光色对高温环境下家兔免疫性能的影响

王佳佳,张自强,谢 辉,孙莹莹,王悦鑫,刘玉梅

(河南科技大学 动物科技学院,河南 洛阳 471000)

家兔是一种新陈代谢较强的恒温动物,其皮肤缺乏汗腺且体表覆盖很厚的绒毛,不利于散热。如果夏季兔舍的温度过高,会影响到兔群体热的散发,导致兔群发生热应激,对其生产和健康造成严重影响,因而采取有效措施防御夏季高温环境的不利影响至关重要。

光照对动物的生长发育、新陈代谢、生产繁殖和免疫力等具有直接或间接的影响。合理的光照不仅可以最大限度地提高动物的遗传潜能,而且可以提高动物的采食量、饲料转化效率和免疫力。光主要从光照强度、光照时间和光颜色(光波长)3个方面对动物产生影响。研究证实,光色与动物的生产性能和健康状况密切相关,是动物养殖中不可忽视的环节[1]。张东龙等[2]研究显示,蓝光可增加肉仔鸡的平均日采食量(average daily feed intake,ADFI),并有助于趴卧、行走、跑、伸展行为发生,白光有助于梳羽等舒适行为发生。采用红光时,大西洋鲑的日增重最高,死亡率降低[3]。而家兔对白色、蓝色和绿色的光照更偏爱[1]。然而,光色对高温环境下家兔免疫效果的影响尚不明确。因此,本研究使用不同的单色光(白色、红色、绿色和蓝色)作为光源,探究夏季高温环境下光色对家兔免疫性能的影响,确定适宜的光色,为夏季家兔的养殖提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取体重接近、健康的35 d伊拉兔150只(购自济源牧之春有限公司)。TNF-α、IL-1β和IL-2 ELISA检测试剂盒,购自上海酶联生物科技有限公司;苏木素染液,南京建成科技有限公司;酸性品红,上海试剂三厂;中性树胶,北京索莱宝科技有限公司。

1.2 试验设计

150只伊拉兔随机分成5组,每组3个重复,每个重复10只。对照组用LED白光(400～760 nm)照射,温度控制在24 ℃;试验组分别用LED白光(400～760 nm)、LED红光(660 nm)、LED绿光(560 nm)和LED蓝光(480 nm)照射,温度控制在30 ℃。各组家兔每天接受14 h光照(6:00—20:00),每个光照处理组均采用双层遮阳窗帘进行分隔组成单独隔间,光照强度均设置为100 lx。每周通过Testo-540照度仪监测光照强度,控制各组间光照强度一致。

1.3 饲养管理

试验期间,家兔饲养于3层重叠式兔笼内,兔笼规格为58 cm×51 cm×43 cm,兔笼上方分别安装LED灯带,自由采食、饮水,免疫程序与常规方法保持一致。兔舍湿度设置为55%±5%,温度设定见“1.2”,并通过机械通风方式,保证空气质量。预试验期5 d,正式试验期30 d。

1.4 免疫器官指数测定

饲养试验结束,对试验兔空腹称重,记录家兔活重。从每个试验组选取接近该组平均体重的试验兔6只,共30只屠宰,称取试验兔的脾脏及胸腺重量,并计算免疫器官指数。

脾脏指数(g/kg)=脾脏重/宰前活重

胸腺指数(g/kg)=胸腺重/宰前活重

1.5 免疫器官石蜡切片的制作及HE染色观察

将心脏采血后的兔子耳缘静脉注射空气致死,打开腹腔采集脾脏和胸腺,用4%多聚甲醛固定组织。经脱水、透明、浸蜡、包埋后制作5 μm的石蜡切片,HE染色后在显微镜下观察拍照。用Image J图像处理软件测量平面内脾小结直径、脾动脉淋巴鞘面积,测量胸腺皮质厚度、皮质髓质的截面面积比。

1.6 细胞因子的检测

试验结束时,采用心脏采血法收集血液并装入有肝素钠的离心管中,3 000 r/min离心15 min分离血浆,-20 ℃冰箱保存备用。ELISA(酶联免疫)法检测血浆细胞因子的浓度。具体步骤按照试剂盒说明书步骤进行。

1.7 数据处理与分析

2 结果与分析

2.1 家兔免疫器官发育

由表1可知,与对照组相比,白光组家兔脾脏和胸腺的重量与指数均显著降低(P<0.05);与白光组相比,红光组脾脏重量显著降低(P<0.05),胸腺重量、脾脏指数和胸腺指数均无显著差异(P>0.05);绿光和蓝光光照环境下饲养的家兔脾脏重量、胸腺重量、脾脏指数和胸腺指数相对于白光组均显著升高(P<0.05)。

表1 光色对高温环境下家兔免疫器官发育的影响

2.2 家兔脾脏组织形态变化

家兔脾脏组织切片染色及测量结果见表2、图1。与对照组相比,白光组脾小结直径、脾动脉淋巴鞘面积均显著降低(P<0.05)。红光组脾小结直径、脾动脉淋巴鞘面积与白光组差异不显著(P>0.05),而绿光组、蓝光组脾小结直径、脾动脉淋巴鞘面积均比白光组显著升高(P<0.05),且脾淋巴鞘面积显著高于对照组(P<0.05)。

表2 光色对高温环境下家兔脾脏组织形态变化的影响

2.3 家兔胸腺组织形态变化

家兔胸腺组织切片染色及测量结果见图2、表3。

图2 光色对高温环境下家兔胸腺组织形态变化的影响

表3 光色对高温环境下家兔胸腺组织形态变化的影响

与对照组相比,白光组胸腺皮质厚度显著降低(P<0.05);红光组和蓝光组胸腺皮质厚度与白光组相比无显著差异(P>0.05),绿光组胸腺皮质厚度比白光组显著增加(P<0.05)且与对照组差异不显著(P>0.05);各试验组胸腺皮质髓质面积比差异均不显著(P>0.05),但绿光组和蓝光组略高于白光组和红光组。

2.4 家兔细胞因子表达

通过ELISA检测细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-2的血清蛋白表达水平,结果见表4。由表4可知,与对照组相比,白光组TNF-α、IL-1β含量显著升高(P<0.05),而IL-2含量显著降低(P<0.05);红光组TNF-α、IL-2含量同比白光组无显著差异(P>0.05),但IL-1β含量显著升高(P<0.05);绿光组和蓝光组TIN-α、IL-1β含量显著低于白光组(P<0.05),且IL-2含量显著升高(P<0.05)。

表4 血清中细胞因子的表达

3 讨 论

畜禽养殖生产受许多因素和条件的制约,例如高温、运输、饲料成分和喂养方式的变化等,这些因素的变化对动物的健康生产具有直接影响,其中高温对畜禽生长的负面影响尤为突出[4]。家兔皮肤中缺乏汗腺,很难通过皮肤散热,对高温环境十分敏感,因而夏季高温环境常给家兔养殖造成不利影响。目前的研究表明,高温环境下家兔的食欲和采食量明显降低,从而导致家兔营养素的摄入减少,进一步影响家兔的生长繁殖和对疾病的抵抗力。Abdel-Latif等[5]研究证实,新西兰兔在28～39 ℃的夏季高温环境中饲养6周,体重增量比正常温度下饲养的家兔降低了14.71%,料肉比升高了62.32%,同时血液中谷丙转氨酶(glutamic-pyruvic transaminase,ALT)、谷草转氨酶(glutamic-oxaloacetic transaminase,AST)、尿素、肌酐、皮质醇、肾上腺素、IFN-γ、TNF-α的含量均显著高于对照组,而IL-10的含量则明显降低,证实了夏季高温诱发了家兔的免疫抑制。Ayyat等[6]研究发现,饲养在夏季的新西兰兔体重、生长速度、采食量以及血液中红细胞、总蛋白、球蛋白和白蛋白含量显著低于冬季饲养的家兔,而AST、ALT和尿素氮含量明显升高。许啸等[7]研究发现,长时间处于热应激状态的动物其免疫器官发生萎缩,特异性细胞免疫和体液免疫功能受到抑制,非特异性免疫能力大大降低。He等[8]研究发现,动物处于较高的环境温度会改变与免疫相关的各种指标,如胸腺、脾脏和法氏囊的生长指数降低,血清补体C3和C4水平降低。本试验结果表明,与对照组相比白光组家兔脾脏和胸腺的重量与指数均显著降低,证实了高温环境能够明显抑制家兔免疫器官的发育。

光照可直接作用于神经系统和皮肤系统,引起动物的内分泌系统和消化系统等发生相应的生理变化,从而影响其生长发育[9-10]。已有大量研究表明,光照对动物生长发育与健康具有重要影响[11],比如红光可使蛋鸡产蛋量增加,绿光可以使鸡产蛋体积增大[12-13],蓝光可促进肉鸡抗氧化能力,缓解肉鸡在高温环境下的损伤[14]。近年来,越来越多的研究关注光环境对家兔的影响。孟繁臣[15]和Kalaba等[16]通过对母兔繁殖性能的研究,发现红光组和绿光组母兔的血清促卵泡素和雌二醇水平与白光组相比均有升高的趋势,且红光组和绿光组的哺乳母兔受胎率显著高于其他光色组,证实了光色对母兔繁殖性能的影响。脾脏和胸腺是家兔主要的免疫器官,其生长发育与免疫功能密切相关。脾脏是机体的外周免疫器官,占全身淋巴组织总量的25%,含有大量的B淋巴细胞、T淋巴细胞和巨噬细胞,是免疫细胞定居和对抗原刺激产生免疫应答的重要场所;胸腺是机体的中枢免疫器官,是T细胞分化成熟和分泌胸腺激素的主要场所,在淋巴细胞的形成和分化过程起着重要作用。脾脏和胸腺的良好发育对提高机体的免疫功能十分重要,因此脾脏和胸腺指数的高低能够较为客观地反应机体的免疫能力的强弱。本试验结果显示,绿光组和蓝光组同比白光组显著提高了家兔免疫器官重量和指数,脾小结直径、脾淋巴鞘面积、胸腺皮质厚度也显著增加。其对胸腺皮质髓质面积比没有显著影响,但胸腺皮质髓质面积比有上升趋势,证明绿光和蓝光均可缓解高温环境对家兔免疫器官的抑制作用。

细胞因子是由免疫细胞合成、分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质。白细胞介素、干扰素是重要的细胞因子,主要参与机体免疫应答、免疫细胞分化发育等。TNF-α主要由单核-巨噬细胞产生,在炎症反应、细胞免疫、肿瘤免疫等方面有十分重要的作用,是许多炎症反应的标志性因子;IL-1β是IL-1家族的重要成员之一,主要由固有免疫系统中活化的单核细胞、巨噬细胞产生,可参与免疫调节、促进炎症反应进展。当机体发生炎症时,IL-1β分泌量增加,刺激其他促炎因子和趋化因子的大量产生,并与其他炎症因子起到协同效应,诱发机体产生“炎症级联反应”[17-18];IL-2主要由CD4+细胞、CD8+细胞、NK细胞和转化的B细胞产生,具有多种生物学作用,其不但参与体内免疫应答,且参与炎症反应。在机体免疫调节方面,TNF-α、IL-1β、IL-2发挥重要的生物学作用。高温环境能够促进动物炎性介质的释放,诱导白细胞分泌活性氧,引发炎症反应最终导致动物发病甚至死亡[19-21]。张自强[22]报道,绿光和蓝光照射可以提高T淋巴细胞和B淋巴细胞的数量以及IL-2的含量,降低血清中的TNF-α水平,增强肉鸡的免疫功能。本试验结果显示,绿光和蓝光照射使IL-1β和TNF-α的分泌量相较白光组显著降低,IL-2的分泌量明显增高。

4 结 论

夏季高温环境对家兔免疫具有明显抑制作用,而绿光和蓝光照射均可有效缓解这种免疫抑制。除了光色之外,不同的光照强度对家兔的影响也不相同,后续应进一步研究适宜家兔生长的最佳光照强度。