不同化学形式微量元素对热应激奶牛生产性能和血清指标的影响

李玉丹 杨保奎 杨 榛 孙安权 曹冬梅 韩兆玉*

(1.南京农业大学动物科技学院，南京 210095;2.奥格生物技术有限公司，上海 200120)

荷斯坦奶牛是我国饲养的主要奶牛品种，其特点是耐寒怕热，在我国南方，普遍存在夏季高温引起奶牛热应激，赖登明等［1］研究表明当环境日均气温由21.6℃上升到30.98℃时，奶牛日均产奶量将由17.18 kg 下降到10.82 kg，奶牛热应激使产奶性能下降、免疫机能降低。如何缓解高温热应激是奶牛养殖者和研究者普遍重视的问题，国内外对奶牛热应激的研究主要集中在奶牛防暑降温技术和抗热应激饲料添加剂的研究，但通过防暑降温技术不能长时间缓解热应激，抗热应激饲料添加剂虽增加饲料中维生素C和钾离子(K+)含量，但效果并不十分明显。有机微量元素比无机微量元素具有更高的吸收率，因此研究有机微量元素与无机微量元素对热应激奶牛的影响具有重要意义。有机微量元素是金属离子以共价键和离子键结合，金属离子被螯合在螯环中，在动物体内能够被充分吸收，它不仅能通过瘤胃，同时对于奶牛饲养中的高植酸、草酸的环境也有极好抵抗力。目前，关于无机微量元素研究较多，有机微量元素与无机微量元素对热应激奶牛的影响研究较少。李成会等［2］报道氨基酸微量元素螯合物铁、锌、锰、铜对提高产奶量、改善奶品质量具有重要作用，试验组奶牛产奶量与对照组相比提高了10.34%，乳蛋白率提高了 3.4%。吴志广等［3］研究表明有机锌能降低乳体细胞数(SCC)，使用有机微量元素不仅能减少SCC，还能减少奶牛感染疾病的风险［4］。Gunter等［5］报道，产前补硒酵母的牛泌乳高峰期的血清硒含量显著高于补充无机硒的，并且补充硒酵母的血清GSH-Px活性最高。然而有机微量元素对奶牛热应激的影响未见报道，本试验旨在通过夏季热应激奶牛饲粮中添加不同化学形式微量元素，比较不同化学形式微量元素对热应激奶牛产奶性能、抗氧化指标以及免疫力的影响。

1 材料与方法

1.1 试验牛选择和分组

按年龄、胎次、泌乳天数和产奶量相近的原则，选择健康荷斯坦奶牛32头，随机分成4组，每组8头。对照组没有添加任何抗热应激剂，添加120 g/d干酒糟及其可溶物(DDGS)，试验Ⅰ组添加120 g/d无机微量元素(氯化钾和碳酸氢钠)，试验Ⅱ组添加15 g/d有机微量元素+105 g/d DDGS，试验Ⅲ组添加 10 g/d有机微量元素+110 g/d DDGS。DDGS和抗热应激剂每天早晨和晚上分2次投喂，试验组和对照组的饲粮组成、饲喂方式均相同。有机微量元素由上海奥格生物技术有限公司提供，主要成分为有机锌、有机铜、有机铁、有机硒和有机钴。试验期90 d，试验期前有1周的预试期。试验牛资料见表1，基础饲粮组成及营养水平见表2。

表1 试验牛资料Table 1 Background information of test cows

表2 基础饲粮组成及营养水平(鲜重基础)Table 2 Composition and nutrient levels of the basal diet(fresh weight basis) %

续表2

1.2 饲养管理

奶牛栓系式饲养，管道式挤奶，每天饲喂3次，饲粮以全混合日粮形式饲喂，3次挤奶，喂料、挤奶有专人负责。试验于2014年6月7日至2014年9月4日每天测定牛舍温度和相对湿度，并计算温湿指数(THI)。

THI=(1.8×温度+32)－(0.55－0.55×

相对湿度)×(1.8×温度－26)。

式中:温度单位为℃。

1.3 产奶量和乳成分测定

试验期每周测定2 d每头奶牛产奶量，取1 d(早∶中∶晚 = 4∶3∶3)奶样测定乳成分，乳成分测定指标包括乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳总固体率、乳非脂固形物率、乳体细胞数和乳尿素氮浓度。

1.4 干物质采食量测定

试验期每周测定1 d奶牛采食量，根据饲粮干物质含量计算干物质采食量。

1.5 血样采集和测定

试验期第30、60和90天分别尾静脉采血10 m L，分离血清，－20℃保存。测定抗氧化指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、GSH-Px活性和总抗氧化能力(T-AOC)，微量元素(包括锌、铜、硒、钙和磷)含量，激素［三碘甲状腺原氨酸(T3)、甲状腺素(T4)、皮质醇］和免疫球蛋白G(IgG)含量。

1.6 直肠温度和呼吸频率测定

试验期每周测定1次每头奶牛的直肠温度和呼吸频率。

1.7 统计与分析

试验所得数据由Excel初步处理后用SPSS 18.0进行显著性统计分析，数据采用单因素方差分析检验，结果以平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 温湿指数

由图1可知，试验牛舍温湿指数(THI)＞72，温湿指数平均值为73.04，试验奶牛处于热应激条件。

图1 温湿指数变化Fig.1 Changes of THI

2.2 干物质采食量、产奶量和乳成分

由表3可知，与对照组相比，试验Ⅰ组干物质采食量有下降的趋势，产奶量下降了0.84 kg/d;试验Ⅱ组和Ⅲ组干物质采食量均有提高的趋势，产奶量分别提高了1.17和0.56 kg/d，但是差异均不显著(P＞0.05);对照组、试验Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组奶料比分别为 1.34、1.34、1.39、1.36，有机微量元素使奶料比有提高的趋势。与对照组相比，试验组乳脂率和乳蛋白率均有提高的趋势，乳总固体率和乳非脂固形物率有提高的趋势，乳体细胞数有下降的趋势，但是差异均不显著(P＞0.05)。与对照组相比，试验组奶牛乳尿素氮浓度有提高的趋势，各组差异不显著(P＞0.05)。表明夏季热应激奶牛饲粮中添加有机微量元素有提高产奶量，改善乳成分，降低体细胞数的趋势，并且这种改善奶牛生产性能的趋势与添加量有关。

2.3 直肠温度和呼吸频率

由表4可知，与对照组相比，试验组奶牛直肠温度均有不同程度下降，试验Ⅰ组呼吸频率有加快的趋势，试验Ⅱ组和Ⅲ组呼吸频率均有减慢的趋势，但是差异均不显著(P＞0.05)。这提示，添加有机微量元素有缓解夏季热应激对奶牛的影响的趋势。

2.4 血清抗氧化指标

由表5可知，第30天时，试验Ⅲ组的GSH-Px活性显著高于其他各组(P＜0.05);第60和90天时，各组间的GSH-Px活性差异不显著(P＞0.05);其他各指标的差异不显著(P＞0.05)。随时间延长，试验Ⅲ组的MDA含量先降低再升高，而TAOC呈上升的趋势，这可能与有机微量元素使干物质采食量的增加有关。

表3 不同化学形式微量元素对奶牛干物质采食量、产奶量和乳成分的影响Table 3 Effects of different chem ical forms of trace element on dry matter intake，m ilk yield and m ilk composition of cows

表4 不同化学形式微量元素对奶牛直肠温度和呼吸频率的影响Table 4 Effects of different chem ical forms of trace element on rectal temperature and respiratory frequency of cows

表5 不同化学形式微量元素对奶牛血清抗氧化指标的影响Table 5 Effects of different chem ical forms of trace element on antioxidant indexes of serum of cows

2.5 血清矿物元素含量

由表6可知，第30天时，试验Ⅲ组的血清铜的含量显著高于对照组和试验Ⅰ组(P＜0.05)，硒的含量显著高于试验Ⅱ组(P＜0.05);第60天时，试验Ⅲ组钙含量显著高于试验Ⅰ组(P＜0.05)，且均高于其他各组;第90天时，试验Ⅲ组钙和硒的含量均高于其他各组，这可能与有机微量元素使干物质采食量的增加有关。

表6 不同化学形式微量元素对奶牛血清中矿物元素含量的影响Table 6 Effects of different chem ical forms of trace element on serum m ineral contents of cow s mg/L

2.6 血清激素含量

由表7可知，第30天时，对照组血清皮质醇和IgG含量高于试验组，T4含量高于试验Ⅱ组和Ⅲ组，但差异均不显著(P＞0.05);第60天时，对照组T4、IgG含量低于试验组，T3和皮质醇含量均低于试验Ⅱ组和Ⅲ组，但差异均不显著(P＞0.05);第90天时，对照组T4含量高于试验组，IgG含量低于试验组，差异不显著(P＞0.05)。这提示，夏季添加微量元素能够提高奶牛免疫力，特别是添加有机微量元素，效果更佳，这可能与有机微量元素使干物质采食量的增加有关。

表7 不同化学形式微量元素对奶牛血清激素和IgG含量的影响Table 7 Effects of different chem ical forms of trace element on serum hormone and IgG contents of cows

续表7

3 讨 论

3.1 不同化学形式微量元素对奶牛产奶量和乳成分的影响

热应激影响奶牛的产奶量和乳成分，奶牛耐寒畏热，对环境高温敏感，处于热应激条件下奶牛的产奶量下降，但本试验表明添加有机微量元素可缓解热应激的不良影响，与对照组相比，试验Ⅱ组和Ⅲ组产奶量分别提高了1.17和0.56 kg/d，虽然试验各组间添加不同剂量的DDGS保证总添加量的相同，但DDGS是主要饲料原料，提供蛋白质和能量，DDGS最少添加量试验Ⅰ组与最多添加量对照组的差值为120 g，相对于32 kg的饲喂量仅占0.4%，对各组间无任何影响，相对于饲粮中添加无机微量元素，试验Ⅰ组产奶量下降0.84 kg/d，饲粮中添加有机微量元素锌、铜、铁、硒、钴可改善热应激对奶牛产奶量的影响，相对同期添加无机微量元素及不添加抗热应激剂，添加有机微量元素可提高奶牛的产奶量，这与Kinal等［6］的结果一致，Kinal等［6］试验发现，以有机形式添加等量的矿物微量元素锌、铜、锰的奶牛在泌乳前3个月内产奶量高于无机组，但差异不显著，与无机微量元素相比有机微量元素缓解热应激的效果较好。

热应激影响奶牛的乳品质，本试验表明与对照组相比，虽试验组乳脂率、乳尿素氮浓度和乳蛋白率均有提高，乳总固体率和乳非脂固形物率提高，乳体细胞数下降，但不同化学形式微量元素及同种化学形式微量元素不同添加量对乳成分的改善程度不同。O’Donoghue等［7］和 Kinal等［6］研究结果同本试验的结果相类似，O’Donoghue等［7］在泌乳奶牛饲粮各添加相同量的复合无机和有机微量元素，添加有机微量元素能显著降低奶牛乳体细胞数。Kinal等［6］研究发现，在泌乳奶牛饲粮中添加100%复合有机微量元素较相等添加量的无机组的奶牛乳体细胞数降低34%，泌乳期奶牛饲粮中添加100%和50%的复合有机微量元素较无机微量元素可显著降低奶牛乳体细胞数，这说明不同化学形式微量元素及不同添加量影响抗热应激剂效果。禹爱兵等［8］、李建新等［9］报道新螯合硒、螯合铬等能够调节奶牛胃肠道微生态平衡，增强对粗饲料等物质的消化利用率，进而提高乳脂率和乳蛋白率，这与本试验的结果类似，说明不同化学形式微量元素的添加可改善热应激对奶牛产奶量和乳成分的影响，有机微量元素提高产奶量和改善乳成分的效果较好。

3.2 不同化学形式微量元素对奶牛血清抗氧化指标的影响

奶牛散热能力差，外界温度超过26℃时会进入热应激状态，奶牛热应激状态机体产生的氧自由基增多，氧自由基过多不及时清除便会导致氧自由基过剩，产生氧化损伤。Padilla等［10］报道热应激能够导致奶牛血液中脂质过氧化产物含量增加，另外在奶牛的试验表明，氧化应激导致的脂质过氧化反应增加了内皮细胞的炎症表型［11］。

热应激奶牛产生氧化损伤，及时清除过多自由基可缓解热应激产生的氧化损伤，氧自由基的清除包括酶促系统和非酶促系统，酶促系统包括抗氧化酶SOD和GSH-Px等，机体清除多余自由基需消耗 SOD和 GSH-Px，产生 MDA。SOD、GSH-Px活性和MDA含量是抗氧化能力的重要指标，虽然试验各组间添加不同剂量的DDGS保证总添加量的相同，但DDGS是主要饲料原料，提供蛋白质和能量，DDGS最少添加量试验Ⅰ组与最多添加量对照组的差值为120 g，相对于32 kg的饲喂量仅占0.4%，对各组间无任何影响。第30天时，试验Ⅲ组的GSH-Px活性显著高于其他各组，但试验Ⅰ组、Ⅱ组GSH-Px活性低于对照组，第60、90天时，各组间的GSH-Px活性差异不显著，这说明不同的微量元素形式，不同添加量及不同添加时间对奶牛GSH-Px活性影响不同，第30天时，添加10 g/d有机微量元素+110 g/d DDGS的试验Ⅲ组GSH-Px活性显著提高，这与刘英丽［12］、梁建光等［13］研究结果一致。刘英丽［12］研究硫酸锌、乙酸锌和酵母锌的生物利用率，结果发现，硫酸锌和乙酸锌的生物利用率同效，而酵母锌的生物利用率显著高于硫酸锌，梁建光等［13］利用体外瘤胃发酵的方法研究有机锌的稳定性，结果表明，有机锌在模拟瘤胃环境下是稳定的，过瘤胃率在92%以上，这说明有机锌生物利用率较高，能显著提高GSH-Px活性。

与对照组相比，试验Ⅱ组SOD活性较高，差异不显著，说明热应激奶牛饲粮添加15 g/d有机微量元素+105 g/d DDGS对奶牛SOD活性提高的效果最好，锌、铜是铜，锌－超氧化物歧化酶和GSH-Px的组成成分，添加锌、铜能降低脂质过氧化反应，增加清除自由基的能力，付瑞珍等［14］研究表明锌、铁与维生素A互作对提高肉仔鸡血清Cu，Zn-SOD活性的影响极显著，对提高肉仔鸡肝脏GSH-Px活性和降低MDA含量影响极显著，锌以有机结合形式利用，无机锌需转化为有机结合态才能被吸收，因此有机锌的利用效果较好，这与本试验结果相符。硒主要通过含硒酶起作用，含硒酶则能够直接清除活性氧实现对氧化还原的调控［15］，在育肥猪饲粮中添加 0、0.3 和3.0 mg/kg的富硒酵母(以硒有效含量计)，发现随着添加量的增加，新鲜猪肉的滴水损失和硫代巴比妥酸反应物质含量减少，提高了肉的抗氧化性能［16］，虽然试验动物不同，但有机微量元素抗氧化应激在奶牛上的应用原理类似，本试验得到的结论与之相符，有机微量元素抗热应激添剂抗氧化损伤效果较常规抗热应激剂好。

3.3 不同化学形式微量元素对奶牛血清矿物元素含量的影响

热应激使奶牛血清中矿物元素降低，添加有机微量元素可显著改善热应激对矿物元素的影响，虽然试验各组间添加不同剂量的DDGS保证总添加量的相同，但DDGS是主要饲料原料，提供蛋白质和能量，DDGS最少添加量试验Ⅰ组与最多添加量对照组的差值为120 g，相对于32 kg的饲喂量仅占0.4%，对各组间无任何影响。第30天时，试验Ⅲ组的血清铜的含量显著高于对照组和试验Ⅰ组，硒的含量显著高于试验Ⅱ组，且铜和硒的含量都高于其他各组但差异不显著，与Gunter等［5］结果一致，Gunter等［5］报道产前补硒酵母的牛泌乳高峰期的血液硒含量显著高于补充无机硒的，说明与对照组相比有机微量元素的缓解热应激对矿物元素含量的影响较好，试验Ⅲ组的添加量较适宜。第60天时，试验Ⅲ组的钙含量显著高于试验Ⅰ组，且均高于其他各组，锌含量较高，这可能由于有机微量元素缓解了矿物质间的拮抗，特定有机锌显著降低了相同剂量无机盐中粪锌的含量，提高了血清锌含量［17］。第90天时，试验Ⅲ组的钙和硒的含量均高于其他各组，这说明，添加10 g/d有机微量元素+110 g/d DDGS改善奶牛热应激对矿物元素的影响效果最好，与无机物来源的微量元素相比，有机物结合的微量元素的吸收率更高，生物可利用性更强［18－19］。

4 结论

本试验条件下，热应激奶牛饲粮添加有机微量元素能够改善奶牛生产性能，提高奶牛血清抗氧化能力，IgG和血清锌、硒含量，并且呈剂量依赖。

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