光照对奶牛生产性能影响的研究

文/葛旭升 王国艮

〔内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司〕

光照作为与自然界生物息息相关的环境因子，影响着几乎所有生物的生理机能，不仅在动物机体的代谢过程及生命活动中起直接作用，而且还起着信号作用，即光照的周期性变化，使动物按着光的信号全面调节其生理活动，影响着动物的生长发育、生产和繁殖。研究表明，光照能够对畜禽的生理机能和生产性能产生显著影响。在家禽生产中，通过增加光照时间，可以大幅度地提高禽类的产蛋率[1]。而相关研究指出，光照对奶牛生产性能也会产生影响，长光照光周期可以提高泌乳牛产奶量，短光照光周期可以促进干奶牛乳房健康、增强机体抵御疾病的能力及分娩后对长光照光周期的反应能力[2]。

1 光照影响奶牛生产性能的原理

普遍认为光照影响哺乳动物生长发育和生产力的途径是通过视神经感受光刺激，经神经调节影响松果腺和下丘脑促甲状腺素释放激素、褪黑素的释放，进而调节腺垂体活动，引起一系列内分泌的变化，如催乳素、生长激素、甲状腺素等的发动和维持泌乳[3]。奶牛的光感受器在视网膜上，当光刺激到奶牛的视网膜光感受器时，将通过“视网膜-下丘脑神经”等一系列的中间神经元对松果腺发出抑制信号。而褪黑素是光周期反应的中间调节物，其合成途径中的限速酶活性会受到光照的抑制，当奶牛受到光照时，其松果腺分泌的褪黑素就会降低，当奶牛处于黑暗期时，光照对其抑制作用就会解除，松果腺分泌的褪黑素将会增加，因此奶牛主要是依靠松果腺对光周期做出反应。实验表明，将奶牛致瞎和切除松果腺将会导致奶牛持续释放褪黑素，并丧失对光周期的反应。奶牛对光照时间的编码取决于分泌高浓度褪黑素的持续时间，这一持续时间的长短决定了奶牛相对光照时间的长短。奶牛光周期持续反应的关键特征是必须有黑暗期。如果奶牛连续进行光照而不进入黑暗期，一方面会使奶牛丧失对光照时间的敏感性，另一方面还会打乱奶牛的生物钟，影响其休息。正因为奶牛褪黑素的分泌模式影响着体内其他激素的分泌，因此光周期的内分泌作用导致了奶牛在生长、繁殖、泌乳等方面的生理变化[4]。

随着光照时间的延长，奶牛血液中褪黑素保持高浓度的时间将会缩短。褪黑素的分泌模式影响其他激素的分泌，尤其是催乳素（PRL）和胰岛素样生长因子（IGF-I）。而提高奶牛产奶量的关键就是控制奶牛体内IGF-I浓度的变化。有研究表明，类GIF-I可以调节长光照的催乳反应，长光照确实可以增加青年牛及泌乳牛的IGF-I含量，从而导致产奶量增加。这种IGF-I含量的增加与体内血液激素变化无关，模拟短光照的褪黑素对长光照诱导的IGF-I增加有抑制作用。但饲喂褪黑素对奶牛产奶量没有影响，目前对其内分泌机制了解还不够深入[5]。另外褪黑素还会影响奶牛生长激素（BST），光照与BST发挥作用的途径稍有差异。长日照与BST联合作用产生了加性效应提高奶牛产奶量，但是过长的光照时间有可能会使奶牛体内激素分泌紊乱而导致其泌乳能力下降[6]。

2 合理光照对奶牛生产性能的影响

2.1 光照时间

国内外很多实验结果表明，奶牛明暗交替的最佳节点是16 h光照，8 h黑暗，可以使产奶量达到最大。光照可以抑制褪黑素的分泌，而黑暗刺激褪黑素的分泌，这种交替变化能够最大限度刺激奶牛体内产生一系列激素反应，最大程度地发挥奶牛的生产性能。

通过延长光照时间，能够有效增加奶牛产奶量和采食量。李吉明等研究发现，当冬季对奶牛进行人工光照时，实验组奶牛产奶量增加了9%～12%；当夏季对奶牛进行人工光照时，对实验组奶牛的产奶量、采食量影响不显著[7]。通过研究奶牛光照时数在9.5 h、15 h和18 h条件下的产奶量、采食量和产后生殖系统机能的变化，发现奶牛总光照时数为15 h时能最有效地发挥其生产性能[8]。

Tucker等通过光照对比试验，设计每群奶牛中的一半除了自然光照外，每天补充光照16～16.25 h，另一半作为对照组。对照组每天光照总量不超过13.5 h，即自然光照与管理工作所需照明用光照之和。结果表明，试验组比对照组每天多产奶2.2 kg[9]。

通过增加光照影响奶牛的产奶量需要在2～4 周后才会产生作用，这种影响是渐进式的，但也是持续可重复的。研究表明，给奶牛增加光照，会增加5%～16%的产奶量，大部分会增加8%～10%。长光照周期下，泌乳牛的采食量比自然光周期下明显提高。奶牛产奶量的增加会导致其采食量的增加，因为奶牛需要通过采食更多的饲料来补充能量。但是采食量的增加并不等同于产奶量的增加[10]。Tucker等通过实验限制奶牛采食，补充光照，在采食量无明显增加的情况下，产奶量却有显著提高，这可能是由于光照刺激提高了奶牛对饲料的利用率[3]。

然而，极端的长光照，例如提供24h的连续光照并不能带来效益。美国马里兰州立大学的研究表明，奶牛在不间断光照和自然光照的情况下产奶量无明显差异，所以极端的长光照并不能带来效益。而且一天中没有黑暗期，奶牛无法把握一天的长度，反而会导致奶牛失去对增加光照时间的反应能力，导致激素的分泌紊乱[10]。而产奶量最高的光照和黑暗分配时间应该是：每天光照16 h，黑暗8 h，这样的时间分配可提高7%～10%的产奶量。

大量研究表明，长光照光周期可以提高泌乳牛产奶量，短光照光周期可以促进干奶牛乳房健康，增强其机体抵御疾病的能力及分娩后对长光照光周期的反应能力[11]。但长光照和短光照光周期要交替变化才能达到上述目的。

2.2 光照强度

关于光照强度对奶牛生产性能影响的报道相对较少，普遍认为关照强度为200 勒克斯以上能有效提升奶牛生产性能。邱伯根在分析光照对奶牛生长发育和泌乳的影响时提出，光照强度为200 勒克斯，持续时间18～20 h，总产奶量提高了10%，而采食量未增加[3]。Marek等和peters等分别采用（132±9）勒克斯和（114～207）勒克斯的光照强度进行对比，发现奶产量及牛体重提高7%～15%[3]。研究报道，经产奶牛产奶量与光照强度呈线性正相关，不同研究者所采用的光照强度差异很大（10.4～207）勒克斯，但都得到了光照显著性的实验结果[3]。早在1977年就有报道指出，每日最佳照明时间应为14～16 h，照明强度至少为100 勒克司[12]。

李璟辉等研究指出，如果泌乳牛每天接受16～20 h，光照度为160～220 勒克斯的光照，再结合6～8 h的黑暗期，奶牛的产奶量会提高8%～10%[10]。这种光照模式通常被称为长光照光周期模式（LDPP）。

2.3 光照颜色

有报道指出，与人类不同，牛的视网膜上只有2 种视锥细胞，这也就导致了牛对长波长的红光敏感，对短波长的蓝光不敏感。衡量牛舍的照度不能仅仅用是否达到200 勒克斯为标准，而必须从奶牛的角度来衡量，在蓝光的环境中奶牛的感觉依然是黑暗的，但这种不同也有好处，牧场在夜间工作可以使用蓝光照明，这样可以不打扰奶牛休息，减少应激[12]。另外一些研究指出，暗红色的光不会影响牛对黑暗的感知能力。牧场中可以采用低强度的红光光源（7.5 瓦的灯泡），安装间隔6～9 m，离地3 m，这样既不会扰乱奶牛对光周期的反应，又可为管理人员观察奶牛提供足够的光线[10]。

1998年，Gerald用闪烁视网膜电图测光法发现，因为先天缺失了感受绿光的视锥细胞，牛可以区分长波长的红光和短波长的蓝光，但是对长波区内部的光却缺乏分辨能力，因此红色、橙色、黄色以及绿色对牛来说只是不同深浅的一种颜色[13]。不过，因为牛的蓝色视锥细胞可以感受波长较长的蓝光，所以，牛对长波光的辨别能力得到了一定程度上的补偿[14]。2002年的一项行为学研究表明，牛可以辨认出长波长和中波长的光（红色和绿色），却不能很好地分辨中波长和短波长的光（绿光和蓝光），这个结果看起来和生理学的研究有一些矛盾。这可能与研究中使用的光源波长较宽有关，中波长的绿光和短波长的蓝光有较大的重叠，牛的绿色视锥细胞和蓝色视锥细胞可以被同时激活，使得牛可以分辨出红绿。

综合分析可见，牛的视觉大致介于普通人和红绿色盲之间——虽然能感受到红色和绿色有一些差别，但分辨能力不敏锐，光的颜色对奶牛生产性能的影响，现在报道的相对较少，需要更多的研究支持。

3 结论

在奶牛养殖管理日益精细化、科学化的环境下，合理利用光照这一廉价的资源，对牧场降本增效、提升竞争力有很大的实际意义。合理的光照首先体现在光照周期的管理，持续光照不会带来持续生产能力的提升，需要明、暗结合才能更好的发挥效果，结合多项研究，泌乳牛推荐使用15～18 h光照时间，6～9 h黑暗时间。而在光照强度的选择上，需要达到160 勒克斯才能满足需求，在200 勒克斯以上，能更好提升奶牛的生产性能。另外，在牛舍照明灯的选择方面，虽然奶牛的视网膜上只有2 种视锥细胞，对红绿颜色分辨能力不敏锐，但没有更多的研究表明何种颜色的光对奶牛影响更大，这方面的工作需要更多的研究者后期给予关注。

总之，合理利用适当的光周期管理技术，奶牛的生产效率可以大大提高，是为牧场主提高生产效率和经济利益的一个有效工具。