夏季饮用磁化水对奶牛生理和血清学指标的影响

时间：2024-05-23

符乐，李晓辉，赵晓静，秦立佳，高艳霞，左晓磊，王晓芳，张峰，张建设，申栋，刘嫣然，孙凤莉

（1.河北省畜牧兽医研究所，河北保定 071000；2.正定县南楼乡农业综合服务中心，河北正定 050800；3.保定职业技术学院，河北保定 071051；4.河北农业大学动物科技学院，河北保定 071000；5.石家庄市畜产品和兽药饲料质量检测中心，河北石家庄 050041；6.河北省农林科学院粮油作物研究所，河北石家庄 050000；7.石家庄市藁城区畜牧工作总站，河北藁城 052165）

热应激是动物机体为了应对高温高湿环境而产生的非特异性应答反应，不同的热应激水平会不同程度降低牛群的生产性能和动物福利（余厚默等，2021；李麒等，2021；Gernand 等，2019）。而随着全球气候的逐渐变暖，夏季奶牛热应激问题亦愈加严重。目前主要通过饲料营养、饲养管理等多种手段来降低热应激对奶牛生产性能及生理生化指标的负面影响。

磁化水技术是指当水或者水溶液以一定流速通过或暴露于磁场中时，经过磁场作用，水分子内部结构发生改变的一种新型物理化学技术。目前，磁化水研究方法趋于成熟，其研究深度和广度不断扩展，在工业防垢、材料合成、人医辅助康复、农业灌溉、畜牧水产养殖等诸多领域实现了应用，并取得了明显效果和显著的经济效益（戎鑫等，2022）。如磁化水灌溉利于冬小麦生长发育，可明显提高冬小麦籽粒产量及水分利用效率（张莹莹等，2020）；0.15 特拉斯强度的磁化水可显著提高红色杂交罗非鱼的增重和特定生长率（Sadam 等，2018）；磁化水可提高肉仔鸡的健康、生长，及母鸡的某些产蛋性状（Elsabrout 等，2019）；羔羊饮用磁化水，可显著提高羔羊屠宰活体重和胴体重（谢家迅，2017）；奶牛饮用磁化水可提高产奶量（曾彩霞，2014）等。但磁化水在奶牛生产中的应用，特别是对缓解热应激条件下奶牛生理生化指标变化影响鲜有报道。基于磁化技术在人类、种植、水产及其他畜禽的应用，本试验开展了夏季热应激下泌乳奶牛饮用磁化水对其生理和血清学指标的影响效果研究，为推广应用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 磁化机本试验使用斯特曼科技有限公司生产的高能磁化水灌溉机对牛饮用水进行磁化。将磁化机直接安装到试验牛舍饮水线前端，水经磁化后通过地下管道直接流入牛舍各饮水槽。

1.2 试验动物及饲养管理在试验牛场原有分群基础上，选择30 头健康泌乳奶牛，按照产奶量、泌乳天数相近的原则，随机分为2 组，即对照组和试验组，每组15 个重复，每个重复1 头牛，对照组饮用普通自来水，试验组饮用同水源磁化水。两组奶牛饲喂相同的全混合日粮（TMR），日喂3 次，自由采食，自由饮水，其他饲养管理均在试验场日常管理下进行。试验设计和TMR 组成分别见表1 和表2。

表1 试验设计

表2 TMR 组成及营养水平（干物质基础）

1.3 测定指标及方法

1.3.1 温湿指数（THI）本试验采用自动记录温湿度计，每个牛舍放置3 个，分别于牛舍的前中后悬挂，且距离地面1.5 m 处，数据采集为全天24 h的记录数值。

式中：Td为干球温度，℃；Tw为湿球温度，℃。

1.3.2 生理指标在试验开始的第20 天和第40天分别测定两组奶牛的直肠温度和呼吸频率，当天数据测定分别在10：00 时和14：00 时。

1.3.3 血清学指标试验第60 天，每组随机选取10 头奶牛，尾静脉采集血样15 mL，3500 r/min 离心10 min，取上清液分装于小离心管中，记录牛号，-20 ℃保存。测定指标及检测方法如下：

白蛋白（ALB）、尿素氮（BUN）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、乳酸脱氢酶（LDH）、碱性磷酸酶（AKP）、谷丙转氨酶（GPT）、谷草转氨酶（AST）、一氧化氮（NO）均采用分光光度法测定，试剂盒为苏州科铭生物技术有限公司生产。

总蛋白（TP）、球蛋白（GLB）、牛内毒素（ET）、热休克蛋白-70（HSP-70）、肿瘤坏死因子α（TNFα）、丙二醛（MDA）、总抗氧化能力（T-AOC）、IgA、IgG、三碘甲状腺原氨酸（T3）、甲状腺素（T4）均采用ELISA 法，试剂盒为江苏晶美生物科技有限公司生产。

1.4 数据统计与分析试验数据采用IBM SPSS Statistics 20 统计软件的独立样本t 检验对结果进行差异显著性分析，结果以“平均值±标准差”表示，P＜0.05 为差异显著，P＜0.01 为差异极显著，P＞0.05 为差异不显著。

2 结果与分析

2.1 试验期THI 变化研究表明，当THI 达到68 时，奶牛即产生热应激反应。通常，当牛舍环境THI 在68 ≤THI ≤79，奶牛为轻度热应激；80 ≤THI ≤89，奶牛为中度热应激；THI ≥90 时，奶牛即为重度热应激。由表3 可知，试验期的7 月份THI ＞79，处于轻度到中度的应激状态；试验全期内，奶牛均处于轻度热应激状态上限。

表3 试验期间THI

2.2 饮用磁化水对奶牛直肠温度的影响试验开始的第20 天记录为试验前期，第40 天记录为试验后期。试验期间奶牛直肠温度变化情况见表4。由表4 可知，试验后期14：00 时监测的奶牛直肠温度，试验组较对照组降低1.50%（P＜0.01），试验后期和试验全期，试验组奶牛直肠温度较对照组分别降低1.08%（P＜0.05）和0.86%（P＜0.05）。表明泌乳奶牛饮用磁化水对降低直肠温度有明显效果。而在试验前期两个时间点以及试验后期10：00 监测的试验组奶牛直肠温度有降低的趋势，但未达到显著性差异水平（P＞0.05）。

表4 饮用磁化水对奶牛直肠温度的影响℃

2.3 饮用磁化水对奶牛呼吸频率的影响由表5数据分析可知，试验前期两个时间点以及试验后期10：00 检测的奶牛呼吸频率没有显著性差异（P＞0.05）。在试验后期及试验全期，试验组奶牛呼吸频率有降低的趋势，其中试验后期的14：00及整个试验后期，试验组奶牛呼吸频率较对照组降低11.83%（P＜0.05）和8.60%（P＜0.05），表明磁化水对热应激环境下奶牛呼吸频率的升高有明显的缓解作用。

表5 饮用磁化水对奶牛呼吸频率的影响次/min

2.4 饮用磁化水对奶牛血清指标的影响

2.4.1 对血清生化指标的影响表6 数据分析显示，饮用磁化水的试验组奶牛血清甘油三酯浓度较对照组降低25.00%（P＜0.01），血清谷丙转氨酶浓度和谷草转氨酶浓度降低5.92%（P＜0.01）和4.50%（P＜0.05）。而对血清总蛋白、白蛋白、尿素氮、总胆固醇、一氧化氮、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、内毒素、热休克蛋白-70 和肿瘤坏死因子α 无显著影响（P＞0.05），但试验组奶牛血清尿素氮、内毒素、热休克蛋白-70 和肿瘤坏死因子α 浓度有降低的趋势。

表6 饮用磁化水对奶牛血清生化指标的影响

2.4.2 对血清抗氧化指标的影响由表7 可知，泌乳奶牛饮用磁化水对血清中丙二醛和总抗氧化能力无显著影响（P＞0.05），但试验组奶牛血清中丙二醛浓度有降低的趋势。

表7 饮用磁化水对奶牛血清抗氧化指标的影响

2.4.3 对血清免疫和激素指标的影响由表8可知，泌乳奶牛饮用磁化水对血清中GLB、IgA、IgG、T3、T4 浓度水平无显著影响（P＞0.05），但试验组奶牛血清GLB、IgA、T3、T4 浓度均有升高的趋势。

表8 饮用磁化水对奶牛血清免疫和激素指标的影响

3 讨论

3.1 饮用磁化水对泌乳奶牛直肠温度和呼吸频率的影响直肠温度和呼吸频率是评价奶牛热应激状态最直观的生理指标（张雄飞等，2022），呼吸频率增加可促进机体散热，当呼吸散热不能满足散热需求时，会引起直肠温度升高，机体代谢紊乱（Pamela 等，2019）。一般情况下，直肠温度会随时间的变化而不尽相同，由于直肠温度有较强的稳定性，故常被作为深部体温的经典指标（李忠浩等，2009）。一般成年奶牛的正常体温为38 ～39 ℃（钟余守等，2020），呼吸频率为10 ～30 次/min。当奶牛处于热应激环境时，直肠温度和呼吸频率会出现不同程度的升高和加快。哈罗德科技有限公司（2019）报道，当奶牛处于轻度热应激环境时，直肠温度在39.4 ～39.6 ℃，呼吸频率在50 ～79次/min；当奶牛处于中度热应激环境时，直肠温度在39.6 ～40 ℃，呼吸频率在80 ～119 次/min；当奶牛处于重度热应激环境时，直肠温度≥40 ℃，呼吸频率在120 ～160 次/min。本试验结果显示，对照组在试验的全程，直肠温度均高于39.4 ℃，呼吸频率均高于50 次/min，表明从7 月初试验开始，奶牛就处于热应激状态，上午处于轻度热应激状态，而下午则达到中度热应激状态。通过对试验期奶牛的直肠温度和呼吸频率的同期监测，两个生理指标的数据变化趋势基本相同，即下午体温和呼吸频率的变化显著。相对于下午14：00，上午10：00 相对凉爽一些，所受的热应激影响相对较轻，因此体温和呼吸频率的变化没有达到显著水平。而从试验前期、试验后期和试验全期的数据对比来看，奶牛处于长期持续性的热应激状态，会使奶牛生理指标变化有延迟效应，即奶牛处于轻度热应激环境前期，生理变化可能不明显，但随着热应激时间的持续，相关生理指标异常值才会逐渐显现出来。该结果表明，饮用磁化水对于奶牛缓解热应激环境带来的体温升高和呼吸频率的增加效果明显，有利于奶牛机体自身的调控，提高奶牛抗热应激能力。

3.2 饮用磁化水对奶牛血清学指标的影响

3.2.1 饮用磁化水对奶牛血清生化指标的影响分析血清总蛋白、白蛋白和球蛋白三项指标主要反映了肝脏的合成功能。当血清总蛋白水平较低时，动物机体会表现出营养吸收障碍或者表现为日粮营养摄入量过低（肖杰等，2021）。许成雄等（2000）报道，产蛋鸡饮用磁处理水后，血清γ-球蛋白可提高56.1%（P＜0.01），本试验中，磁化水组奶牛血清球蛋白浓度有增加的趋势，三种指标浓度差异均未达显著水平，表明磁化水对奶牛肝脏合成功能无影响。

血清尿素氮是机体蛋白质代谢的终产物，其水平可反映出日粮中蛋白质是否过剩或者肾功能障碍，当血清尿素氮含量增加时，表明日粮氮源利用率下降或肾功能障碍引起的代谢性疾病（李胜利等，2019），血液尿素氮含量降低表示蛋白质利用能力增强，助于机体蛋白质的沉积（宇凌等，2020）。本试验中试验组奶牛有降低血清尿素氮的趋势，对奶牛氨基酸代谢和蛋白质沉积有一定的积极作用。

总胆固醇和甘油三酯是脂肪吸收后在体内代谢的生化过程的主要成分，其在血清的浓度可作为脂代谢的指标。过多的甘油三酯和胆固醇会导致脂肪细胞功能改变和血液黏稠度增加，增加患病的危险性。当奶牛遭受热应激时，其进食量下降，为满足机体能量需求，体脂动员增加，导致甘油三酯、酮体等代谢产物大量蓄积，从而导致奶牛代谢性疾病的产生（Du 等，2018）。陆静芬等（2000）报道，家兔在饲喂高脂饲料的基础上饮用磁处理水3 个月，试验组血清胆固醇和甘油三酯水平均极显著低于对照组；马勇军等（1996）应用磁处理水对家兔血清甘油三酯的研究表明，磁处理水可显著降低家兔甘油三酯含量（P＜0.05）；艾燕（2004）报道，磁处理水可降低家兔血清甘油三酯57%。本试验结果也证实了这一点，磁化水组极显著降低了奶牛血清中甘油三酯浓度（P＜0.01），有效促进了机体脂质代谢，更有利于机体健康。

乳酸脱氢酶（LDH）是一种糖酵解酶，可将丙酮酸转化为乳酸（LAC），其在血液中含量异常一般表示动物处于应激状态，也与动物的生活环境密切相关。碱性磷酸酶（AKP）是参与动物机体消化代谢的一种重要的酶，主要参与肝脏脂肪代谢，同时也是动物机体肝病和骨骼疾病的重要指标（高智雄，2020）。二者在血清中浓度的变化可以作为肝脏是否炎症或受损的提示性指标。试验数据表明，二者浓度变化不明显，表明饮用磁化水对奶牛肝脏无损伤和器质性影响。

血清中谷丙转氨酶和谷草转氨酶水平可反映肝脏和肾脏对蛋白类物质的代谢水平（Debele，2019），二者在蛋白质、脂肪和糖之间转化中起着重要的作用，其活性的高低可以间接反映动物生产性能，是提示肝肾功能是否障碍的重要指标（刘爽，2016）。谷丙转氨酶主要存在于各种细胞中，尤以肝细胞为最，正常情况下只要少量释放入血中，血清中其酶的活性即可明显升高；而当相应细胞受损时，胞浆内的谷草转氨酶释放入血，故血清谷草转氨酶浓度可升高。本试验中对照组奶牛谷丙转氨酶活性和谷草转氨酶活性较试验组均有明显升高，可能受热应激影响导致了肝脏功能的减弱，而试验组奶牛则相对更健康，表明磁化水的饮用利于热应激状态下奶牛肝脏的健康和活力。

内毒素可以引起发热、微循环障碍等，正常情况下，血清内毒素浓度不宜过高。热休克蛋白-70是一种保护性蛋白，正常情况下位于胞浆内，表达水平较低，当机体受到高温或有害应激等恶劣环境袭击时，就会大量合成热休克蛋白，提高机体抗应激能力，维护细胞内的生理生化过程的平稳运行，从而保护机体或细胞的功能（姚志兰等，2022）。肿瘤坏死因子α 是主要炎症反应介质之一，若机体内其浓度升高，则表明机体发生炎症的可能性增加。内毒素、热休克蛋白-70、肿瘤坏死因子α 三个指标在机体内的浓度高低，即可表明动物机体是否正在遭受炎症或高温的侵袭。本试验中试验组奶牛三项指标的血清浓度均有降低的趋势，表明试验组奶牛的机体内部炎症反应或遭受高温对机体的影响相对更小，具有缓解热应激的作用，对奶牛健康是有益的。

3.2.2 饮用磁化水对奶牛血清抗氧化指标的影响分析血清丙二醛是自由基作用于脂质发生过氧化反应的产物，会引起蛋白质等生命大分子的交联聚合，具有细胞毒性（Thakur 等，2019），其含量可间接反映机体脂质过氧化的程度（姚志兰等，2022）和细胞损伤的程度。磁化水的作用原理可能是影响氧化-抗氧化平衡，通过降低丙二醛含量，提高超氧化物歧化酶活性，减轻动物的氧化应激反应（Raymond-Whish，2007）。本试验中，饮用磁化水奶牛血清中丙二醛浓度有降低的趋势，这可能是奶牛缓解应激的机体生化反应所致。

总抗氧化能力是体内重要的抗氧化酶，反映动物机体对氧化自由基的清除能力（杨梓曼等，2022），其水平的高低，可以判断机体的防御能力大小，总抗氧化能力强，则可提高机体对自由基的清除，提高防御能力和抗病力。通过试验对比，热应激环境下，磁化水对奶牛机体总抗氧化能力无明显影响，可能与机体遭受的热应激程度和磁化水饮用期长短有关。

3.2.3 饮用磁化水对奶牛血清免疫和激素指标的影响分析当奶牛受到热应激影响时，下丘脑－垂体－肾上腺轴和交感神经－肾上腺－髓质轴即被激活，应对机体应激状态下的内环境平衡（Ma 等，2020）。免疫球蛋白（IgA、IgM、 IgG）是存在于动物体血清中的重要免疫物质。 IgA 是体液免疫的组成部分，主要存在黏膜细胞的分泌物中，在局部发生感染时产生免疫应答（杨梓曼等，2022），担负着防卫作用；IgG 是体液免疫中主要的免疫球蛋白，在免疫应答中起着激活补体，中和多种毒素的作用。杨梓曼等（2022）报道，热应激状态下，肉牛血清IgA 含量极显著降低（P＜0.01）。陈浩等（2021）报道，热应激使妊娠西门塔尔牛血清IgA 和IgG含量显著降低。彭孝坤等（2019）报道，热应激状态下山羊血清IgA 含量显著降低。本试验结果表明，奶牛遭受热应激时，对照组奶牛血清IgA 含量降低，饮用磁化水的试验组奶牛血清IgA 有升高的趋势，说明饮用磁化水有缓解体液免疫抑制的功效。

炎热季节以及年龄的增长会导致甲状腺活动的降低，特别是炎热气温下可降低甲状腺素的分泌量，甚至降低甲状腺的绝对重量（许成雄等，2000）。许成雄等（2000）报道，产蛋鸡饮用磁处理水后，血清甲状腺素（T4）分泌量提高1.6 ng/mL（P＜0.05）。本试验中T3、T4 水平没有明显差异，但较对照组有略微增加，趋势变化与许成雄（2000）报道一致。董淑丽等（2004）报道，高温刺激大脑皮层会抑制促甲状腺激素（TSH）分泌而降低T3、T4 水平，本研究结果中，对照组T3、T4 水平较试验组略有降低，可能与磁化水缓解了奶牛机体热应激反应，从而抑制了高温对大脑皮层的作用相关。