**综合生物学响应界定亚热带气候下Murrah水牛犊牛的热中性区**

《Animals》：Integrated Biological Responses Define the Thermoneutral Zone of Murrah Buffalo Calves in a Subtropical Climate

　　

本研究旨在精确调控的环境条件下建立Murrah水牛犊牛的热中性区（Thermoneutral Zone，TNZ）。六头健康犊牛（8–10月龄）在人工气候室（psychrometric chamber）中依次暴露于逐步降低（24–15 °C；温度-湿度指数（Temperature-Humidity Index，THI）：72.45–58.98）和逐步升高（25–40 °C；THI：73.49–90.32）的环境温度，温度间隔为3 °C。每个暴露温度在循环条件下（12小时暴露与12小时热中性恢复）维持连续10天。记录生理反应和体表温度（Body Surface Temperature，BST），并于第10天15:00采集血液样本。采用SegReg软件进行分段回归分析，以识别下临界温度（Lower Critical Temperature，LCT）和上临界温度（Upper Critical Temperature，UCT）及相应的THI阈值。不同响应参数的LCT范围为18.06–19.14 °C，其中脉搏率（Pulse Rate，PR）的断点（Breakpoint，BP）为18.60 °C（SE_BP = 0.634），血红蛋白（haemoglobin）为18.15 °C（SE_BP = 0.945），淋巴细胞（lymphocytes）为18.15 °C（SE_BP = 0.189），粒细胞（granulocytes）为18.24 °C（SE_BP = 0.404），活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）为19.14 °C（SE_BP = 1.09），超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）为18.15 °C（SE_BP = 23.9），皮质醇（cortisol）为18.06 °C（SE_BP = 4.2）；呼吸率（Respiratory Rate，RR）、直肠温度（Rectal Temperature，RT）、白细胞总数（Total Leukocyte Count，TLC）以及热休克蛋白（Heat Shock Protein，HSP）70/HSP90表达未检测到明确的LCT。不同部位的BST在约20–21 °C之间呈现LCT。PR、RR和RT的UCT分别为28.9 °C（SE_BP = 0.892）、28.6 °C（SE_BP = 0.843）和29.2 °C（SE_BP = 1.16）。BST和红细胞参数均未呈现明确的UCT，但BST随暴露温度升高而逐渐增加。TLC、淋巴细胞百分比和粒细胞百分比的UCT分别为28.15 °C（SE_BP = 0.753）、28.15 °C（SE_BP = 0.497）和32.65 °C（SE_BP = 14.20）。皮质醇的UCT为28.15 °C（SE_BP = 5.52），而ROS和SOD的UCT分别为28.75 °C（SE_BP = 4.67）和34.15 °C（SE_BP = 6.55）。HSP70和HSP90的断点分别出现在35.35 °C（SE_BP = 1.32）和34.30 °C（SE_BP = 2.11）。综合关键生理及系统性响应指标（BST除外），TNZ范围为19.14–28.15 °C。这些研究结果提供了水牛犊牛热生理反应的多层次特征描述，并支持采用综合生物学指标来界定受控环境下的热中性条件。所估算的TNZ（19.14–28.15 °C）为Murrah水牛犊牛的饲养管理提供了实用参考。生产者应监测畜舍温度，在温度接近或超过约28 °C时考虑通风、遮阴和空气流动，并在温度降至约19 °C以下时提供防寒保护，这可能有助于减轻热应激并维持正常生理功能。

**论文解读：综合生物学响应界定亚热带气候下Murrah水牛犊牛的热中性区**

**一、研究背景与问题提出**

热中性区（Thermoneutral Zone，TNZ）被定义为动物无需额外消耗能量用于产热或散热即可维持生理稳态的环境温度范围，其下限和上限分别由下临界温度（Lower Critical Temperature，LCT）和上临界温度（Upper Critical Temperature，UCT）界定。当环境温度超出TNZ时，动物会启动体温调节反应以维持核心体温，低于LCT导致冷应激，高于UCT则引发热应激，两者均会损害代谢效率和整体健康。尽管TNZ已在多种家畜中利用生理参数加以定义，但其范围因物种、品种、年龄和生理状态而异，已有报道欧洲牛的TNZ为?1至+10 °C，印度牛为10至26 °C，瘤牛（zebu）犊牛为18至30 °C。

水牛（Bubalus bubalis）虽与瘤牛在解剖和生理上有若干相似之处，但其体温调节效率因独特特征而存在显著差异：深色皮肤增强太阳辐射吸收，汗腺密度和活性较低限制蒸发散热，较厚的皮肤和稀疏的被毛降低皮肤散热效率，使水牛更依赖滚泥等行为冷却机制。这些特征导致水牛对热应激和冷应激均具有更高的易感性，因此需进行物种特异性的TNZ测定。犊牛因体表面积与体重之比较大、瘤胃发酵功能尚未发育完善导致内源性产热有限，尤其易受冷应激影响。然而，在水牛尤其是水牛犊牛中，利用综合生理生化指标系统界定LCT、UCT及相应THI阈值的研究仍然有限。因此，本研究旨在通过综合生物学指标确定Murrah水牛犊牛的TNZ及相关热阈值，为制定有效的热应激缓解策略提供依据。

**二、主要关键技术方法**

本研究在印度Mathura的DUVASU兽医生理学系生物气候学实验室进行，地处半干旱气候区。研究对象为6头8–10月龄、体重120–150 kg的健康雄性Murrah水牛犊牛，实验前在通风良好的前室中适应10天。实验在人工气候室（psychrometric chamber）中分两个阶段进行：热应激阶段将温度从25 °C逐步升高至40 °C（间隔3 °C），冷应激阶段将温度从24 °C逐步降低至15 °C（间隔3 °C），每个温度维持10天，每天循环暴露12小时后在25 °C、65%相对湿度下恢复12小时。在第10天15:00记录生理参数和体表温度（BST）并采集血液样本。THI采用National Research Council（1971）公式计算。BST使用FLIR红外热像仪记录六个解剖部位。血液分析包括自动血液学分析仪测定血液学参数、ELISA法测定血浆皮质醇和SOD活性、基于过氧化氢浓度的96孔板法测定血浆ROS水平，以及从外周血单个核细胞（PBMCs）提取RNA后通过实时定量PCR检测HSP70和HSP90基因的相对表达（以GAPDH为参照基因）。统计分析采用SegReg软件进行分段回归分析，识别各响应变量的温度断点（breakpoint），断点在降温暴露中解释为LCT，在升温暴露中解释为UCT，p < 0.05为显著。BST因反映外周热交换而非内部稳态调节，被排除在最终TNZ估算之外。

**三、研究结果**

**（1）生理反应**

PR的LCT出现在18.60 °C，对应THI为64.50；RR和RT未检测到明确的LCT，两者随温度下降逐渐降低。在热暴露条件下，RR、PR和RT的UCT分别为28.60 °C、28.90 °C和29.20 °C，相应THI阈值分别为78.03、78.37和78.71。PR是对降温最早出现统计学显著反应的生理参数，而RR、PR和RT在热暴露中均表现出明确的温度阈值。

**（2）红外热成像**

不同解剖部位BST的LCT在20.58–21.12 °C之间，具体为：眼球21.12 °C、鼻镜20.94 °C、臀部20.94 °C、颈部20.58 °C、前额21.03 °C，而耳廓未检测到显著断点。各部位BST均未呈现明确的UCT，而是随温度升高进行性增加。BST的反应早于核心生理变量，表明其可作为冷暴露中外周体温调节反应的早期指标。

**（3）血液学参数**

血红蛋白的LCT出现在18.15 °C，而红细胞计数和红细胞压积在降温中均无断点。三种红细胞参数在升温中均未观察到UCT。白细胞参数方面，淋巴细胞百分比和粒细胞百分比的LCT分别为18.15 °C和18.24 °C，白细胞总数无LCT。TLC和淋巴细胞百分比的UCT均为28.15 °C，粒细胞百分比的UCT为32.65 °C。淋巴细胞百分比是对冷热应激均最早响应的白细胞指标。

**（4）氧化应激与内分泌反应**

ROS和SOD的LCT分别为19.14 °C和18.15 °C。在热暴露下，ROS的UCT为28.75 °C，SOD的UCT为34.15 °C，ROS的断点早于SOD，提示可能存在ROS生成与抗氧化能力之间的短暂失衡。皮质醇的LCT为18.06 °C，UCT为28.15 °C（对应THI 77.39），表明水牛犊牛在相对较低的冷热应激水平即启动内分泌应激反应。

**（5）分子反应**

HSP70和HSP90的表达随温度下降进行性降低，未呈现明确的LCT。两基因的UCT分别出现在35.35 °C和34.30 °C，对应THI分别为85.44和84.33，约比生理UCT（28.6 °C）高出6 °C，表明分子层面的热应激反应在更高热负荷下才明显出现。

**（6）TNZ的整合确定**

将各参数具有统计学支持的LCT和UCT绘制于统一温度轴上，最高LCT为19.14 °C（来自ROS），最低UCT为28.15 °C（来自TLC、淋巴细胞百分比和皮质醇）。据此，Murrah水牛犊牛的操作性TNZ为19.14–28.15 °C，上临界THI约为78。在冷应激下，BST为早期外周反应指标，PR和皮质醇为后续系统性反应指标；在热应激下，淋巴细胞百分比和皮质醇为较早出现统计学显著反应的指标。

**四、讨论与结论**

本研究通过整合生理、血液学、生化、氧化应激和分子指标，克服了单纯依赖RT确定TNZ的局限性。研究结果揭示，BST虽对环境温度反应灵敏且早期，但作为外周指标主要受环境热交换影响，不宜作为TNZ边界的主要决定因素。Murrah水牛犊牛的TNZ（19.14–28.15 °C）较Sahiwal瘤牛犊牛的TNZ更窄，反映水牛犊牛对冷热应激的耐受性更低，其散热和保温能力均存在结构性限制，因此对适度温度偏离即表现出生理敏感性。本研究的局限性包括受控气候室条件下样本量有限、未对SegReg模型进行残差正态性和方差齐性的正式诊断，以及顺序暴露设计可能引入顺序效应或适应效应，因此所报告的TNZ和断点应视为操作性生理参考值而非绝对生物学边界，未来需在更大规模和田间条件下进行验证。

研究结论为：Murrah水牛犊牛在冷应激和热应激条件下均表现出明确的生理、血液学、氧化应激、内分泌和分子反应，综合多指标较单独依赖RT能更准确地估算TNZ（19.14–28.15 °C），并确定上临界THI约为78。这些热阈值为自动化气候控制系统和早期预警管理策略提供了实用参考，有助于预防热应激、保障犊牛福利和生产性能。总体而言，研究结果强调了水牛犊牛热中性范围狭窄的特点，提示夏季需较早启动降温干预，冬季需较早提供保温支持。