冷應(yīng)激對(duì)放牧肉牛免疫功能和抗氧化功能的影響

格日樂(lè)其木格

（內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市阿魯科爾沁旗農(nóng)牧局，內(nèi)蒙古 赤峰 025500）

牛肉因富含微量元素且具有高蛋白、低膽固醇、低脂肪等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的喜愛(ài)，其在肉類(lèi)市場(chǎng)所占份額也越來(lái)越大[1]。為了滿(mǎn)足人們對(duì)牛肉的需求，就要求畜產(chǎn)品生產(chǎn)向集約化方向轉(zhuǎn)變。但由于我國(guó)北方冬季寒冷，會(huì)使反芻動(dòng)物產(chǎn)生冷應(yīng)激，從而抑制動(dòng)物的生長(zhǎng)速度和增加幼畜的死亡率，故導(dǎo)致了畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的下降[2]。冷應(yīng)激在通常情況下可以分成兩種，即急性冷應(yīng)激和慢性冷應(yīng)激，此可通過(guò)動(dòng)物暴露在寒冷環(huán)境中的時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)進(jìn)行區(qū)分。若動(dòng)物從急性冷應(yīng)激中進(jìn)入慢性冷應(yīng)激，則在急性冷應(yīng)激中所產(chǎn)生的反應(yīng)會(huì)消失，動(dòng)物機(jī)體代謝活動(dòng)也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，但自身恒溫性能不會(huì)改變[3]。

之前對(duì)奶牛冷應(yīng)激的研究表明，北方寒冷的環(huán)境會(huì)降低奶牛的免疫功能、乳品質(zhì)、采食量以及產(chǎn)奶量。有報(bào)道稱(chēng)，當(dāng)溫度為-6.8℃且無(wú)風(fēng)時(shí)，歐洲牛也會(huì)產(chǎn)生冷應(yīng)激，這表明動(dòng)物產(chǎn)生冷應(yīng)激不僅是因?yàn)榄h(huán)境溫度低，還會(huì)受到風(fēng)速等的影響。所以對(duì)于冷應(yīng)激的評(píng)價(jià)方法會(huì)因?yàn)樗捎玫沫h(huán)境指標(biāo)的不同而不同。在相同寒冷的環(huán)境條件下，冷應(yīng)激會(huì)嚴(yán)重破壞西門(mén)塔爾母牛的免疫功能和抗氧化功能，而蒙古母牛則具有更強(qiáng)的耐寒冷性能[4]。研究還表明，當(dāng)環(huán)境溫度在5～25℃時(shí)，奶牛不會(huì)產(chǎn)生冷應(yīng)激或熱應(yīng)激。用溫濕度指數(shù)來(lái)判斷是否產(chǎn)生冷應(yīng)激或熱應(yīng)激的范圍是：當(dāng)THI小于38時(shí)奶牛產(chǎn)生冷應(yīng)激，當(dāng)THI大于72時(shí)奶牛產(chǎn)生熱應(yīng)激。而且一旦動(dòng)物產(chǎn)生冷應(yīng)激或者熱應(yīng)激，其機(jī)體會(huì)通過(guò)下丘腦-垂體-甲狀腺軸（HPT）、交感-腎上腺髓質(zhì)軸（SAM）以及下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA）來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。但這種調(diào)節(jié)不是沒(méi)有極限的，當(dāng)環(huán)境溫度和濕度的變化超過(guò)動(dòng)物自身調(diào)節(jié)的極限時(shí)，動(dòng)物會(huì)無(wú)法適應(yīng)環(huán)境的變化從而產(chǎn)生冷應(yīng)激或熱應(yīng)激。之前對(duì)于冷應(yīng)激的研究主要集中于奶牛及單胃動(dòng)物上，而對(duì)肉牛冷應(yīng)激研究較少。本研究通過(guò)探討冷應(yīng)激對(duì)放牧西門(mén)塔爾母牛免疫功能、抗氧化功能的影響，試圖進(jìn)一步了解冷應(yīng)激對(duì)肉牛機(jī)體影響的生理機(jī)制，以便為我國(guó)北方地區(qū)在冬季應(yīng)對(duì)放牧肉牛冷應(yīng)激提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及飼養(yǎng)管理

將內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗某天然草場(chǎng)提供的16頭4歲，體重為500±20 kg且健康狀況良好的放牧西門(mén)塔爾母牛作為試驗(yàn)動(dòng)物。試驗(yàn)用西門(mén)塔爾母牛的飼養(yǎng)管理方式為全年放牧，自由采食牧草和飲水。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

本試驗(yàn)在內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗某天然草場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)分為2個(gè)階段：秋季試驗(yàn)（2019年9月15～18日），冬季試驗(yàn)（2020年 1月 10～13日）。

1.3 環(huán)境溫濕度測(cè)定

由于試驗(yàn)是以在天然草場(chǎng)進(jìn)行全年放牧的西門(mén)塔爾母牛為研究對(duì)象，所以所測(cè)的環(huán)境指標(biāo)均為自然環(huán)境下的溫度和相對(duì)濕度。試驗(yàn)期間，測(cè)定每天8∶00、14∶00以及20∶00的天然放牧草場(chǎng)的溫度和相對(duì)濕度，并監(jiān)測(cè)記錄試驗(yàn)當(dāng)月的平均氣溫和相對(duì)濕度。

1.4 血樣采集

在試驗(yàn)期最后一天清晨對(duì)每頭試驗(yàn)牛進(jìn)行頸靜脈采血。用非抗凝采血管采集10 mL血液，靜置半小時(shí)后3000 r/min離心10 min，分離制備血清，置于-20℃冰箱中保存，用于血液生化指標(biāo)的測(cè)定

1.5 血液指標(biāo)測(cè)定

血清中 IgA、IgG、IgM、IL-2、IL-4、SOD、MDA、T-AOC含量測(cè)定采用酶聯(lián)免疫分析法，試劑盒均購(gòu)自南京建成生物工程研究所，測(cè)定方法遵照試劑盒說(shuō)明書(shū)之內(nèi)容。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理后，使用SPSS17.0中的單因素方差分析 （one-way ANOVA）進(jìn)行差異顯著性分析，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差方式表示，以P＜0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 肉牛放牧草場(chǎng)的溫濕度

由表1可知，在不同的試驗(yàn)階段，環(huán)境溫濕度是不同的，所以對(duì)試驗(yàn)牛所造成的影響也是不同的。秋季試驗(yàn)期放牧草場(chǎng)的最低溫度為5℃，最低濕度為30%。冬季試驗(yàn)期放牧草場(chǎng)的最低溫度為-28℃，最低濕度為21%。根據(jù)試驗(yàn)當(dāng)月溫度和濕度的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，秋季放牧草場(chǎng)的月平均氣溫為16℃，月平均濕度為45%；冬季放牧草場(chǎng)的月平均氣溫為-17.5℃，月平均相對(duì)濕度為30%。

表1 不同季節(jié)平均氣溫和濕度

2.2 不同季節(jié)西門(mén)塔爾母牛血清免疫指標(biāo)變化情況

通過(guò)比較秋季和冬季放牧西門(mén)塔爾母牛的血清免疫指標(biāo)結(jié)果可知，冷應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛血清中 IgG、IL-2 的含量顯著下降（P＜0.05）,與秋季血清免疫指標(biāo)相比，IgA、IgM、IL-4含量有下降的趨勢(shì)，但差異不顯著（P＞0.05）。

表2 不同季節(jié)西門(mén)塔爾母牛血清免疫指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.3 不同季節(jié)西門(mén)塔爾母牛抗氧化指標(biāo)變化情況

通過(guò)比較秋季和冬季放牧西門(mén)塔爾母牛的血清抗氧化指標(biāo)結(jié)果可知，天然草場(chǎng)的冷應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛SOD含量出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但差異不顯著（P＞0.05）。天然草場(chǎng)的冷應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛血清中MDA的含量顯著上升（P＜0.05）。天然草場(chǎng)的冷應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛血清中的T-AOC顯著下降（P＜0.05）。

表3 不同季節(jié)西門(mén)塔爾母牛血清抗氧化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

3 討論

3.1 不同季節(jié)的溫度和濕度指數(shù)對(duì)放牧西門(mén)塔爾母牛的影響

在本試驗(yàn)中，冬季平均溫度最低可達(dá)-17.5℃，平均相對(duì)濕度最低為30%，因此冬季的平均溫濕度指數(shù)也最低。冬季的平均溫濕度指數(shù)為22.64，說(shuō)明本試驗(yàn)中的放牧西門(mén)塔爾母牛在冬季處于冷應(yīng)激狀態(tài)中。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，溫濕度指數(shù)THI＞38為無(wú)冷應(yīng)激，25＜THI≤38為輕度冷應(yīng)激，8＜THI≤25為中度冷應(yīng)激，-12＜THI≤8 為重度冷應(yīng)激，-25＜THI≤-12 為極端冷應(yīng)激[6]，因此天然草場(chǎng)的冬季使放牧西門(mén)塔爾母牛產(chǎn)生了輕度的冷應(yīng)激。而在秋季，天然草場(chǎng)的平均溫度為16℃，平均相對(duì)濕度為45%，平均溫濕度指數(shù)為59.95，因此通過(guò)溫濕度指數(shù)可知，放牧西門(mén)塔爾母牛在秋季處于無(wú)冷應(yīng)激狀態(tài)。又因?yàn)門(mén)HI≤72時(shí)，牛無(wú)熱應(yīng)激反應(yīng);72＜THI≤79 時(shí)，牛處于輕度熱應(yīng)激;79＜THI≤88時(shí)，牛處于中度熱應(yīng)激;THI＞88時(shí)，牛處于重度熱應(yīng)激[7]，所以在秋季放牧西門(mén)塔爾母牛也不產(chǎn)生熱應(yīng)激。

3.2 冷應(yīng)激對(duì)放牧西門(mén)塔爾母牛免疫指標(biāo)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論高溫還是低溫都會(huì)增加牛的死亡率，而死亡率最低時(shí)的溫度條件為15～20℃。通過(guò)對(duì)極端高溫進(jìn)行相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)了解到，其風(fēng)險(xiǎn)范圍為1.3～2.5，不僅溫度強(qiáng)度會(huì)影響牛的死亡率，暴露在高溫或者低溫中的時(shí)間長(zhǎng)短也會(huì)對(duì)牛的死亡率產(chǎn)生一定的影響，而且它們與牛的死亡率成正比[8]。在環(huán)境溫度為-30℃時(shí)，綿羊的免疫球蛋白含量會(huì)極顯著地下降，這說(shuō)明重度冷應(yīng)激會(huì)使綿羊的免疫功能受到抑制[9]。動(dòng)物淋巴結(jié)中的漿細(xì)胞和脾臟能合成和分泌免疫球蛋白IgM、IgG以及IgA，這些免疫球蛋白會(huì)在動(dòng)物的特異性免疫中發(fā)揮重要作用[10]。其中IgG占血清總免疫球蛋白的比例約為75%。IgG在動(dòng)物體液免疫中發(fā)揮著重要作用，IgG還可用作為血清學(xué)診斷的抗體[11]。在有抗原刺激的體液免疫中最先產(chǎn)生免疫應(yīng)答的免疫球蛋白是IgM，其在動(dòng)物的早期免疫防御中發(fā)揮著重要作用。動(dòng)物血液中免疫細(xì)胞因子的含量能夠反映動(dòng)物免疫功能的高低[12]。細(xì)胞的生長(zhǎng)因子包括IL-2，免疫系統(tǒng)中白血球的細(xì)胞活性能夠通過(guò)IL-2調(diào)控，IL-2同時(shí)還可以參與抗體反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中IL-2的主要作用是增強(qiáng)巨噬細(xì)胞以及T淋巴細(xì)胞的活性[13]。對(duì)動(dòng)物體液免疫起到調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞生長(zhǎng)因子還有IL-4,IL-4的作用是誘導(dǎo)B細(xì)胞的成熟和刺激B細(xì)胞成熟免疫球蛋白，從而參與動(dòng)物的免疫反應(yīng)[14]。通過(guò)在寒冷的冬季對(duì)三河牛的研究發(fā)現(xiàn)，血清中的IL-2、IL-4以及IgG的含量均會(huì)有所下降，但與春季非應(yīng)激期相比下降不顯著[15]。有研究發(fā)現(xiàn)，肉牛在慢性冷應(yīng)激中會(huì)使血清中的免疫球蛋白的主要成分IgG、細(xì)胞生長(zhǎng)因子中的IL-4、IL-2的含量有所降低，這說(shuō)明慢性冷應(yīng)激不僅會(huì)使肉牛的免疫功能受到抑制，還會(huì)使肉牛產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[16]。而且隨著冷應(yīng)激時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)使動(dòng)物機(jī)體內(nèi)血清免疫抑制因子的含量升高從而抑制IL-2的產(chǎn)生，進(jìn)而造成動(dòng)物機(jī)體免疫功能的下降[17]。對(duì)奶牛的研究發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激會(huì)降低其免疫功能[18]。在本試驗(yàn)中，IgG、IL-2顯著下降，這說(shuō)明冷應(yīng)激可抑制免疫球蛋白的合成，使放牧西門(mén)塔爾母牛的免疫功能受損。

3.3 冷應(yīng)激對(duì)放牧西門(mén)塔爾母牛抗氧化指標(biāo)的影響

動(dòng)物在冷應(yīng)激的狀態(tài)下，其氧化平衡會(huì)被破壞從而導(dǎo)致自由基的大量產(chǎn)生，而過(guò)量的自由基會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化物大量產(chǎn)生，增強(qiáng)脂質(zhì)過(guò)氧化的作用，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)物產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷[19]。動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的抗氧化酶可以清除自由基，保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激的威脅。冬季寒冷的天氣可能會(huì)造成動(dòng)物產(chǎn)生氧化應(yīng)激，使SOD的含量增加[20]。脂質(zhì)過(guò)氧化的最終產(chǎn)物是MDA，MDA含量的高低反映氧化應(yīng)激的劇烈程度，是細(xì)胞氧化損傷程度的指標(biāo)之一[21]。SOD在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的主要作用是清除超氧陰離子自由基，防止細(xì)胞損傷，而且SOD活性的高低能夠間接反映機(jī)體清除氧自由基的能力。機(jī)體的總抗氧化能力通過(guò)T-AOC來(lái)衡量[22]。冷應(yīng)激會(huì)使肉牛血清中的T-AOC和MDA含量顯著升高，而后者升高的原因有可能是因?yàn)槿馀ｓw內(nèi)積累了大量的自由基。通過(guò)對(duì)西門(mén)塔爾雜交犢牛的研究發(fā)現(xiàn)，犢牛血清中的MDA和T-AOC的含量與環(huán)境溫度的高低成反比。不僅如此，在對(duì)奶牛的研究中也發(fā)現(xiàn)，SOD的含量與非應(yīng)激期相比會(huì)顯著降低，而MDA的含量則會(huì)顯著升高。通過(guò)對(duì)西門(mén)塔爾犢牛在冷應(yīng)激中的抗氧化指標(biāo)的研究發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度為-40℃時(shí)，MDA含量顯著升高，而SOD 的活性顯著降低[23]。造成這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)閯?dòng)物在初冬時(shí)遭受了冷應(yīng)激，所以產(chǎn)生了代償效應(yīng)，造成SOD的活性上升。但隨著冷應(yīng)激時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD的活性降低。本試驗(yàn)的研究結(jié)果為，T-AOC的含量顯著下降，MDA的含量顯著上升，而SOD的含量雖然上升但不顯著，這表明冷應(yīng)激使放牧西門(mén)塔爾母牛的抗氧化功能降低。