冷熱應激對北京地區荷斯坦牛產奶性能及 血液生化指標的影響

胡麗蓉，康玲，王淑慧，李瑋，鄢新義，羅漢鵬，董剛輝，王新宇，王雅春，徐青

?

冷熱應激對北京地區荷斯坦牛產奶性能及 血液生化指標的影響

胡麗蓉1，康玲1，王淑慧1，李瑋1，鄢新義2，羅漢鵬2，董剛輝3，王新宇3，王雅春2，徐青1

（1北京交通大學生命科學與生物工程研究院，北京 100044；2中國農業大學動物科技學院，北京 100193；3北京首農畜牧發展有限公司， 北京 100029）

【目的】分析冷熱應激對北京地區荷斯坦牛產奶性能和血液生化指標的影響，評估可指示荷斯坦牛冷熱應激反應的候選血液生化指標，為該地區奶牛的生產管理及耐應激個體選育提供理論依據。【方法】本試驗以北京市三元綠荷金銀島牧場的健康泌乳荷斯坦牛為研究對象，連續監測了熱應激期（2014年8月份）、非應激期（2014年11月份）和冷應激期（2015年1月份）牛舍THI，并分別采集了178頭、120頭和126頭荷斯坦牛的血樣，測定了14種血液生化指標，同時收集了試驗個體的7項產奶性能數據，采用SAS9.2中的MIXED模型分析了荷斯坦牛在冷熱應激下產奶性能和血液生化指標的變化規律，并通過Logistic過程分析了荷斯坦牛在冷熱應激下顯著變化的血液生化指標指示奶牛個體冷熱應激反應的準確性。【結果】牛舍8月份的平均溫度為31.80℃，平均THI達到了81.57，且該月THI大于78持續時間超過8 h的天數達到了21 d，表明本試驗群體在8月份長期處于中度熱應激狀態；11月份的平均溫度為12.76℃，該月平均THI為55.43，表明本試驗群體在11月份處于非應激狀態；1月份的平均溫度為-6.70℃，平均THI為25.63，且該月有21 d的溫差大于12℃，表明試驗群體在1月份處于較嚴重的冷應激狀態。與非應激期比較，熱應激下荷斯坦牛AMY下降了1.34 kg，奶樣中FP、PP、F/P和SP極顯著降低（＜0.01），LP顯著降低（＜0.05），SCS則極顯著增加（=0.01）；血清中GH、LD、PRL和SOD極顯著升高（＜0.01），而BUN、CRP、LDH、LPO、NE和K+極顯著降低（＜0.01）；ROC曲線分析顯示PRL、GH和CRP的AUC值大于0.80，分別為0.91、0.85和0.83。與非應激期比較，冷應激下荷斯坦牛AMY下降了1.13 kg，奶樣中FP和SP極顯著下降（＜0.01），F/P顯著下降（＜0.05），SCS則極顯著增加（＜0.01）；血清中COR、CORT和K+極顯著升高（＜0.01），而CRP、DA、GH、PRL和SOD極顯著降低（＜0.01），ATCH顯著降低（＜0.05）；ROC曲線分析顯示僅SOD的AUC值大于0.80，其值為0.84。【結論】研究結果表明北京地區荷斯坦牛在8月份和1月份均處于較嚴重的應激狀態，且冷熱應激已極大地影響了該地區荷斯坦牛的產奶性能和生理狀態，PRL和GH可作為監測荷斯坦牛早期熱應激的候選指示指標，SOD可作為監測荷斯坦牛早期冷應激的候選指示指標。

荷斯坦牛；冷熱應激；產奶性能；血液生化指標

0 引言

【研究意義】冷熱應激是指動物受到寒冷或炎熱刺激所產生的一系列非特異性反應。隨著畜牧業集約化和規模化發展及全球性氣溫劇烈變化，冷熱應激嚴重影響了畜禽的生產性能、繁殖性能以及免疫力[1-2]，成為制約畜牧業生產的重要因素。研究表明，熱應激下奶牛的采食量減少，產奶量下降，乳成分含量降低[3-4]，機體免疫功能受到抑制，導致奶牛乳房炎發病率提高[5]。而冷應激下，奶牛因體熱散失較多，必然不斷的增加能量消耗以維持正常體溫，導致產奶凈能減少，產奶量下降[6]。【前人研究進展】奶牛適宜生活的環境溫度為5—25℃[7]，超出此溫度范圍，奶牛就會發生冷或熱應激反應。環境濕度也影響奶牛的冷熱應激反應，因此常采用溫濕度指數（temperature-humidity index，THI）來綜合描述氣候條件[8]，通常當THI大于72時，奶牛出現熱應激反應[8]，THI小于38時，則出現冷應激反應[9]。參與調節冷熱應激的神經內分泌軸主要有交感-腎上腺髓質軸（SAM）、下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA）和下丘腦-垂體-甲狀腺軸（HPT）[10]。奶牛處于冷熱應激時，SAM、HPA和HPT軸被激活，垂體分泌促腎上腺皮質激素（adrenocorticotrophic hormone，ATCH）、催乳素（prolactin，PRL）和生長激素（growth hormone，GH）等激素，進一步調節血管收縮和舒張及能量代謝；同時，血液中與冷熱應激相關的酶和電解質離子含量也相應發生變化[11-12]，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等。【本研究切入點】因此，存在于血液中的這些生化指標，是奶牛冷熱應激反應的內在體現，參與應激條件下機體能量的重新分配以維持體溫恒定[13]，在生產性能未表現異常之前就可檢測到其變化，可用于早期監測奶牛的應激程度[14-15]，降低冷熱應激對產奶性能造成的不利影響，也可作為潛在的指標評價奶牛的冷熱應激狀態，輔助篩選耐應激個體。【擬解決的關鍵問題】北京地區每年夏季有131—139 d處于熱應激期，其中處于中度熱應激的天數超過50%[16]，冬季晝夜溫差高達20℃，冷應激和熱應激均可對北京地區奶牛的生產造成嚴重影響。因此，系統地分析冷熱應激對北京地區荷斯坦牛產奶性能和血液生化指標的影響，對該地區奶牛的生產管理及耐應激個體選育具有重要意義。本研究選擇北京市三元綠荷金銀島牧場的健康泌乳荷斯坦牛為研究對象，分別于熱應激期（2014年8月份，N=178）、非應激期（2014年11月份，N=120）和冷應激期（2015年1月份，N=126）采集血樣，檢測14種血液生化指標，收集7項產奶性能數據，分析冷熱應激對荷斯坦牛產奶性能和血液生化指標的影響，篩選可判別冷應激反應的潛在血液生化指標，為制定該地區預防冷熱應激方案和篩選抗冷熱應激個體提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗動物

本試驗在北京市三元綠荷金銀島牧場進行，以健康泌乳荷斯坦牛為研究對象。該荷斯坦牛群體采用散欄式飼養，舍外設運動場，自由飲水，全天全混合日糧（TMR）自由采食，整個試驗期間日糧營養成分保持一致，其營養水平符合奶牛飼養標準（NY/T 34-2004）。飼料主要營養成分如下：干物質23 kg，粗料比例40%，粗蛋白16%—17%。試驗在3個不同時期進行：熱應激期（2014年8月份）、非應激期（2014年11月份）和冷應激期（2015年1月份），采樣個體數分別為178頭、120頭和126頭，其中有101頭在3個月份中均采樣。熱應激期從2014年8月1日開始，監測牛舍內THI（溫濕度指數）變化，當THI連續7 d高于78后進行血液采集；非應激期從2014年11月1日開始，7 d后進行血液樣品采集；冷應激從2015年1月1日開始，在THI連續7 d小于38后進行血液樣品采集。

1.2 牛舍環境溫濕度記錄

在牛舍中央距地面1.5 m處懸掛溫濕度自動記錄計，每半小時自動記錄一次溫濕度。根據公式計算THI：THI=0.8×AT+[RH×(AT-14.4)]+46.4[8]，式中AT和RH 分別為溫度和相對濕度。熱應激判別標準[8]：輕度熱應激，72≤THI≤78；中度熱應激，78＜THI≤89；重度熱應激，THI＞89。冷應激判別標準[9]：輕度冷應激，25≤THI≤38；中度冷應激，8≤THI＜25；重度冷應激，-12≤THI＜8。

1.3 血液采集和生化指標測定

通過尾靜脈采血法分別于2014年8月8日上午7：00—10：00（N=178）、2014年11月8日上午7：00—10：00（N=120）、2015年1月17日上午7：00—10：00（N=126）采集健康泌乳荷斯坦牛的血液樣品，3 000 r/min離心10 min后，分離上層血清和下層紅細胞，-40℃冷凍保存[17]。測定14種血液生化指標：放射免疫法測定促腎上腺皮質激素（adrenocorticotrophic hormone，ATCH）、皮質醇（cortisol，COR）、皮質酮（corticosterone，CORT）、C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）、多巴胺（dopamine，DA）、生長激素（growth Hormone，GH）、脂質過氧化物（lipid peroxide，LPO）、去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）、催乳素（prolactin，PRL）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）；比色法測定血尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）、乳酸（lactate，LD）和乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）；原子吸收法測定紅細胞鉀（erythrocyte potassium，K+）。所有血液生化指標的測定均委托北京華英生物技術研究所進行。

1.4 產奶性能數據

本研究采集了3個不同月份（熱應激期：2014年8月份，N=178；非應激期：2014年11月份，N=120；冷應激期：2015年1月份，N=126）的7項產奶性能數據，包括：連續7 d平均日產奶量（average milk yield of 7 days，AMY，乳脂率（fat percentage，FP）、乳蛋白率（protein percentage，PP）、脂蛋比（fat percentage/Protein percentage，F/P）、乳糖率（lactose percentage，LP）、干物質率（solid percentage，SP）和體細胞分（somatic cells score，SCS）。產奶性能原始數據由北京市三元綠荷金銀島牧場采集和提供。

1.5 數據分析

1.5.1 冷熱應激影響荷斯坦牛產奶性能的方差分析 采用SAS9.2軟件，利用MIXED過程分析冷熱應激對荷斯坦牛產奶性能的影響，模型如下：

=++++（模型1）

其中，是各產奶性能；是各產奶性能的均值；是月份的固定效應（8月份，11月份，1月份）；是泌乳階段的固定效應（DIM≤100，早期；100＜DIM≤200，中期；DIM＞200，后期）；是奶牛個體的效應；是隨機殘差。

模型中胎次、產犢季節、懷孕天數等不顯著效應已剔除，僅保留顯著的因子加入模型；由于數據有限不考慮兩因子和三因子互作。

采用最小二乘均值法對不同泌乳階段和荷斯坦牛個體效應進行校正，用Bonferroni t檢驗對月份效應進行多重比較。

1.5.2 冷熱應激影響荷斯坦牛血液生化指標的方差分析 采用SAS9.2軟件，利用MIXED過程分析冷熱應激對荷斯坦牛血液生化指標的影響，模型如下：

=++++（模型2）

其中，是各血液生化指標含量；是各血液生化指標含量的均值；是月份的固定效應（8月份，11月份，1月份）；是胎次的固定效應（1胎，2胎，其他）；是奶牛個體的效應；是隨機殘差。

模型中泌乳階段、產犢季節、懷孕天數等不顯著效應已剔除，僅保留顯著的因子加入模型；由于數據有限不考慮兩因子和三因子互作。

采用最小二乘均值法對胎次和荷斯坦牛個體效應進行校正，用Bonferroni t檢驗對月份效應進行多重比較。

1.5.3 受試者工作特征曲線分析（receiver operating characteristic curve，ROC曲線） 為了進一步分析各血液生化指標的變化與奶牛冷熱應激反應程度之間的潛在關系，采用SAS9.2軟件中Logistic過程對冷熱應激下荷斯坦牛顯著變化的血液生化指標進行ROC曲線分析，篩選可相對準確指示奶牛個體冷熱應激反應的血液生化指標。ROC曲線圖中，曲線下面積（area under the curve，AUC）值越大，表示其判別冷熱應激反應的假陽性和假陰性的總數越少，準確性越高。AUC值在0.50—0.80之間，表示具有較低準確性；AUC值在0.80—0.90之間，表示具有較好準確性；AUC值大于0.90表示具有較高準確性。

2 結果

2.1 應激期與非應激期牛舍溫度和THI

本研究監測了3個不同月份中試驗牛牛舍的溫度和THI，如圖1所示：8月份牛舍的平均溫度為31.80℃，平均THI達到了81.57，且該月THI大于78持續時間超過8 h的天數有21 d，最長可持續24 h，說明本試驗群體在8月份長時間處于中度熱應激狀態（79≤THI≤89）狀態；11月份的平均溫度為12.76℃，該月平均THI為55.43，說明本試驗群體在11月份處于非應激狀態；1月份的平均溫度為-6.70℃，平均THI為25.63，表明試驗群體在1月份處于輕度冷應激狀態（25≤THI≤38），但該月有21 d的溫差大于12℃，1月份中旬和下旬則持續處于冷應激狀態（最低THI為10），一定程度上加重了該荷斯坦牛群體的冷應激狀態。

以上結果表明本荷斯坦牛試驗群體在8月份和1月份分別處于中度熱應激狀態和輕度冷應激狀態。為了檢測這種中等和輕微程度的溫度應激是否會對受試奶牛群體的生產性能和生理產生影響，采集了試驗群體3個不同月份的日產奶量等7項產奶性能數據，并采集血液測定了促腎上腺皮質激素等14種血液生化指標（奶牛內在生理變化的表現）。

黑色三角形表示該天THI大于78而且持續時間超過8 h；黑色菱形表示該天溫差大于12℃

2.2 冷熱應激對荷斯坦牛產奶性能的影響

方差分析結果顯示，月份、泌乳階段和荷斯坦牛個體均對多項產奶性能有顯著影響（＜0.05），因此采用最小二乘均值法對泌乳階段和荷斯坦牛個體效應進行校正后，再比較不同月份（冷熱應激）對產奶性能的影響。多重比較結果如表1所示：8月份與11月份相比，AMY下降了1.34 kg，奶樣中的FP、PP、F/P和SP極顯著降低（＜0.01），LP顯著降低（＜0.05），而SCS極顯著增加（0.01）；1月份與11月份相比，AMY下降了1.13 kg，奶樣中的FP和SP極顯著降低（＜0.01），F/P顯著降低（＜0.05），SCS則極顯著增加（＜0.01）。以上結果表明冷熱應激已嚴重地影響了荷斯坦牛的產奶性能，同時降低了奶牛的免疫能力，增加了乳房炎的發病率。

表1 冷熱應激對荷斯坦牛產奶性能的影響

1)為8月份和11月份比較結果，2)為1月份和11月份比較結果；＜0.05表示差異顯著，＜0.01表示差異極顯著；LSM 為最小二乘均值，SE 為標準誤

1)meanscomparison results between August and November,2)meanscomparison results between Januaryand November;＜0.05 indicates a significant difference,＜0.01 indicates a highly significant difference; LSM is least square mean, SE is standard error

2.3 冷熱應激對荷斯坦牛血液生化指標的影響

動物的冷熱應激反應是一個激素等多種因素參與調節的神經內分泌應對過程，存在于血液中的多種生化指標是奶牛冷熱應激反應的內在生理表現。方差分析結果顯示，月份、胎次和荷斯坦牛個體均對多種血液生化指標產生顯著影響（＜0.05），通過最小二乘均值法將胎次和荷斯坦牛個體效應校正后再對不同月份進行多重比較。如表2所示：8月份與11月份相比，血樣中的BUN、CRP、LDH、LPO、NE和K+極顯著降低（＜0.01），而GH、LD、PRL和SOD極顯著升高（＜0.01）；1月份與11月份相比，CRP、DA、GH、PRL和SOD極顯著降低（＜0.01），ACTH顯著降低（＜0.05），而血樣中的COR、CORT和K+極顯著升高（＜0.01）。以上數據表明冷熱應激引起了荷斯坦牛多種血液生化指標的顯著變化，因此，這些發生顯著變化的血液指標可作為判別奶牛冷熱應激反應的潛在標記物，用于早期監測奶牛的應激程度，降低冷熱應激對產奶性能造成的不利影響。

2.4 ROC曲線分析

冷熱應激下分別有9種及10種血液生化指標發生顯著變化，為了進一步評判這些顯著變化指標潛在指示冷熱應激反應的準確性，通過Logistic過程對這19種顯著變化的血液生化指標進行ROC曲線分析。如圖2所示：熱應激下PRL的AUC值為0.91，GH和CRP的AUC值分別為0.85和0.83，表明這3種指標判別個體熱應激狀態的準確性優于其他7種指標（圖2-A）；而冷應激下僅SOD的AUC值大于0.80，其值為0.84，表明SOD判別個體冷應激狀態的準確性優于其他8種指標（圖2-B）。綜上，PRL、GH和CRP可做為指示奶牛熱應激反應的潛在血液生化標記，SOD可作為指示奶牛冷應激反應的潛在血液生化標記。

3 討論

3.1 THI與奶牛冷熱應激

氣候變化是影響奶牛養殖的主要因素之一，THI作為溫度和濕度的綜合指標被廣泛用于評估奶牛群體的冷熱應激狀態。當環境THI超過72時，奶牛開始處于熱應激狀態，干物質采食量和產奶量開始下降[18]，乳成分和體細胞數也受到顯著影響[3]，也有研究發現，THI高于68時，奶牛已經開始出現熱應激反應，當THI超過70時，干物質采食量、產奶量、乳脂率和乳蛋白率開始隨THI升高而大幅度下降[19]。因此，牛群飼養的地理位置和管理水平等因素會影響THI判別冷熱應激的準確性。尋找可輔助THI早期檢測奶牛冷熱應激反應的標記物顯得尤為重要。此外，北京地區自2008年以來，冷熱應激呈現“雙升”態勢，對奶牛養殖業造成了不小的沖擊，其中8月份和1月份冷熱應激程度最嚴重，天數占比最多[16]。本研究選擇2014年8月、2014年11月和2015年1月作為應激和非應激試驗期，對這3個月份THI、荷斯坦牛產奶性能和血液生化指標的變化規律進行了系統分析，探討冷熱應激對北京地區荷斯坦牛產奶性能的影響，篩選可判別冷熱應激的候選血液生化指標。

表2 冷熱應激對荷斯坦牛血液生化指標的影響

1）為8月份和11月份比較結果，2）為1月份和11月份比較結果；＜0.05表示差異顯著，＜0.01表示差異極顯著；LSM 為最小二乘均值，SE 為標準誤

1)Meanscomparison results between August and November;2)Meanscomparison results between Januaryand November.＜0.05 indicates a significant difference;＜0.01 indicates a highly significant difference. LSM is least square mean, SE is standard error

圖2 冷熱應激下顯著變化血液生化指標的ROC分析

3.2 冷熱應激對北京地區荷斯坦牛產奶性能的影響

荷斯坦牛散熱能力差，新陳代謝和產奶過程又會產生大量的熱[20]，所以極易受熱應激的影響。熱應激下奶牛機體增加散熱，減少產熱，維持能量增加20%—30%，而奶牛的采食量減少，導致日產奶量下降，乳成分發生變化[4]。同時，奶牛機體免疫功能受到抑制，導致奶牛乳房炎發病率提高，SCC增加[5]。而冷應激下奶牛機體為保持體溫恒定增加維持能量，也會導致生產性能降低，機體免疫力下降[21]。本研究以北京市三元綠荷金銀島為試驗地點，分析了產奶性能隨THI變化的規律，8月份平均THI為81.57，THI大于78且持續時間超過8 h的有21 d，說明該地區奶牛在8月份長期處于中度熱應激狀態，產奶性能數據顯示8月份的AMY下降了1.34 kg，FP、PP、LP、SP和F/P等均顯著降低，而SCC極顯著增加。1月份的平均THI為25.63，顯示該荷斯坦牛群體僅處于輕度冷應激狀態，但1月份有21 d的溫差達到12℃（最大可達20℃），中旬和下旬則持續處于冷應激狀態（最低THI為10），加重了冷應激對該奶牛群體的影響，產奶性能分析結果顯示1月份AMY下降了1.13 kg，FP、SP和F/P顯著降低，SCC極顯著增加了10萬/L。產奶性能隨THI的顯著變化，表明冷熱應激已嚴重影響了北京地區奶牛正常的生產性能，早期監測奶牛的冷熱應激狀態是科學管理冷熱應激期奶牛生產的重要部分，因此尋找可早期監測奶牛冷熱應激反應的標記物，對降低這些不利影響具有重要的意義。

3.3 冷熱應激對北京地區荷斯坦牛血液生化指標的影響

奶牛的冷熱應激反應是一個由激素等多種因子參與調節的神經內分泌應對過程，存在于血液中的多種生化指標是奶牛冷熱應激反應的內在生理表現，在生產性能發生異常變化之前就已經發生變化[14-15]，能夠較早地反應奶牛受溫度應激影響的程度，所以這些發生顯著變化的血液指標可用于判別奶牛的冷熱應激反應。本研究分析了北京市三元綠荷金銀島牧場3個不同月份荷斯坦牛試驗群體血液中生化指標的變化規律，與11月份相比，8月份有10種血液生化指標發生了顯著變化，1月份有9種血液生化指標發生了顯著變化，說明冷熱應激對奶牛生理狀態產生了嚴重影響。

為了評估這些指標判別奶牛冷熱應激反應的準確性，本研究將這19種顯著變化的血液生化指標進行了ROC曲線分析。在10種受熱應激顯著影響的血液生化指標中，PRL、GH和CRP的AUC值大于0.80，其中PRL的AUC值最高，達到0.91。PRL是“應激激素”中的重要成員，奶牛血液PRL濃度在熱應激后顯著升高[22-24]，表明PRL參與了體溫調節。ALAMER等[25]提出，熱應激下血液中PRL含量的升高可能與調節某些產熱代謝通路有關。此外，PRL基因中的遺傳多態與牛的溫度調節能力和熱應激反應顯著相關，證實了PRL在體溫調節過程的重要作用[26-27]。研究表明，GH與PRL密切相關，二者的分子量大小和結構相似，均通過與細胞表面受體結合激活JAK2-STAT5信號通路，調節靶基因表達[28]。Garner等[29]報道，熱應激奶牛血清中GH含量顯著高于對照組，與本研究的結果一致。本研究中，熱應激期試驗奶牛血清中PRL和GH均極顯著高于非應激期，說明PRL與GH在調節奶牛體溫的過程中可能存在協同作用。PRL和GH的AUC值分別為0.91和0.85，表明二者指示奶牛冷熱應激反應的準確性較高，因此可與THI組合作為奶牛熱應激反應的判別參數。

在試驗奶牛受冷應激顯著影響的9種血液生化指標中，僅SOD的AUC值大于0.80，表明其判別冷應激反應的準確性優于其他指標。SOD是生物體內清除自由基的重要抗氧化酶，銅和鐵是構成SOD的必要元素，冷應激會降低血液中銅和鐵等金屬離子的濃度，因此也降低了血液中SOD的濃度[30]。研究發現，西門塔爾雜交牛冷應激下血液中SOD含量顯著降低[31]，雞在12℃的冷應激下心臟中SOD基因的表達水平同樣顯著降低[32]。在本研究中，冷應激奶牛血清中SOD含量顯著降低，AUC值為0.84，對于判別奶牛的冷應激反應具有較好的準確性。

4 結論

本研究結果表明，北京地區荷斯坦牛在8月份和1月份均處于較嚴重的應激狀態，且冷熱應激均對該地區荷斯坦牛的產奶性能和生理狀態造成了嚴重影響，增加了乳房炎的發病率，因此對北京地區冷熱應激的早期監測尤為重要和迫切。綜合受試者工作特征曲線分析和文獻報道，催乳素和生長激素可作為指示北京地區荷斯坦牛熱應激反應的候選指標，超氧化物歧化酶可作為指示北京地區荷斯坦牛冷應激反應的候選指標。結合溫濕度指數數據并同時檢測這些敏感指標的變化，可為早期制定緩解奶牛冷熱應激的管理方案和耐冷熱應激個體選育提供理論依據。

[1] WHEELOCK J B, RHOADS R P, VANBAALE M J, SANDERS S R, BAUMGARD L H. Effects of heat stress on energetic metabolism in lactating Holstein cows.2010, 93(2): 644-655.

[2] HAGIYA K, HAYAAKA K., YAMAZAKI T, SHIRAI T, OSAWA T, TERAWAKI Y, NAGAINE Y, MASUDA Y, SUZUKI M. Effects of heat stress on production, somatic cell score and conception rate in Holsteins., 2017, 88(1): 3-10.

[3] HAMMAMI H, BORMANN J, MHAMDI N, GENGLER N. Evaluation of heat stress effects on production traits and somatic cell score of Holsteins in a temperate environment., 2013, 96(3): 1844-1855.

[4] GORNIAK T, MEYER U, SUDEKUM K H, DANICKE S. Impact of mild heat stress on dry matter intake, milk yield and milk composition in mid-lactation Holstein dairy cows in a temperate climate., 2014, 68(5): 358-369.

[5] HOGAN J, SMITH K L. Managing environmental mastitis., 2012, 28(2): 217-224.

[6] YOUNG B A. Cold stress as it affects animal production., 1981, 52(1): 154-163.

[7] ROENFELDT S. You can’t afford to ignore heat stress., 1998, 35(5): 6-12.

[8] MCDOWELLR E, HOOVEN N W, CAMOENS J K. Effect of climate on performance of Holsteins in first lactation., 1976, 59(5): 965-971.

[9] 徐明, 吳淑云, 黃常寶, 石小平. 呼和浩特地區牛舍內溫濕度變化規律和奶牛冷熱應激判定. 家畜生態學報, 2015, 36(2): 54-60.

XU M, WU S Y, HUANG C Y, SHI X P. Cold or heat stress determination of barn cows on temperature and humidity index in Hohhot., 2015, 36(2): 54-60. (in Chinese)

[10] 周傳社, 譚支良, 趙陳鋒. 奶牛熱應激的生理機制及其調控. 家畜生態學報, 2006, 27(6): 173-177.

ZHOU C S, TAN Z L, ZHAO C F. Physiological mechanism and control of heat stress on cows., 2006, 27(6): 173-177. (in Chinese)

[11] 劉莉莉, 初芹, 徐青, 王雅春. 動物冷應激的研究進展. 安徽農業科學, 2012, 40(16): 8937-8940.

LIU L L, CHU Q, XU Q, WANG Y C. Research progress in animal cold stress., 2012, 40(16): 8937-8940. (in Chinese)

[12] ?AHIN E, GUUSLU S. Cold-stress-induced modulation of antioxidant defence: role of stressed conditions in tissue injury followed by protein oxidation and lipid peroxidation., 2004, 48(4): 165-171.

[13] GUPTA M, KUMAR S, DANGI S S, JANGIR B L. Physiological, biochemical and molecular responses to thermal stress in goats., 2013, 3(2): 27-38.

[14] LUO Z G, WANG L, CAI M C, FU P H, ZHOU P, ZUO F Y. Effects of heat stress on physiological index and blood biochemical index of different hybrid beef cattle., 2015, 11: 82-85.

[15] MAZZULLO G, RIFICI C, CACCMO G, RIZZO M, PICCIONE G. Effect of different environmental conditions on some haematological parameters in cow., 2014, 14(4): 947-954.

[16] 董曉霞, 劉浩淼, 張超, 于海鵬, 馬翀, 易曉燕, 李哲敏. 北京市氣候變化對奶牛熱冷應激的影響. 農業工程學報, 2013, 29(16): 198-205.

DONG X X, LIU H M, ZHANG C, YU H P, MA C,YI X Y, LI Z M. Impact of climate change on heat and cold stress of cow breeding in Beijing., 2013, 29(16): 198-205. (in Chinese)

[17] LAURIDSEN M, Hansen, S H, Jaroszewski J W, Cornett C. Human urine as test material in 1H NMR-based metabonomics: recommendationsfor sample preparation and storage., 2007, 79(3): 1181-1186.

[18] JOHNSON H D. Environmental management of cattle to minimize the stress of climatic change., 1980, 24: 65-78.

[19] 薛白, 王之盛, 李勝利, 王立志, 王祖新. 溫濕度指數與奶牛生產性能的關系. 中國畜牧獸醫, 2010(3): 153-157.

XUE B, WANG Z S, LI S L, WANG L Z, WANG Z X. Temperature-humidity index on performance of cows., 2010(3): 153-157. (in Chinese)

[20] SRIKANDAKUMAR A, JOHNSON E H. Effect of heat stress on milk production, rectal temperature, respiratory rate and blood chemistry in Holstein, Jersey and Australian Milking Zebu cows., 2004, 36(7): 685-692.

[21] Schnier C, Hielm S, Saloniemi H S. Comparison of milk production of dairy cows kept in cold and warm loose-housing systems., 2003, 61(4): 295-307.

[22] Mills D E, ROBERTSHAW D. Response of plasma prolactin to changes in ambient temperature and humidity in man., 1981, 52(2): 279-283.

[23] TAO S, CONNOR E E, BUBOLZ J W, THOMPSON I M, DO AMARAL B C, HAYEN M J, DAHL G E. Effect of heat stress during the dry period on gene expression in mammary tissue and peripheral blood mononuclear cells., 2013, 96(1): 378-383.

[24] DO AMARAL B C, CONNOR E E, TAO S, HAYEN J, BUBOLA J, DAHL G E. Heat stress abatement during the dry period influences prolactin signaling in lymphocytes., 2010, 38(1): 38-45.

[25] ALAMER M. The role of prolactin in thermoregulation and water balance during heat stress in domestic ruminants., 2011, 6(12): 1153-1169.

[26] LITTEJOHN M D, HENTY K M, TIPLADY K, JOHNSON T, HARLAND C, LOPDELL T, SHERLOCK R G, LI W B, LUKEFAHR S D, SHANKS B C, GARRICK D J, SNELL R G, SPELMAN R J, DAVIS S R. Functionally reciprocal mutations of the prolactin signalling pathway define hairy and slick cattle., 2014, 5: 5861.

[27] KIM J, HANOTTE O, MWAI O A, DESSIE T, BASHIR S, DIALLO B, AGABA M, KIM K, KWAK W, SUNG S, SEO M, JEONG H, KWON T, TAYE M, SONG K, LIM D, CHO S, LEE H, YOON D, OH S J, KEMP S, LEE H K, KIM H. The genome landscape of indigenous African cattle., 2017, 18(1): 34.

[28] Bartke A, Kopchick J J. The forgotten lactogenic activity of growth hormone: important implications for rodent studies., 2015, 156(5): 1620-1622.

[29] GARNER J B, DOUGLAS M, WILLLIAMS S R O, WALES W J, MARETT L C, DIGIACOMO K, LEURY B J, HAYES B J. Responses of dairy cows to short-term heat stress in controlled- climate chambers., 2017, 57(7): 1233-1241.

[30] 龔書明, 陳景元. 急性冷暴露對大鼠體內鋅銅鐵代謝的影響. 微量元素與健康研究, 1996, 13(4): 5-6.

GONG S M, CHEN J Y. Effects of acute cold exposure on zin c-copper and iron metabolism in rats., 1996, 13(4): 5-6. (in Chinese)

[31] 孟祥坤, 曹兵海, 莊宏, 王茂, 李騰. 慢性冷應激對西門塔爾雜交犢牛免疫相關指標的影響. 中國農業大學學報，2010(6): 65-70.

MENG X K, CAO B H, ZHUANG H, WANG M, LI T. Effects of chronic cold stress on immune of Simmental crossbred calves., 2010(6): 65-70. (in Chinese)

[32] ZHAO F Q, ZHANG Z W, WANG C, ZHANG B, YAO H D, LI S, XU S W. The role of heat shock proteins in inflammatory injury induced by cold stress in chicken hearts., 2013, 18(6): 773-783.

（責任編輯 林鑒非）

Effects of Cold and Heat Stress on Milk Production Traits and Blood Biochemical Parameters of Holstein Cows in Beijing Area

HU LiRong1, KANG Ling1, WANG ShuHui1, LI Wei1, YAN XinYi2, LUO HanPeng2, DONG GangHui3, WANG XinYu3, WANG YaChun2, XU Qing1

(1College of Life Sciences and Bioengineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044;2College of Animal Science and Technology, China Agriculture University, Beijing 100193;3Beijing Sunlon Livestock Development Company Limited, Beijing 100029)

【Objective】The experiment was conducted to study the effects of cold and heat stress on milk production traits and blood biochemical parameters of Holstein cows, and to evaluate potential blood biochemical parameters to discriminate the temperature stress response, so as to provide theoretical basis for managing and selecting resistant individuals of Holstein cows in Beijing. 【Method】In current study, Holstein cows in Sanyuan dairy farm were selected as experimental animals, Temperature-humidity index (THI) of cowshed was continuously monitored, and their milk production data and blood samples used for the detection of blood biochemical parameters were collected in August 2014 (heat stress, N=178), November 2014 (non-stress, N=120) and January 2015 (cold stress, N=126), respectively. The changes of 7 milk production traits and 14 blood biochemical parameters induced by cold or heat stress were evaluated by MIXED models of SAS9.2 computer program, and Logistic analysis was used to analyze the accuracy of blood biochemical indicators which significantly changed under heat or cold stress in identification of temperature stress.【Result】Our results showed 1) in August 2014, the average temperature stood at 31.80℃ and the average THI reached 81.57 of Sanyuan dairy farm. It also should be noted that there were 21 days with THI greater than 78 for more than 8 hours in this month. These data indicated Chinese Holstein cows in Beijing suffered danger heat stress during August. In whole November 2014, with respect to conditions of average temperature with 12.76℃ and average THI only in 55.43, it displayed that there was no thermal stress in this month. While in January 2015, the mean of temperature was -6.70℃ and the average THI was 25.63, and a total of 21 days temperature difference were beyond 12℃. It showed that Chinese Holstein cows were under a mild cold stress in January; 2) in response to heat stress, the average milk yield of 7 days (AMY) of Chinese Holstein cows dropped by 1.34 kg, and significant decrease was found in FP, PP, F/P, SP (＜0.01) and LP (＜0.05), but significant increase in SCS (=0.01) in milk. And heat stress significantly increased the concentrations of serum GH, LD, PRL and SOD in blood (＜0.01), but decreased the concentrations of BUN, CRP, LDH, LPO, NE and K+(＜0.01). Among above 10 blood biochemical parameters changed under heat stress, the AUCs of PRL, GH and CRP based on ROC curve analysis were greater than 0.80 with the value in 0.91, 0.85 and 0.83, respectively; 3) in response to cold stress, the AMY of Chinese Holstein cows declined by 1.13 kg, and the FP and SP significantly decreased (＜0.01) as well as F/P (＜0.05), but the SCS significantly increased (＜0.01) in milk. A significantly higher concentrations of serum COR, CORT and K+in experimental cows appeared in cold stress than non-stress (＜0.01), but opposite changes for DA, GH, LDH, PRL and SOD (＜0.01), and ATCH (＜0.05). Using ROC curve analysis, the AUC of SOD showed greater than 0.8 with value in 0.84. 【Conclusion】These results revealed that Holstein cows in Beijing were undergoing severe temperature stress in August and January, furthermore, heat and cold stress had damaging effects on milk production traits and physiological condition of Holstein cows in Beijing. The PRL and GH might be used as candidates for evaluation of heat stress and SOD for cold stress in early period of Holstein cows.

Holstein cows; cold and heat stress; milk production traits; blood biochemical parameters

2018-01-08；

2018-04-17

現代農業（奶牛）產業技術體系建設專項資金（CARS-36）、現代農業產業技術體系北京市奶牛創新團隊（BAIC06-2018）、長江學者和創新團隊發展計劃（IRT_15R62）、中國農業大學中荷奶業發展中心資助課題（SDDDC2016R05）

胡麗蓉，Tel：18101360691；E-mail：767847999@qq.com。通信作者徐青，E-mail：qingxu@bjtu.edu.cn。通信作者王雅春，E-mail：cowinfo@qq.com