李啟黌，田佳迎，余哲琪，陳 忠

(海南師范大學生命科學學院，海南海口 571158)

近年來由于全球氣候變暖，熱浪襲擊的頻率和強度逐年增加，環(huán)境承載力也變得越來越脆弱。于是，不斷升高的外界溫度成為目前限制畜牧業(yè)發(fā)展的最大環(huán)境因素，尤其是在高溫高濕的情況下易引起動物的熱應激，致使動物的采食量及生理代謝等方面受到嚴重影響，進而制約著畜牧業(yè)的生產力[1-2]，導致動物的產肉量減少和生育能力降低[3]。因此，為緩解熱應激對家禽業(yè)生產質量影響的問題，研究熱應激對家禽生長、發(fā)育及生殖的作用機制顯得十分重要。

1 熱應激的產生及其對家禽生產的危害

熱應激是指在高溫高濕環(huán)境中，動物機體對熱環(huán)境所做出的非特異性生理反應的總和。隨著氣候不斷變暖，大規(guī)模的集約化生產，廠房內的高溫濕度、低空氣流速、熱輻射以及高密度養(yǎng)殖等因素均易引起家禽的熱應激，致使家禽的高生產性能以及高飼料轉換率的生產模式變得更脆弱，最終導致家禽的采食量、生長速率、產蛋量及孵育能力等方面都受到了嚴重的影響。因此，熱應激問題使家禽產業(yè)的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)[4]。

持續(xù)的熱應激會引發(fā)家禽在生長、發(fā)育、繁殖、免疫等方面的一系列不良生理反應。研究表明，熱應激不僅導致家禽無精打采，呼吸頻率加快，還致使家禽胃腸道、肝臟及腎臟的血容量減少，電解質失衡，死亡率增加。同時，熱應激也影響家禽的肉質，即胸部肌肉比例下降，蛋白質含量下降，含水率升高，脂肪積貯，乳酸積累，pH降低[5]，且籠養(yǎng)密度協(xié)同制約著其產蛋的品質[6]。熱應激還會導致家禽體內產生呼吸性堿中毒，即過度換氣使血液中CO2、HCO3-、Ca2+、K+、Na+等濃度顯著降低，酸堿失衡，造成軟殼蛋、破蛋增多，同時致使呼吸道黏膜充血和心率加快。其次，因家禽為恒溫動物，且全身覆羽，沒有汗腺，熱應激促使家禽的小腸絨毛縮短，消化酶無法正常分泌，營養(yǎng)吸收受阻[7]，影響蛋白質的利用率及營養(yǎng)轉運體的基因表達[8]，即腸道蠕動減緩，食糜滯留時間延長，消化率提高，而在家禽的采食量、飼料轉化率、體重等方面均出現(xiàn)下降趨勢。甚者，長期熱應激將引發(fā)家禽腸道的炎癥反應，最終造成壞死性腸炎。此外，熱應激阻礙家禽法氏囊和胸腺的組織結構發(fā)育，促使細胞凋亡，抗氧化性活動減弱[9-10]，血漿中IL-2、IgA、IgG、IgM、ND抗體及B細胞和T細胞的含量降低[11]，阻礙家禽生殖腺發(fā)育，影響產蛋量及繁殖率。因此，熱應激對家禽的生長發(fā)育、生產及繁殖均帶來不可估量的影響，家禽的熱應激問題也受到了人們越來越多的關注。

2 熱應激對家禽HPG軸生理功能的影響

為了抵抗高溫高濕環(huán)境引起的熱應激反應，家禽通過在HPG軸(hypothalamic-pituitary-gonadal axis,HPG axis)上合成和釋放的激素來調節(jié)自身的免疫和繁殖。例如，雌二醇對家禽的性別分化起著至關重要的作用。

2.1 熱應激對家禽下丘腦生理功能的影響

下丘腦不僅是動物機體的體溫調節(jié)中樞，其外側區(qū)還存在攝食中樞和水平衡調節(jié)中樞。研究發(fā)現(xiàn)，在行為上，當家禽出現(xiàn)熱應激反應時，其呼吸頻率加快，通常伴隨著張喙喘息，抬翅展羽，反應較為遲緩的現(xiàn)象。與此同時，熱應激家禽在攝食和飲水兩者中，較偏愛飲水，而過度飲水后常出現(xiàn)腹瀉。這主要是由于外界環(huán)境溫度超出了家禽下丘腦的調節(jié)范圍，且家禽無汗腺，所以家禽通過在行為上調節(jié)自身的生理水平，即通過增加飲水量，降低了胃腸道的消化酶濃度，攝食量降低，減少了能量的攝入，從而將體內多余的熱量隨體液循環(huán)排出體外。在細胞層面，熱應激破壞了下丘腦的組織結構，造成了下丘腦的細胞凋亡，同時導致雛雞下丘腦新生細胞的減少。尤其是在雛雞感官發(fā)育的關鍵期，熱應激的程度決定著雛雞發(fā)育之后對熱應激的反應。因此，對產前或孵化期前后的家禽進行較溫和的熱應激將有利于提高其抗熱性。在蛋白質層面，熱應激會導致雛雞下丘腦前部的微小核糖核酸-138(microRNA-138,miR-138)表達水平下降，而mi-R138可通過下丘腦抑制胞外基質中的糖蛋白——絡絲蛋白的表達，進而在發(fā)育的大腦神經元遷移等細胞間的互作，以及促進雛雞下丘腦的新一代細胞生成方面起到關鍵的調控作用。在mRNA層面，熱應激會影響肉雞下丘腦中熱休克蛋白(heat shock protein,HSP)家族的轉錄組表達，尤其使HSPCB和DNACJ13兩種熱休克蛋白基因的表達差異顯著[12]。其中，在12 h和24 h的熱應激的試驗處理下，淮南雞下丘腦中熱休克蛋白90B1(heat shock protein 90B1,HSP90B1)的mRNA表達量均大于文昌雞，并且在恢復期，文昌雞HSP90B1的表達量減少的幅度均比淮南雞大[13]。因此，淮南雞的熱應激反應表現(xiàn)更為敏感，而文昌雞則更具有耐熱性。

2.2 熱應激對家禽垂體生理功能的影響

垂體是動物機體中最復雜的內分泌腺，主要有促皮質激素細胞、促甲狀腺細胞、促性腺激素細胞、生長抑素細胞、垂體催乳素細胞這5種內分泌細胞。其中，熱應激會引起家雞垂體部位熱休克蛋白(HSP)的基因轉錄組表達量增加[14]。因此，當家禽遭受熱應激時，垂體分泌的促黃體激素(luteinizing hormone,LH)和促卵泡生成素(follicle-stimulating hormone,FSH)亦然受到下丘腦的調控，進而對性腺的作用產生影響。相關研究表明，熱應激不僅會抑制家禽垂體LH激素的分泌，而且會使幼年家禽垂體的重量和體積的增長緩慢于同期飼養(yǎng)的正常雛禽[15]。

2.3 熱應激對家禽性腺生理功能的影響

2.3.1 熱應激對家禽卵巢生理功能的影響 卵巢是雌禽個體十分重要的生殖器官。雌禽在遭受熱攻擊時，隨著熱應激程度的變化，卵巢的生長發(fā)育會受到不同程度的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，熱應激一方面會促進雌火雞催乳素的分泌和孵育行為的發(fā)生，導致產蛋期的縮短，另一方面卻導致雌火雞卵巢的退化，抑制雌火雞卵巢類固醇激素的分泌。這種家禽對抗熱應激的行為策略還亟待進一步深入研究。另外，持續(xù)熱應激不僅會導致白來航蛋雞的產蛋量減少，蛋重降低，血漿中的孕酮和雌二醇的水平下降，還會導致白來航蛋雞卵巢組織重量的下降和大卵泡數量的減少，這種熱應激使卵巢發(fā)育緩慢的不一致還需進一步研究。

另有研究發(fā)現(xiàn)，在白來航蛋雞孵化期第12天，雌雞胚的卵巢上LH受體和FSH受體的數量都遠高于雄雞胚的睪丸。因此，Akazome Y等得出雌雞性腺比雄雞性腺更早地發(fā)育為促性腺激素靶器官的結論。其中，生長激素和Ⅰ型胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor type Ⅰ，IGF-Ⅰ)還協(xié)同LH和FSH作用于卵巢上的受體，調控卵泡的發(fā)育,然而，熱應激對家禽性腺LH受體和FSH受體具體有何影響至今還未見有報道。

2.3.2 熱應激對家禽睪丸生理功能的影響 睪丸是雄禽重要的生殖器官。雄禽通過垂體分泌LH和FSH促進輸精管上皮細胞的發(fā)育和精原細胞的擴散。而熱應激會導致雄禽生精小管的橫截面積減小，生精上皮細胞的厚度增加，且生精細胞的排列變得松散無規(guī)律，睪丸組織的完整性受到了破壞[15]。同時，熱應激還導致垂體LH和FSH的分泌異常，損害睪丸的正常發(fā)育過程。另有研究通過分離睪丸組織進行微陣列分析發(fā)現(xiàn)，急性熱應激會使45周齡公雞睪丸組織的熱休克蛋白家族主要成員——熱休克蛋白25(HSP25)、熱休克蛋白70(HSP70)、熱休克蛋白90AA1(heat shock protein 90 ku alpha,class A member 1，HSP90AA1)以及Bcl-3結合抗凋亡基因(BCL2-associated athanogene 3 Gene,BAG3)的表達水平增加，在一定程度上抵御熱應激的侵害。然而，隨著熱應激強度以及時間的增加，損害程度也隨之加劇。因此，熱應激嚴重影響哺乳動物的生殖能力、精子發(fā)生、精子活力、頂體完整性以及受精過程，從而降低育種的成功率。

3 緩解家禽熱應激的措施

3.1 谷氨酰胺與γ氨基丁酸

谷氨酰胺(glutamine,Gln)是家禽機體中的一種半必需氨基酸，對家禽的肌肉生長有著十分重要的調節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，熱應激條件下的家禽對Gln的需求量有所增加，尤其是肌肉組織。因此，在飼料中添加5 g/kg～6 g/kg的Gln不僅能顯著提高熱應激肉雞的血清總抗氧化力、超氧化物歧化酶活力及谷胱甘肽過氧化物酶活力，降低血清的丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量，還能提高其胸肌和腿肌的系水力，調節(jié)因熱應激引發(fā)的糖原酵解加速導致的pH下降，從而提高雞肉的品質[16]。

研究發(fā)現(xiàn)，與在飼料中添加5 g/kg的Gln相比，添加100 mg/kg的γ氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)同樣具有緩解家禽熱應激的效果[17]。GABA是存在于動物體內的一種非蛋白質氨基酸，由前體谷氨酸經過谷氨酸脫羧酶的作用脫去α位上的羧基而形成，是一種重要的抑制性神經遞質。其中，GABA在GABA轉氨酶(γ-aminobutyric acid transaminase,GABA-T)的催化下生成琥珀酸和琥珀酸半醛，進而由琥珀酸進入三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle,TCA)。GABA還能間接轉化為Gln，進而作為腸黏膜上皮細胞和淋巴細胞的主要氮源。因此，灌喂GABA也能夠在一定程度上改善熱應激雛雞腸道的免疫功能[18]，且GABA能緩解熱應激引起的雛雞小腸黏膜中淀粉酶、二糖酶、脂肪酶等相關消化標志酶活力的下降，提高熱應激雛雞的血紅細胞數量及胴體重量，降低呼吸頻率及料重比。

熱應激會引起動物機體中HSP表達量的增加，添加Gln和谷氨酸(glutamate,Glu)的混合飼料能夠通過促進熱應激肉雞HSP70和卵轉鐵蛋白的表達來抵抗熱應激對肉雞機體的損傷[19]，而灌喂GABA能使熱應激雛雞法氏囊HSP70 mRNA的表達量減少，且一定程度上緩解了熱應激造成的損失[20]。前后二者均能緩解家禽的熱應激，但作用途徑有所差異，因此，GABA是直接抑制了HSP的表達，還是協(xié)同HSP緩解家禽熱應激等具體機制仍需探明。另外，谷氨酸不僅是精氨酸和谷氨酰胺的前體，也是GABA的前體，有研究表明,在飼料中添加10 g/kg谷氨酸不僅能夠改善熱應激導致肉雞的體重下降問題，還能減輕熱應激對小腸絨毛的損傷[21]。所以,谷氨酸不僅能通過腸細胞的氧化代謝為小腸提供能量，還能促進蛋白質的合成，緩解熱應激對家禽生長性能的損害。

3.2 維生素

維生素是家禽生長發(fā)育中必不可少的營養(yǎng)素之一。其中，由于家禽自身不能合成維生素E，而維生素E耐酸、耐熱，又能促進性激素分泌。此外，維生素A有助于細胞增殖與生長，能夠減少細胞膜上的過氧化物損傷，減少血漿中的MDA濃度，提高熱應激家禽的飼料利用率。因此，在飼料中添加維生素A和維生素E能夠提升家禽的抗氧化能力，激活卵巢的分泌功能，提升蛋雞的免疫力。研究表明，添加了維生素E和維生素C的飼料能夠改善熱應激日本鵪鶉和白來航雞的產蛋量及品質，并且飼料轉化率及蛋黃的礦物濃度也得到了提高。同時有研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中分別添加200 mg/kg維生素C和300 m/kg維生素E均能顯著改善熱應激肉雞的生產性能，減少HSP70的表達，降低血糖水平，且維生素C與維生素E混合使用效果更好[22-23]。然而，Rodrin D等[24]研究則得出維生素A、維生素C、維生素E并不能顯著提高熱應激肉雞的生長性能，出現(xiàn)與前者結果不同的原因很可能是Rodrin D等使用燈泡加溫，且濕度、空氣流速未知，因此是否引起肉雞的熱應激情況也未知。

3.3 碳酸鹽類

碳酸鹽能夠調節(jié)熱應激引起的家禽體內電解質失衡，即通過飼料補給保持家禽血液中HCO3-濃度的動態(tài)平衡，緩解高溫狀態(tài)下家禽過度喘息過程中CO2過量流失所引起的呼吸性堿中毒。其中，碳酸鹽類添加劑主要有鈉鹽和鉀鹽。研究發(fā)現(xiàn)，當日糧DEB值控制在250 mEq/kg時，喂食添加小蘇打(NaHCO3)飼料的熱應激肉雞組的生長性能較KHCO3更好，Na2CO3次之且優(yōu)于K2CO3，而Gamba J等[25]研究結果則表明日糧DEB值控制在350 mEq/kg 更有利于提升熱應激下肉雞的生產性能。另有研究表明,急性熱應激條件下，飼料中添加NaHCO3能提高來亨雞的蛋品質，即采食量增加，殼重沒有顯著變化，但殼厚變薄，蛋重和蛋產量增加；在飼料中添加2 g/kg NaHCO3能改善熱應激雛雞的采食量，減低其料重比，使其體重顯著增加；在飲水中添加240 mEq/L小蘇打的礦物摻合料(8.3 g/L NaHCO3,0.7 g/L NH4Cl,3 g/L NaCl)能降低熱應激肉雞的體溫，減少其換氣過度水平及死亡率，但對于緩解番鴨的熱應激而言，游水組的番鴨則表現(xiàn)出比小蘇打組更好的效果，將更有利于水禽產業(yè)的發(fā)展[26]。

總之，碳酸鹽類的添加量在不同家禽及不同時期具有差異性，主要是由于鹽類添加劑會使禽類產生渴覺，使其過量飲水，引發(fā)腹瀉。因此，碳酸鹽類的抗熱應激添加劑用量與投食方式還需與具體家禽品種，以及熱應激的程度相結合，進一步篩選優(yōu)化。

3.4 其他添加劑

由于熱應激會使家禽的呼吸頻率加快，導致其體內的碳酸根排出量增大，造成血液中碳酸鈣流失，蛋殼品質下降。因此，在飼料中添加1.2 mg/kg鉻或0.5 mg/kg～1 mg/kg鉻吡啶甲酸能夠緩解家禽的熱應激，具體表現(xiàn)在體征上，雌性日本鵪鶉的體重和蛋重增加，蛋殼增厚，相對密度增大，且飼料轉化率提高；但生理水平上，血漿中的白蛋白、球蛋白、脂肪和葡萄糖含量沒有顯著影響[27]。圣羅勒(Ocimumsanctum)葉粉及提取物也能夠提高肉雞的抗氧化性能，緩解熱應激對肉雞生長的影響。甘草提取物也能緩解熱應激對肉雞生理性能的不良影響，具體表現(xiàn)在血液中的紅細胞數增多，血紅蛋白濃度升高，異嗜性細胞/淋巴細胞比率下降，而在血漿中的鈣磷濃度、尿酸、葡萄糖含量均上升，天冬氨酸轉氨酶和堿性磷酸酶的活性增強，膽固醇和蛋白質含量下降。艾葉具有較強的抗氧化和清除自由基的能力。在熱應激蛋雞日糧中添加20 g/L艾葉可提高蛋雞血清中的SOD和谷胱甘肽過氧化物酶活力，降低MDA和皮質醇(cortisol,COR)含量，進而提高產蛋率，降低料蛋比[28]。甜菜堿普遍存在于植物、動物、微生物，豐富的食物來源包括海鮮、菠菜和麥麩。甜菜堿主要的生理功能是作為甲基供體和滲透物。其中，甜菜堿作為滲透物，通過維持家禽細胞內的水平衡和離子平衡，來抵抗熱應激引起家禽的脫水和滲透失衡等不良反應。另外，甜菜堿還可以促進腸內各種微生物對抗?jié)B透壓的變化，進而改善腸微生物發(fā)酵活動[4]。早期的研究表明，在家禽飼料中添加甜菜堿一方面能夠提高營養(yǎng)物質的消化率，另一方面能促進脂肪酸的分解代謝，進而減少家禽腹部的脂肪量，增加胸脯的肉產量。另外，研究還發(fā)現(xiàn)甜菜堿能降低熱應激肉鴨血液中丁酸、異丁酸、纈草酸、異戊酸的濃度水平，提高盲腸中乙酸、丙酸以及短鏈脂肪酸的水平含量，且在高溫高濕的熱環(huán)境中，限制時段喂食甜菜堿將更有利于熱應激肉雞的生長[29]。 辣椒素可通過調節(jié)熱應激鵪鶉卵巢的Rel家族核轉錄因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)和核轉錄因子like 2[nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2,Nrf2]信號通路，進而抑制卵巢的MDA和NF-κB表達，促進卵巢的Nrf2、蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/AKT)和血紅素加氧酶1表達，最終通過調節(jié)卵巢核轉錄因子來提高產蛋量，并呈現(xiàn)劑量依賴性[30]。

4 展望

綜上所述，家禽自身的抗熱性與其所處地域氣候有著密切的關系。從外界環(huán)境干擾的角度考慮，開產前熱應激將在一定程度提高家禽幼仔的抗熱性。但是，不同種屬的家禽胚胎在具體的溫濕環(huán)境進行抗熱訓練方面的問題還亟待進一步的研究探討。從生理生化的角度考慮，熱應激可引起家禽HPG軸上各組織的細胞凋亡和不同程度的損傷，探明熱應激對家禽機體的作用機制將對家禽業(yè)的發(fā)展起到至關重要的作用，但熱應激在家禽HPG軸上的具體作用機制的諸多問題還亟待解決。從營養(yǎng)攝食的角度考慮，在飼料中添加谷氨酰胺、GABA、維生素A、維生素B、維生素C、碳酸鹽等天然添加劑能提高家禽的抗氧化能力，緩解家禽的熱應激反應，但是不同種屬不同周齡家禽的具體用量及長期灌喂是否會使得家禽產生依賴性的問題還有待進一步研究。