环境热应激对畜禽养殖及肉质影响的研究进展.pdf
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1、712023,Vol.37,No.7专题论述肉类研究MEAT RESEARCH中国肉类食品综合研究中心CHINA MEAT RESEARCH CENTER环境热应激对畜禽养殖及肉质影响的研究进展王 玥1,2,白秀玉1,2,李 强3,曹洪防4,杜鹏飞1,柳尧波1,马艳丽1,胡 鹏1,李腾飞2,潘林香5,王维婷1,*(1.山东省农业科学院农产品与营养加工研究所,山东省农产品精深加工技术重点实验室,农业农村部新食品资源加工重点 实验室,山东 济南 250100;2.河北工程大学生命科学与食品工程学院,河北 邯郸 056038;3.济南市畜牧技术推广站,山东 济南 250306;4.济南市农业农村局,
2、山东 济南 250099;5.山东嬴泰农牧科技有限公司,山东 济南 271100)摘 要:热应激是畜禽养殖加工业的主要环境应激源之一,国内外研究者发现,当环境温湿度超出畜禽耐受范围时,养殖动物会出现精神萎靡、采食量降低等热应激反应,此时体内出现的激素水平改变、血液蛋白水平改变、抗氧化能力降低等一系列生理生化及病理变化,将导致畜禽体质量降低、肉质变差或死亡,造成不可挽回的经济损失。畜牧业是肉类食品的重要来源,是人们饮食结构中的重要蛋白来源途径,热应激带来的肉品质下降在造成经济损失的同时,还会产生食品营养及安全等问题。本文对上述研究进行梳理,从畜禽热应激的定义、畜禽热应激行为反应机制、畜禽热应激生
3、理反应机制、畜禽热应激对肉品质的影响及热应激缓解管理措施等方面进行综述,为畜禽热应激反应的判别及缓解策略提供参考。关键词:畜禽养殖;热应激;肉质改变;研究进展Progress in Research on the Effects of Environmental Heat Stress on Livestock and Poultry Farming and Meat QualityWANG Yue1,2,BAI Xiuyu1,2,LI Qiang3,CAO Hongfang4,DU Pengfei1,LIU Yaobo1,MA Yanli1,HU Peng1,LI Tengfei2,PAN
4、Linxiang5,WANG Weiting1,*(1.Key Laboratory of Novel Food Resources Processing,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Key Laboratory of Agro-Products Processing Technology of Shandong Province,Institute of Food&Nutrition Science and Technology,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Ji nan 25010
5、0,China;2.School of Life Sciences and Food Engineering,Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;3.Ji nan Animal Husbandry Technology Promotion Station,Ji nan 250306,China;4.Bureau of Agriculture and Rural Affairs of Ji nan,Ji nan 250099,China;5.Shandong Yingtai Agriculture and Animal Husb
6、andry Technology Co.Ltd.,Ji nan 271100,China)Abstract:Heat stress is one of the major environmental stressors in the livestock and poultry farming and processing industry.Researchers from China and abroad have found that when the environmental temperature and humidity exceed the tolerance range of f
7、armed animals,they will suffer from heat stress reactions such as mental depression and reduced food intake.At this time,a series of physiological,biochemical and pathological changes such as changes in hormone levels and blood protein levels,and decreases in antioxidant capacity will occur,which ca
8、n lead to body mass loss,meat quality deterioration,or death of livestock and poultry,causing irreparable economic losses.Animal farming is an important source of meat products and an important protein source in peoples dietary structure.The decrease in meat quality caused by heat stress not only ca
9、uses economic losses,but also causes food nutrition and safety issues.This article summarizes the definition of heat stress in livestock and poultry,the behavioral and physiological response mechanism of heat stressed livestock and poultry,the impact of heat stress on meat quality,and the management
10、 measures for heat stress relief.It is hoped this article will provide a reference for the identification of and relief strategies for heat stress response in livestock and poultry.Keywords:livestock and poultry farming;heat stress;changes in meat quality;research progressDOI:10.7506/rlyj1001-8123-2
11、0230509-042中图分类号:TS251.1 文献标志码:A 文章编号:1001-8123(2023)07-0071-08收稿日期:2023-05-09基金项目:山东省重大创新工程项目(2021CXGC010809);国家肉羊产业技术体系屠宰与分级分割岗位建设专项经费(CARS-38);山东省羊产业技术体系产后处理及加工岗位建设专项经费(SDAIT-10-10);山东省中央引导地方科技发展专项资金项目(YDZX2022135);山东省农业科学院农业科技创新工程项目(CXGC2023B06)第一作者简介:王玥(1993)(ORCID:0009-0008-9335-0777),男,学士,研究方
12、向为热应激对肉品质的影响。E-mail:*通信作者简介:王维婷(1981)(ORCID:0000-0002-1431-3011),女,研究员,博士,研究方向为肉类加工与贮藏保鲜。E-mail:722023,Vol.37,No.7专题论述肉类研究MEAT RESEARCH中国肉类食品综合研究中心CHINA MEAT RESEARCH CENTER引文格式:王玥,白秀玉,李强,等.环境热应激对畜禽养殖及肉质影响的研究进展J.肉类研究,2023,37(7):71-78.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230509-042.http:/WANG Yue,BAI Xiuyu,LI
13、 Qiang,et al.Progress in research on the effects of environmental heat stress on livestock and poultry farming and meat qualityJ.Meat Research,2023,37(7):71-78.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230509-042.http:/畜牧业是肉类食品的重要来源,是人们饮食结构中的重要蛋白来源。我国是畜牧业大国,畜牧业是我国农业农村经济的一个重要支柱,是我
14、国乡村振兴的重要经济抓手。2021年,世界肉类总产量达到3.55 亿t1,我国肉类总产量达到8 887 万t,占据世界总产量的25%,总产值已经超过4 万亿元2。近年来,我国畜牧业生产在优良品种培育、现代养殖技术、疾病防控等方面均取得了长足进步。但在畜禽养殖及屠宰加工过程中,各种环境变化引起的应激反应都会造成不同程度的损失。应激的概念最早由加拿大病理学家Hans Selye于1936年提出3,迄今已有近百年的研究历史。应激是动物遭受体内外各种非正常刺激的影响,体内产生一系列生物学反应之和,导致代谢平衡紊乱,这类非正常的刺激通常包括高温、低温、惊吓、机械损伤、疾病侵害等。随着温室效应引起全球变暖
15、愈发剧烈,夏季高温高湿导致的畜禽热应激愈发严重,畜禽养殖及屠宰加工过程中因此产生的经济损失也愈发严重,受到了业界的广泛关注。热应激主要泛指动物受到外界环境因素影响,引起机体体温升高后,为应对高温状态而产生的一系列生理反应和代谢变化4。这一应激反应是动物在长期自然进化过程中为了适应环境变化而形成的生理反应机制,在动物生理承受范围内,对于动物本身的健康状态是有益的,可以让其在高温高湿环境中更好地维持内环境稳态;但在畜牧养殖和屠宰加工过程中,由于人工环境与自然环境差异较大,这些应激反应带来的影响被放大。诸多研究表明,高温高湿引起的牲畜采食量降低、饲料利用率降低等行为,会导致生长速度减缓、出栏质量降低
16、、屠宰率下降等现象,直接影响养殖及加工经济效益5-6;热应激导致的激素水平变化会造成肉品质下降,严重情况下可能会导致PSE(pale,soft,and exudative)肉和DFD(dark,firmanddry)肉的产生7-8,这些劣质肉如果流入市场,会严重损害消费者利益。国内撰写的最早涉及热应激相关的研究发表于1982年,首次将此前在猪养殖过程中存在的“无名高热”症状确定为由高热环境引起的慢性热应激与流感并发所导致9,随后有研究较系统地阐述了“热应激综合征”的症状、病因、诊断方法及治疗方案10,而后随着我国畜牧养殖加工业发展,越来越多的研究者注意到了相关研究的重要意义。本文综合前人诸多研
17、究成果,重点介绍判断畜禽是否发生热应激的方法,热应激状态下畜禽的行为反应机制和生理反应机制,以及缓解、改善畜禽热应激状态的潜在策略,旨在为相关研究提供参考。1 热应激的判断方法在适宜的环境温度下,动物的代谢强度和产热能量会保持在一个正常的水平,这种温度称为动物的等热范围,又称代谢稳定区,当环境温度超过其代谢稳定区上限,物理调节不能维持机体热平衡,机体散热受阻,便会产生应对环境高温所产生的非特异性应答反应热应激11。热应激反应一般被分为急性和慢性2 种情况,急性热应激反应从应激开始后的几分钟持续到几天,慢性热应激反应持续时间从几天到几周不等12-14,家畜家禽多为恒温动物,其体温尤其是直肠温度相
18、对稳定,即便遭受高温高湿环境影响而发生热应激也较少产生较大的波动15,不便于快速、直观地对畜禽的热应激状态进行判断,这期间若不能及时发现畜禽的变化,及时通过各种方法对热应激状态进行缓解和治疗,将会造成更加巨大的损失。相关从业者对于如何对热应激进行判断投入了极大的研究精力,总结出一些较为准确、快捷的 判断方法。1.1 温湿度指数(temperature-humidity index,THI)为了便捷、快速地确定热应激程度,Ravagnolo16、Mader17等在奶牛的研究中,均引用了美国国家海洋和大气管理局1976年发布的牲畜高温天气压力下操作手册18中使用环境温度和相对湿度来估计热应激严重程
19、度的方法,称为THI。该计算公式至今仍被相关研究者广泛认可并使用,我国研究人员,如刘新勇等19对水牛热应激影响的研究中也间接引用了该公式对THI进行计算。当测量温度为华氏温度,THI按式(1)计算。THI=F(0.550.55RH)(F58)(1)将华氏温度转换为摄氏温度后,THI按式(2)计算。THI=0.81T(0.99T14.3)RH46.3(2)式中:F为以F为单位的干球温度;T为以为单位的干球温度;RH为相对湿度/%。不同物种的热应激判定阈值有所差异,具体情况如表1所示。732023,Vol.37,No.7专题论述肉类研究MEAT RESEARCH中国肉类食品综合研究中心CHINA
20、MEAT RESEARCH CENTER表 1 不同物种热应激程度THI判断标准Table 1 Criteria for judging heat stress levels by THI in different species物种热应激级别无轻度中度重度极重度牛17THI7474THI7979THI84THI84奶牛20THI7272THI7979THI89THI89奶牛21THI6868THI7474THI7979THI84THI84荷斯坦奶牛19THI7272THI7979THI88THI88摩拉水牛、尼里-拉菲水牛22THI7272THI7879THI89THI89山羊23THI82
21、82THI8484THI86THI86绵羊24THI7272THI7878THI88THI88注:因文献中对热应激等级界定方式不同,.文献中未界定相应热应激等级。禽类热应激相关研究大多直接使用温度作为判断标准,暂无THI判断标准25。1.2 热负荷指数(heat load index,HLI)由Gaughan等26提出的HLI是作为THI的一种改进而发展起来的判断标准,其中引入了黑球温度作为新的判断指标。黑球温度又被称为实感温度,使用黑球温度计进行测量,代表人或物体受辐射热和对流热综合作用时,以温度表示出来的实际感觉温度,相同条件下一般比空气温度更高。Godde等27对家畜的研究、Herbut
22、等28对奶牛的研究中均引用了该判断指标。HLI综合了黑球温度、空气流速和相对湿度,以期得到更加准确的判断。根据黑球温度计的阈值,HLI按式(3)(4)计算。HLI(T25)8.620.38RH1.55T0.5ve2.4v(3)HLI(T25)10.660.28RH1.3Tv(4)式中:T为黑球温度/;v为风速/(m/s)。在Gaughan等29的后续研究中,通过对17 种肉牛的研究,对HLI的判断阈值进行了划分:无热应激:HLI70;轻度热应激:70HLI77;中度热应激:77HLI86;重度热应激:86HLI96;极重度热应激:HLI86。1.3 热应激生物标志物除了通过外界环境对热应激状态
23、进行判断之外,研究者们发现部分生物标志物可以更加准确地判断畜禽是否处于热应激状态。这类生物标志物大多数为热应激作用下畜禽体内含量发生较大变化的激素、蛋白类物质。例如,Chen Siyu等30研究发现,热应激状态下荷斯坦奶牛血浆皮质醇含量超过30 ng/mL,显著高于非热应激状态下的皮质醇含量(约14 ng/mL),是常被用作热应激生物标志物的指标;Lamp等31的研究显示,在热应激状态下哺乳期荷斯坦奶牛的肾上腺素和去甲肾上腺素水平也显著升高,达到了正常状态下的2 倍水平;而Dangi等32的研究表明,巴巴里山羊热休克蛋白家族中HSP70基因对温度最为敏感,可作为热应激反应的生物标志物。2 畜禽
24、热应激行为反应机制不同品种的牲畜和禽类受到高温高湿环境影响后,会自发地通过各种行为或产生生理变化来进行调节,以维持自身处在相对稳定、健康的状态,其产生热应激反应的程度各不相同,但症状相似,主要包括体温升高、水分、蛋白质、能量和矿物质代谢紊乱等33。当环境达到热应激水平而造成畜禽体温过高时,畜禽首先会进行主动行为散热,通过寻找遮阴处、减少躺卧、加剧喘息等行为来加强散热,以降低外源热量带来的影响并维持正常体温;当主动行为反应不足以维持正常体温时,畜禽会通过减少食物摄入、加大饮水量等行为降低内源性热量的产生。研究表明,当羊受到高温高湿环境影响发生热应激时,主要通过增加呼吸频率和表皮热交换来散发体内多
25、余热量,以保持机体热量平衡34。山羊被认为是耐热性最好的物种之一,但环境温湿度水平过高时仍然会产生热应激35。童雄等23对雷州山羊、努比亚羊及其杂交F1代3 个类群的研究显示,随着THI逐渐升高到86以上,实验羊只遭受重度热应激后,生理指标(体表温度、直肠温度、呼吸频率、心跳频率)逐渐增高,反之则下降。Ribeiro等15的统计显示,不同品种的山羊在受环境影响造成体表温度发生较大变化时,直肠温度依然相对稳定,但呼吸频率和心跳频率显著提高。当畜禽热应激自发调节效果不足时,会出现攻击行为甚至死亡。例如,母猪在热应激早期行为表现为比较暴躁、咬尾、呼吸加快等;而随着热应激时间的延长,会出现精神萎靡、站
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