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环境温湿度与奶牛健康密切相关,冷热应激对奶牛生产的影响是急需解决的瓶颈问题。本试验旨在研究外界环境温湿度的变化对奶牛生产性能、生理生化指标、免疫机能和粪样微生物多样性等的影响,筛选出评价南方泌乳奶牛冷热应激的指标并确定奶牛生产中适宜的环境温湿度,为实现对奶牛冷热应激预测提供科学参数,为集约化条件下奶牛生产环境的精确控制提供理论和数据支撑。试验选取体重(627±58 kg)、泌乳天数(120-180天)、胎次(1-3胎)和体细胞数(<50万/m L)相近的泌乳期荷斯坦奶牛32头,分为四组,分别为春季温湿指数(THI)组、夏季THI组、秋季THI组和冬季THI组。每个试验期40天,自由采食与饮水。试验结果如下:(1)动态监测武汉春季、夏季、秋季和冬季平均THI分别为61.74±3.59、85.09±1.29、61.95±2.95、42.97±5.19。夏季THI高达85.09时奶牛的直肠温度(RT)和呼吸频率(RR)最高,对应的日均RR和RT分别最高可达103.71±1.93次/min、39.91±0.23℃;冬季THI 42.97时奶牛的RR和RT最低,对应的日均RR和RT分别为21.70±1.70次/min、38.26±0.39℃。(2)夏季THI 85.09时奶牛日产奶量和4%标准乳均显著低于春季(P<0.05),夏季乳脂率最低且显著低于冬季(P<0.05),秋季乳蛋白率最低且显著低于春季和夏季(P<0.05),春季尿素氮的含量极显著低于其他三个季节(P<0.01);夏季干物质采食量(DMI)、干物质(DM)和粗蛋白(CP)消化率均最低,极显著低于其他三个季节(P<0.01),夏季粗脂肪(EE)和中性洗涤纤维(NDF)消化率均极显著低于春季和冬季(P<0.01),显著低于秋季(P<0.05);奶牛的站立时间春季极显著低于其他三个季节(P<0.01),夏季和冬季相比存在显著差异(P<0.05),夏季奶牛采食时间显著低于秋季和冬季(P<0.05)。夏季咀嚼频率极显著低于其他三个季节(P<0.01),且秋季显著低于春季和冬季(P<0.05)。夏季饮水次数极显著高于其他三个季节(P<0.01),且秋季显著高于冬季(P<0.05)。(3)血清中超氧化物歧化酶(SOD)含量四个季节之间差异极显著(P<0.01),过氧化氢酶(CAT)含量冬季极显著高于其他三个季节(P<0.01),春季与秋季之间差异显著(P<0.05);春季奶牛催乳素和促黄体激素的水平极显著高于其他三个季节(P<0.01),促黄体激素的水平冬季极显著高于夏季和秋季(P<0.01),秋季孕酮的含量显著高于夏季和冬季(P<0.05),奶牛机体皮质醇(Cor)的含量四个季节之间存在极显著的差异(P<0.01);肾上腺素的含量秋季和冬季之间差异显著(P<0.05),与春季和夏季相比差异极显著(P<0.01),热休克蛋白70(HSP70)含量夏季极显著高于其他三个季节(P<0.01),冬季极显著低于其他三个季节(P<0.01),春季和秋季之间也存在显著差异(P<0.05);此外,夏季奶牛血清中的促炎细胞因子白细胞介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)含量均极显著高于其他三个季节(P<0.01),而免疫球蛋白G(Ig G)含量夏季极显著低于其他三个季节(P<0.01),春季极显著高于冬季(P<0.01),秋冬季节之间也存在显著差异(P<0.05)。(4)四个季节奶牛粪样共有的OTU有765个,约占整体的76%,春季、夏季、秋季和冬季奶牛独有的OTUs分别为6、11、1、4个。四个试验组粪便微生物筛选出优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),其丰度之和约占整体的92%;大于5%的优势菌属为Romboutsia、Paeniclostridium、疣微菌属(Ruminococcaceae UCG-005/014)、梭菌属(Clostridium sensu stricto 1)、Turicibacter、Christensenellaceae_R-7_group、理研菌属(Rikenellaceae RC9 gut group)、真杆菌属([Eubacterium]_coprostanoligenes_group)、毛螺菌属(Lachnospiraceae_NK3A20_group)、普沃氏菌属(Prevotellaceae UCG-003)、双歧杆菌属(Bifidobacteium)和Solibacillus。夏季拟杆菌门含量显著降低(P<0.01),变形菌门的含量显著升高(P<0.05)。(5)THI和温度(T)分别与RT、RR、日产奶量、Cor和四碘甲状原氨酸(T4)呈极显著相关(P<0.01),其中产奶量发生改变的THI拐点是68.31,T拐点是17.22℃;在环境T为10℃~20℃,THI为55~65时,奶牛的RR在25.30次/min~44.02次/min,RT在38.14℃~38.96℃;THI大于68.31时,产奶量开始下降,通过二次曲线关系发现产奶量最高时THI为56.98,产奶量下降5.20%,奶牛的最适THI为45.65~68.31;当T大于17.22℃时奶牛的产奶量开始下降,通过二次曲线关系发现当T为14.43℃,产奶量下降1%,奶牛的最适T为11.64℃~17.22℃。(6)THI和T分别与RT、RR的双变量和偏相关系数均大于0.8;THI与乳脂率在双变量相关和偏相关分析中均显著相关(P<0.05),与尿素氮和脂蛋比在双变量相关分析中差异显著(P<0.05),在偏相关分析中差异极显著(P<0.01),T与乳脂率、尿素氮和脂蛋比在双变量相关和偏相关分析中均呈显著相关(P<0.05)。此外,在双变量分析中,THI与Ig G呈极显著(P<0.01),THI与SOD双变量分析中差异显著(P<0.05),而在偏相关分析中差异极显著(P<0.01);THI与TNF-α、谷胱甘肽过氧化氢酶(GPX)、总抗氧化能力(T-AOC)、CAT、丙二醛(MDA)及碱性磷酸酶(ALP)在双变量相关和偏相关分析中差异一致,呈显著相关(P<0.05)或极显著相关(P<0.01)。在双变量分析中,T与TNF-α和Ig G呈极显著(P<0.01)或显著相关(P<0.05);T与GPX、SOD、T-AOC和MDA在偏相关分析中差异显著(P<0.05)或极显著相关(P<0.01);T与CAT和ALP在双变量相关和偏相关分析中均差异极显著相关(P<0.01)。综上所述,高THI 85.09或低THI 42.97均一定程度上导致奶牛的产奶量降低,躺卧时间减少,泌乳相关激素水平降低,应激激素水平升高,Ig G含量降低;高THI85.09时RR和RT均明显升高,RT的升高引起奶牛粪样中有益微生物(拟杆菌门和普沃氏菌属等)降低,有害微生物(变形菌门)增多。筛选出评价南方奶牛冷热应激的指标为THI、T、RR、RT、Cor、HSP70和反刍时间。南方荷斯坦奶牛适宜环境温度在10℃~18℃(在湿度为70%~80%时)之间,适宜环境THI在45~68之间。