國外奶牛生產性能測定的發(fā)展現狀與啟示

文│劉丑生 李麗麗 劉婷婷 白文娟（全國畜牧總站）

國外奶牛生產性能測定的發(fā)展現狀與啟示

文│劉丑生 李麗麗 劉婷婷 白文娟（全國畜牧總站）

生產性能測定（DHI）是引領和支撐奶業(yè)轉型升級的關鍵措施，是實現分散養(yǎng)殖向規(guī)模養(yǎng)殖升級、數量擴張型向質量效益型轉變的技術手段，也是傳統(tǒng)奶牛業(yè)向現代奶牛業(yè)轉型的重要標志。DHI因能顯著提高奶牛場牛群品質及經濟效益，被世界各國廣泛采用。世界上奶牛業(yè)發(fā)達國家如荷蘭、美國、加拿大、瑞典、日本等都是較早開展DHI的國家。

荷蘭奶牛生產性能測定工作開始于1852年，是世界上最早開展奶牛生產性能測定的國家。美國從1883年就開始對個體牛產奶量進行記錄。此后，1923年美國Babcock研究所開始測定牛奶中的乳脂率，主要是為了防止牛奶加水的行為，從而開啟了乳成分測定的歷史，其后隨著育種及牛場生產管理的需要而逐漸開始蛋白率、體細胞數、尿素氮等指標的測定。在數據記錄形式上，經歷了手工記錄、計算機記錄和現在的網絡平臺記錄等。在數據利用上，美國DHI測定數據自1928年就開始用于公牛的遺傳評定，在最初相當長的一段時間DHI測定主要為育種及科研服務。

加拿大產奶記錄計劃首次正式開業(yè)于1904年，在整個20世紀中，由DHI代理機構對全國奶牛生產者提供全方位的服務。就行業(yè)部門來說，隨著測定中心管理和集中度的提高，DHI數據中心由以前的11個合并為目前的2個。

1953年，美國、加拿大兩國正式啟動了“牛群遺傳改良計劃”，側重于對奶牛場生產的服務和奶業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，取得了巨大的經濟效益和遺傳進展。以美國為例，1953年奶牛頭數為2169.10萬頭，總奶量為5453.2萬噸，平均單產2524千克；1967年奶牛頭數下降到1340萬頭，單產約4015千克；2004年奶牛頭數899萬頭，總奶量達到7502萬噸，平均單產達到8512千克，最優(yōu)牛群平均產奶量達12382千克；2013年，美國奶牛存欄數為922.1萬頭，總奶量為9125.7萬噸，平均產奶量在10000千克以上（有機牧場除外，平均單產7000千克），最高一個牛場平均單產在14000千克，體細胞數均在30萬以下，微生物均在1萬以下，淘汰率在40%左右，并且牛奶的有效成分也不斷提高。

一、主要國家奶牛生產性能測定情況

世界各國都積極采用DHI方案，參加生產性能測定的奶牛數越來越多。表中列舉了ICAR（國際動物記錄組織）公布的主要國家DHI測定的情況（表1）。

表1 2013年參加奶牛生產性能測定主要國家情況（來源ICAR）

二、國外奶牛生產性能測定組織體系

歐洲DHI實驗室的儀器自動化程度高、檢測設備數量多、檢測質量體系完善、服務及時是有目共睹的，DHI測定為公牛站選育優(yōu)秀公牛、為奶牛場指導生產做出了很大的貢獻。

荷蘭QLIP檢測公司是一家私營性質的第三方檢測機構，在荷蘭乳品管理局的監(jiān)管下開展活動，主要開展農場審核、乳制品檢驗和認證及牛奶和乳制品分析三大項目。DHI檢測指標主要有脂肪、蛋白質、乳糖、尿素氮、酮體、體細胞數等，還可以根據需求進行其他測試如沙門氏菌、妊娠試驗等。檢測費用由奶農自己支付。

德國養(yǎng)牛業(yè)協(xié)作體系由德國養(yǎng)牛業(yè)綜合協(xié)會（ADR）統(tǒng)一管理，下有產奶性能及奶質檢測協(xié)會（DLQ）、肉牛育種協(xié)會（BDF）、德國荷斯坦協(xié)會（DHV，主要是黑白花荷斯坦，紅白花荷斯坦，紅牛，澤西種乳牛）、南德牛種培育及授精組織工會( ASR，主要是德系西門塔爾牛，瑞士褐牛，黃牛)。

DLQ由德國農業(yè)監(jiān)控協(xié)會（LKV）、奶質檢測實驗室（MQD）以及數據處理中心（VIT）構成，主要服務于有意參加動物生產性能和質量測定的企業(yè)。LKV有16家檢測協(xié)會，將數據集中起來統(tǒng)一處理，下設奶質控制部門、中心實驗室和數據處理部門。MQD主要對牛、山羊、綿羊進行生產性能測定，測定項目主要有產奶量、乳成分（脂肪和蛋白）和體細胞；對牛奶及奶制品質量進行檢測，測定項目有微生物、乳成分、體細胞、冰點、抗生素、物理性狀等，同時也對外提供培訓、技術咨詢、數據處理及個性化牛群管理服務（如動物健康、乳房健康管理、繁殖力測定、牛群遺傳進展、企業(yè)經濟效益分析及建議）。由于測定數據可以用于育種值估計，政府給檢測實驗室一定的補貼。VIT是一家協(xié)會性質的組織，由生產性能測定機構、登記組織、育種組織和配種組織四類機構組成，是現代化的數據處理中心，涉及領域包括農業(yè)和畜牧業(yè)。VIT處理的數據有牲畜辨識登記信息、生產性能測定數據、展覽及拍賣信息、體型外貌及乳房狀況、配種方面數據、育種值估計等。

北美地區(qū)是開展DHI最早的地區(qū)之一，形成了完善的DHI組織體系。加拿大奶牛生產性能測定的實驗室目前主要為加西集團DHI實驗室和Valacta實驗室。加拿大農業(yè)和農產品部（http∶//www.dairyinfo.gc.ca）公布的正式統(tǒng)計資料顯示：2010年加拿大的牛場總數為12965個，全國奶?？倲抵谐赡昴概?8.7萬頭，小母牛44.3萬頭，注冊的9721個牛群中有成年母牛70.2萬頭，全國在DHI登記的牛群百分率達到75%。由于加拿大的泌乳母牛和牛群數量逐年下降，加拿大已經撤銷了所有聯(lián)邦政府和大多數省級資金的支持，因此，需要奶農直接支付所有的服務費用。

美國DHI組成及運轉情況為奶牛場將樣品提供給實驗室，實驗室進行檢測并將數據提供給DHI記錄處理中心，DHI記錄處理中心的數據可以反饋回牛場用于指導生產，可以提供給咨詢顧問、獸醫(yī)和營養(yǎng)師，還可以提供給動物改良項目實驗室（AIPL）、育種協(xié)會、AI組織（人工授精組織）和國際公牛評價服務組織（圖1）。

美國奶牛DHI 工作，由美國奶牛種群信息協(xié)會（Dairy Herd Information Association，DHIA；http∶//www.dhia. org/）牽頭運作，有49個實驗室承擔DHI測定。測定結果由5家數據處理中心負責進行詳細的數據分析，并為奶牛場提供報告。其中美國威斯康辛州DHI數據處理中心（AgSource）是全國最大的DHI數據處理中心，為13個DHI測定中心提供數據分析服務。

三、國外牛奶樣品采集與牛群基礎資料收集情況

由于歐洲國家國土面積不大，所以一般全國僅1到2個DHI中心。分布于各奶牛主產區(qū)的奶樣采樣員（屬于DHI實驗室員工）會定期上門采樣，采好的奶樣通過快遞運送到DHI實驗室，其他如產量等數據在奶牛場通過電腦同步上傳到DHI實驗室，做到了高效率、高質量。DHI實驗室人員對奶樣進行分析，根據奶牛場需求的不同，制成各種表式的牛群管理報告給奶牛場，幫助提升奶牛場的管理，調整日糧配方，降低成本，提高收益。

從荷蘭牛奶樣品的采集過程可見，荷蘭注重采樣的每一個環(huán)節(jié)，從儲奶罐的清潔衛(wèi)生到具有專業(yè)檢查資質的運奶卡車駕駛員再到完善的追溯體系（圖2）。采樣瓶配有可重復使用的13.56兆赫茲無線射頻識別標簽（13.56MHz RFID標簽，圖3），從而將所有相關的采樣數據與樣品瓶關聯(lián)，并且通過采用全球定位系統(tǒng)跟蹤樣本，確保精確還原牛奶供應的關鍵數據。

◎圖1 美國奶牛遺傳改良概覽圖

◎圖2 荷蘭牛奶樣品采集過程

為解決全天3次采樣工作的勞動繁重性，國外早在20世紀80年代就研究制定了1次采樣和3次采樣（全天混合樣）之間的校正系數，并不斷優(yōu)化，制定出了不同的采樣方案。目前，在美國和加拿大90%以上的牛場使用全天1次或2次采樣方案，極大地減輕了牛場采樣工作勞動的繁重性，提高了勞動效率。

由于美國、加拿大、荷蘭等采用先進的自動化擠奶設備及管理系統(tǒng)，牛群發(fā)情遠程實時監(jiān)控、奶牛繁殖信息化管理應用（如美國DC305奶牛管理軟件、以色列afifarm系統(tǒng)），普遍實現了牛群資料數字化管理，因此參測奶牛場基礎數據收集自動化程度高，而且有效性、可靠性、準確性很高。

ICAR奶牛產奶測定工作組于2015年對世界奶牛產奶性能趨勢進行了調查，調查覆蓋了世界上大多數重要的ICAR所在的區(qū)域。調查發(fā)現國外多數產奶測定站采用的哺乳期計算方法主要是測定間隔法（TIM）和標準泌乳曲線插值法（ISLC）。43%的產奶測定站通常選擇7～10天記錄并計算一次產奶量，25%的產奶測定站選擇1～3天，19%測定站為4天，13%測定站為5天。最常見的牛奶記錄時間間隔為4周，其他常見的選擇分別是5周、8周和6周。

奶樣采集方法主要有6種，其中34%的采樣測定機構采用最常用的一天擠奶三次，隨機選擇一次采樣法（T），21%的采樣測定機構采用比較重要的按照權重選擇一次采集法（Z），19%的采樣測定機構采用三次采集取平均法（E），17%的采樣測定機構采用按三次泌乳權重采集法（P），7%的采樣測定機構采用多次采樣法（M），僅有2%的采樣測定機構采用固定一次采集法（C）。取樣過程中59%的產奶測定站樣品采集數量僅一個，30%的產奶測定站每次擠奶都會進行一次采樣，僅有11%的產奶測定站則是所有情形下都會采集2個樣品。

產奶記錄方法主要有技術員記錄、養(yǎng)殖戶記錄或兩者結合三種。產奶測定過程中通常采用有/無條形碼的永久可視塑料耳標、RFID耳標、金屬耳標、烙號、RFID瘤胃標、剪耳號等方法識別待測個體，也會有測定站采用場內接收器或freeze number進行動物個體識別。通過農場傳感器可以了解排奶速度、活動量監(jiān)控（殘疾）、熱量、體況評分、體重、乳頭位置、乳汁導電性、季度產奶量（milk yield by quarter）、反芻監(jiān)控和體溫等方面的內容。

◎圖3 配有可重復使用的13.56MHz RFID標簽的一次性采樣瓶

四、DHI認證體系

美國建立了比較完善的DHI認證體系。美國的DHI認證由質量認證服務公司（Quality Certification Services Inc.；http∶//www.quality-certification. com/）組織實施，對參與DHI工作的五類機構進行審核認證。

1.現場服務體系審核。對提供現場服務的公司（聯(lián)盟會員），按照現場服務審核指南（程序）進行審核認證，保證了全國的奶牛遺傳評估程序中所有記錄（數據）的準確性（Field Service Providers）和一致性。主要由現場服務供應商、現場技術人員（Field Technicians）、檢測監(jiān)督人員（Test Supervisors）組成。

2.DHI實驗室審核。DHI實驗室每兩年審核一次。每月發(fā)布一次未知樣的報告。

3.計量中心審核。美國十分重視計量審核和計量技師的培訓。執(zhí)行“計量中心和技師的審核指南”，采用ICAR和DHIA核準的測量設備，包括流量計（cow meters）、稱量瓶（weigh Jars）和計量稱（scales）。計量技師培訓包括以下內容：計量中心和技師審核程序（Auditing Procedures for Meter Centers & Technicians，ENICES），計量師程序（Meter Technicians Procedures）、稱量校準（calibration of scales）、便攜式流量計維護與保養(yǎng)(care and Maintenance of Portable Meters)、計量校準指南（快速），超過±3%后計量稱、流量計就要維護或停止使用。

有38家計量中心負責流量計的校準與認證。計量技師的認證：有80個技師，必須參加計量技師培訓學校（MTTS）培訓和考核認證，認證期2年，負責對流量計、計量稱進行審核認證。計量技師培訓考試（Meter Technicians Training Exam）有60多道考試題，計量技師必須通過考核，才能發(fā)證。

4.奶牛數據處理中心審核（Dairy Records Processing Centers）。數據處理中心咨詢委員會（Processing Center Advisory committee，PCAC），是DHIA/QCSN下設的機構，由奶牛數據處理中心的成員構成，PCAC的職責是按照數據處理中心審核程序審查標準、審核數據，給審核咨詢委員會提出整改意見。

5.設備的認證審核（Approved Devices）。審核批準的測量設備分為三類：主要包括流量計（Dairy cow meters）、稱量瓶（weigh jars）和計量稱（scales），這些設備需要經過計量鑒定。關于流量計，美國DHIA只承認ICAR批準的設備，只有這些工具可以用于牛群的記錄程序。

五、國外DHI實驗室的測定項目與功能擴展

各國DHI實驗室測定項目各不一樣。如美國49家DHI實驗室，這些實驗室除常規(guī)的檢測乳脂、乳蛋白、乳糖、體細胞等項目外，其中31個實驗室開展尿素氮檢測，有11個實驗室開展牛奶樣品的ELISA檢測，大部分實驗室擁有PCR和微生物學服務，其中尿素氮檢測、ELISA檢測、PCR和微生物學服務都是收費項目。牛奶檢測包括乳脂、乳蛋白、乳糖、體細胞、尿素氮、非脂固形物、總固形物；飼料產品檢測包括青貯飼料、干草、秸稈類等。

病原實驗室主要用于確定乳房炎病原體，從而改進牛群的健康，減少費用，每頭奶牛成本大大降低，包括金色葡萄球菌、鏈球菌、支原體、大腸桿菌。Lancaster DHIA（http∶// www.lancasterdhia.com）包括DHIA實驗室、微生物實驗室、PCR實驗室、牛奶妊娠檢測實驗室、飼料實驗室，其中PCR實驗室可以開展基于DNA 乳房炎檢測，采用實時定量PCR技術，對15種乳房炎的致病菌和葡萄球菌、β-內酰胺酶青霉素抗性基因進行定性定量的檢測。

ELISA檢測主要是利用DHI采來的奶樣品，用于檢測奶牛副結核?。∕-paratuberculosis，MAP；又稱牛副結核性腸炎、約翰氏病Johne's disease）。每月要發(fā)布奶牛副結核（MAP）ELISA檢測的未知樣報告；另外也可以應用ELISA開展牛奶妊娠檢測（Milk pregnancy test）。大部分妊娠損失發(fā)生在懷孕早期，在配種后35天，就能檢測奶牛妊娠相關的糖蛋白（pregnancy associated glycoproteins，PAGS）。牛奶ELISA妊娠檢測，要比通過直腸觸診檢查（palpation）、超聲波檢測和血清檢測等方法能更有效地確定妊娠時間。

六、新技術研發(fā)及應用

美國積極研發(fā)應用DHI相關技術，如Wisconsin-Madison（美國威斯康辛-麥迪森大學）DHI測定中心與Wisconsin-Madison大學動物科技學院聯(lián)合研發(fā)DHI技術相關產品，開展體細胞與乳房炎動力學監(jiān)測等，與Cornell（康奈爾）大學開展了新型DHI標準物質的研發(fā)。其他測定中心也和當地大學等科研機構聯(lián)合研發(fā)，旨在提高DHI測定工作的效率和為牛場服務的水平。

DHI測定中心和實驗室的推廣部門不斷深入牛場，調研牛場的需求及DHI測定各個工作環(huán)節(jié)需要進一步解決的問題，將問題提供給科研機構，由其進行研究，并獲得能夠解決實際問題的研究結果。根據奶牛場的需求，DHI測定中心和研究機構研發(fā)出了牛群遺傳分析、乳房健康分析和繁殖管理分析等多種類型的報告，并為牛場提供特制報告。

目前國外養(yǎng)殖人員采用自動監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測產奶量、奶牛活動量、乳房炎、乳成分、站立產熱、采食行為、體溫、體重、反芻等方面，并且認為乳房炎、站立產熱、產奶量、活動量、體溫、采食行為、肢體殘疾、反芻、肢體健康等對自動監(jiān)控系統(tǒng)是有效的。牛奶測定樣品還需要分析妊娠、酮類、乳房炎病原體、游離脂肪酸、疾病控制、紅外光譜、不飽和脂肪酸、酪蛋白比例等新的項目。當前僅有少數產奶測定站正在使用在線分析儀的結果，而多數產奶測定站則表示對在線分析儀結果不感興趣，隨著工人從事數據傳輸工作的意愿逐漸下降，未來則更趨向于自動化和越來越多的可利用數據。

七、國外DHI發(fā)展對我國DHI的幾點啟示

1.積極推進相關設備的應用。

推進自動擠奶設備、奶牛電子耳標、奶牛場管理系統(tǒng)的應用，對提高奶?；A數據自動化采集，尤其對提高基礎數據的有效性、可靠性、準確性具有十分重要的意義。

2.DHI測定中心要擴展DHI實驗室功能。推進建立體細胞和尿素氮測定、ELISA檢測和PCR檢測技術推廣應用，推進奶樣妊娠檢測、飼料配方調整、乳房炎病原檢測、酮病監(jiān)測、遺傳缺陷基因檢測等應用，使實驗室的測定能力盡快適應奶牛場生產管理的需要。

3.DHI測定中心要加強與種公牛站的協(xié)作配合，要把測定工作與后裔測定緊密結合起來。把工作重心放在后裔測定場，使DHI測定工作，更好地為奶牛后裔測定服務。進一步加大測定報告的解讀服務力度，提高DHI測定對奶牛場管理的服務能力。

4.建立完善的DHI關鍵環(huán)節(jié)的質量管理與認可機制。進一步規(guī)范DHI檢測的質量管理與認證，加強DHI測定中心測定能力建設，進一步規(guī)范技術操作，加強測定儀器的校準、管理與維護，尤其要加強流量計、稱量器具的校準服務，才能保障DHI檢測工作公正、科學、準確和高效。

5.建立完善的區(qū)域性第三方DHI技術服務體系。提升技術服務人員的專業(yè)技能和服務水平，與國內外的DHI機構進行交流、引進新技術、新設備，對各區(qū)域的技術服務工作進行指導、檢查、評估、考核。

6.加強各層次的技術培訓工作。不斷加強奶牛場的采樣技術培訓與監(jiān)督、推廣1次或2次采樣技術，推廣第三方采樣機制；加強基礎數據收集等環(huán)節(jié)的培訓與監(jiān)督，提高測定數據的準確性和可靠性。

7.加強DHI相關技術問題的科學研究。加快體細胞、尿素氮等新標準物質研發(fā)與應用；DHI測定中心要深入牛場，調研奶牛場的需求及DHI測定各個工作環(huán)節(jié)需要進一步解決的問題，聯(lián)合科研院所研發(fā)DHI技術相關產品，要根據奶牛場的選種選配需求，在DHI網絡化服務、后裔測定、牛群近交效應分析、基因組選擇、繁殖管理分析、乳房健康和疾病防治方案等開展深入研究，以提高DHI測定工作的效率和為牛場服務的水平。