挪威红牛×荷斯坦奶牛杂交代与荷斯坦奶牛的抗病力差异分析

Differences in the disease resistance between crossbred generation of Norwegian Red × Holstein cattle and Holstein cattle

摘要

目的 探究挪威红牛×荷斯坦奶牛杂交代乳肉兼用牛（挪荷牛）与荷斯坦奶牛（荷牛）在发生消化道疾病的情况下其抵抗力和转归时间的差异，为“乳肉兼用”背景下奶牛健康养殖与杂交改良提供依据。 方法 在相同环境、饲养管理条件下，随机选择1~3月龄、72~81 kg的犊牛各8头，16月龄、320~343 kg的后备牛各9头，1.7~6岁、410~692 kg的成母牛各9头，4~6岁、556~692 kg的干奶牛各9头，共计70头，采用双抗体夹心酶联免疫吸附试验，检测不同阶段2个品系牛血清中白介素、补体、干扰素、免疫球蛋白、主要组织相容性复合体（MHC）的含量，以及记录相同治疗条件下2个品系牛的转归情况。 结果 挪荷牛（犊牛、后备牛、成母牛、干奶牛，下同）血液白介素IL-2含量较荷牛分别平均高41.11%、45.49%、47.23%和39.91%，IL-6含量分别平均高45.15%、42.56%、46.98%和51.54%；挪荷牛血清补体C3含量较荷牛分别平均高29.47%、34.16%、23.58%和23.59%，C4含量分别平均高210.36%、215.84%、204.53%和200.23%，血清总补体CH50含量分别平均高65.83%、66.79%、53.64%和55.02%；感染后期，挪荷牛血清中干扰素IFN-γ含量较荷牛分别平均高486.22%、501.47%、496.21%和490.89%；挪荷牛血清中MHC含量较荷牛分别平均高712.94%、1 086.21%、1 281.08%和1 409.75%；挪荷牛临床转归时间较荷牛平均分别减少0.19、2.21、2.98和2.95 d。 结论 消化道疾病发病状态下，挪荷牛多项免疫相关细胞因子水平优于荷牛，表现出更强的抗病能力与更快的康复速度，可作为区域乳肉兼用奶牛杂交改良的优选品系。

Abstract

Objectives The differences in the disease resistance and recovery time between Norwegian Red × Holstein crossbred dairy-beef cattle (hereinafter referred to as Nor-Hol cattle) and Holstein dairy cattle (hereinafter referred to as Holstein cattle) during the occurrence of diseases in digestive tract were studied to provide a basis for healthy dairy farming and crossbreeding at the context of "dual-purpose dairy-beef production." Methods 8 calves aged 1-3 months and weighted 72-81 kg, 9 heifers aged 16 months and weighted 320-343 kg, 9 adult cows aged 1.7-6 years and weighted 410-692 kg, and 9 dry cows aged 4-6 years and weighted 556-692 kg, totaling 70 animals, were randomly selected from each of the two cattle strains under the same conditions of environment, feeding, and management. A double-antibody sandwich enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was used to measure the content of interleukins, complement components, interferons, immunoglobulins, and major histocompatibility complex (MHC) in the serum from two strains at different stages of growth. The clinical outcomes of the two strains under identical treatment conditions were recorded. Results The average increase in the content of IL-2 in the serum from calves, heifers, adult cows, and dry cows of Nor-Hol cattle was 41.11%, 45.49%, 47.23%, and 39.91% compared with that from Holstein cattle. The average increase in the content of IL-6 was 45.15%, 42.56%, 46.98%, and 51.54%, respectively. The average increase in the content of complement C3 was 29.47%, 34.16%, 23.58%, and 23.59%, respectively. The average increase in the content of C4 was 210.36%, 215.84%, 204.53%, and 200.23%, respectively. The average increase in the content of total complement CH50 was 65.83%, 66.79%, 53.64%, and 55.02%, respectively. The average content of IFN-γ and MHC in serum from Nor-Hol cattle at the late stage of infection was 486.22%, 501.47%, 496.21%, and 490.89%, 712.94%, 1086.21%, 1281.08%, and 1409.75% higher than that from Holstein cattle. The average clinical recovery time for Nor-Hol cattle was 0.19 days, 2.21 days, 2.98 days, and 2.95 days shorter than that for Holstein cattle. Conclusions The content of multiple immune-related cytokines in serum from Nor-Hol cattle under conditions of disease in digestive tract was higher compared with that in Holstein cattle, indicating that its disease resistance is stronger and its recovery is faster. The Nor-Hol cattle can be used as a preferred strain for crossbreeding of regional cattle with dual-purpose of dairy-beef.

关键词

挪威红牛 / 荷斯坦奶牛 / 细胞因子检测 / 抗病力 / 杂交育种 / 免疫水平

Key words

Norwegian Red cattle / Holstein cattle / detection of cytokine / disease resistance / crossbreeding / level of immune

奶牛养殖在畜牧业健康发展、产业结构优化、优质蛋白供应以及促进农牧民增收等方面均发挥了重要作用。然而，奶牛疾病存在病原多样、变异性强，以及外部环境复杂多变等问题，使得疾病防控技术实施面临巨大挑战。因此，奶牛疾病防控水平成为衡量现代农业发展的重要标志之一。相关研究表明，高抗病力奶牛对畜牧业生产的贡献率可达23%以上，能创造显著的生产效益。奶牛产业的高质量发展，离不开抗病性优良的养殖品种与完善的疾病防控体系，故而扩大高抗病力奶牛养殖规模、提升品种利用效率，是推动产业可持续发展的核心举措^[1]。为明确混合饲养模式下挪威红牛×荷斯坦奶牛杂交代（挪荷牛）与荷斯坦奶牛（荷牛）在抗病力相关细胞因子水平的表达差异，本研究对两品系牛血清中白介素、补体、干扰素、免疫球蛋白及MHC等细胞因子进行检测分析，系统揭示二者抗病力差异机制，以期为乳肉兼用牛融合发展新模式提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 主要仪器设备

TGL-23台式高速多功能冷冻离心机（四川蜀科仪器有限公司），SC9300液体工作站（苏州中析生物信息有限公司）、F2移液器（普兰德（上海）贸易有限公司）、Multiskan FC酶标仪（赛默飞）、QB-9001微孔板快速振荡器（海门市其林贝尔仪器制造有限公司）、LI-9082电热恒温培养箱（上海博迅医疗生物仪器股份有限公司）。

1.2 检测试剂

ELISA检测试剂盒：牛白介素IL-2、IL-3、IL-6、IL-10，免疫球蛋白IgG、IgA、IgM，补体C3、C4，血清总补体CH50，干扰素IFN-α、IFN-β、IFN-γ，主要组织相容性复合体MHC/BoLA，均购自上海信裕生物科技有限公司。

1.3 实验动物

随机选取规模化牛场“腹泻”的挪荷牛与荷牛各35头；其中：1~3月龄、72~81 kg的犊牛各8头，16月龄、320~343 kg的后备牛各9头，1.7~6岁、410~692 kg的成母牛各9头，4~6岁、556~692 kg的干奶牛各9头，共计70头。

1.4 采血及血清分离方法

试验牛每5 d采集血样1次，共采集5次。每次采血均安排在06:30、14:30和20:00三个时间点进行。采集的血液37 ℃静置2 h后，再4 ℃静置2 h，以4 000 r/min 离心6 min，取上清。分离到的血清样品置于-40 ℃冰箱备用。同1 d内，每头牛对应的3个时间点所分离的血清样品混合为一个样品，随后冷冻保存，备用。

1.5 检测方法

采用双抗体夹心酶联免疫法检测采集血清中的白介素、补体、干扰素、免疫球蛋白、MHC浓度，按照试剂盒说明书进行操作，在波长450 nm处用酶标仪测定各孔的吸光度(OD)值，靶蛋白浓度与OD值之间成正比，根据标准曲线查出各样品浓度。

1.6 统计与分析

试验数据采用Excel 2016进行初步整理，用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析，Duncan's检验法进行各组间的多重比较，试验结果均采用“平均数±标准差”表示，以P＜0.05作为差异显著的判断标准，以P＜0.01作为差异极显著的判断标准。

2 结果与分析

2.1 白细胞介素检测

挪荷牛与荷牛血清白细胞介素IL-2、IL-3、IL-6、IL-10含量检测结果见表1。由表1可知，各生长阶段挪荷牛血清IL-2含量极显著高于荷牛（P＜0.01），IL-6含量显著高于荷牛（P＜0.05），说明挪荷牛免疫激活能力更强，可快速启动免疫应答、遏制病原扩散；2组牛血清IL-3、IL-10含量差异不显著（P＞0.05），表明挪荷牛拥有完善的免疫负调控机制，在强化免疫防御的同时，可有效避免过度炎症反应造成机体损伤，利于机体健康维持。

2.2 补体检测

挪荷牛与荷牛血清中补体系统中核心成分补体C3、C4及血清总补体CH50的含量检测结果见表2。由表2可见，犊牛、后备牛、成母牛和干奶牛各阶段的挪荷牛与荷牛两组间补体C3、C4以及血清总补体CH50血液含量差异均极显著（P＜0.01）；C3、C4血清水平显著升高，表明挪荷牛具有较强的补体激活能力，这种增强的激活能力有助于促进免疫清除病原体的效率。CH50是反映补体系统整体活性的关键指标，其水平极显著升高，说明挪荷牛补体系统功能更完善，在病原体裂解、炎症诱导、免疫复合物清理等方面效率更高。

2.3 干扰素检测

两品系牛血清干扰素IFN-α、IFN-β、IFN-γ含量检测结果见表3。

由表3可见，各生长阶段荷牛血清IFN-α含量极显著高于挪荷牛（P＜0.01），IFN-β含量显著高于挪荷牛（P＜0.05）；挪荷牛血清IFN-γ含量极显著高于荷牛（P＜0.01）。感染早期荷牛Ⅰ型干扰素（IFN-α、IFN-β）表达量更高，抗病毒初始应答更迅速；感染后期挪荷牛Ⅱ型干扰素（IFN-γ）占优，细胞介导免疫功能更强，更利于胞内病原体清除与免疫记忆形成，但该差异不影响两品系牛整体抗病力的优劣判断。

2.4 免疫球蛋白检测

两品系牛血清免疫球蛋白IgG、IgM、IgA含量检测结果见表4。

2组牛血清的IgG含量差异不显著（P＞0.05）；各生长阶段挪荷牛血清IgM、IgA含量均极显著高于荷牛（P＜0.01）。由于IgM是机体早期抗感染的核心抗体，IgA主要参与黏膜免疫，该结果表明挪荷牛对病原体的早期识别更灵敏，急性感染应答更迅速，黏膜抗病能力更强，整体体液免疫优势更突出。

2.5 主要组织相容性复合体检测

两品系牛血清MHC含量检测结果见表5。各生长阶段挪荷牛血清MHC含量均极显著高于荷牛（P＜0.01）。MHC是调控机体抗原呈递、免疫应答启动的关键分子，其含量高低直接反映机体免疫应答能力强弱，该结果直接证明挪荷牛抗病力优于荷牛。

2.6 临床转归情况

对发生“腹泻”的挪荷牛和荷牛，使用相同的治疗方案，并分别统计其临床转归（康复）情况，具体见表6。挪荷牛犊牛与荷牛犊牛组间转归差异不显著（P＞0.05），后备牛、成母牛和干奶牛各阶段的挪荷牛与荷牛两组间差异显著（P＜0.05）。

3 讨 论

白介素是由免疫细胞及内皮细胞、成纤维细胞等非免疫细胞分泌的小分子蛋白质，作为细胞因子家族核心成员，是介导白细胞信号传递、调控免疫应答、炎症反应、造血功能与组织修复的关键信号枢纽，在机体免疫网络中发挥核心调控作用。本研究中挪荷牛IL-2、IL-6表达量显著提升，可快速激活免疫细胞、启动炎症反应，快速遏制消化道病原增殖^[2-3]，而IL-3、IL-10无显著差异，保证了其免疫调控的平衡性，避免炎症损伤^[4-5]。

补体系统是机体先天免疫的核心组成部分，由30余种可溶性蛋白与膜结合蛋白构成，是连接先天免疫与适应性免疫的关键桥梁，可通过酶促级联反应快速清除病原体、调控炎症反应，属于机体抗感染的“快速反应系统”。挪荷牛补体C3、C4及总补体CH50水平极显著升高，说明其补体系统激活效率更高，免疫清除能力更强，能快速清除入侵的消化道病原体，缓解病情^[6]。

干扰素是机体先天抗病毒免疫的核心因子，可直接抑制病毒复制、激活免疫细胞清除感染细胞，分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三类，分别发挥抗病毒、免疫调节等功能。本研究中两品系牛干扰素表达呈现阶段性差异，荷牛早期Ⅰ型干扰素表达占优，挪荷牛后期Ⅱ型干扰素优势明显，这种差异是机体免疫应答的阶段性特征，而牛后期强大的细胞免疫功能，更利于病原体彻底清除，最终体现为康复速度更快^[7]。

免疫球蛋白是B细胞介导的适应性免疫的核心效应分子，通过Y型四肽链结构（V区识别抗原、C区介导效应），实现特异性清除病原体、调节免疫应答等功能。免疫球蛋白IgG、IgA、IgM各具特点，分别参与全身抗感染（IgG）、黏膜防御（IgA）、早期免疫（IgM）等。其临床意义不仅体现在疾病诊断（如免疫球蛋白水平检测），更通过单克隆抗体等技术成为肿瘤、自身免疫病治疗的“革命性武器”。本研究结果发现，挪荷牛与荷牛血清IgG浓度差异不显著；挪荷牛血清IgM浓度极显著高于荷牛；荷牛血清IgA浓度极显著高于挪荷牛。

MHC是连接固有免疫与适应性免疫的关键分子，通过抗原提呈调控T细胞活化，决定免疫应答的方向与强度，同时影响个体对疾病的易感性与移植排斥反应，其高度多态性是物种进化中应对病原体多样性的重要策略^[8-9]。本研究中，各生长阶段挪荷牛血清MHC含量均极显著高于荷牛。

临床统计挪荷牛与荷牛在相同管理和治疗措施下，除犊牛外，挪荷牛转归时间显著少于荷牛，表明挪荷牛在抗病力方面优于荷牛^[10-11]。

4 结 论

本研究采用双抗体夹心ELISA同步分析了多种细胞因子，揭示杂交牛免疫优势，系统对比在消化系统疾病情况下的细胞因子差异，阐明杂交牛的环境适应性免疫机制；将细胞因子浓度差异与抗病力表型直接关联，为抗病育种提供分子标记。现有研究已证实挪荷杂交牛通过细胞因子优化获得抗病力优势，但需拓展杂交组合、深化机制研究，以推动抗病育种的精准化。

参考文献

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基金资助

新疆生产建设兵团重点领域科技攻关项目(2023AB009-02)