β-胡萝卜素（Beta Carotene，BC）是一种类胡萝卜素，广泛存在于自然界中，是动物机体合成维生素A活性最强的前体物质，同时具有良好的抗氧化、促生长作用，但动物无法通过自身合成BC，只能从日粮中摄入。在奶牛养殖业，BC的研究主要集中于成母牛。研究表明，BC可显著改善成母牛的健康状态、免疫功能、繁殖和泌乳性能，但对哺乳期犊牛的研究较少。本文结合国内外研究，对哺乳期犊牛的主要应激源及BC对哺乳期犊牛的主要作用进行概述，以期为BC应用于哺乳期犊牛提供参考。
□庄豪华 易霞 彭成成 马翀 薛丰
哺乳期是奶牛整个生命周期中最脆弱的阶段，此阶段犊牛需面临断奶、转群和温度变化等多种情况，极易引发应激反应，继而影响其生长发育和健康状况。犊牛哺乳期时，身体机能尚未发育完全，无法通过瘤胃合成自身所需的抗氧化类物质，只能通过采食牛乳、代乳粉或开食料获得。当抗氧化类物质摄入不足，可使应激反应加剧。氧化应激（Oxidative Stress，OS）是指机体在清除老化细胞或遭受有害刺激时，体内的活性氧自由基等高活性分子蓄积过多，引发机体氧化—抗氧化系统失衡，导致组织或细胞损伤的一种反应。OS可使动物机体的DNA羟基化，引起膜结构损伤、蛋白质变性或脂质氧化等。奶牛在各生长阶段均可发生OS，其中哺乳期更为常见。
哺乳期犊牛的主要应激源
据曹志军等的报道，2015年我国哺乳期犊牛的发病率为45.3%，2019年为25.4%，虽然有所下降，但仍有待改善。目前，哺乳期犊牛因应激而造成牧场效益降低尚无准确的统计数据，但业内公认应激可对犊牛的生长发育造成严重影响。因此，防控犊牛应激是保障犊牛健康生长、提高牧场效益的重要一环。在哺乳期犊牛面临的众多应激源中，包含母牛产前应激、环境温度应激、断奶应激、转群应激和运输应激等。
1、母牛产前应激
妊娠母牛产前的机体氧化状态可对胎儿发育造成深远影响。研究表明，妊娠期奶牛发生OS后，可对其健康状况、免疫功能、血液指标和产奶量等造成显著的不良影响。除危害母体健康外，严重应激可导致流产，或影响新生犊牛的生长发育及其后续的生产性能。通过对其他反刍动物的研究发现，妊娠末期发生OS可导致能量负平衡加剧，继而影响后代的免疫和代谢功能。此外，Monteiro等研究发现，奶牛发生产前应激，可导致其下一胎次的产奶量和繁殖性能显著降低，且后代奶牛的总产奶量和平均日增重（Average Daily Gain, ADG）也将下降。
2、环境温度应激
热应激：1959年，Thom为描述环境温度对人体的影响首次提出了温度—湿度指数（Temperature-humidity Index，THI）。该指数随后作为评估奶牛群体热应激（Heat Stress， HS）的参考指标，应用于奶牛养殖中，其计算公式也在不断调整。2013年我国原农业部颁布的《奶牛热应激评价技术规范》中明确指出，当72≤THI≤79时，奶牛处于轻度HS；79＜THI≤88，奶牛处于中度HS；THI＞88，奶牛处于重度HS。随着奶业发展，2022年浙江省农业农村厅对此标准进行调整，将轻度HS的THI参考范围调整至68≤THI≤79，进一步优化了奶牛HS的判定标准。对于个体奶牛，可采用呼吸频率与直肠温度进行评估。通常情况下，奶牛呼吸频率正常范围为20—28次/分钟，直肠温度正常范围为38.3℃—38.7℃；在轻度、中度和重度HS中呼吸频率分别在50—79次/分钟、80—119次/分钟和120—160次/分钟，直肠温度分别在39.4℃—39.5℃、39.6℃—39.9℃和40℃以上。目前，THI应用在犊牛群体HS的阈值尚未明确，但Kovacs等基于44—49日龄荷斯坦犊牛的呼吸频率、直肠温度、耳温、心率和唾液皮质醇浓度等参考因素探索性研究了哺乳期犊牛HS的THI阈值。该研究结果发现，当78≤THI≤88时，监测指标出现显著差异，表明犊牛出现HS损伤；当THI＞88时，监测指标显示极显著差异，表明犊牛处于严重HS。
据报道，夏季出生犊牛的ADG多低于冬季出生犊牛。奶牛在哺乳期经历HS可导致其初情期推迟，发情表现不明显以及卵泡发育异常，影响其繁殖性能。在对奶牛其他生长发育和生产阶段的研究中，Nonaka等将两组后备奶牛饲养在相对湿度为60%，温度分别为33℃和28℃的环境内，结果发现33℃组干物质采食量和ADG较28℃组分别低9%和22%。2010年，Uyeno等为进一步研究HS对后备奶牛瘤胃菌群结构的影响，将奶牛饲养在相对湿度60%，温度按22℃、28℃和33℃递增的环境中，结果发现随着温度的升高，瘤胃内球形梭菌—直肠真杆菌属（Clostridium coccoides-Eubacterium rectale）和链球菌属（Streptococcus）的相对丰度升高，纤维杆菌属（Fibrobacter）相对丰度下降。其他研究发现，HS状态下奶牛瘤胃内产生的挥发性脂肪酸总量下降。挥发性脂肪酸是奶牛的主要能量来源，一旦降低，将可能影响奶牛的生长发育和生产性能。综上，HS可扰乱后备奶牛及成母牛肠道菌群的正常结构及消化功能，同时也可影响哺乳期犊牛的生长发育和繁殖性能。因此，饲养管理中尤需注意HS的防控与治疗。
冷应激：目前，我国奶牛养殖中对群体冷应激（Cold Stress，CS）的评估方法尚未统一。2010年，Mader等综合温度、湿度、风速和太阳直射时间，构建出综合气候指数（Comprehensive Climate Index，CCI），该指数可同时作为HS和CS的评估方法，其分类如下：-10＜CCI≤0，为轻度CS；-20＜CCI≤-10，为中度CS；-30＜CCI≤-20，为高度CS；-40＜CCI≤-30，为极度CS；CCI≤-40，为致死CS。THI虽广泛应用于奶牛群体HS评估，但加以优化也可作为CS的判定方法。2015年，徐明等结合CCI对奶牛THI计算方法进行调整，初步探索了奶牛CS的THI阈值，其分类如下：THI＞38，无CS；25＜THI≤38，轻微CS；8＜THI≤25，中度CS；-12＜THI≤8，严重CS；-25＜THI≤-12，极端CS；THI≤-25，致死CS。2022年，Fu等在冬季奶牛CS评估的研究中，首次建立了模糊综合评价模型。该方法不仅纳入了环境因素（温度、湿度、风速和照度）和空气质量（NH3、CO2、可吸入颗粒物）作为计算因子，还整合了奶牛生理学（呼吸频率、体表温度）和行为学（采食、躺卧、产奶）指标，较以往的评估方法更为全面。然而，对于哺乳期犊牛个体，检测直肠温度仍是判断是否发生CS最为适用的方法。有研究表明，36.1℃＜直肠温度≤37.2℃时，犊牛处于轻度CS；35.0℃＜直肠温度≤36.1℃时，处于中度CS；32.2℃＜直肠温度≤35.0℃时，处于重度CS。
通常情况下，奶牛比其他动物抗寒能力更强，但哺乳期犊牛自身脂肪储备较少、体温调节能力弱，更易受CS影响。与温暖环境相比，寒冷（＜5℃）、潮湿环境下出生的犊牛其直肠温度更低，并且需要更长时间方可站立。CS可抑制哺乳期犊牛的消化功能，当营养摄入量低于机体维持量时，犊牛将出现生长发育减缓甚至停滞、抵抗力下降，引起腹泻或肺炎等疾病。Godden等在统计冬、夏季出生犊牛健康情况的研究中发现，冬季出生犊牛的腹泻发病率较夏季出生犊牛高39%，死亡率高18%。Scibilia等研究发现，在-4℃的环境中，哺乳期犊牛的ADG、直肠温度、呼吸频率、采食量和饮水量显著低于10℃下饲养的犊牛。
3、断奶应激
目前，断奶是犊牛十分突出且影响巨大的应激源之一。断奶时，犊牛消化系统和免疫系统尚未发育完全，一旦无法适应日粮和环境的转变，易出现食欲减退或废绝，加剧犊牛断奶应激。陈天宇等调研我国23个地区的115家规模化牧场，结果发现规模化牧场中犊牛断奶日龄差异较大，其中最低为56—63日龄，占比7.1%；最高为98—105日龄，占比1.4%；而断奶日龄占比较为集中的是77—84、84—91和70—77日龄，分别为34.2%、26.7%和19.1%。该研究还分析了断奶日龄与哺乳期ADG的相关性，结果发现随着断奶日龄的增加，ADG呈现先上升后下降的趋势，77—91日龄断奶的犊牛ADG最高，而后随着断奶日龄的延长而逐渐下降，这表明断奶日龄能够显著影响犊牛的ADG。
犊牛发生断奶应激一方面可能是由于过早断奶造成，另一方面可能是由于突然断奶引起。研究表明，犊牛断奶期间肠道菌群结构紊乱，乳酸菌数量急剧下降，大肠杆菌和沙门氏菌数量显著增加；还可引起肠黏膜细胞脂质过氧化，造成肠道通透性升高，继而使得进入肠腔内的水和离子增加，导致犊牛腹泻；降低犊牛免疫力，导致呼吸系统的感染，引起犊牛肺炎等疾病。因此，断奶应激严重影响犊牛生长，增加疾病易感性。
4、运输应激
运输过程中动物面临诸多外界刺激，易造成运输应激。哺乳期犊牛维持机体体温和抗氧化调节的能力较弱，长途运输时常出现应激症状。Knowles等研究发现，与6月龄犊牛相比，1月龄犊牛经历长途运输后，体重下降和脱水症状更为明显，并且运输时长达24小时的犊牛比运输8小时体重下降更显著。有学者研究犊牛运输前后的血液指标发现，犊牛经历运输后，其血浆皮质醇、非酯化脂肪酸、尿素、β-羟基丁酸、红细胞压积、中性粒细胞、嗜碱性粒细胞和白细胞数量均显著升高，表明犊牛处于应激状态。
5、转群应激
犊牛转群通常在完全断奶后。该阶段犊牛将短时间集中面临断奶、运输和转群等应激。大量研究表明，犊牛在转群后的数天内，采食量和饮水量下降，腹泻、肺炎发病率升高。在多种应激源共同作用下，如何优化饲养管理流程，使犊牛健康平稳地完成断奶转群是牧场管理者需重点关注的问题。目前，规模化牧场哺乳期犊牛多采用犊牛岛单独饲养，直至断奶后。为缓解转群应激，可在断奶后继续在原地单独饲养犊牛2周，完成过渡后再转入断奶圈（30—40头）混群饲养；也可在断奶后转入过渡圈（8—12头）小群饲养1周，待断奶犊牛适应群体饲养后再转入断奶圈，以缓解转群应激。
β-胡萝卜素对哺乳期犊牛的主要作用
1、抗氧化应激
BC作为一种非酶促抗氧化剂，能够减少细胞内脂质氧化物产生，缓解OS。2021年，孙智媛等综述了BC抗氧化机制，认为其机制可能有以下几项：①BC具有多个共轭多烯双键，可以与自由基结合使其失活，达到清除自由基作用；②番茄红素具有猝灭单线态氧的作用，而BC的分子结构与其相似，可能也具有相似的功能。单线态氧是激发态的活性氧，Telfer等研究发现，如果中心色素蛋白-BC复合体中结合的BC从2个减少到1个，单线态氧的数量则会快速增加。因此，Telfer认为BC可以作为单线态氧的有效猝灭剂；③激活Nrf2 mRNA 表达，促进抗氧化酶的生成。Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）-核转录因子E2相关因子2（Nrf2）-抗氧化反应元件（ARE）是近些年在抗细胞OS领域发现的重要信号通路，Nrf2在该通路中起到激活作用。研究表明，机体发生OS后Nrf2浓度会下降，但是BC可以上调Nrf2 mRNA的相对表达量，因此BC可通过该信号通路调控机体的OS。
在反刍动物研究上，刘明美等发现，在日粮中以27.5毫克/天添加BC时，山羊血清的超氧歧物氧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和总抗氧化能力水平均高于对照组，但无统计学差异；当增加至82.5毫克/天时，检测指标均极显著高于对照组，并且处理组山羊血清丙二醛水平极显著低于对照组。严宏祥在对白山羊饲喂BC的研究发现，高剂量组（82.5毫克/天）的抗氧化能力显著优于中剂量组（55毫克/天）、低剂量组（27.5毫克/天）和未添加组。以上研究表明，BC可增强山羊的抗氧化能力，且效果与剂量呈正相关，但并未确定最佳饲喂量。Khemarach等对处于HS状态下的奶牛饲喂BC发现，奶牛补充BC后血清与牛乳中超氧歧物氧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶水平显著升高，牛乳总抗氧化能力提高，犊牛采食该牛乳后有助于增强机体抗氧化能力。Prom等对产前21天的奶牛每天饲喂800毫克BC的试验也得到相似的结论，且发现血清中γ-谷氨酰转肽酶和谷氨酸脱氢酶活性显著降低，进一步验证了BC对动物机体的抗氧化作用。
2、提高平均日增重
ADG是反映哺乳期犊牛生长发育的重要指标。Aragona等对产前奶牛每天补充700毫克BC直至产犊，探究对新生犊牛后续生长情况的影响，结果发现犊牛哺乳期的ADG高于对照组，但无统计学差异。犊牛ADG受管理、营养和疾病等多因素影响，并且BC直接饲喂犊牛的研究开展较少，因此BC对哺乳期犊牛生长发育的实际作用仍需更多研究进行探索。
3、抗炎作用
BC在奶牛炎症反应中具有抗炎作用，可能是控制炎症反应潜在的辅助手段。Duquette等评估BC对犊牛呼吸道综合征模型的抗炎作用，该研究初始阶段进行的体外细胞试验发现，健康奶牛的中性粒细胞和巨噬细胞经BC（8.3微克/毫升）处理后，促进了中性粒细胞凋亡且增强了巨噬细胞的吞噬作用。而其他学者的研究表明，具有促进中性粒细胞凋亡的治疗方法能够促进炎症的消退。随后，在犊牛呼吸道综合征模型的肺泡灌洗液中Duquette等的发现得到了验证。因此，该研究初步结果认为，BC可能是一种新的非抗生素治疗方法，能够缓解与牛呼吸道综合征相关的炎症反应。McDougall研究发现，按300毫克/（头·天）饲喂BC可提高细菌型乳房炎的治愈率，降低乳房感染的发生率和临床型乳房炎的发病率。因此，在奶牛乳房炎防控方案中可考虑使用BC作为辅助措施。
4、增强免疫力
BC可提高动物机体的特异性免疫和非特异性免疫功能，降低发病风险。Ishida等对日本和牛按照500毫克/天饲喂BC后发现，初乳IgG浓度和血浆BC浓度显著提高。Otomaru等对2周龄犊牛按照20毫克/天补充饲喂BC以及Chew等对3月龄犊牛按照200毫克/天补充饲喂BC，均发现犊牛血液中淋巴细胞和CD4+细胞的数量显著增加。研究发现，腹泻犊牛的血清BC含量低于正常犊牛，且腹泻率与含量成反比。以上研究表明，BC可提高牛乳中免疫球蛋白的数量，间接起到促进哺乳期犊牛生长发育的作用；可直接促进动物免疫器官的发育，快速增强其抵抗力。但目前BC饲喂哺乳期犊牛尚无推荐剂量，量效关系也未明确，因此需要继续深入研究。
综上所述，犊牛在哺乳期的生长发育过程中面对外界刺激更加敏感，更易引起应激反应，而BC在缓解动物机体OS上具有良好作用，并且可改善由应激导致动物ADG下降、发生炎症、免疫力减弱等的负面影响。因此，在哺乳期犊牛的饲养中，通过补充饲喂BC缓解动物应激可能具有良好前景。
小结
哺乳期犊牛机体发育不全，抵抗力弱，易发生应激反应。一旦抗氧化类物质摄入不足，机体无法调节OS，严重影响其健康生长。BC因具有抗氧化、促生长、增强免疫力和缓解炎症反应等多种作用，符合哺乳期犊牛的营养需求。但是，目前BC应用于哺乳期犊牛的研究较少，其中推荐饲喂量和量效关系亟需研究。
（庄豪华 易霞 彭成成 马翀单位：中国农业大学动物医学院；薛丰单位：帝斯曼维生素有限公司）