过瘤胃烟酸对南方热应激中国荷斯坦牛采食量、生产性能和血液生理生化指标的影响

Effects of rumen⁃protected niacin on feed intake， performance and blood physiological and biochemical indexes of Chinese Holstein dairy cows under heat stress in southern China

摘要

目的 研究饲粮中添加过瘤胃烟酸对南方中国荷斯坦牛热应激环境下采食量、生产性能和血液生理生化指标的影响。 方法 选择286头处于泌乳盛期中国荷斯坦牛作为试验对象，对照组饲喂基础日粮，试验组饲喂添加每天20 g/头过瘤胃烟酸的基础日粮。试验预饲期7 d，正式试验期30 d。 结果 试验期内牛舍白天平均热应激指数为76.21，全程处于热应激环境下；南方中国荷斯坦牛采食量较对照组每天显著提高了3.83 kg/头（P<0.05），日产奶量提高了2.46 kg（P>0.05），乳脂率提高了0.06%（P>0.05），乳蛋白率提高了0.07%（P>0.05），体细胞评分极显著下降了1.26分（P<0.01）；51项血液生理生化指标中，大型血小板比率、白蛋白和葡萄糖等3项指标发生了显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）变化。 结论 基础日粮中添加每天20 g/头的过瘤胃烟酸可以缓解南方中国荷斯坦牛的热应激症状，有助于其适应我国南方夏季潮湿炎热的环境。

Abstract

Objective To investigate the effect of rumen-protected niacin (RPN) on feed intake, performance and blood physiological and biochemical indexes of southern dairy cows under heat stress. Method 286 Chinese Holstein cows in the peak lactation period were selected as the test subjects.The control group was fed a basic diet, and the experimental group was fed a basic diet supplemented with 20 g per head of rumen bypass niacin per day.The experimental pre-feeding period is 7 days, and the formal test period is 30 days. Result The average heat stress index was 76.21 during the day, which was under heat stress during the whole process. Compared with the control group, the feed intake of southern Chinese Holstein was significantly increased by 3.83 kg / head per day (P<0.05), the daily milk yield increased by 2.46 kg (P>0.05), the milk fat rate increased by 0.06% (P>0.05), the milk protein rate increased by 0.07% (P>0.05), and the somatic cell score decreased by 1.26 points (P<0.01). Among the 51 blood physiological and biochemical indexes, large platelet ratio, albumin and glucose had significant (P<0.05) or extremely significant(P<0.01) changes. Conclusion The rumen protected nicotinic acid (20 g/head per day) could alleviate the heat stress symptoms of southern Chinese Holstein cattle, and help them adapt to the hot and humid environment in southern China in the summer.

Graphical abstract

关键词

过瘤胃烟酸 / 热应激 / 南方 / 中国荷斯坦牛 / 血液生理生化指标

Key words

rumen-protect niacin / hot stress / south of China / Chinese Holstein dairy / blood physiological and biochemical indexes

畜禽热应激是指畜禽处于炎热环境中会引发生产性能下降、繁殖性能下降和免疫力下降等一系列反应。随着全球气候逐渐变暖和现代畜牧业规模越来越大和发展越来越集中，热应激对畜禽生产影响呈上升趋势，如何降低畜禽热应激及提高畜禽耐热能力是现代畜牧业重点关注的问题。中国荷斯坦奶牛适宜的环境温度为4~26 ℃，当环境温度高于这一范围时奶牛发生热应激，生理机能受到影响。且高温造成的奶牛热应激会随着湿度的增加而加剧。因此奶牛生产中常采用温度和湿度的综合指标，环境温湿度指数（temperature-humidity index，THI）来反应牛场气候环境条件^［1］。当牛场内部THI超过72 h，荷斯坦奶牛受到环境刺激出现热应激症状，表现为采食量降低、消化能力下降、产奶量下降、乳成分含量下降和免疫力下降等症状，THI过高会造成热应激加剧，过高时会造成荷斯坦奶牛机体脱水和休克现象，严重时会造成奶牛死亡^［2-3］。

热应激症状在高产奶牛中表现尤为明显。最新研究报道，与非应激相比，热应激条件下中国荷斯坦牛连续7 d平均日产奶量减少1.34 kg，乳脂率下降0.41%（P<0.01），乳蛋白率下降0.14%（P<0.01），乳糖率下降0.06%（P<0.05），干物质率下降0.61%（P<0.01），体细胞评分上升0.45（P<0.01）^［4］。与北方地区相比，夏季南方地区牛场位于高温高湿的环境下，荷斯坦奶牛面临更加直接炎热刺激，因此热应激程度更加严重，这已经成为南方荷斯奶牛生产中亟待改善的问题之一^［5］。为此本试验以南方夏季高产荷斯坦牛为试验对象，系统探讨了日粮中添加过瘤胃烟酸对南方荷斯坦奶牛采食量、生产性能和血液生理生化指标的影响，以期为过瘤胃烟酸在南方荷斯坦奶牛抗热应激中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2018年7~8月在四川省成都市某规模化奶牛场进行，以286头健康泌乳中国荷斯坦奶牛为研究对象。其中试验组135头牛圈养于一栏，基础日粮中添加20 g/（头·d）过瘤胃烟酸；对照组151头圈养于对面牛栏，饲喂基础日粮，两栏处于同一栋牛舍，环境条件一致。预饲期7 d，正式试验期30 d，记录每天日产奶量和牛舍温湿度。试验第28~30天，每天称量试验组和对照组日粮的剩余量。试验第30天，按照年龄、泌乳阶段和胎次在试验组和对照组选择中国荷斯坦奶牛各30头，收集生产性能数据（DHI测定报告），采集血液样本。

1.2 饲养管理与基础日粮组成

该荷斯坦奶牛牛场对奶牛采用分群散拦式饲养，运动场设于牛舍内，采用全混合日粮（total mixed rations，TMR）饲喂，基本组成和营养成分见表1，全天自由采食和自由饮水，整个试验期间日粮营养成分保持一致。

1.3 血液样品采集

每天7∶00~8∶00于奶牛采食前采集颈静脉血液样本20 mL，10 mL血液置于含有抗凝剂的真空负压采血管中，送往试验室对样本进行血液常规检测和微量元素含量检测；另外10 mL血液置于含有促凝剂的采血管中，凝固后置于离心机，转速设置为1 500 r/min，离心时间为15 min，离心结束后汲取上层血清，用于检测血液生化指标。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 牛舍内外温湿度指数的计算

每天7∶00、10∶00、14∶00和 20∶00记录牛舍内部的温湿度，均匀在牛舍中选取3个位点悬挂温湿度记录仪，记录仪应离地1.5 m高，避免阳光照射、雨淋和奶牛损坏。通过每天记录的数据，计算牛舍的温湿度指数（THI）：

THI=0.8×温度+相对湿度×（温度-14.4）+46.4

1.4.2 血常规的检测

按照ES-200全自动血液细胞分析仪操作手册，测定和计算奶牛全血中红细胞计数（RBC）、血红蛋白（HGB）、平均红细胞体积（MCV）、嗜中性粒细胞百分比（NEUT%）、嗜酸性粒细胞数目（EO#）、平均血红蛋白浓度（MCHC）、白细胞计数（WBC）、中值细胞数（MID）、红细胞分布宽度CV（RDW-CV）、红细胞分布宽度SD（RDW-SD）、平均血红蛋白含量（MCH）、红细胞压积（HCT）、嗜酸性粒细胞百分比（EO%）、血小板计数（PLT）、平均血小板体积（MPV）、血小板分布宽度（PDW）、血小板压积（PCT）、白蛋白（ALB）、中值细胞比率（MID）、嗜碱性粒细胞数目（BASO#）、嗜碱性粒细胞百分比（BASO%）、嗜中性粒细胞数目（NEUT#）、淋巴细胞百分比（LYMPH%）、单核细胞数目（MONO#）、单核细胞百分比（MONO%）、超敏C-反应蛋白（hs-CRP）、球蛋白（GLB）、大型血小板数目（P-LC）、淋巴细胞数目（LYMPH#）、大型血小板比率（P-LCR）、白球比（A/G）等 32项指标。

1.4.3 血液生化指标的检测

奶牛血清生化指标总共14项，分别是间接胆红素（IB，计算）、葡萄糖（GLU，酶法）、谷丙转氨酶（ALT，速率法）、钠（Na，电极法）、谷草转氨酶（AST，速率法）、甘油三酯（TG，酶法）、总蛋白（TP，双缩脲法）、总胆红素（TBIL，酶法）、肌酐（CREA，酶法）、尿素氮（BUN，酶法）、直接胆红素（D-BIL，酶法）、谷草/谷丙（ALT/AST，计算）、钾（K，电极法）、氯（Cl，电极法）。

1.4.4 血液微量元素的检测

按照IVY2000微量元素分析仪操作手册，测定奶牛全血中铜（Cu）、铁（Fe）、锌（Zn）、钙（Ca）、镁（Mg）等5种微量元素。

1.5 数据处理

数据的统计分析使用Excel 2010和R 3.5.3语言，结果以\overline{x}±s表示，数据分析采用t检验。

2 结果与分析

2.1 试验牛场热应激指数的变化

本试验期间通过记录仪记录了牛舍每天7∶00、10∶00、14∶00和20∶00的温度和相对湿度数据，通过公式计算了相应的热应激指数，结果见图1。由图1可知，试验期牛舍内白天平均热应激指数为76.21，试验奶牛全程处于热应激环境下。其中14∶00热应激指数最高，平均温度为27.94 ℃，平均相对湿度为86.40%，平均热应激指数80.45；其次是10∶00，平均温度为26.05 ℃，平均相对湿度为84.07%，平均热应激指数77.03；再次是20∶00，平均温度为25.07 ℃，平均相对湿度为83.70%，平均热应激指数75.39；最低是7点，平均温度为23.10 ℃，平均相对湿度为81.55%，平均热应激指数71.98。由此可见，试验期间中国荷斯坦牛全程处于热应激环境条件。

2.2 热应激对中国荷斯坦牛采食量的影响

本试验记录了试验组和对照组试验期最后3 d中国荷斯坦牛的饲料投喂量和剩余量，计算了中国荷斯坦牛每头每天的采食量，结果见表2。由表2可见，试验组中国荷斯坦牛每头每天的采食量比对照组增加3.83 kg，差异达到极显著水平（P<0.01）。结果表明，日粮中添加过瘤胃烟酸可以显著提高处于热应激环境中中国荷斯坦牛的采食量。

2.3 热应激对中国荷斯坦牛生产性能的影响

本试验在试验组和对照组中分别选择30头泌乳阶段相近的中国荷斯坦牛，计算其试验期最后7 d天的平均日产奶量，第30天的乳脂率、乳蛋白率和体细胞评分，结果见表3。由表3可见，试验组中国荷斯坦牛与对照组相比，7 d平均产奶量高2.46 kg，乳脂率高0.06%，乳蛋白率高0.07%，差异均未达到显著水平（P>0.05）；体细胞评分低1.26分，差异达到极显著水平（P<0.01）。结果表明，日粮中添加过瘤胃烟酸可以提高热应激环境中中国荷斯坦牛的日产奶量、乳脂率和乳蛋白率，体细胞评分显著降低。

2.4 热应激对中国荷斯坦奶牛血常规的影响

本试验在试验组和对照组中分别选择30头泌乳阶段相近的中国荷斯坦牛，在试验期第30天采集尾根血，测定了全血中31项血常规指标，结果见表4。由表4可见，试验组中国荷斯坦牛与对照组相比，有13项指标不同程度的上升，有16项指标不同程度的下降，有2项指标没有变化，其中大型血小板比率极显著下降（P<0.01），白蛋白含量显著下降（P<0.05），其余29项指标差异均为达到显著水平（P>0.05）。结果表明，日粮中添加过瘤胃烟酸会引起中国荷斯坦牛的大型血小板比率和白蛋白显著下降，而对其余血常规指标没有显著影响。

2.5 热应激对中国荷斯坦奶牛血清生化指标的影响

本试验在试验组和对照组中分别选择30头泌乳阶段相近的中国荷斯坦牛，在试验期第30天采集尾根血，测定了血清中14项血清生化指标，结果见表5。由表5可见，试验组中国荷斯坦牛与对照组相比，有6项指标不同程度的上升，有7项指标不同程度的下降，有1项指标没有变化，其中葡萄糖含量极显著升高（P<0.01），其余13项指标差异均为达到显著水平（P>0.05）。结果表明，日粮中添加过瘤胃烟酸使中国荷斯坦牛血清中葡萄含量显著升高，而对其余血清指标没有显著影响。

2.6 热应激对中国荷斯坦奶牛血液中微量元素的影响

本试验在试验组和对照组中分别选择30头泌乳阶段相近的中国荷斯坦牛，在试验期第30天采集尾根血，测定了全血中5项微量元素的含量，结果见表6。由表6可见，试验组中国荷斯坦牛与对照组相比，有1项指标上升，有4项指标不同程度的下降，5项指标差异均为达到显著水平（P>0.05）。结果表明，日粮中添加过瘤胃烟酸对中国荷斯坦牛血液中微量元素含量没有显著影响。

3 讨论

我国地貌辽阔，南方和北方在相同季节气候差异较大。较北方相比，南方夏季的气温和空气湿度较高。成都位于我国西南的四川盆地，因独特的地理环境，夏季炎热多雨，在7~8月气温和降雨量达到年高峰，月平均气温维持在26.2~27.39 ℃，月平均降水量为400~450 mm。近年来，随着环境因素急剧变化，成都夏季气温呈逐渐上升趋势^［6］。本试验检测到试验牛舍试验期间7∶00~20∶00的平均温度为25.45 ℃，平均相对湿度为83.15%，平均热应激指数为75.98%，与上述报道一致。试验期间每日热应激指数以14∶00最高（平均为80.45），其次是10∶00（平均为77.03）和20：00（平均为75.39），最低为7∶00（平均为71.98），即除了7∶00外试验牛舍均处于轻度至中度的热应激环境。徐玉薇等报道重庆市某牛场夏季THI指数从06∶00开始逐渐升高，14∶00达到最高，20∶00有所下降，6∶00~20∶00牛舍均处于轻度至中度的热应激环境，与本试验结果一致^［7］。

由于夏季炎热，试验牛场在牛舍内安装了喷淋、风扇等防暑降温措施，然而温度降低的同时，相对湿度也随之升高，造成试验牛仍然处于热应激环境下。因此在南方奶牛生产实际中除了安装防暑降温设备，还可以通过提高日粮营养浓度、补充矿物质元素和维生素等方面改善中国荷斯坦牛夏季热应激 ^［8-10］。在辅酶I、辅酶II的合成过程中，烟酸作为重要前体物质，在奶牛脂质代谢调节、糖异生、抗脂解和降低血酮等方面都发挥着重要的作用。相关报道表明，夏季日粮中添加含有烟酸的添加剂可有效缓解奶牛热应激和提高奶牛的生产性能^［11-12］，添加20 g/（头·d）的过瘤胃烟酸就能够满足奶牛对烟酸的需要^［13］，本试验即据此设计。

处于热应激环境下的奶牛，因每日的采食量和日粮消化率普遍下降，会造成机体营养摄入不足，从而导致机体处于能量负平衡状态，进而增加疾病发生的风险。与非热应激相比，热应激奶牛干物质采食量会极显著下降（P<0.01），干物质、粗蛋白、粗脂肪、NDF、ADF、Ca和P的消化率将显著下降（P<0.05）^［14］。相关报道表明，烟酸对牛采食量的影响不显著（P>0.05），但是可以提高肉牛干物质、有机物、粗蛋白、无氮侵出物、中性洗涤纤维纤维、等营养物质的消化率^［15-17］。本试验在热应激环境的中国荷斯坦牛日粮中添加20g/（头·d）的过瘤胃烟酸，极显著提高了中国荷斯坦牛的采食量（P<0.01），与前人报道一致。李建新等在热应激荷斯坦牛基础混合精料中添加800 mg/kg的烟酸和10 mg/kg的烟酸铬30 d后，奶牛的粗饲料采食量分别增加了1.50 kg/d和2.57 kg/d^［18］。杨耐德等在热应激奶牛日粮中添加8 g/d的烟酸，使奶牛的干物质采食量提高了12.71%，干物质、有机物、粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维分别提高了4.29%、5.96%、6.42%、4.34%、4.13%、5.16%，差异均达到显著水平（P<0.05）^［19］。这说明过烟酸缓解了奶牛热应激症状，使热应激奶牛的采食量得到了一定的恢复。

热应激环境下奶牛采食量减少，营养摄入不足而维持能量增加，免疫功能受到抑制，导致日产奶量下降、乳成分降低和体细胞数增加。当THI>60时，奶牛开始出现轻度热应激症状，产奶量随着THI升高而逐渐下降^［20］。当THI>83时，奶牛受到强烈的热应激，日产奶量降低21%^［21］。热应激下牛奶中脂肪和蛋白含量大幅下降，体细胞数显著增加，乳品质严重受影响^［22］。直肠温度每升高1 ℃，日产奶量减少1.26~1.71 kg，乳脂率减小0.34%，乳蛋白率减小0.17%^［23］。多个研究表明，烟酸作为抗热应激添加剂，能增加产奶牛的产奶量、乳脂率、乳蛋白率、乳糖和非脂固形物含量^［24］。本试验在热应激环境的中国荷斯坦牛日粮中添加20 g/（头·d）的过瘤胃烟酸，日产奶量、乳脂率和乳蛋白率均有一定的提高，但是差异均未达到显著水平（P>0.05），而体细胞评分极显著降低（P<0.01），这与前人的报道相近。李建新等发现热应激奶牛日粮中添加烟酸，日产奶量、乳脂率、乳蛋白率分别提高了1.02 kg、0.02%、0.06%，但差异均未达到显著水平（P>0.05）^［18］。杨耐德等在热应激奶牛日粮中分别添加8 g/（头·d）和15 g/（头·d）的烟酸，奶牛产奶量分别比对照组提高29.9%和22.0%（P<0.05）^［25］。王冠等在热应激奶牛日粮中分别添加6 g/d和12 g/d的过瘤胃烟酸30 d后，日产奶量、乳脂率、乳蛋白率和体细胞数分别提高了0.95 kg和0.79 kg、0.06%和0.09%、0.14%和0.07%，体细胞降低了-0.77%和2.36%，但差异均为达到显著水平（P>0.05）^［26］。烟酸对热应激奶牛生产性能的促进作用目前仍存争议，部分研究报道奶牛日粮中添加烟酸极显著降低乳脂率（P<0.01），未显著影响奶牛产奶量和其它乳成分（P>0.05）^{［24，27］}。本试验结果表明，过瘤胃烟酸能适当提高南方中国荷斯坦牛产奶量和乳成分，其最主要的影响是降低牛奶中的体细胞数，即降低奶牛乳房炎的发生率。

奶牛热应激过程反应有多因子参与调节，热应激下奶牛血液中所含成分会发生变化。奶牛热应激期与非热应激期相比，血液中钾、磷、红细胞总数、比色法测定血尿素氮、C反应蛋白、乳酸脱氢酶、脂质过氧化物和去甲肾上腺素显著（P<0.05）或极显著降低（P<0.01），血小板总数、嗜碱性粒细胞、单核细胞生长激素、乳酸、催乳素和超氧化物歧化酶显著（P<0.05）或极显著升高（P<0.01）^{［4，28-29］}。烟酸对热应激奶牛血液生理生化指标影响的研究报道较少。李新建等测定了日粮中添加烟酸对荷斯坦牛血液中催乳素、三碘甲腺原氨酸、甲状腺激素、皮质醇、胰高血糖素等5项指标的影响，其中仅催乳素含量显著升高（P<0.05）^［18］。杨耐德等报道日粮中添加烟酸对荷斯坦牛血液中皮质醇、胆固醇和甘油三酯均无显著影响^［25］。本试验系统测定了试验组和对照组中国荷斯坦奶牛32项血常规指标、14项血清生化指标和5项微量元素指标，其中试验组中国荷斯坦牛大型血小板比率极显著降低（P<0.01），白蛋白显著降低（P<0.05），以及葡萄糖含量极显著升高（P<0.01），但是各项指标均在正常值范围内。这表明南方中国荷斯坦牛日粮中添加烟酸可缓解热应激症状，使各项血液生理生化指标恢复到正常值范围。

4 结论

我国南方地区夏季因温度高和湿度大，造成中国荷斯坦牛长期处于热应激环境中。为此，在南方中国荷斯坦牛日粮中添加20 g/（头·d）的过瘤胃烟酸，可以显著促进奶牛的采食量，提高产奶量，改善乳品质，显著降低体细胞评分，促进各项血液生理生化指标恢复到正常值范围。烟酸具有缓解中国荷斯坦牛热应激症状的作用，有助于促进中国荷斯坦牛适应南方夏季湿热环境。

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基金资助

四川省科技厅重点研发项目(2021YFYZ0001)