趙琨發(fā),陳琪,王爭光
(浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院,杭州 310058)
浙江地區(qū)熱應(yīng)激對奶牛的危害及其防控措施
趙琨發(fā),陳琪,王爭光
(浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院,杭州 310058)
浙江地區(qū)夏季高溫高濕,奶牛極易發(fā)生熱應(yīng)激反應(yīng)。熱應(yīng)激時,奶牛采食量降低、產(chǎn)奶量下降、乳品質(zhì)降低、繁殖性能下降,給奶牛業(yè)夏季生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟損失。本文結(jié)合現(xiàn)有文獻,分析了熱應(yīng)激對奶牛造成的危害,提出了緩解奶牛熱應(yīng)激的思路及措施。旨在探索解決奶牛熱應(yīng)激的技術(shù)和方法,為減少夏季奶業(yè)損失提供科學(xué)依據(jù)。
奶牛;浙江;熱應(yīng)激;防控
奶牛熱應(yīng)激是在炎熱的夏季,奶牛受到超過本身體溫調(diào)節(jié)能力的過高溫度刺激時,作用于下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)系統(tǒng),所引起機體的非特異性防御反應(yīng)和特異性障礙在內(nèi)的一系列生理生化反應(yīng)的總和。浙江省的奶牛品種多為中國荷斯坦牛,其顯著特征是怕熱耐寒,對夏季高溫極其敏感,主要原因是其體型較大,單位體重的表面積小,體表被毛及體組織的保溫性能好,汗腺不發(fā)達致使皮膚蒸發(fā)的散熱量少。熱應(yīng)激已成為夏季導(dǎo)致奶牛養(yǎng)殖效益下降的主要因素,本文綜述了浙江地區(qū)熱應(yīng)激對奶牛的損害,以及防控?zé)釕?yīng)激的綜合措施,旨在找到適合浙江地區(qū)降低奶牛夏季熱應(yīng)激的最佳方法。
浙江位于我國東部沿海地區(qū),處于歐亞大陸與西北太平洋的過渡地帶,屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。浙江氣候總的特點是:季風(fēng)顯著,四季分明,年氣溫適中,光照較多,雨量豐沛,空氣濕潤,雨熱季節(jié)變化同步。浙江夏季氣候典型特征是氣溫高、降水多、光照強、空氣濕潤,最高氣溫可達33~43℃。炎熱的夏季給奶牛養(yǎng)殖帶來極大的挑戰(zhàn)。
2016年,浙江省奶牛存欄約3.93萬頭,年牛奶總產(chǎn)量15.3萬t,平均單產(chǎn)6 900kg,最高單產(chǎn)超過11 800kg。浙江省有獲得生產(chǎn)許可證的乳制品及嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)企業(yè)23家,其中嬰幼兒乳粉企業(yè)3家,學(xué)生奶生產(chǎn)企業(yè)3家,幾家主要乳品加工企業(yè)的日處理鮮奶能力在1 800t左右。浙江省奶牛分布區(qū)域化明顯,全省80%的奶牛主要集中飼養(yǎng)在金華、杭州、溫州、寧波的城區(qū)及附近郊縣。其中金華市為浙江省奶牛生產(chǎn)最集中的地區(qū),2016年底存欄量約為1.45萬頭,占全省奶牛存欄量的37%左右。
熱應(yīng)激可導(dǎo)致奶牛食欲減退,采食量下降[1]。奶牛所遭受的熱應(yīng)激程度越高,采食量的降幅越大。環(huán)境溫度從20℃升高到35℃的過程中,奶牛的采食量平穩(wěn)下降;當(dāng)溫度高于35℃后,奶牛的采食量會急劇下降;當(dāng)環(huán)境溫度超過40℃時,奶牛采食量會降低到適溫時的20%~40%,部分不耐熱的奶牛會基本停止采食[2]。溫雅俐等[3]證實,隨著奶牛熱應(yīng)激的加劇,其采食量會不斷下降。熱應(yīng)激前期,不同泌乳階段奶牛采食量開始下降,熱應(yīng)激中、后期下降極顯著(P<0.01),說明熱應(yīng)激對奶牛的采食量影響有延遲效應(yīng)。熱應(yīng)激引起奶牛采食量減少的機制比較復(fù)雜,其可直接通過溫度感覺器作用于下丘腦的飽中樞,抑制奶牛采食;也可以通過調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-甲狀腺使奶牛體內(nèi)的三碘甲狀腺原氨酸和甲狀腺素分泌量下降,致使體內(nèi)的激素代謝出現(xiàn)紊亂,流經(jīng)全身皮膚表面的血量增加,影響胃腸道蠕動,進而延長食糜通過胃的時間,使胃保持充盈,通過胃伸張感受器作用于下丘腦的飽中樞,導(dǎo)致采食量減少[4]。另外,溫度升高可造成奶牛飲水量急劇增加,采食量相應(yīng)也會減少。
熱應(yīng)激不僅使得奶牛采食量下降,各種營養(yǎng)成分的消化率也受到影響。王建平等[5]研究表明,高溫高濕的嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激可導(dǎo)致奶牛消化率下降。熱應(yīng)激顯著降低了奶牛干物質(zhì)、粗蛋白、粗脂肪、NDF、ADF及Ca和P的消化率[3]。陳軍等研究證實,處于輕微和中度熱應(yīng)激期的奶牛,粗脂肪的消化率分別降低了6.17%、13.03%;鈣的消化率分別降低了25.09%、34.97%;磷的消化率分別降低了22.77%、36.27%[6]。
處于熱應(yīng)激狀態(tài)時奶牛為了減少熱量產(chǎn)生,通常會減少粗飼料的采食量;同時,呼吸加快,機體蛋白質(zhì)、脂肪及糖類的分解代謝增強,合成代謝降低;并且在熱應(yīng)激條件下,奶牛腸胃中食物的通過率變慢,可反射性引起瘤胃活性和收縮力下降,使奶牛的反芻行為受到一定程度的抑制,降低反芻效率,導(dǎo)致瘤胃內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變,pH值升高,氨氮含量和總揮發(fā)性脂肪酸濃度降低,機體處于能量和氮代謝的負平衡狀態(tài),奶牛流向乳房的血液量減少,最終導(dǎo)致機體的營養(yǎng)攝入不足,產(chǎn)奶量降低[7,8]。何欽研究證實,與非熱應(yīng)激期相比,泌乳前、中、后期的奶牛在整個熱應(yīng)激期的平均產(chǎn)奶量分別下降了15.41%、12.56%、11.87%[9]。楊毅等[10]研究表明,在輕微和中度熱應(yīng)激期泌乳牛產(chǎn)奶量分別下降13.8%和26.9%(P<0.01),且產(chǎn)奶量與溫濕度指數(shù)(THI)呈極顯著負相關(guān),THI每上升1,產(chǎn)奶量下降1.9%。薛白等[11]研究也表明,THI從68升高到80,奶牛產(chǎn)奶量下降27.4%。
熱應(yīng)激不僅降低奶牛的產(chǎn)奶量,還導(dǎo)致乳成分發(fā)生變化,牛奶品質(zhì)降低。薛白等[11]研究表明,夏季奶牛發(fā)生慢性熱應(yīng)激時,乳品質(zhì)呈下降趨勢,乳脂率和乳蛋白率較春季、秋季和冬季有所下降。熱應(yīng)激時,奶牛粗飼料采食量下降,高精日糧采食量上升,瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生丙酸較多,乙酸減少。由于乙酸是乳脂合成的前體物質(zhì),乙酸水平的下降勢必造成乳脂率下降。并且丙酸水平上升,會刺激胰島素分泌,使更多的吸收養(yǎng)分用于體組織而不是乳腺組織代謝,造成乳脂率降低[12,13]。進一步研究發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激還可導(dǎo)致乳脂中C18∶1脂肪酸的質(zhì)量分數(shù)顯著下降,總飽和脂肪酸含量增加,總不飽和脂肪酸含量降低,以及乳中體細胞數(shù)上升[14]。
熱應(yīng)激嚴(yán)重會影響公牛的繁殖機能。正常情況下,陰囊具有一定的熱調(diào)節(jié)能力,睪丸可保持比體溫低3~7℃的適宜溫度。浙江地區(qū)夏季高溫、高濕的氣候,會導(dǎo)致公牛散熱不暢、體溫升高,超出了睪丸自身的調(diào)節(jié)能力,引起陰囊皮溫和睪丸溫度上升,致使生殖上皮變性,使精子的成熟和貯存、性腺激素分泌量及其成分發(fā)生變化,造成夏季不育公牛增多。研究表明,氣候因素對種公牛精液的品質(zhì)有較大影響,在7~8月份高溫期,精液的各種性狀指標(biāo)均呈下降趨勢,精子活力下降,死精數(shù)、精子畸形率增加,密度變稀,頂體完整率下降[15]。熱應(yīng)激導(dǎo)致的精液品質(zhì)下降至少需7~9周才能恢復(fù)[16]。另外,在熱應(yīng)激情況下,公牛附睪內(nèi)精子的呼吸作用增強,消耗大量的代謝基質(zhì),當(dāng)精子排出后其活力已顯著降低,受精能力受到影響[17]。
熱應(yīng)激是造成炎熱夏季母牛繁殖性能降低的主要因素。熱應(yīng)激可以通過以下三種途徑影響到母牛的繁殖性能:一是對奶牛性腺軸直接造成損害,導(dǎo)致促卵泡素和促黃體素分泌下降,孕酮和雌激素水平降低,使發(fā)情時間縮短,性周期延長,排卵遲緩,濾泡發(fā)育不良以及卵泡形態(tài)異常[18]。在熱應(yīng)激條件下,母牛暗發(fā)情增多,不利于受精卵發(fā)育和附植,胚胎死亡率增加,受胎率、妊娠率下降,導(dǎo)致奶牛不孕、流產(chǎn)。研究表明,當(dāng)環(huán)境溫度由4℃上升到28℃時,母牛受胎率下降13.1%,胎衣不下發(fā)生率上升23.33%[19]。二是引起奶牛的食欲下降和干物質(zhì)攝取量降低,新陳代謝紊亂,導(dǎo)致奶牛繁殖機能下降。三是改變奶牛促甲狀腺激素、促腎上腺皮質(zhì)激素和腎上腺皮質(zhì)激素的分泌,間接引起奶牛繁殖能力的降低[20]。熱應(yīng)激條件下對奶牛進行超數(shù)排卵處理,會導(dǎo)致奶牛對外源性FSH產(chǎn)生惰性,只有較少的卵泡發(fā)育和成熟,并且引起卵子成熟質(zhì)量的下降,嚴(yán)重影響超排效果[21]。
研究表明熱應(yīng)激會嚴(yán)重影響奶牛的生理狀態(tài)。在熱應(yīng)激條件下,奶牛出現(xiàn)熱性喘息,產(chǎn)乳過程中產(chǎn)熱量加大,影響奶牛機體的熱平衡,最終導(dǎo)致體溫升高。熱應(yīng)激反應(yīng)刺激奶牛下丘腦,為維持體內(nèi)熱平衡,下丘腦進行反饋調(diào)節(jié),引起一系列生理活動的變化,比如出汗增加、呼吸急促、心跳加快,皮膚代謝發(fā)生障礙,同時體內(nèi)的代謝產(chǎn)熱增加。在熱應(yīng)激初期,奶牛為了緩解熱應(yīng)激會首先加快呼吸頻率來增加體內(nèi)散熱,當(dāng)通過該方式仍不能維持機體熱平衡時,奶牛的直腸溫度和體表溫度則會隨之升高。李忠浩等報道,熱應(yīng)激期時奶牛的呼吸頻率和直腸溫度均極顯著高于非應(yīng)激期[22]。姚焰礎(chǔ)等研究證實,熱應(yīng)激極顯著增加了各泌乳階段奶牛的直腸溫度、皮膚溫度和呼吸頻率;發(fā)生熱應(yīng)激時,不同泌乳階段奶牛的直腸溫度、皮膚溫度和呼吸頻率與THI呈正相關(guān),均隨THI升高而升高;與泌乳中、后期奶牛相比,熱應(yīng)激對泌乳前期奶牛的直腸溫度、皮膚溫度和呼吸頻率影響較大[23]。此外,發(fā)生熱應(yīng)激時奶牛的心率也會受到一定的影響。受到短期熱應(yīng)激影響時奶牛心率會增加,長期遭受熱應(yīng)激影響時奶牛心率就會降低;短期熱應(yīng)激增加心率可提高機體體表血流量從而加強對流散熱[24]。熱應(yīng)激還顯著降低了奶牛的抗氧化性能。發(fā)生熱應(yīng)激時,泌乳奶牛血清中的抗氧化指標(biāo)發(fā)生顯著變化,其中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性極顯著降低,活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量極顯著增高,說明處于熱應(yīng)激狀態(tài)時,奶牛機體抗氧化能力減弱,無法有效清除體內(nèi)的自由基,導(dǎo)致總抗氧化能力降低,奶牛機體細胞受到了一定程度的氧化損傷[25]。
根據(jù)浙江省的氣候條件,要想從根本上解決奶牛熱應(yīng)激的問題,一定要培育出耐熱性較強的奶牛品種或品系。奶牛耐熱性是數(shù)量性狀,遺傳力較低,僅為0.15~0.30,常規(guī)育種效果不明顯,借助分子標(biāo)記輔助選擇等最新的分子育種手段可獲得較快的遺傳進展,已成為選育抗熱應(yīng)激奶牛的新突破點。研究發(fā)現(xiàn),HSP70、HSF1、ATP1A1、ATP1B2、S441、PPAR-α等基因可作為奶牛耐熱性狀的候選基因[26~28]。上述基因的功能和遺傳多樣性研究,為驗證和挖掘耐熱分子標(biāo)記的工作提供了很好的素材和技術(shù)手段。然而,將耐熱分子標(biāo)記運用到耐熱奶牛品系的選育中,仍需要大量的驗證和篩選工作。
引進良種公牛與本地母牛雜交,也是培育浙江地區(qū)耐熱奶牛的重要方法。筆者所在實驗室和金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院傅春泉教授課題組經(jīng)過多年合作,引入弗萊維赫牛雜交改良荷斯坦牛。弗萊維赫牛是在瑞士西門塔爾牛和德系紅荷斯坦牛雜交基礎(chǔ)上選育而成的優(yōu)秀乳肉兼用牛品種,具有泌乳性能好、乳品質(zhì)優(yōu)、繁殖力高、抗病力和適應(yīng)性強、抗熱應(yīng)激等特性,是雜交改良荷斯坦牛的理想品種。項目組以弗萊維赫牛為父本,與荷斯坦牛雜交,測定其雜交后代的抗熱應(yīng)激能力、生產(chǎn)性能、屠宰性能、泌乳性能等,結(jié)果證實雜交后代的抗熱應(yīng)激性能顯著提高,弗荷F1牛夏季血清HSP70、SOD含量顯著高于荷斯坦牛,血液中血紅蛋白含量、血小板數(shù)顯著低于荷斯坦牛,熱應(yīng)激狀態(tài)下的產(chǎn)奶量比荷斯坦牛少下降約11.7%[29]。
3.2.1 增加蛋白質(zhì)和脂肪的補充量
熱應(yīng)激引起奶牛代謝率增加,加速了糖、蛋白質(zhì)、脂肪的降解;同時皮膚蒸發(fā)使氮的排出增加;高溫環(huán)境還會嚴(yán)重影響奶牛食欲,使奶牛采食量下降。針對此,應(yīng)適當(dāng)提高日糧中的蛋白質(zhì)和能量濃度,增加奶牛營養(yǎng)的攝入,緩解能量負平衡,滿足奶牛的泌乳和生理需要??稍谂浜巷暳现羞m當(dāng)增加玉米、豆餅、魚粉等高質(zhì)量蛋白質(zhì)飼料和能量飼料的含量,使蛋白質(zhì)含量較正常水平提高4%左右。楊游等研究發(fā)現(xiàn),夏季熱應(yīng)激時,在日糧中添加200g/d脂肪酸鈣可極顯著提高奶牛的標(biāo)準(zhǔn)乳產(chǎn)量和乳脂率[30]。楊金波等[31]研究發(fā)現(xiàn),適量添加過瘤胃脂肪可以提高奶牛產(chǎn)奶量,乳脂含量提高6.23%,乳蛋白含量降低4.25%。同時,過瘤胃脂肪可改善泌乳牛的體況,對產(chǎn)奶量高而體質(zhì)差的奶牛具有重要的營養(yǎng)意義。王建平等[32]研究證實,日糧添加飽和脂肪酸顯著提高了奶牛產(chǎn)奶量,提高了牛奶中乳脂和總固體含量。而且隨著日糧中脂肪添加量的增加,奶牛凈能和粗脂肪采食量呈線性增加。相比對照組,3%和1.5%脂肪組凈能轉(zhuǎn)化率分別提高5.69%和6.04%;粗蛋白轉(zhuǎn)化率分別提高8.48%和6.20%。
3.2.2 控制粗飼料比例,增加飲水量
由于粗飼料含有大量纖維,發(fā)酵時會產(chǎn)生大量熱量,致使奶牛的采食量降低,限制了能量和蛋白質(zhì)的攝入,導(dǎo)致奶牛熱應(yīng)激加劇,造成機體能量攝入不足,產(chǎn)奶量下降。因此發(fā)生熱應(yīng)激時應(yīng)適當(dāng)降低粗飼料在奶牛日糧中所占比例,提高富含糖類和水分等適口性好的青綠飼料的比例。發(fā)生熱應(yīng)激時,奶牛依靠出汗和呼吸蒸發(fā)水分達到降溫目的,因此,必須保證熱應(yīng)激的奶牛有充足的飲水,當(dāng)THI超過80時,泌乳牛每天飲水量將是平時的150%[33]。而且要給予冷水,奶牛飲冷水可傳導(dǎo)散熱。
3.2.3 補充礦物質(zhì)和微量元素
熱應(yīng)激時,奶牛呼吸頻率增加,排汗增強,可導(dǎo)致體內(nèi)礦物質(zhì)嚴(yán)重流失,造成體內(nèi)酸堿失衡。因此,應(yīng)增加日糧中鈣、磷、鎂、鈉、鉀等礦物質(zhì)元素的含量,以補充奶牛流失的礦物質(zhì),同時可增強奶牛食欲,從而提高產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)。梁茂文等[34]證實,在熱應(yīng)激期間,在奶牛日糧中加入8mg/(頭·d)吡啶羧酸鉻可顯著提高產(chǎn)奶量。梁學(xué)武等[35]發(fā)現(xiàn),日糧中添加酵母鉻可提高奶牛產(chǎn)奶量,極顯著降低血清游離三碘甲狀腺原氨酸含量及其與游離甲狀腺素的比值,其中以0.80mg/kg添加量為最佳。禹愛兵等在熱應(yīng)激奶牛日糧中添加賴氨酸鉻,結(jié)果改善了奶牛生產(chǎn)性能和生理狀態(tài),增強了抗熱應(yīng)激的能力,使牛奶乳脂率和葡萄糖含量升高、體細胞數(shù)顯著降低[36]。除了鉻以外,日糧中添加其他礦物質(zhì)和微量元素也可緩解熱應(yīng)激對奶牛的不良影響。董衛(wèi)星等[37]研究表明,日糧中添加納米硒和維生素E可使血漿中硒和維生素E的含量明顯增加,血清中GSH-Px的活性顯著升高,MDA和ROS水平降低,總抗氧化能力顯著提高,從而緩解并改善奶牛因熱應(yīng)激引起的氧化損傷。夏季給奶牛補飼過瘤胃蛋氨酸可以提高奶牛生產(chǎn)性能,清除體內(nèi)自由基,減少外周血液中淋巴細胞凋亡,上調(diào)抗凋亡基因和抑制促凋亡基因表達,緩解奶牛熱應(yīng)激[38]。
3.2.4 添加抗熱應(yīng)激藥物
中草藥具有多種營養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì),兼有藥物和營養(yǎng)的雙重作用,能夠提高奶牛的熱耐受能力,促進采食并增加奶牛對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收,提高機體免疫力,增強奶牛對高溫的適應(yīng)性,緩解熱應(yīng)激對奶牛產(chǎn)生的不利影響。李占鋒等證實了,添加200g/d的黃芪組方中草藥添加劑可在一定程度上降低熱應(yīng)激奶牛肛溫和呼吸頻率;通過提高血清T4水平,降低內(nèi)毒素、HSP70和MDA含量,提高抗氧化酶活力,從而有效地緩解奶牛熱應(yīng)激,提高產(chǎn)奶量,減輕熱應(yīng)激對奶牛的危害[39]。將中草藥添加劑(150g/頭·d)和γ-氨基丁酸(10g/頭·d)同時加入熱應(yīng)激奶牛日糧中,發(fā)現(xiàn)二者聯(lián)合使用能顯著降低奶牛體溫及呼吸頻率,提高產(chǎn)奶量、干物質(zhì)濃度、血糖水平及血Na+含量(P<0.05),極顯著提高乳蛋白和血清Cl-含量(P<0.01),有效緩解奶牛熱應(yīng)激[40]。
牛舍應(yīng)建造在通風(fēng)良好處,修建半開放式牛舍,應(yīng)增設(shè)頂棚或者采用絕熱性能好的材料建造屋頂,以減少輻射產(chǎn)熱。牛舍和運動場周圍可通過植樹種草減少陽光的輻射,防止熱氣進入牛舍,改善牛場小氣候[41]。要加強牛舍通風(fēng)降溫,通風(fēng)是應(yīng)用最廣泛、最簡單有效的降溫措施。陳松明[42]的試驗證實,在牛舍中采取通風(fēng)和噴淋措施,可降低牛的體溫,增強食欲,增加營養(yǎng)物質(zhì)的攝取量,緩解熱應(yīng)激的影響,提高奶牛的產(chǎn)奶量。此外,還應(yīng)在牛舍內(nèi)部及四周安裝風(fēng)扇和噴淋裝置,先給牛噴淋,讓牛皮濕透,然后再給牛吹風(fēng),等吹干后再噴淋,如此循環(huán),通過加快水分蒸發(fā)帶走部分體表熱量,達到降低奶牛體溫的目的。
濕熱的夏季嚴(yán)重影響了浙江地區(qū)的奶牛養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展,分析熱應(yīng)激對奶牛的損傷,探索有效的控制熱應(yīng)激的技術(shù)措施是奶業(yè)發(fā)展的迫切需要。從實踐來看,將育種、營養(yǎng)、飼養(yǎng)管理等多種措施聯(lián)合使用是破解奶牛熱應(yīng)激的必由之路。
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The Harm Effects of Heat Stress on Dairy Cows in Zhejiang Province and Its Solving Measures
ZHAO Kun-fa, CHEN Qi, WANG Zheng-guang
(College of Animal Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058)
Dairy cows are prone to heat stress response under the condition of high temperature and high humidity in summer in Zhejiang area. The damage of heat stress on dairy cows mainly includes decreasing of feed intake, milk yield, milk quality and reproductive performance. Heat stress causes huge economic losses to dairy production in summer. In this paper, the harm effects caused by heat stress on dairy cows were analyzes. This paper puts forward some ideas and measures to alleviate the heat stress of dairy cows. The purpose of this study is to explore the technology and method to solve the heat stress of dairy cows, and to provide scientific basis for reducing the loss of dairy industry in summer.
Dairy cows; Zhejiang; Heat stress; Measures
S823.4
A
1004-4264(2017)12-0007-05
10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.12.002
2017-05-12
浙江省公益技術(shù)研究項目(2015C32024)。
趙琨發(fā)(1994-),男,河南魯山人,本科生,研究方向為動物遺傳育種與繁殖。
王爭光(1979-),男,河南沈丘人,副教授,研究方向為動物遺傳育種與繁殖。