试验选择48头平均产奶量30.96 kg· d^-1、泌乳天数207.98 d、胎次为1.96的健康中国荷斯坦奶牛, 随机分成4组, 每组12头。分别饲喂4种不同的日粮, 即在基础日粮中分别添加0、0.5、2.5、5.0 g· kg^-1的BE(DM基础)。BE主要成分为柴胡皂苷18.9%、精油7.1%和柴胡多糖74.0%。基础日粮满足奶牛营养需要(中国奶牛饲养标准 NY/T 34-2004), 日粮组成及营养水平如1所列。试验预饲期1周, 正式期9周。

奶牛拴系饲养, 采用全混合日粮(total mixed ration, TMR)饲喂, 保证5%~10%的剩料。奶牛每天饲喂3次(05:30、13:00和20:00), 自由采食, 自由饮水, 每天06:00、13:30和20:30挤奶。正式期每天早晨将称好的BE撒在TMR饲料上方, 让奶牛采食。牛舍采用风扇结合喷淋的方式给奶牛降温。

1.3.1 牛舍温湿度测定 试验期间每天06:00、14:00和22:00用温湿度计离地1.5 m处测定牛舍内的温度(Temperature, T)和相对湿度(Relative Humidity, RH), 计算出温湿度指数^[16](Temperature-humidity Index, THI):

THI=T× 1.8+32-0.55× (1-RH)× (T× 1.8+32-58)。

1.3.2 直肠温度和呼吸频率的测定 试验期每周连续2 d(06:00、14:00和22:00)测定各组奶牛的直肠温度(rectal temperature, RT)和呼吸频率(respiration rate, RR)。直肠温度用兽用体温计, 在直肠停留3~5 min后取出读数; 呼吸频率根据胸腹部的起伏动作连续测定2 min, 取每分钟的呼吸次数作为RR。

1.3.3 采食量测定 每周连续两天测定试验牛采食量, 每头牛TMR日粮单独称量饲喂, 采食后称量剩料量, 早、中、晚3次的采食量相加为一天的采食量。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 基础日粮组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets (DM basis) 饲料成分 Ingredient 组成 Composition/% 化学成分 Chemical composition 含量 Content 玉米青贮Corn silage 16.70 干物质Dry matter/% 56.70 羊草Chinese wildrye 8.70 产奶净能2)Net energy for lactation/(MJ· kg-1) 7.01 苜蓿干草Alfalfa hay 14.00 粗蛋白Crude protein/% 16.90 玉米Corn 23.00 中性洗涤纤维Neutral detergent fiber/% 39.10 大麦Barley 9.40 酸性洗涤纤维Acid detergent fiber/% 22.50 大豆粉Soybean meal 7.40 钙Calcium/% 1.07 棉籽粕Cottonseed meal 3.40 磷Phosphorus/% 0.48 菜籽粕Rapeseed meal 3.40 酒糟Dry distillers grains 3.70 棉籽Cottonseed 8.30 磷酸氢钙Dicalcium phosphate 0.54 食盐Salt 0.49 碳酸氢钠Sodium bicarbonate 0.64 预混料1)Vitamin-mineral premix 0.33

表1 基础日粮组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets (DM basis)

注:1) 每kg预混料中含有VA 2 000 kIU, VD 450 kIU, VE 10 kIU, 锌 (硫酸锌) 12 100 mg, 锰 4 590 mg, 铜 (硫酸铜) 4 560 mg, 硒200 mg, 碘270 mg, 钴60 mg。2) 泌乳净能根据各原料能量计算所得, 其余为实测值。

Note:1) Provided per kg of premix, VA 2 000 kIU, VD 450 kIU, VE 10 kIU, Zn (as zinc sulfate) 12 100 mg, Mn 4 590 mg, Cu (as copper sulfate) 4 560 mg, Se 200 mg, I 270 mg, Co 60 mg. 2) NEL is calculated value according to ingredients energy, while others are measured values.

1.3.4 奶样的采集与分析 试验期每周连续2 d记录产奶量, 并采集一天奶样, 按早、中、晚4∶ 3∶ 3比例混合, 加防腐剂4 ℃保存, 用于测定乳常规。

利用Foss公司MilkoScan^TMFT6000乳品分析仪进行乳脂、乳蛋白、乳糖、乳固形物等的测定, 用Fossomatic 5000系列体细胞分析仪测定乳中体细胞数(somatic cell count, SCC)。体细胞数结果通过公式换算成体细胞评分(somatic cell score, SCS)^[17]:

SCS=log₂ (SCC/100 000)+3。

能量校正乳(energy corrected milk, EMC)和4%乳脂标准乳(Fat Corrected Milk, FCM)计算公式如下:

能量校正乳=0.327× 乳产量+12.95× 乳脂产量+7.20× 乳蛋白产量;

4%乳脂校正乳=0.4× 乳产量+15× 乳脂产量。

1.3.5 血样的采集与分析 分别于试验期的第0、21、42、63天采集血样, 在晨饲前空腹利用真空采血管尾静脉采血10 mL, 4 ℃离心(3 000 r· min^-1, 15 min), 分离血清, -40 ℃保存待测。

血液总蛋白(total protein, TP)、白蛋白(albumin, ALB)、球蛋白(globulin, GLB)、尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)、总甘油三脂(triglyceride, TG)、葡萄糖(glucose, Glu)、总胆固醇(total cholesterol, TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterin, LDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol, HDL-C)、β -羟丁酸(β -hydroxybutyricacid, BHBA)和非酯化脂肪酸(nonestesterified fatty acid, NEFA)采用日立HITACH17080全自动生化分析仪测定。

直肠温度、呼吸频率、采食量、产奶量、乳成分和血液生化指标采用SAS 9.2软件中MIXED模型进行方差分析, 处理效应为固定效应, 牛只和分组为随机效应, 以预饲期的相应指标数据作为协变量。所有指标的各个处理对试验结果的影响进行线性(Linear)和二次(Quadratic)正交多项式显著性检验, P< 0.05表示差异显著, P< 0.10表示有显著变化的趋势。

试验期间牛舍内早(06:00)、中(14:00)、晚(22:00)的平均THI分别为79.4(69.4~86.2)、84.6(69.8~91.5)和80.8(69.8~87.8), 每天平均温湿度指数都在72以上(图1), 说明整个试验期间奶牛处于持续热应激状态。

随着BE添加剂量的增加, 热应激奶牛一天中06:00、14:00和22:00的RT呈现二次方程的变化(P< 0.05), 且在0.5 g· kg^-1添加水平时达到最小值。但是, 添加不同剂量的BE对热应激奶牛RR没有显著影响(P> 0.05)(表2)。

添加BE对采食量和产奶量(P< 0.05)、乳蛋白产量(P=0.06)和体细胞评分(P=0.07)呈二次方程的影响, 采食量、产奶量和乳蛋白产量在0.5 g· kg^-1添加水平时数值最大, 体细胞评分在0.5 g· kg^-1添加水平时数值最小。随着BE添加剂量的增加, 乳尿素氮、乳脂率和总固形物线性降低(P< 0.05), 但是添加BE对奶牛4%乳脂校正乳、能量校正乳、乳脂产量、乳糖、乳蛋白率、总固形物产量均无显著影响(P> 0.05)(表3)。

随着BE添加量的增加, 奶牛血液中ALB、BUN、TC、HDL-C和BHBA浓度线性降低(P< 0.10), TG浓度线性增加(P< 0.01)。与对照组相比, 2.5和5.0 g· kg^-1组的BUN浓度显著增高(P=0.05); 5.0 g· kg^-1组的TC和HDL-C浓度显著高于对照组和0.5 g· kg^-1组, 但是BE对血中TP、GLB、Glu、LDL-C和NEFA没有显著影响(P> 0.05)(表4)。

图1

Fig. 1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 试验期间牛舍温湿度指数动态Fig. 1 Dynamics of temperature humidity index of barn during experimental period

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 柴胡提取物对热应激奶牛呼吸频率和直肠温度的影响 Table 2 Effects of Bupleurum extract on rectal temperatures and respiration rates in heat-stressed dairy cows 项目 Item 时间 Time/ (hh-mm) 处理组Treatment/(g· kg-1) 标准误 SEM P值P-value 0 0.5 2.5 5.0 处理 Treatment 线性 Linear 二次 Quadratic 直肠温度(RT) Rectal temperature/℃ 06:00 39.18a 38.89b 39.01ab 39.09ab 0.06 0.02 0.60 < 0.01 14:00 39.17a 38.99b 39.13ab 39.18a 0.05 0.07 0.41 0.04 22:00 39.27a 38.98b 39.17ab 39.41a 0.08 0.01 0.12 < 0.01 呼吸频率(RR)(次· 分-1) Respiration rate/ (times· min-1) 06:00 65.04 65.70 63.87 63.97 2.29 0.93 0.63 0.91 14:00 64.82 66.86 66.20 67.13 2.10 0.86 0.51 0.79 22:00 60.25 61.81 59.85 56.50 2.61 0.54 0.27 0.34

表2 柴胡提取物对热应激奶牛呼吸频率和直肠温度的影响 Table 2 Effects of Bupleurum extract on rectal temperatures and respiration rates in heat-stressed dairy cows

注:同行不同字母表示差异显著。下表同。

Note:Different lowercase letters within the same row show significantly different among different treatments; similarly for the following tables.

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 柴胡提取物对热应激奶牛生产性能和乳品质的影响 Table 3 Effects of Bupleurum extract on performance and milk quality in heat-stressed dairy cows 项目 Item 处理组Treatment/(g· kg-1) 标准误 SEM P值P-value 0 0.5 2.5 5.0 处理 Treatment 线性 Linear 二次 Quadratic 生产性能Production /(kg· d-1) 采食量DMI 18.70b 19.88a 19.03ab 18.61b 0.25 0.07 0.33 0.04 产奶量Milk yield 23.97b 26.98a 25.93a 25.71ab 0.66 0.03 0.15 0.02 4%乳脂校正乳FCM1) 24.16 26.16 24.89 25.36 0.80 0.30 0.51 0.34 能量校正乳ECM2) 26.08 28.44 27.02 27.41 0.95 0.28 0.51 0.28 乳脂产量Fat yield 0.98 1.03 0.95 0.99 0.04 0.42 0.82 0.93 乳蛋白产量Milk protein 0.80b 0.89a 0.84ab 0.84ab 0.02 0.10 0.48 0.06 乳糖Lactose 1.17 1.30 1.24 1.25 0.04 0.20 0.34 0.15 总固形物Total solid 3.25 3.60 3.38 3.43 0.10 0.13 0.48 0.15 乳成分Milk component 乳脂Milk fat/% 4.10a 3.90ab 3.60b 3.77ab 0.13 0.07 0.03 0.16 乳蛋白Milk protein/% 3.26 3.29 3.22 3.21 0.05 0.55 0.25 0.62 乳糖Milk lactose/% 4.89 4.82 4.74 4.82 0.05 0.24 0.24 0.14 总固形物Total solid/% 13.67a 13.46a 12.80b 13.16ab 0.20 0.02 0.02 0.16 乳尿素MUN3)/(mg· dL-1) 13.31a 13.16a 12.11b 12.08b 0.33 0.01 0.01 0.84 体细胞评分SCS4) 3.84 2.83 3.28 3.37 0.34 0.14 0.53 0.07

表3 柴胡提取物对热应激奶牛生产性能和乳品质的影响 Table 3 Effects of Bupleurum extract on performance and milk quality in heat-stressed dairy cows

注:1)4%乳脂校正乳计算公式:4%FCM=0.4× milk+15× fat; 2)能量校正乳计算公式:ECM=0.327× milk+12.95× fat+7.65× protein; 3)尿素氮:MUN=milk urea nitrogen; 4)体细胞评分:SCS=log₂ (SCC/100 000)+3.

Note:1) Computational formula of 4% fat-corrected milk: 4% FCM=0.4× milk+15 fat; 2) Computational formula of energy-corrected milk: ECM=0.327× milk+12.95× fat+7.65× protein; 3) Milk urea nitrogen: MUN=milk urea nitrogen; 4) Somatic cell score: SCS=log₂ (SCC/100 000)+3.

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 柴胡提取物对热应激奶牛血液生化指标的影响 Table 4 Effects of Bupleurum extract on blood metabolites in heat-stressed dairy cows 项目 Item 处理组Treatment/(g· kg-1) 标准误 SEM P值P-value 0 0.5 2.5 5.0 处理 Treatment 线性 Linear 二次 Quadratic 总蛋白Total protein/(g· L-1) 67.22 67.33 67.67 69.18 1.58 0.79 0.43 0.59 白蛋白Albumin/(g· L-1) 35.00 34.19 34.01 33.03 0.78 0.30 0.08 0.91 球蛋白Globulin/(g· L-1) 33.91 33.27 33.52 35.13 1.25 0.74 0.50 0.35 蛋白比Albumin∶ Globulin 1.08 1.05 1.01 0.98 0.04 0.26 0.05 0.92 尿素氮Blood urea nitrogen/(mmol· L-1) 5.59a 5.34ab 5.00b 4.94b 0.17 0.05 < 0.01 0.54 甘油三酯Triglyceride/(mmol· L-1) 0.056b 0.103a 0.099a 0.098a 0.005 < 0.01 < 0.01 < 0.01 葡萄糖Glucose/(mmol· L-1) 2.06 2.03 1.92 1.97 0.07 0.46 0.22 0.55 总胆固醇Total cholesterol/(mmol· L-1) 6.89a 6.96a 6.34ab 6.10b 0.25 0.04 < 0.01 0.57 高密度脂蛋白胆固醇High-density lipoprotein cholesterol/(mmol· L-1) 2.80a 2.79a 2.70ab 2.60b 0.06 0.08 0.01 0.56 低密度脂蛋白胆固醇Low-density lipoprotein cholesterol/(mmol· L-1 ) 0.53 0.49 0.47 0.50 0.02 0.38 0.26 0.20 β -羟丁酸β -hydroxybutyric acid/(mmol· L-1) 0.54 0.53 0.48 0.47 0.03 0.24 0.06 0.98 非酯化脂肪酸Nonesterified fatty acid/(μ Eq· L-1) 367.05 399.71 361.74 342.93 18.10 0.16 0.17 0.17

表4 柴胡提取物对热应激奶牛血液生化指标的影响 Table 4 Effects of Bupleurum extract on blood metabolites in heat-stressed dairy cows

热应激是奶牛对高温高湿环境的一种非特异性反应, 当环境的温湿度指数超过72时, 奶牛开始遭受热应激^{[7, 18]}, 此时, 奶牛不能通过自身调节来维持体温恒定^[19]; 当奶牛RT和RR分别达到38.9 ℃和60次· min^-1时, 热应激对奶牛产生严重的负面效应^[20]。本研究中, 牛舍温湿度指数大于72、奶牛平均RR和RT分别达到60次· min^-1和38.9 ℃, 因此, 本研究期间奶牛处于热应激状态。

热应激会使奶牛体温升高、出汗增加、心跳加速、呼吸加快^[7]。本研究表明, BE降低了奶牛的RT和RR。尤其是0.5 g· kg^-1的添加剂量, 显著降低了奶牛的RR和RT, 从而一定程度地缓解了热应激, 这与Pan等^[13]的研究结果一致。原因可能是BE能够舒张血管, 将热量转移到皮肤表面, 通过汗液蒸发达到散热效果^[19]。但是, 本研究添加BE对奶牛RR无显著影响, 原因可能是呼吸频率的变化没有直肠温度变化灵敏, 也可能是奶牛个体差异导致变化不显著。

本研究表明, BE增加了DMI, 提高了产奶量。但研究表明, 奶牛DMI减少导致产奶量的降低仅仅为热应激导致产奶量降低的50%^{[2, 21]}, 这表明热应激可以通过影响机体代谢, 直接降低产奶量^[22]。因此, 本研究中BE增加了热应激奶牛的产奶量, 原因可能是一方面增加了营养物质摄入量, 另一方面由于热应激得到缓解, 机体将更多的能量重分配用于产奶^[7]。有研究表明, 给泌乳奶牛添加牛至精油显著增加了产奶量^[23]。本研究使用的BE含有7.1%的精油, BE添加使产奶量提高的另一个原因也可能是其中的精油成分发挥了作用。相对于0和0.5 g· kg^-1的BE添加剂量, 5.0 g· kg^-1的添加量反而降低了产奶量, 原因可能是高剂量的BE造成了肝损伤, 进而影响奶牛机体健康^{[14, 24]}。

热应激能够降低奶牛乳蛋白率, 但是对乳脂含量没有影响^{[2, 25]}。本研究中, 0.5 g· kg^-1 BE有提高乳蛋白产量的趋势, 与Pan等^[13]的研究结果一致, 这可能是DMI增加提高了产奶量的结果。随着BE添加剂量的增加, 乳脂率线性降低, 这与Pan等^[13]的研究结果(BE对乳脂率没有影响)不一致, 原因可能是本研究的添加剂量较高或者奶牛泌乳阶段不同造成的。奶牛在夏季时的体细胞数最高, 这是由于夏季炎热、潮湿的环境容易诱发乳房炎^[26]。本研究中, 添加0.5 g· kg^-1 BE剂量时SCS达到最小值, 这表明添加0.5 g· kg^-1 BE能够改善热应激奶牛的健康状况。柴胡中的有效成分柴胡皂苷a的作用与阿司匹林相当, 有良好的抗炎症效果, 能够通过抑制组织胺和5-羟色胺所致的血管通透性增加, 达到抗炎效果^[27]。本研究中SCS降低的原因可能是BE的抗炎作用及其对机体的免疫调节, 具体机理还有待进一步研究。

MUN可用来评定奶牛日粮中蛋白质利用率及蛋白能量的配比关系, 在奶牛生产中有重要意义。本研究中, 随着BE添加剂量的增加, MUN与BUN有相同的变化即线性降低。由于血液中循环的尿素均是由肝脏脱氢作用产生, 由肝肾指标可以看出2.5和5.0 g· kg^-1组奶牛肝脏功能下降, 造成进入血液循环的尿素氮减少, 进而减少乳中尿素氮含量。

热应激奶牛处于能量负平衡状态, 其体内的脂类、碳水化合物和蛋白质的代谢均发生了变化, 其变化可进一步影响血液中的生化指标, 这些代谢过程都离不开肝脏的参与, 所以通过观察血液中生化指标可在一定程度上判断肝功能状况。正常情况下, 奶牛BUN浓度为3~6 mmol· L^-1, 本研究中奶牛的BUN均在正常范围。BUN有两种来源, 一是瘤胃中过量的氨经瘤胃壁吸收随血液循环到达肝脏脱氢作用产生的尿素; 二是肝脏对来自骨骼肌的氨基酸脱氨基作用。热应激状态下骨骼肌的分解代谢增强^[22], 肝脏的脱氨基作用增强, 增加了奶牛BUN水平^[28]。本研究中, 随着BE添加剂量的增加, BUN线性降低, 2.5和5.0 g· kg^-1组的BUN显著低于对照组, 这有可能一方面是因为添加BE能够缓解奶牛热应激, 减少肝脏的脱氨基作用来供能; 另一方面, ALB主要是由肝脏合成, 具有抗氧化的活性^[29], 其浓度随BE添加剂量的增加而线性降低, 表明高剂量的BE造成奶牛肝脏合成能力下降, 可能会降低奶牛抗氧化能力。血液中的胆固醇是合成肾上腺皮质激素和维生素D等生理活性物质的重要原料, HDL-C是血液中抗动脉粥样硬化的胆固醇, 可减少患冠状动脉心脏病的危险, 二者主要合成器官是肝脏。本研究中, 随BE添加剂量的增加, 总胆固醇浓度线性降低, 表明5.0 g· kg^-1组的热应激奶牛肝脏合成能力下降, 可能是对奶牛肝脏功能损伤造成的。

甘油三酯是奶牛机体含量最多的脂类, 可在脂肪酶的作用下分解成甘油和脂肪酸, BHBA是脂肪酸降解后的产物, 由肝脏合成, 随血液循环带出肝脏, 用于外围组织功能。本研究中, 添加BE使BHBA含量线性降低, 这可能与胰岛素浓度变化有关。对于5.0 g· kg^-1组奶牛的血液TG浓度显著高于对照组, 原因可能是血液中皮质醇浓度显著降低, 脂类分解作用减弱^[30], 造成5.0 g· kg^-1组TG浓度显著高于对照组, 具体机制还有待进一步研究。