，提升牛对蛋白的利用率等。

在夏季热应激情况下，有研究表明，在日粮中添加1 g/kg的广藿香精油，可以提高锦江黄牛瘤胃菌体蛋白含量和总挥发性脂肪酸浓度，降低氨氮水平，提高丙酸浓度，一定程度可以改善瘤胃发酵，缓解热应激带来的负面影响[30]。同时也有试验研究表明，在日粮中添加牛至油，可以有效缓解肉牛的热应激程度，间接改善肉牛的生长性能[31]。

4 展望

奶牛热应激是目前很多牧场所面临最大的制约奶牛生产性能的问题之一，而植物精油由于其抑菌、抗氧化、提高免疫力等诸多特性，可以起到改善瘤胃发酵，提高蛋白利用率，改善饲料效率等作用，间接缓解了热应激对奶牛带来的危害。但是由于植物精油的定义广泛，其有效成分种类繁多，目前并无系统的直接针对植物精油有效成分对奶牛热应激的相关研究。希望本文可以为后续的研究者提供思路，利用植物精油丰富的生物学特性，系统的开展在热应激条件下饲喂植物精油饲料添加剂对奶牛热应激缓解的相关研究，为饲料禁抗之后充分利用植物精油资源提供新的方向。