在现代肉牛产业中,确保牛群健康是实现高生产效率的关键,特别是新引进的牛群,即新进牛,其健康管理尤为重要,因为它们在适应新环境的过程中面临诸多挑战。我国肉牛产业近年来得到了显著的发展,根据2023年肉牛牦牛产业技术发展报告,我国肉牛存栏量、出栏量以及牛肉产量均实现了稳步增长[1]。随着“北繁南育-北牛南调”养殖模式的推广,新进牛的应激缓解和健康管理问题变得更加严峻。新进牛应激过渡期是指新进牛到场后4~8周适应新环境的调整期,同时也是营养和健康管理最具挑战的时期[2]。在这一时期,新进牛不仅要应对道路运输的应激,还要面对近期断奶、接触新的饲粮及环境等应激挑战[3-4]。其中,运输应激是其最为主要的应激源,会造成新进牛饲料效率降低、免疫机制异常激活,从而导致机体能量供应不足,极大影响新进牛生产力和动物福利[5]。在美国,由于新进牛管理不当造成的经济损失高达20亿美元[6]。因此,新进牛运输应激研究不仅对于提高动物福利、促进产业发展具有重要意义,而且对于提高经济效益、指导实践操作以及开发抗应激产品等方面也至关重要[7-8]。虽然疫苗接种和药物治疗是预防和控制呼吸道疾病的有效手段[9],但长期依赖抗生素治疗不仅存在耐药性风险,还可能对新进牛后期育肥产生负面影响。因此,营养调控作为一种更为直接且可控的管理手段,显得尤为重要。适当的营养调整不仅可以满足牛的生理需求,还能增强免疫力,降低疾病发生率,从而促进新进牛的平稳适应和长期健康[10]。本文旨在综合分析运输应激对新进牛的影响以及营养调控措施的相关研究进展,为规模化养殖条件下新进牛的健康管理提供科学的理论依据和实践指导。
1 新进牛运输应激评估
新进牛在应激过渡期中,道路运输是其遭受最为严峻的应激源。运输过程中牛的行为变化,尤其是站立与躺卧的偏好,为研究者提供了一种直观的评价标准。断奶犊牛和成年牛在运输的过程中更喜欢站立,而未断奶的牛在运输时,更喜欢躺卧[11-12]。在运输初期,牛群躁动行为显著增加[13],随着运输时间的延长,特别是超过16 h,无论是运输结束还是中途休息,牛躺卧的行为有所增加,反刍的次数也会减少[3,14]。牛作为恒温动物,汗腺不发达且皮下脂肪较厚,导致体内热量散发速度较慢,不易通过皮肤散热来调节自身体温[15]。直肠温度的测量是衡量牛健康状况的一种简单而实用的指标[16]。对新进牛到场后30 d内的连续体温测定发现,与添加碱性电解质水组相比,对照组的体温显著升高[17]。无论是短时间还是长时间运输,新进牛的体温都明显上升,且需休息24 h后体温才能恢复至运输前水平[18]。心率变化是运输过程中判定牛是否应激的重要指标[19]。Kenny等[20]观察到运输过程中牛的心率会高于运输前,这一结果在其他人的试验中[11,18]也得到了证实;在运输前的驱赶、装卸和运输途中的噪音、气候以及颠簸是导致牛紧张、心率加快的一个重要原因[21]。皮质醇水平的变化是评估应激的另一个重要指标。运输应激可以激活交感神经系统(sympathetic nervous system,SNS)和下丘脑-垂体-肾上腺皮质(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴从大脑传递信号,导致促肾上腺皮质激素(adrenocorticotrophic hormone,ACTH)和皮质醇等激素分泌升高[17,22-23]。研究发现,与运输前24 h相比,肉牛运输后4.5 h血清中皮质醇的含量提高了321%[7]。Li等[24]对不同品种的育肥牛进行6 h的运输发现,与运输前相比,运输后3个品种牛血清皮质醇含量均显著升高。尽管生理和行为指标的检测为评估运输应激提供了重要依据,但这些指标具有较强的主观性,不同观察者对“正常”和“异常”行为的感知可能存在差异[25]。此外,动物可能因应激次数和时间的长短而产生适应性,这可能导致应激评价出现偏差[26]。因此,在运输应激行为学领域需要进行更深入的研究,以提高评估的准确性和可靠性。
2 运输应激对新进牛的影响
2.1 运输应激对新进牛生长性能的影响
在肉牛的生命周期中至少会经历一次运输,有的甚至会经历多次[8,27]。运输过程中,牛会遭受多种身体和心理应激因素,如装卸过程中不规范的驱赶、过度的拥挤、禁食禁水以及运输过程中温度的变化,这些因素均可能对牛的健康和福利产生不利的影响[25]。研究发现,夏洛莱公牛在不同的运输时间(6~24 h)后,体重减少幅度从4.7%递增至7.5%[28],这表明运输时间的延长与体重损失成正比。类似地,8月龄的西门塔尔牛在经历38 h(3 000 km)的长途运输后,到场发现其体重降低了10%,并且在到场后第7天仍没有恢复到运输前的水平[23]。体重的损失主要由填充收缩(瘤胃内容物、粪便和尿液的排出)和组织收缩(身体所有组织细胞内外液体的损失)造成[23,29-30]。进一步研究表明,通过2×4试验设计,对牛分别进行12和36 h运输,并在运输期间分别设置不同时长的休息时间,结果发现运输12 h不休息组的新进牛平均日增重最高,而无论是否休息,运输36 h新进牛的平均日增重低于12 h[30]。以上结果表明,运输时间(距离)越长,其体重的损失也越大,对新进牛的生长性能影响更为显著。此外,到场后新进牛发病率的上升也是影响其生长的一个重要因素[31],6~10月龄的荷斯坦牛在经历100 km的短距离运输应激之后,其呼吸道疾病的症状显著增加[32];12 h运输之后,犊牛腹泻的症状也显著增多[33],这进一步降低了新进牛对于营养物质消化吸收的能力降低,最终影响新进牛的生长性能。
2.2 运输应激对新进牛机体免疫和炎症反应的影响
运输应激严重影响新进牛免疫功能,这种影响与呼吸系统疾病的发病率和严重程度密切相关,揭示了应激对生物体免疫系统的复杂调控机制。目前关于运输应激对机体免疫系统的影响还比较有限,主要体现在细胞免疫和体液免疫2个方面。有研究表明,新进牛达到牧场后,其血液内嗜中性粒细胞氧化还原酶的活性会经历一个先下降后上升的过程,这一变化在到达后的4 h内尤为明显[34]。此外,激素水平的波动对细胞免疫产生显著的影响。例如,高水平的糖皮质激素(glucocorticoid,GC)会降低巨噬细胞的活力和转移,从而抑制其的吞噬能力[35];而新进牛运输后,血清中的GC含量会显著升高[22,24],可能与细胞免疫功能受抑制有关。Zhao等[36]对秦川牛运输前后血细胞数量进行比较发现,运输后白细胞的数量显著增加与机体对应激的响应有关。而另一项研究发现,婆罗门牛运输72 h后,血液中白细胞的数量显著低于运输前,且在运输后6 d才恢复到正常水平[37]。付星鑫[38]对6月龄西门塔尔杂交牛的研究发现,运输后第30天和第60天,白细胞和淋巴细胞的数量均低于运输前。这可能与B细胞增殖、分化和凋亡的紊乱有关[39]。此外,通过分子机制的探索发现,3号染色体的结构维护(structural maintenance of chromosomes 3,SMC3)、JUN和CXC趋化因子配体10(CXC chemokine ligand 10,CXCL10)这3个基因是肉牛运输之后的潜在分子标记基因[39],这为理解运输应激对免疫状态影响的分子机制提供了新的视角。在体液免疫方面,免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)的水平是判断体液免疫好坏的重要指标[40],其水平的明显降低,说明体液免疫功能受到损害。新进牛在经历40 h的运输后,血清中IgA和IgM含量在运输后30 d显著下降[38];然而,在新进牛运输12 h的试验中发现,运输前后血清IgA和IgM含量的变化无显著性差异[41],这表明运输时间对体液免疫的影响存在差异。综合以上研究可知,新进牛的品种和运输时间对其免疫功能的影响是多方面的。此外,运输时间的延长可能会加剧对新进牛免疫功能的负面影响。当免疫功能下降时,牛只更容易受到病原菌的侵害,从而引发一系列炎症反应,而细胞因子的检测是判断机体是否发生炎症反应的重要指标。例如,新进牛在到场后第1天和第16天血清白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量显著升高[42];西门塔尔杂交牛在进行38 h运输后,血清白细胞介素-1β(IL-1β)、IL-6和TNF-α含量升高[23],这些炎症因子的变化可能与运输应激引起的炎症反应有关。不过,为了全面地评估运输应激对机体生理的影响,单一细胞因子的检测结果并不足以全面反映机体的应激反应。通过综合分析细胞因子和糖皮质激素的变化,可以更准确地评估机体在应激状态下的生理变化,从而为改善新进牛的福利和健康提供科学依据。
2.3 运输应激对新进牛瘤胃功能的影响
瘤胃发酵功能的好坏直接关系到反刍动物的生长,而这一功能与瘤胃微生物群落的平衡紧密相关。瘤胃微生物群落是由细菌、古菌、真核微生物以及噬菌体等共同组成,它们在营养物质的分解和维持瘤胃微生态的平衡中发挥着关键作用[43]。然而,运输应激会改变这些微生物的多样性和丰度[24,44],进而影响宿主对饲粮的消化和代谢。Deng等[45]报道,夏南牛在运输1000km后6 h,瘤胃中纤维素分解菌(如产琥珀酸丝状杆菌和黄色瘤胃球菌)、嗜淀粉瘤胃杆菌和阿尔伯普雷沃氏菌的数量显著增加,但在运输后15 d则减少;同时,溶糊精琥珀酸弧菌、布氏普雷沃氏菌、栖瘤胃普雷沃氏菌和脂解厌氧弧杆菌数量有所减少。Li等[24]研究表明,西门塔尔杂交牛、四川本地黄牛和牦牛运输后瘤胃拟杆菌门相对丰度均有所降低,而厚壁菌门相对丰度均有所提高。而另有研究表明,西门塔尔杂交牛在运输12 h后,观察到瘤胃拟杆菌门相对丰度有上升的趋势,与此同时,瘤胃厚壁菌门相对丰度有下降的趋势[44]。本课题组进一步通过使用瘤胃宏基因组和瘤胃代谢组的方法,对新进牛到场后第4天、第16天和第30天瘤胃微生物及其代谢产物动态变化进行研究,结果发现瘤胃微生物组在不同时间点的变化趋势各异,第16天时瘤胃细菌和古菌的丰度高于运输前,但第30天时真核生物的丰度达到最高点;同时,研究揭示了第16天瘤胃代谢产物鸟氨酸以及多胺的生成增加是导致机体发生氧化应激的关键,并提出新进牛关键调控窗口期为到场后16 d[22]。
瘤胃微生物群落的动态平衡与宿主的激素调节机制之间存在着复杂的相互作用。应激状态下,肾上腺素和去甲肾上腺素分泌显著增加,这些激素不仅影响胃肠道微生物群生长,还增加宿主对微生物感染的易感性[46]。此外,GC水平的升高会降低肠道微生物的多样性和丰富度[47],这进一步说明激素与微生物群落之间微妙的调节关系。运输应激对瘤胃的发酵特性的影响是多方面的,例如降低瘤胃pH、提高瘤胃丁酸浓度以及乙酸与丙酸比值,从而改变瘤胃的发酵方式[22,24,45]。在酸性环境下,革兰氏阴性菌的存活率降低,其细胞壁的主要成分脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)大量释放到瘤胃环境中[48]。高浓度的LPS会引起全身炎症反应,抑制机体的免疫功能[49]。因此,运输应激可能通过调节瘤胃微生物群落的组成和发酵特性,间接地影响宿主的免疫功能,这种间接作用可能最终对肉牛的生产性能产生负面影响。未来可以通过多组学的技术,例如宏基因组学、蛋白质组学等,揭示肉牛运输应激条件下瘤胃微生物与宿主之间相互作用关系,以此开发更为有效的管理策略。
3 新进牛运输应激营养调控措施
前人研究已经表明,在肉牛饲粮或饮水中添加特定的营养添加剂,如维生素、微量矿物元素及电解质溶液,可以有效缓解运输应激带来的负面影响[50]。这些添加剂的合理使用不仅有助于改善肉牛的健康状况,还能促进其生产性能的恢复。
3.1 维生素
维生素类添加剂在肉牛生产中扮演着重要的角色,特别是在抗应激方面。许多维生素,如维生素C和维生素E,因其具有抗氧化能力而被用来缓解肉牛应激。这些维生素通过清除自由基,为细胞的抗氧化防御体系提供了关键支持。对于新引进的小牛,建议的维生素E补充剂量为每日400~500 IU,或根据体重补充1.6~2.0 IU/kg BW;在动物经历较大应激时,适当提高维生素E的摄入量有助于维护其健康状态[51]。虽然反刍动物自身能在肝脏中从葡萄糖合成维生素C,但考虑到牛经过长期的遗传选择以优化生产性能,额外补充维生素C可能有助于维持最佳的健康和生产效率。此外,已经有研究证明,维生素C能够调控与运输应激有关的皮质醇等激素的分泌和释放,并通过提高机体的甲状腺功能,缓解运输中带来的氧化应激,减轻糖皮质激素引起的牛嗜中性粒细胞的负面影响,从而具备治疗牛呼吸系统疾病的潜力[52-53]。然而,维生素C和维生素E在瘤胃中容易被微生物降解,在饲粮中添加需要进行包被处理才能更好的达到作用效果[51]。不过,包被处理无疑是增加了防治成本,因此在生产中经常是以肌肉注射、皮下注射或静脉注射来补充[54-55],其作用机制主要通过影响机体的新陈代谢来调节抗氧化剂的水平,以抵抗运输过程中产生的氧化应激。综上所述,维生素C和维生素E作为抗氧化剂,在一定程度上有助于缓解新进牛在运输过程中的应激反应,但需要考虑其在瘤胃中的稳定性和补充方式。通过科学合理的营养调控措施,可以有效地提高肉牛的生产性能和健康水平。
3.2 微量元素
微量元素,如硒(Se)、锌(Zn)、铜(Cu)和锰(Mn),在免疫系统对潜在病原体的反应中起着关键作用。尽管这些元素需要量相对较少,但它们是许多生物过程的基础。美国国家科学院、工程学院和医学院(National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine,NASEM)在肉牛营养需要中指出,新进牛饲粮中微量元素的水平要提高到要求的150%,以此来避免由于新进牛采食量不足导致的微量元素缺乏[56]。研究发现,轻度缺乏Cu和Se的牛在经历20 h运输后,体重损失更为严重,并且恢复采食量和体况所需时间更长[57],其调控机制可能与微量元素在抗氧化应激相关酶(超氧化物歧化酶、细胞色素C还原酶)中发挥关键作用,且与其活性中心组成有关;同时,上述研究也发现,在运输期间的体重减轻与肝脏Cu含量呈负相关,这表明牛只的微量元素状态在应对运输应激时可能至关重要[57]。尽管微量元素补充剂可以缓解运输引起的氧化应激,但目前对此领域的研究还相对有限。补充策略的有限性可能取决于牛的年龄、初始微量元素状态、运输事件的持续时间、运输前后的补充时机以及微量元素补充的途径和类型[57⇓-59]。微量元素在高水平下可能成为促氧化剂,因此在设计微量元素补充策略时,必须谨慎考虑其剂量和形式。此外,由于微量元素可能需要较长时间才能融入抗氧化酶中,直接补充抗氧化剂,如维生素C或维生素E,可能会提供更直接的保护。这强调了在制定营养调控措施时,需要综合考虑微量元素和直接抗氧化剂的补充,以实现最佳的抗应激效果。
3.3 电解质溶液
脱水是新进牛所面临的一个重要应激因素[60]。因此,及时为其补充水分至关重要。然而,Tomczak等[61]在2项试验结果均表明,尽管按照体重给新进牛补充水分(0.57 L/45.4 kg),可以显著提高新进牛的干物质采食量,但是其死亡率也显著提高。为了缓解这一现象,电解质溶液的应用显得尤为重要。电解质溶液可以通过补充运输过程中体内丢失的电解质,有助于维持体内水分和酸碱平衡,尤其在新进牛到场后3 d内补充电解质溶液,不仅可以增加新进牛的饮水量和干物质采食量,还能提高其体内抗呼吸道病毒的抗体水平,但是对血液代谢产物、免疫细胞数量以及发病率和死亡率没有显著影响[62-63]。以上研究发现,补充电解质水在缓解肉牛运输应激方面具一定的效果,但是具体的机制尚未阐明。Qi等[17]通过对长途运输应激肉牛鼻咽微生物组、全血转录组及非靶向血清代谢组等进行多组学联合测序分析,揭示了电解质水能够显著降低运输犊牛的直肠温度和呼吸道疾病症状,促进体重提高,并提高机体的外周免疫能力和肠道吸收脂肪生成能力。这些发现为电解质水在缓解新引进肉牛运输应激中的应用提供了科学依据,并指出了未来研究的方向。
3.4 其他补充剂
除了维生素和微量元素,益生菌也被证明是缓解新进牛运输应激的有效手段。研究表明,在新进牛饲粮中补充益生菌(酵母培养物和枯草芽孢杆菌),虽然发现对新进牛的生长性能没有显著提升,但对缓解犊牛呼吸道疾病有明显的效果,其主要因素可能与酵母培养物和枯草芽孢杆菌可以提高机体免疫力有关[64]。Deters等[65]对新近断奶的犊牛补充酿酒酵母,每天每头牛补充14 g,发现在补充后的第27天和第56天,其体内还原型谷胱甘肽含量较未补充牛呈现更高的趋势,这表明增强新进牛抗氧化能力的营养策略,可能会促进它们在长途运输后的恢复表现。在经过19 h的运输后,肝脏谷胱甘肽含量较高的牛在接收期初期的平均日增重表现更佳[66]。此外,饲粮能量水平以及能量型添加剂在缓解肉牛运输应激方面也受到了关注。研究发现,在过渡期饲喂不同能量水平的饲粮对新进牛的生长性能没有显著影响[67]。Gouvêa等[68]同样也发现,在新进牛过渡期58 d内,额外补充3.5%的脂肪对新进牛的日增重没有影响,并且还提高了该时期的料重比。而在过渡期给新进牛补饲10%的液体糖蜜可以显著提高新进牛的平均日增重和干物质采食量,并且可以通过降低血清中甘露聚糖结合蛋白和脂多糖结合蛋白的含量来缓解过渡期机体的炎症反应[69];同时,本课题组前期研究也发现,在运输前1个月饲喂包被丙酮酸肌酸(一种能量型添加剂)可以通过降低血清皮质醇和LPS含量以及促进瘤胃菌群的恢复来缓解肉牛运输应激[44]。这些发现为开发有效的营养调控措施提供了重要的科学依据,并为生产实践中的应用提供了有效的策略。
4 小结与展望
在肉牛产业中,运输应激对新进牛的健康和产业经济构成了重大挑战,其对生长性能产生负面影响,干扰机体免疫与炎症反应,影响瘤胃微生物群落与发酵特性。研究表明,通过添加维生素、微量元素、电解质溶液和益生菌等营养调控措施可缓解运输应激,这为生产实践提供了策略依据。不过,当前研究多聚焦于特定牛群,而忽视了运输条件的多样性和营养调控措施的普适性。未来的研究需拓展至不同品种、年龄和运输环境下的新进牛,探究运输应激对新进牛生理的具体影响,并开发更为广泛的营养补充方案。此外,研究应着眼于综合饲养管理、营养调控和健康管理,以制定全面的运输应激防控策略,从而提升肉牛产业的生产管理水平和经济效益。