2. 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 动物营养学国家重点 实验室, 北京 100193;
3. 北京奶牛中心, 北京 100192;
4. 农业部奶及奶制品质量监督检验测试中心(北京), 北京 100193;
5. 天津梦得集团今日健康乳业有限公司, 天津 300400
2. State Key Laboratory of Animal Nutrition, Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100193, China;
3. Beijing Dairy Cattle Center, Beijing 100192, China;
4. Ministry of Agriculture-Milk and Dairy Product Inspection Center (Beijing), Beijing 100193, China;
5. Jinrijiankang Dairy Co., Ltd., Tianjin Mengde Group, Tianjin 300400, China
半胱胺具有耗竭体内生长抑素,减弱其对生长激素分泌的抑制作用,能使体内生长激素和胰岛素等分泌提高;也能通过抑制多巴胺向去肾上腺素的转化过程和调控β-内咖肽的水平等提高生长激素的分泌[1]。生长激素对促进动物生长和泌乳等有重要的生理作用。近年来国内外研究证明,半胱胺可以促进家禽、猪、鱼、肉羊、水牛生长发育,有效提高其生产性能[2-7]。反刍动物饲粮中单独添加半胱胺试验研究报道较多,并且取得很多较好的成果。由于可促进乳腺发育和导管生长[8],饲喂半胱胺可提高奶牛产奶量,改善乳品质[9-10]。此外,其可提高星形细胞和神经胶质瘤细胞热休克蛋白(HSP)水平[11],减轻体外受精时热休克引起的精子损伤和卵母细胞氧化应激[12]。半胱胺盐酸盐(cysteamine hydrochloride,CSH)是采用超分子技术由β-环糊精包被的饲料添加剂。泌乳后期热应激奶牛饲喂CSH后体温降低,产奶量提高[13-14],舍饲栓系条件下,处于泌乳中期的热应激奶牛饲喂CSH后血清三碘甲腺原氨酸(T3)浓度降低,乳脂较正乳产量和乳脂率提高[15]。但CSH使用对热应激情况下奶牛泌乳性能影响效果国内外报道较少,有必要继续进行试验研究。本试验将从生产性能、呼吸频率和直肠温度等方面展开,评价在散栏饲养条件下,不同剂量CSH对泌乳中期热应激奶牛的应用效果, 这一研究成果具有一定实际应用价值,对提高奶牛营养物质有效利用和生产性能具有重要的意义。
1 材料与方法 1.1 试验材料CSH是采用微胶囊包裹技术制得的乳白色微颗粒,主体材料为β-环状糊精,有效成分含量为30%,由上海华扩达生化科技有限公司生产。
1.2 试验动物选择48头健康荷斯坦奶牛[体重(562. 25 ± 37.85)kg,泌乳天数(123. 64 ± 10. 67)d,胎次(1.23±0.42)胎,日产奶量(26.58±1.58)kg]为试验动物。
1.3 试验设计试验采用随机区组设计(randomized block design),根据体重、胎次、泌乳阶段、产奶量相同或相近的原则,将48头奶牛随机分成4组,每组12头。对照组饲喂基础饲粮,试验组在基础饲粮中分别添加3(CSH3组)、15(CSH15组)、30 g/kg CSH(CSH30组)。预试期12 d,正试期30 d。
1.4 基础饲粮与饲养管理基础饲粮组成及营养水平见表 1,营养水平满足或超过日产奶量25 kg的营养需要。试验牛群采用全混合日粮(TMR)形式饲喂,每天饲喂3次(06:30、13:30和18:30),采用阿菲金管道式挤奶系统,每天挤奶3次(05:00、13:00和21:00),采用散栏式饲养方式。用挡板隔开料槽,饲喂时将CSH按照每组添加剂量均匀拌于TMR中,饲喂后推1次料,自由采食,自由饮水。
分别在每组牛料槽中部距离地面1.5 m处安装温湿度计,每天05:30、13:30、21:30记录牛舍温度、湿度,计算THI。
THI=0.81T+(0.99T-14.3)R+46.3[16]。
式中:T为温度(℃); R为相对湿度(%)。
1.5.2 呼吸频率与直肠温度正试期前1周和正试期每周,连续3 d,每天07:30、14:00、21:30测定单头牛呼吸频率和直肠温度(包括雨天)。用计时器人工记录每分钟呼吸次数,用电子体温表测定直肠温度。
1.5.3 干物质采食量试验期每周连续3 d,每天3次测定单头牛采食量。测定方法是逐头牛饲喂等量TMR,固定牛采食位置,让其自由采食,1.0~1.5 h时推料1次,采食2 h逐头称重剩料,计算每头牛每天采食量,同时采集TMR和每组剩料样品,将每天的样品用四分法缩样,-20 ℃存样。65 ℃烘48 h测定初水分,粉碎过20目筛,四分法缩样,取约300 g再次粉碎,过40目筛,105 ℃烘4 h测定干物质含量,计算干物质采食量。
1.5.4 产奶量及乳成分阿菲金系统每天自动记录产奶量,挤奶时观察系统运转是否正常,做好异常情况记录。每隔7 d采集1次奶样,将早、中、晚3次的奶样按4:3:3混合,每次采集50 mL,加入重铬酸钾防腐,用FOSS乳成分分析仪及体细胞仪测定乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和乳体细胞数,在农业部奶及奶制品质量监督检验测试中心(北京)完成。计算4%乳脂较正乳产量和能量较正乳产量。计算公式如下:
乳脂较正乳(4% FCM)产量(kg/d)=0.4×产奶量(kg/d)+15×乳脂产量(kg/d)[17];
能量校正乳(ECM)产量(kg/d)=0.327×产奶量(kg/d)+12.95×乳脂产量(kg/d)+7.20×乳蛋白产量(kg/d)[18]。
1.5.5 血清激素浓度在正试期前1 d和最后1 d,试验牛尾根采集血液,血液样品940×g、4 ℃离心15 min(CR22G离心机,HITACHI公司),分离血清。采用试剂盒测定血清激素浓度,血清皮质醇、胰岛素、三碘甲腺原氨酸、甲状腺素、甲状腺刺激激素浓度检测试剂盒均由北京北方生物技术研究所生产。
1.5.6 饲粮营养水平粗蛋白质含量采用FOSS凯氏定氮仪测定,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量采用FOSS纤维分析仪测定,粗脂肪含量采用FOSS索氏脂肪提取仪检测,磷含量的测定采用原子吸收分光光度计法,钙含量的测定采用GB/T 13885—2003中的方法。
1.6 数据统计分析试验数据统计利用SAS 9.2软件包中的PROC MIXED程序进行方差分析,采用图肯检验(Tukey test)进行多重比较,显著水平为P<0.05。
2 结果 2.1 THI由图 1可以看出,整个试验期除2013年8月30日之后(日平均温度降至25 ℃以下)的个别时间点外,其余时间点的THI均在68以上,日平均值均在72以上, 而奶牛适宜THI为68以下,可见处于热应激状态。
由表 2可知,随着添加剂量的增加,奶牛呼吸频率和直肠温度均呈显著的线性降低(P<0.05),CSH30组达到最低,CSH3组与对照组相比呼吸频率有所升高,但差异不显著(P>0.05),直肠温度有降低的趋势,差异也不显著(P>0.05)。
CSH3、CSH15、CSH30组干物质采食量比对照组分别提高约1.55、1.02、0.37 kg/d,其中CSH3、CSH15组与对照组差异显著(P<0.05),CSH30组较之CSH3、CSH15组显著降低(P<0.05)(表 3);在处于严重热应激的第0、1、2周CSH3组虽然干物质采食量也降低,但一直高于其他组(图 2)。试验组乳脂较正乳产量和能量校正乳产量比对照组显著提高(P<0.05),但随着CSH添加剂量的升高,乳脂较正乳产量和能量校正乳产量呈显著的二次曲线变化(P<0.05)(表 3);在整个试验期,CSH3组产奶量一直保持较高水平(图 3)。
从表 4可以看出,随着CSH添加剂量的增加,乳脂率、乳蛋白率和乳蛋白产量呈先增高后降低的显著的二次曲线变化趋势(P<0.05)。CSH3组乳脂率比对照组提高9.61%,差异显著(P<0.05),CSH15与CSH30组乳脂率相较对照组提高,但差异不显著(P>0.05)。CSH3与CSH15组乳蛋白率分别比对照组提高5.02%、3.68%,差异显著(P<0.05)。试验组乳蛋白产量均比对照组显著提高(P<0.05),且随CSH添加剂量增加呈显著的线性升高(P<0.05)。随添加剂量增加乳体细胞数呈显著的线性升高(P<0.05),但各组间差异不显著(P>0.05)。乳糖率和乳糖产量各组间没有显著差异(P>0.05)。
由表 5可见,正试期前,各试验组和对照组间血清皮质醇、胰岛素、三碘甲腺原氨酸、甲状腺素、甲状腺刺激激素浓度没有显著差异(P>0.05)。正试期末,随CSH添加剂量的增加,血清皮质醇浓度呈先升高后降低的显著的二次曲线变化(P<0.05),血清三碘甲腺原氨酸、甲状腺素浓度呈先降低后升高的显著的二次曲线变化(P<0.05)。CSH15组血清皮质醇浓度比对照组提高27.61%,差异显著(P<0.05)。CSH3和CSH15组血清三碘甲腺原氨酸浓度比对照组降低,但差异不显著(P>0.05),血清甲状腺素浓度分别比对照组降低22.00%、25.66%,差异显著(P<0.05),这2组间差异不显著(P>0.05)。CSH15和CSH30组血清胰岛素浓度较对照组降低,但差异不显著(P>0.05)。
夏季炎热环境一直是影响泌乳奶牛生产性能的重要因素,THI是衡量环境炎热程度的有力指标,当THI大于68时奶牛就开始处于热应激状态,达到76时导致严重热应激[19],并且THI超过72后,数值每增加1产奶量下降0.2 kg[20]。本试验测得试验期牛舍内THI日平均值基本都在72以上,表明奶牛一直处于热应激环境。奶牛热应激时呼吸频率和直肠温度都会提高,本试验中添加CSH后使两者均显著降低,与沈赞明等[13]得到CSH降低奶牛直肠温度的结果一致。
胰岛素可使乳腺血流量增加,氨基酸利用率和葡萄糖摄取量提高,从而提高产奶量和乳蛋白产量[21-22]。本试验中,乳脂较正乳产量、能量校正乳产量、乳脂率、乳蛋白率均以CSH3组最高,CSH15、CSH30组相较CSH3组降低,这可能与后2组血清胰岛素浓度比对照组和CSH3组低有关。前人研究证明,半胱胺可以耗竭生长抑素,促进生长激素合成和分泌[23],生长激素的提高能促进乳腺发育,进而促进产奶量提高,并且具有提高乳脂、乳蛋白合成的能力。但有研究表明,高剂量的半胱胺可能抑制生长激素分泌[24]。本试验中当CSH添加剂量达到15、30 g/kg时,产奶量比添加剂量为3 g/kg时低,可能由于15、30 g/kg CSH抑制了生长激素分泌,导致产奶量相应地降低。
热应激环境下,为了降低产热量,奶牛甲状腺活动减弱,使血液三碘甲腺原氨酸、甲状腺素浓度降低[19],本试验中,添加3、15 g/kg CSH使血清甲状腺素浓度显著降低,血清三碘甲腺原氨酸浓度也有降低趋势,说明产热进一步减少,添加CHS有缓解奶牛热应激的作用。有研究证明,泌乳奶牛血液甲状腺激素浓度与产奶量呈负相关[25]。本试验中,随CSH添加剂量的增加血清三碘甲腺原氨酸、甲状腺素浓度呈先降低后增加,而产奶量呈先增加后降低,与上述报道一致。皮质醇是反映热应激的重要指标,目前有关热应激奶牛血液质醇浓度变化的报道不尽一致,有报道热应激的奶牛血液皮质醇浓度显著下降[26-27];另有观点认为,血液皮质醇浓度在急性热应激时呈上升趋势,而在持续热应激时则呈下降趋势[28]。前人用CSH饲喂拴系饲养的热应激奶牛对血液皮质醇浓度未产生显著影响[15]。本试验中添加3和15 g/kg CSH使血清皮质醇浓度比对照组升高,15 g/kg CSH效果显著。血液皮质醇浓度受温度和能量平衡的双重调节,其升高有利于组织修复和代谢调节,总之,其对机体抵抗有害刺激起着重要作用。
4 结论散栏式饲养条件下,饲喂CSH能显著提高泌乳中期热应激奶牛干物质采食量、乳脂较正乳产量和能量校正乳产量,显著提高乳脂率和乳蛋白率,并且CSH在热应激奶牛上的效果具有剂量限制,本试验条件下,饲粮中添加3 g/kg CSH较为适宜。
[1] | XIAO D, LIN H R. Effect of cysteamine hydrochloride on growth hormone secretion from hypothalamus-pituitary tissue in juvenile grass carp (Ctenopharyngodon idellus)[J]. Acta Zoologica Sinica, 2002, 49(5): 600–605. |
[2] | HU Y, NI Y, REN L, et al. Leptin is involved in the effects of cysteamine on egg laying of hens, characteristics of eggs, and posthatch growth of broiler offspring[J]. Poultry Science, 2008, 87(9): 1810–1817. DOI: 10.3382/ps.2008-00040 |
[3] | DU G, SHI Z, XIA D, et al. Cysteamine improves growth performance and gastric ghrelin expression in preweaning piglets[J]. Domestic Animal Endocrinology, 2012, 42(4): 203–209. DOI: 10.1016/j.domaniend.2011.12.003 |
[4] | LIU G M, WANG Z S, WU D, et al. Effects of dietary cysteamine supplementation on growth performance and whole-body protein turnover in finishing pigs[J]. Livestock Science, 2009, 122(1): 86–89. DOI: 10.1016/j.livsci.2008.07.027 |
[5] | LI Y, LIU X C, ZHANG Y, et al. Effects of cysteamine on mRNA levels of growth hormone and its receptors and growth in orange-spotted grouper (Epinephelus coioides)[J]. Fish Physiology and Biochemistry, 2013, 39(3): 605–613. DOI: 10.1007/s10695-012-9723-0 |
[6] | 叶继丹, 王子甲, 王琨. 饲料中不同半胱胺添加水平对牙鲆生长性能及血液生化指标的影响[J]. 水产学杂志, 2009, 22(3) :19–22. |
[7] | 张英杰, 刘月琴, 孙洪新. 饲喂半胱胺对绵羊小肠主要消化酶活性的影响[J]. 畜牧兽医学报, 2006, 37(10) :999–1002. DOI: 10.3321/j.issn:0366-6964.2006.10.010 |
[8] | 王月影, 王艳玲, 杨国宇, 等. 半胱胺促进奶山羊乳腺发育的试验研究[J]. 家畜生态学报, 2006, 26(6) :9–12. |
[9] | 王艳玲, 李振田, 董秀钿, 等. 半胱胺对奶牛产奶量及血浆生长抑素、生长激素水平的影响[J]. 中国畜牧杂志, 1999, 35(6) :14–15. |
[10] | 沈赞明, 张荣飞, 解红梅, 等. 半胱胺盐酸盐对泌乳20~42周奶牛产奶性能和部分免疫指标的影响[J]. 畜牧兽医学报, 2005, 36(7) :667–673. |
[11] | CHOPRA V S, CHALIFOUR L E, SCHIPPER H M. Differential effects of cysteamine on heat shock protein induction and cytoplasmic granulation in astrocytes and glioma cells[J]. Molecular Brain Research, 1995, 31(1/2): 173–184. |
[12] | SAKATANI M, BALBOULA A Z, YAMANAKA K, et al.Effect of heat shock and cysteamine during in vitro fertilization on preimplantation development of bovine embryo[C]//Biology of Reproduction.Madison:SOC Study Reproduction, 2010:107-108. |
[13] | 沈赞明, 张荣飞. 半胱胺盐酸盐对高温条件下泌乳后期奶牛生产性能的影响[J]. 中国应用生理学杂志, 2005, 20(4) :402–405. |
[14] | 高俊梅, 陈军, 丁威, 等. CT2000对高温季节奶牛产奶性能的影响[J]. 家畜生态学报, 2008, 29(2) :30–34. |
[15] | 张荣飞, 沈赞明. 半胱胺盐酸盐对高温季节奶牛生产性能的影响[J]. 动物营养学报, 2007, 19(2) :153–156. |
[16] | PAN L, BU D P, WANG J Q, et al. Effects of Radix bupleuri extract supplementation on lactation performance and rumen fermentation in heat-stressed lactating Holstein cows[J]. Animal Feed Science and Technology, 2014, 187: 1–8. DOI: 10.1016/j.anifeedsci.2013.09.008 |
[17] | HAISAN J, SUN Y, GUAN L L, et al. The effects of feeding 3-nitrooxypropanol on methane emissions and productivity of Holstein cows in mid lactation[J]. Journal of Dairy Science, 2014, 97(5): 3110–3119. DOI: 10.3168/jds.2013-7834 |
[18] | BU D P, WANG J Q, DHIMAN T R, et al. Effectiveness of oils rich in linoleic and linolenic acids to enhance conjugated linoleic acid in milk from dairy cows[J]. Journal of Dairy Science, 2007, 90(2): 998–1007. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(07)71585-0 |
[19] | WEST J W. Effects of heat-stress on production in dairy cattle[J]. Journal of Dairy Science, 2003, 86(6): 2131–2144. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(03)73803-X |
[20] | RAVAGNOLO O, MISZTAL I. Genetic component of heat stress in dairy cattle, parameter estimation[J]. Journal of Dairy Science, 2000, 83(9): 2126–2130. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(00)75095-8 |
[21] | MACKLE T R, DWYER D A, INGVARTSEN K L, et al. Effects of insulin and amino acids on milk protein concentration and yield from dairy cows[J]. Journal of Dairy Science, 1999, 82(7): 1512–1524. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(99)75378-6 |
[22] | MACKLE T R, DWYER D A, INGVARTSEN K L, et al. Effects of insulin and postruminal supply of protein on use of amino acids by the mammary gland for milk protein synthesis[J]. Journal of Dairy Science, 2000, 83(1): 93–105. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(00)74860-0 |
[23] | SZABO S, REICHLIN S. Somatostatin in rat tissues is depleted by cysteamine administration[J]. Endocrinology, 1981, 109(6): 2255–2257. DOI: 10.1210/endo-109-6-2255 |
[24] | MCLEOD K R, HARMON D L, SCHILLO K K, et al. Effects of cysteamine on pulsatile growth hormone release and plasma insulin concentrations in sheep[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part B:Biochemistry and Molecular Biology, 1995, 112(3): 523–533. DOI: 10.1016/0305-0491(95)00109-3 |
[25] | UMPHREY J E, MOSS B R, WILCOX C J, et al. Interrelationships in lactating Holsteins of rectal and skin temperatures, milk yield and composition, dry matter intake, body weight, and feed efficiency in summer in Alabama[J]. Journal of Dairy Science, 2001, 84(12): 2680–2685. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(01)74722-4 |
[26] | 李建国, 桑润滋, 张正珊, 等. 热应激对奶牛生理常值、血液生化指标、繁殖及泌乳性能的影响[J]. 河北农业大学学报, 1998, 21(4) :69–75. |
[27] | 宋代军, 何钦, 姚焰础. 热应激对不同泌乳阶段奶牛生产性能和血清激素浓度的影响[J]. 动物营养学报, 2013, 25(10) :2294–2302. DOI: 10.3969/j.issn.1006-267x.2013.10.013 |
[28] | AL-SAIADY M Y, AL-SHAIKH M A, AL-MUFARREJ S I, et al. Effect of chelated chromium supplementation on lactation performance and blood parameters of Holstein cows under heat stress[J]. Animal feed science and technology, 2004, 117(3/4): 223–233. |