夏季飲用磁化水對奶牛生理和血清學指標的影響

符 樂， 李曉輝， 趙曉靜， 秦立佳， 高艷霞， 左曉磊，王曉芳， 張 峰， 張建設， 申 棟， 劉嫣然 ， 孫鳳莉

（1.河北省畜牧獸醫研究所，河北 保定 071000；2.正定縣南樓鄉農業綜合服務中心，河北 正定 050800；3.保定職業技術學院，河北 保定 071051；4.河北農業大學動物科技學院，河北 保定 071000；5.石家莊市畜產品和獸藥飼料質量檢測中心，河北 石家莊 050041；6.河北省農林科學院糧油作物研究所，河北 石家莊 050000；7.石家莊市藁城區畜牧工作總站，河北 藁城 052165）

熱應激是動物機體為了應對高溫高濕環境而產生的非特異性應答反應， 不同的熱應激水平會不同程度降低牛群的生產性能和動物福利（余厚默等，2021；李麒等，2021；Gernand 等，2019）。 而隨著全球氣候的逐漸變暖， 夏季奶牛熱應激問題亦愈加嚴重。 目前主要通過飼料營養、 飼養管理等多種手段來降低熱應激對奶牛生產性能及生理生化指標的負面影響。

磁化水技術是指當水或者水溶液以一定流速通過或暴露于磁場中時，經過磁場作用，水分子內部結構發生改變的一種新型物理化學技術。 目前，磁化水研究方法趨于成熟，其研究深度和廣度不斷擴展，在工業防垢、材料合成、人醫輔助康復、農業灌溉、畜牧水產養殖等諸多領域實現了應用， 并取得了明顯效果和顯著的經濟效益（戎鑫等，2022）。 如磁化水灌溉利于冬小麥生長發育， 可明顯提高冬小麥籽粒產量及水分利用效率（張瑩瑩等，2020）；0.15 特拉斯強度的磁化水可顯著提高紅色雜交羅非魚的增重和特定生長率（Sadam 等，2018）；磁化水可提高肉仔雞的健康、生長，及母雞的某些產蛋性狀（Elsabrout 等，2019）；羔羊飲用磁化水，可顯著提高羔羊屠宰活體重和胴體重（謝家迅，2017）；奶牛飲用磁化水可提高產奶量（曾彩霞，2014）等。 但磁化水在奶牛生產中的應用， 特別是對緩解熱應激條件下奶牛生理生化指標變化影響鮮有報道。 基于磁化技術在人類、種植、水產及其他畜禽的應用， 本試驗開展了夏季熱應激下泌乳奶牛飲用磁化水對其生理和血清學指標的影響效果研究，為推廣應用提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 磁化機 本試驗使用斯特曼科技有限公司生產的高能磁化水灌溉機對牛飲用水進行磁化。將磁化機直接安裝到試驗牛舍飲水線前端， 水經磁化后通過地下管道直接流入牛舍各飲水槽。

1.2 試驗動物及飼養管理 在試驗牛場原有分群基礎上， 選擇30 頭健康泌乳奶牛， 按照產奶量、泌乳天數相近的原則，隨機分為2 組，即對照組和試驗組，每組15 個重復，每個重復1 頭牛，對照組飲用普通自來水，試驗組飲用同水源磁化水。 兩組奶牛飼喂相同的全混合日糧（TMR），日喂3 次，自由采食，自由飲水，其他飼養管理均在試驗場日常管理下進行。 試驗設計和TMR 組成分別見表1 和表2。

表1 試驗設計

表2 TMR 組成及營養水平（干物質基礎）

1.3 測定指標及方法

1.3.1 溫濕指數（THI） 本試驗采用自動記錄溫濕度計，每個牛舍放置3 個，分別于牛舍的前中后懸掛，且距離地面1.5 m 處，數據采集為全天24 h的記錄數值。

式中：Td為干球溫度，℃；Tw為濕球溫度，℃。

1.3.2 生理指標 在試驗開始的第20 天和第40天分別測定兩組奶牛的直腸溫度和呼吸頻率，當天數據測定分別在10：00 時和14：00 時。

1.3.3 血清學指標 試驗第60 天，每組隨機選取10 頭奶牛，尾靜脈采集血樣15 mL，3500 r/min 離心10 min，取上清液分裝于小離心管中，記錄牛號，-20 ℃保存。 測定指標及檢測方法如下：

白蛋白 （ALB）、 尿素氮 （BUN）、 總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、乳酸脫氫酶（LDH）、堿性磷酸酶 （AKP）、 谷丙轉氨酶 （GPT）、 谷草轉氨酶（AST）、一氧化氮（NO）均采用分光光度法測定，試劑盒為蘇州科銘生物技術有限公司生產。

總蛋白（TP）、球蛋白（GLB）、牛內毒素（ET）、熱休克蛋白-70（HSP-70）、腫瘤壞死因子α（TNFα）、丙二醛（MDA）、總抗氧化能力（T-AOC）、IgA、IgG、三碘甲狀腺原氨酸（T3）、甲狀腺素（T4）均采用ELISA 法，試劑盒為江蘇晶美生物科技有限公司生產。

1.4 數據統計與分析 試驗數據采用IBM SPSS Statistics 20 統計軟件的獨立樣本t 檢驗對結果進行差異顯著性分析，結果以“平均值±標準差”表示，P＜0.05 為差異顯著，P＜0.01 為差異極顯著，P＞0.05 為差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 試驗期THI 變化 研究表明， 當THI 達到68 時，奶牛即產生熱應激反應。 通常，當牛舍環境THI 在68 ≤THI ≤79，奶牛為輕度熱應激；80 ≤THI ≤89， 奶牛為中度熱應激；THI ≥90 時，奶牛即為重度熱應激。由表3 可知，試驗期的7 月份THI ＞79，處于輕度到中度的應激狀態；試驗全期內，奶牛均處于輕度熱應激狀態上限。

表3 試驗期間THI

2.2 飲用磁化水對奶牛直腸溫度的影響 試驗開始的第20 天記錄為試驗前期，第40 天記錄為試驗后期。 試驗期間奶牛直腸溫度變化情況見表4。由表4 可知， 試驗后期14：00 時監測的奶牛直腸溫度， 試驗組較對照組降低1.50%（P＜0.01），試驗后期和試驗全期， 試驗組奶牛直腸溫度較對照組分別降低1.08%（P＜0.05） 和0.86%（P＜0.05）。表明泌乳奶牛飲用磁化水對降低直腸溫度有明顯效果。 而在試驗前期兩個時間點以及試驗后期10：00 監測的試驗組奶牛直腸溫度有降低的趨勢，但未達到顯著性差異水平（P＞0.05）。

表4 飲用磁化水對奶牛直腸溫度的影響℃

2.3 飲用磁化水對奶牛呼吸頻率的影響 由表5數據分析可知， 試驗前期兩個時間點以及試驗后期10：00 檢測的奶牛呼吸頻率沒有顯著性差異（P＞0.05）。 在試驗后期及試驗全期，試驗組奶牛呼吸頻率有降低的趨勢， 其中試驗后期的14：00及整個試驗后期， 試驗組奶牛呼吸頻率較對照組降低11.83%（P＜0.05）和8.60%（P＜0.05），表明磁化水對熱應激環境下奶牛呼吸頻率的升高有明顯的緩解作用。

表5 飲用磁化水對奶牛呼吸頻率的影響次/min

2.4 飲用磁化水對奶牛血清指標的影響

2.4.1 對血清生化指標的影響 表6 數據分析顯示， 飲用磁化水的試驗組奶牛血清甘油三酯濃度較對照組降低25.00%（P＜0.01）， 血清谷丙轉氨酶濃度和谷草轉氨酶濃度降低5.92%（P＜0.01）和4.50%（P＜0.05）。而對血清總蛋白、白蛋白、尿素氮、總膽固醇、一氧化氮、乳酸脫氫酶、堿性磷酸酶、內毒素、熱休克蛋白-70 和腫瘤壞死因子α 無顯著影響（P＞0.05），但試驗組奶牛血清尿素氮、內毒素、 熱休克蛋白-70 和腫瘤壞死因子α 濃度有降低的趨勢。

表6 飲用磁化水對奶牛血清生化指標的影響

2.4.2 對血清抗氧化指標的影響 由表7 可知，泌乳奶牛飲用磁化水對血清中丙二醛和總抗氧化能力無顯著影響（P＞0.05），但試驗組奶牛血清中丙二醛濃度有降低的趨勢。

表7 飲用磁化水對奶牛血清抗氧化指標的影響

2.4.3 對血清免疫和激素指標的影響 由表8可知， 泌乳奶牛飲用磁化水對血清中GLB、IgA、IgG、T3、T4 濃度水平無顯著影響 （P＞0.05），但試驗組奶牛血清GLB、IgA、T3、T4 濃度均有升高的趨勢。

表8 飲用磁化水對奶牛血清免疫和激素指標的影響

3 討論

3.1 飲用磁化水對泌乳奶牛直腸溫度和呼吸頻率的影響 直腸溫度和呼吸頻率是評價奶牛熱應激狀態最直觀的生理指標（張雄飛等，2022），呼吸頻率增加可促進機體散熱， 當呼吸散熱不能滿足散熱需求時，會引起直腸溫度升高，機體代謝紊亂（Pamela 等，2019）。 一般情況下，直腸溫度會隨時間的變化而不盡相同， 由于直腸溫度有較強的穩定性， 故常被作為深部體溫的經典指標（李忠浩等，2009）。 一般成年奶牛的正常體溫為38 ～39 ℃（鐘余守等，2020），呼吸頻率為10 ～30 次/min。當奶牛處于熱應激環境時， 直腸溫度和呼吸頻率會出現不同程度的升高和加快。 哈羅德科技有限公司（2019）報道，當奶牛處于輕度熱應激環境時，直腸溫度在39.4 ～39.6 ℃， 呼吸頻率在50 ～79次/min；當奶牛處于中度熱應激環境時，直腸溫度在39.6 ～40 ℃，呼吸頻率在80 ～119 次/min；當奶牛處于重度熱應激環境時，直腸溫度≥40 ℃，呼吸頻率在120 ～160 次/min。 本試驗結果顯示，對照組在試驗的全程， 直腸溫度均高于39.4 ℃，呼吸頻率均高于50 次/min， 表明從7 月初試驗開始，奶牛就處于熱應激狀態，上午處于輕度熱應激狀態，而下午則達到中度熱應激狀態。通過對試驗期奶牛的直腸溫度和呼吸頻率的同期監測， 兩個生理指標的數據變化趨勢基本相同， 即下午體溫和呼吸頻率的變化顯著。 相對于下午14：00，上午10：00 相對涼爽一些， 所受的熱應激影響相對較輕， 因此體溫和呼吸頻率的變化沒有達到顯著水平。而從試驗前期、試驗后期和試驗全期的數據對比來看，奶牛處于長期持續性的熱應激狀態，會使奶牛生理指標變化有延遲效應， 即奶牛處于輕度熱應激環境前期，生理變化可能不明顯，但隨著熱應激時間的持續， 相關生理指標異常值才會逐漸顯現出來。該結果表明，飲用磁化水對于奶牛緩解熱應激環境帶來的體溫升高和呼吸頻率的增加效果明顯，有利于奶牛機體自身的調控，提高奶牛抗熱應激能力。

3.2 飲用磁化水對奶牛血清學指標的影響

3.2.1 飲用磁化水對奶牛血清生化指標的影響分析 血清總蛋白、 白蛋白和球蛋白三項指標主要反映了肝臟的合成功能。 當血清總蛋白水平較低時， 動物機體會表現出營養吸收障礙或者表現為日糧營養攝入量過低（肖杰等，2021）。 許成雄等（2000）報道，產蛋雞飲用磁處理水后，血清γ-球蛋白可提高56.1%（P＜0.01），本試驗中，磁化水組奶牛血清球蛋白濃度有增加的趨勢， 三種指標濃度差異均未達顯著水平， 表明磁化水對奶牛肝臟合成功能無影響。

血清尿素氮是機體蛋白質代謝的終產物，其水平可反映出日糧中蛋白質是否過剩或者腎功能障礙，當血清尿素氮含量增加時，表明日糧氮源利用率下降或腎功能障礙引起的代謝性疾病（李勝利等，2019）， 血液尿素氮含量降低表示蛋白質利用能力增強， 助于機體蛋白質的沉積 （宇凌等，2020）。本試驗中試驗組奶牛有降低血清尿素氮的趨勢， 對奶牛氨基酸代謝和蛋白質沉積有一定的積極作用。

總膽固醇和甘油三酯是脂肪吸收后在體內代謝的生化過程的主要成分， 其在血清的濃度可作為脂代謝的指標。 過多的甘油三酯和膽固醇會導致脂肪細胞功能改變和血液黏稠度增加， 增加患病的危險性。 當奶牛遭受熱應激時， 其進食量下降，為滿足機體能量需求，體脂動員增加，導致甘油三酯、酮體等代謝產物大量蓄積，從而導致奶牛代謝性疾病的產生 （Du 等，2018）。 陸靜芬等（2000）報道，家兔在飼喂高脂飼料的基礎上飲用磁處理水3 個月， 試驗組血清膽固醇和甘油三酯水平均極顯著低于對照組；馬勇軍等（1996）應用磁處理水對家兔血清甘油三酯的研究表明， 磁處理水可顯著降低家兔甘油三酯含量（P＜0.05）；艾燕（2004）報道，磁處理水可降低家兔血清甘油三酯57%。 本試驗結果也證實了這一點，磁化水組極顯著降低了奶牛血清中甘油三酯濃度 （P＜0.01），有效促進了機體脂質代謝，更有利于機體健康。

乳酸脫氫酶（LDH）是一種糖酵解酶，可將丙酮酸轉化為乳酸（LAC），其在血液中含量異常一般表示動物處于應激狀態， 也與動物的生活環境密切相關。 堿性磷酸酶（AKP）是參與動物機體消化代謝的一種重要的酶，主要參與肝臟脂肪代謝，同時也是動物機體肝病和骨骼疾病的重要指標（高智雄，2020）。二者在血清中濃度的變化可以作為肝臟是否炎癥或受損的提示性指標。 試驗數據表明，二者濃度變化不明顯，表明飲用磁化水對奶牛肝臟無損傷和器質性影響。

血清中谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶水平可反映肝臟和腎臟對蛋白類物質的代謝水平（Debele，2019），二者在蛋白質、脂肪和糖之間轉化中起著重要的作用， 其活性的高低可以間接反映動物生產性能，是提示肝腎功能是否障礙的重要指標（劉爽，2016）。谷丙轉氨酶主要存在于各種細胞中，尤以肝細胞為最，正常情況下只要少量釋放入血中，血清中其酶的活性即可明顯升高； 而當相應細胞受損時，胞漿內的谷草轉氨酶釋放入血，故血清谷草轉氨酶濃度可升高。 本試驗中對照組奶牛谷丙轉氨酶活性和谷草轉氨酶活性較試驗組均有明顯升高，可能受熱應激影響導致了肝臟功能的減弱，而試驗組奶牛則相對更健康， 表明磁化水的飲用利于熱應激狀態下奶牛肝臟的健康和活力。

內毒素可以引起發熱、微循環障礙等，正常情況下，血清內毒素濃度不宜過高。 熱休克蛋白-70是一種保護性蛋白，正常情況下位于胞漿內，表達水平較低， 當機體受到高溫或有害應激等惡劣環境襲擊時，就會大量合成熱休克蛋白，提高機體抗應激能力， 維護細胞內的生理生化過程的平穩運行， 從而保護機體或細胞的功能 （姚志蘭等，2022）。 腫瘤壞死因子α 是主要炎癥反應介質之一，若機體內其濃度升高，則表明機體發生炎癥的可能性增加。 內毒素、熱休克蛋白-70、腫瘤壞死因子α 三個指標在機體內的濃度高低，即可表明動物機體是否正在遭受炎癥或高溫的侵襲。 本試驗中試驗組奶牛三項指標的血清濃度均有降低的趨勢， 表明試驗組奶牛的機體內部炎癥反應或遭受高溫對機體的影響相對更小， 具有緩解熱應激的作用，對奶牛健康是有益的。

3.2.2 飲用磁化水對奶牛血清抗氧化指標的影響分析 血清丙二醛是自由基作用于脂質發生過氧化反應的產物， 會引起蛋白質等生命大分子的交聯聚合，具有細胞毒性（Thakur 等，2019），其含量可間接反映機體脂質過氧化的程度 （姚志蘭等，2022）和細胞損傷的程度。磁化水的作用原理可能是影響氧化-抗氧化平衡，通過降低丙二醛含量，提高超氧化物歧化酶活性， 減輕動物的氧化應激反應（Raymond-Whish，2007）。 本試驗中，飲用磁化水奶牛血清中丙二醛濃度有降低的趨勢， 這可能是奶牛緩解應激的機體生化反應所致。

總抗氧化能力是體內重要的抗氧化酶， 反映動物機體對氧化自由基的清除能力 （楊梓曼等，2022），其水平的高低，可以判斷機體的防御能力大小，總抗氧化能力強，則可提高機體對自由基的清除，提高防御能力和抗病力。 通過試驗對比，熱應激環境下， 磁化水對奶牛機體總抗氧化能力無明顯影響， 可能與機體遭受的熱應激程度和磁化水飲用期長短有關。

3.2.3 飲用磁化水對奶牛血清免疫和激素指標的影響分析 當奶牛受到熱應激影響時，下丘腦－垂體－腎上腺軸和交感神經－腎上腺－髓質軸即被激活， 應對機體應激狀態下的內環境平衡（Ma 等，2020）。免疫球蛋白（IgA、IgM、 IgG）是存在于動物體血清中的重要免疫物質。 IgA 是體液免疫的組成部分，主要存在黏膜細胞的分泌物中，在局部發生感染時產生免疫應答（楊梓曼等，2022），擔負著防衛作用；IgG 是體液免疫中主要的免疫球蛋白，在免疫應答中起著激活補體， 中和多種毒素的作用。 楊梓曼等（2022）報道，熱應激狀態下，肉牛血清IgA 含量極顯著降低（P＜0.01）。陳浩等（2021）報道， 熱應激使妊娠西門塔爾牛血清IgA 和IgG含量顯著降低。彭孝坤等（2019）報道，熱應激狀態下山羊血清IgA 含量顯著降低。 本試驗結果表明，奶牛遭受熱應激時，對照組奶牛血清IgA 含量降低，飲用磁化水的試驗組奶牛血清IgA 有升高的趨勢， 說明飲用磁化水有緩解體液免疫抑制的功效。

炎熱季節以及年齡的增長會導致甲狀腺活動的降低，特別是炎熱氣溫下可降低甲狀腺素的分泌量，甚至降低甲狀腺的絕對重量（許成雄等，2000）。許成雄等（2000）報道，產蛋雞飲用磁處理水后，血清甲狀腺素（T4）分泌量提高1.6 ng/mL（P＜0.05）。 本試驗中T3、T4 水平沒有明顯差異，但較對照組有略微增加，趨勢變化與許成雄（2000）報道一致。 董淑麗等（2004）報道，高溫刺激大腦皮層會抑制促甲狀腺激素（TSH）分泌而降低T3、T4 水平，本研究結果中，對照組T3、T4 水平較試驗組略有降低， 可能與磁化水緩解了奶牛機體熱應激反應， 從而抑制了高溫對大腦皮層的作用相關。

4 結論

夏季泌乳奶牛飲用磁化水， 可有效緩解奶牛熱應激狀態下呼吸頻率和直腸溫度的升高， 控制谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶濃度，保護肝臟功能，對奶牛脂質代謝有一定的調節作用，利于機體健康。本研究為磁化水在奶牛生產中的應用推廣提供了數據支持。