夏季高温环境会引起动物的热应激反应,对畜牧业影响巨大[1-3]。热应激反应会影响家兔的生产和繁殖性能,给家兔生产带来巨大的经济损失[1]。营养型添加剂缓解热应激取得一定的效果[4-5]。还可通过改变饲喂时间、加强降温等方法缓解动物热应激[6-7]。但要从根本上解决或改善夏季家兔的热应激问题,还需要进一步掌握家兔热应激产生的分子机制。1热应激对家兔的影响1.1行为变化有研究将家兔日常行为占比时间作为其是否发生热应激的判断依据,因为高温热应激会影响家兔的行为[8-9]。热应激初期,家兔主要以运动和站立行为为主,随着热应激时间延长,家兔运动减少直至消失,并通过减少采食和增加饮水抵抗热应激。同时,家兔体温升高、呼吸频率先升高后下降、精神萎靡、行为反应迟缓[9]。1.2生理、生化指标夏季高温、高湿环境易诱发肉兔的热应激反应,导致其血清中三碘甲腺原氨酸(T3)、甲状腺素(T4)水平降低[10-11],皮质醇水平、肌酸激酶活性及白细胞计数、中性粒细胞百分比、中性粒细胞与淋巴细胞比率升高[10]。Ayyat等[12]研究表明,与冬季相比,夏季饲养的新西兰白兔的红细胞、血清总蛋白、球蛋白和白蛋白含量下降,而白细胞、尿素氮、肌酐、谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)显著升高。热应激会显著提高家兔胆固醇、甘油三酯和硫代巴比妥酸反应物(TBARS)水平[13]。1.3抗氧化能力高温应激时,家兔的血液中存在大量活性氧(ROS)及其代谢物(ROS-M),易发生氧化应激[14]。热应激显著降低家兔血清谷胱甘肽(GSH)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性[13]。王自力等[15]在高温(30~37 ℃、湿度65%)环境中饲喂肉兔21 d,发现热应激导致肉兔肝脏组织总抗氧化能力(T-AOC)和SOD活性显著下降,丙二醛(MDA)含量上升。人为热应激组新西兰兔的垂体与下丘脑中SOD和CAT活性显著降低,且热应激温度越高及时间越长,酶活性下降幅度越大[16]。李丛艳等[17]研究表明,热应激显著提高家兔血清SOD活性。李彦杰等[9]研究表明,随着热应激时间的延长,兔血液中MDA含量增加,T-AOC水平下降,总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性先升高后下降。在热应激前期,机体内源性SOD增加清除氧自由基,减少脂质过氧化产物产生,而长时间热应激造成体内氧自由基持续增多,消耗过多抗氧化酶,导致SOD水平降低。因此,SOD可作为家兔重要的耐热性评价指标[17]。1.4生长性能在环境温度35 ℃时,家兔第1周采食量下降28.3%,4~7周采食量下降16.7%[18]。环境温度的增加会对下丘脑的摄食中枢产生不利影响,导致动物采食量的减少[19]。研究表明,热应激会降低肉用公兔活重、日增重、采食量和饲料转化率[12,20-21]。Bahga等[22]试验表明,外界环境达到30 ℃以上时,新西兰兔死亡率较28 ℃以下时显著增高。热应激对家兔生产性能的影响,可能是由于高温环境下家兔采食量降低,代谢紊乱和呼吸频率增加会损耗更多能量,导致用于生长的代谢能减少[23]。杨丽萍等[24]研究表明,夏季热应激影响长毛兔的产毛量、产毛率和毛的质量。Sun等[25]研究表明,热应激可降低兔毛长和毛囊密度,抑制毛囊细胞中noggin、胰岛素样生长因子(IGF-1)和胰岛素样生长因子-1受体(IGF-1R)的基因表达及西罗莫司靶蛋白(mTOR)的蛋白表达,同时上调骨形态发生蛋白2(BMP2)和BMP4的基因表达。因此,noggin-BMP、IGF-1和mTOR信号通路可能与热应激抑制毛囊发育的过程有关,而noggin-BMP是热应激调节毛囊细胞分化的关键靶点。1.5繁殖性能热应激影响睾丸精子形成,对动物的繁殖性能有不利影响[26-27]。Sabés-Alsina等[28]研究表明,精子在高温环境(42 ℃)暴露仅3 h即可损害精子功能。热应激降低公兔精液品质的机制可能是高热引起性腺中自由基累积,导致抗氧化系统平衡受损[29];也可能是由于热应激导致睾丸内发生一系列的生理、生化反应,改变睾丸的微环境,引起ROS、热应激蛋白(HSP)生成异常,破坏DNA完整性,诱导精子染色质构象和DNA甲基化改变,从而导致生精障碍[30]。Gong等[31]对热应激引起精子活力下降的分子机制进行研究,发现热应激诱导激活糖原合成酶激酶3α(GSK3α),抑制公猪精子中的线粒体蛋白运输和线粒体功能,导致三磷酸腺苷(ATP)的合成减少,从而导致精子运动能力下降。高温影响雌兔的受孕率、胚胎发育、产仔数、产仔重、产奶量等[23]。热应激可能通过影响排卵率、胚胎质量和透明带厚度来改变家兔的早期胚胎学,进而影响后期的胚胎发育[32]。Marco-Jiménez等[33]研究发现,当兔胚胎从8~16个细胞到胚泡的发育过程中,母兔经历热应激后,并不影响着床率和出生率。但是,母兔在妊娠和哺乳期都经历热应激,则会显著降低仔兔的生长速度[34]。1.6肉品质研究表明,应激因素会影响兔肉嫩度、肉色、pH值等[35]。Zeferino等[36]研究表明,随着环境温度的升高,兔肉的红度(a*)和黄度(b*)降低,蒸煮损失线性升高。同时,热应激降低了活兔屠宰体重和胴体重量,但是显著提高屠宰率,其原因可能是内脏器官重量下降导致的。2家兔热应激期的分子调控机制热应激蛋白家族(HSPs)作为分子伴侣,在细胞凋亡调控中发挥双重作用,抑制细胞凋亡反应或是直接促进细胞凋亡[37-38]。Pei等[39]探讨慢性热应激对兔睾丸HSP表达的影响,热应激处理9周后,HSP60、HSP70、HSP90、HSPA2、热激同源蛋白70(HSC70)表达水平明显升高,可能是这些蛋白在修复热应激损伤中起到保护作用。Wu等[40]利用RNA-Seq技术进行慢性热应激家兔的肝转录组研究,筛选出51个可能参与热应激反应的差异基因,主要与脂质代谢、甲状腺激素代谢等过程有关。其中,乙酰辅酶A羧化酶B(ACACB)、ATP柠檬酸裂解酶(ACLY)、羊毛甾醇合酶(LSS)和胆固醇7α-羟化酶(CYP7A1)这4种基因的表达上调。而这些基因通过脂质合成的一系列生物学过程相互关联,其中,ACACB是脂肪酸氧化的限速酶,ACLY用于胆固醇和脂肪酸的生物合成,LSS是胆固醇生物合成途径中重要的酶,CYP7A1是肝脏中胆固醇代谢的限速酶[41-44]。4种上调的基因,可能是参与兔热应激反应重要的新调控因子。3家兔热应激的营养调控措施3.1维生素CVC是一种水溶性的抗氧化化合物,可以保护细胞免受氧化损伤,具有解毒作用[45-46]。在动物应激期间补充VC可以减少应激激素水平和体重减轻程度[47]。在热应激家兔日粮中添加200 mg/kgVC时,显著提高家兔生产性能,可逆转热应激引起的肝肾功能障碍,使肝、肾组织中HSP70的mRNA和蛋白表达恢复到正常水平,与热应激组相比,VC可使皮质醇和瘦素降低到正常水平,改善饱腹信号,可能是VC能提高家兔生产性能的原因[45]。此外,VC与VE关系密切,二者的结合可缓解高硝酸盐对家兔繁殖器官的损伤[48]。3.2维生素EVE的脂溶性使其成为一种合适的膜抗氧化剂来对抗氧化损伤[49]。Hashem等[4]在炎热季节的公兔日粮中加入150 mg/kgVE,可以有效缓解高温对精液质量的负面影响;显著提高血浆葡萄糖、高密度脂蛋白浓度,并降低血浆胆固醇、甘油三酯浓度;通过提高血浆总抗氧化能力和降低MDA含量来缓解氧化状态。在母兔日粮中添加100 mg/kgVE,可提高热应激家兔的受孕率和产仔数,改善脂质代谢,提高抗氧化能力[50]。此外,硒与VE也有密切关系,二者都能改善免疫系统。3.3硒硒参与生殖、免疫和生长等许多关键的生理过程,是哺乳动物必需的微量元素[51]。GSH-Px能降低机体代谢产生的脂质过氧化物水平,而硒是GSH-Px酶的重要组成部分[52]。在不利的环境应激源下,饲粮中的硒对免疫系统功能至关重要[52-53]。Ayyat等[12]在夏季家兔日粮中添加0.03 mg/kg有机硒,家兔体重和日增重分别提高16.47%和23.85%,料重比降低15.51%;家兔的血红蛋白、红细胞、血清总蛋白、白蛋白和球蛋白显著升高,白细胞、尿素氮、肌酐、AST和ALT均下降。日粮中添加生物合成的纳米硒(25或50 mg/kg),可提高生长兔在热应激条件下的体重和平均日增重,改善屠宰率,降低血液中MDA含量,提高GSH和CAT活性[54]。Hosny等[55]在热应激家兔日粮中添加0.034 mg/kg有机硒,饲喂12周后,家兔直肠温度降低约0.5 ℃,显著提高血清总蛋白含量、白蛋白含量和GSH-Px活性,精浆中总蛋白、白蛋白、ALT、果糖含量和总抗氧化能力均显著提高,同时MDA含量显著降低。有机硒改善家兔副性腺功能,可能是直接通过硒的抗氧化活性或间接通过睾酮浓度的增加来介导的。3.4铬铬通过激活胰岛素受体促进葡萄糖转运体4(GLUT4)从细胞内转移到细胞膜,使葡萄糖进入细胞[56]。铬是葡萄糖耐受因子(GTF)的重要组成成分,通过葡萄糖增强胰岛素的作用,影响糖类、脂类、蛋白质和核酸的代谢。黄崇波等[57]研究表明,有机铬可显著提高热应激新西兰兔日增重和采食量,添加0.4 mg/kg有机铬改善生产性能的效果最佳,添加1.6 mg/kg有机铬提高细胞免疫的效果最佳。在家兔日粮中添加0.8~1.0 mg/kg酵母铬可缓解热应激对种公兔睾丸生精机能的损害,提高种公兔血清睾酮、促黄体素和促卵泡激素的含量[58]。4展望未来有必要进一步开展家兔热应激条件下生理反应相关的分子机制研究,并在现有调控基础上开发出一整套家兔抗热应激调控体系,以期将热应激对家兔生产造成的损失降到最低。
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