早期監(jiān)測與預警在奶牛繁殖中的應用

劉海萍，楊志強，肖勁邦

（1.上海市崇明區(qū)堡鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合技術推廣服務中心，上海 202157；2.上海奶牛研究所有限公司，上海 200436）

1 早期監(jiān)測與預警在奶牛發(fā)情鑒定中的應用

奶牛發(fā)情周期約為21d，發(fā)情持續(xù)時間較短，平均為18h[1]，若沒能準確地鑒定，錯過輸精的最佳時機，則必須等待至下一個發(fā)情期才能配種，從而增加了投入成本，因此對奶牛的發(fā)情活動進行有效的持續(xù)監(jiān)測和早期鑒定是必要的。處于發(fā)情期的奶牛會發(fā)生較多明顯的生理體征變化，如體溫升高、活動量增大和陰部紅腫等，而發(fā)情監(jiān)測也是圍繞這些特征，通過各種接觸和非接觸技術手段進行信息采集，再通過臨床實踐或計算機反復分析和驗證來實現(xiàn)的。在傳統(tǒng)的奶牛養(yǎng)殖時期，我國大多數(shù)牧場是依據(jù)繁殖同期流程結合人為觀察奶牛發(fā)情前的行為狀況來判斷發(fā)情周期和配種時機的，如外部觀察法、直腸檢查法和陰道檢查法等，但如此不僅工作量大，且準確觀察難度大，易造成漏配[2]。

近年來，隨著新型設備的開發(fā)和應用，奶牛發(fā)情的監(jiān)測實現(xiàn)了數(shù)字化和自動化。研究表明，奶牛的活動量與發(fā)情狀態(tài)密切相關[3]，基于此阿菲金和利拉伐等公司利用活動量監(jiān)測技術相繼開發(fā)出了商品化產(chǎn)品，裝置于奶牛腿部或頸部，于每次擠奶時收集活動量和躺臥時間等數(shù)據(jù)，應用配套軟件分析，推測奶牛的發(fā)情時間，準確率明顯高于人工揭發(fā)[4]，提高了牧場繁殖水平。Talukder等[5]和楊章平等[6]分別應用了紅外成像技術和溫度傳感器，通過體溫變化監(jiān)測奶牛是否發(fā)情。馮濤等[7]研究發(fā)現(xiàn)反芻時間可成為發(fā)情鑒定的新指標，而張宇等[8]基于反芻時間建立了發(fā)情監(jiān)測的方法。王少華等[9]基于機器視覺開發(fā)了奶牛發(fā)情行為的自動識別方法，準確率可達100%。另有研究報道，可通過監(jiān)測牛陰道黏液電阻值變化判斷奶牛發(fā)情和輸精時間[10]。

現(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)和云端時代的到來也為奶業(yè)科技帶來了全新的發(fā)展方向和空間，我國相關研究處于世界前沿水平，引領奶牛的發(fā)情監(jiān)測逐步走向信息化和智能化。劉忠超[11]開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)、無線遠程監(jiān)測和機器視覺等多種技術手段的奶牛發(fā)情智能綜合監(jiān)測系統(tǒng)，對奶牛進行24h實時監(jiān)測，多指標綜合分析，提高了鑒定的敏感性和準確性，還可搭載于微信和手機平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和遠程監(jiān)控。對奶牛發(fā)情實時有效的早期監(jiān)測已成為必然趨勢，新技術和方法層出不窮，但值得注意的是，我國小型和家庭牧場數(shù)量較多，應考慮成本和條件，針對性地設置適用于此類牧場的發(fā)情監(jiān)控體系。

2 早期監(jiān)測與預警在奶牛妊娠鑒定中的應用

在配種后對奶牛進行妊娠診斷是整個繁殖監(jiān)測系統(tǒng)的重要一環(huán)，盡早發(fā)現(xiàn)空懷母牛就能及時進行第二次發(fā)情管理和配種，縮短產(chǎn)犢間隔，從而提高經(jīng)濟效益[12]。但過早和不準確的早孕診斷則易導致未懷孕母牛的妊娠失敗和反復授精[13]，因此須謹慎選擇早孕診斷的時間和方法。妊娠后，由于妊娠識別作用，奶牛機體會發(fā)生一系列變化[14]，而早孕診斷技術就是依據(jù)這些差異逐步發(fā)展而來的，大致分為器官形態(tài)診斷、血液激素診斷和生理指標診斷三個方面。

直腸觸診是一種通過直腸壁檢查生殖器官形態(tài)的方法，在早孕診斷中可通過觸摸子宮、早期胚胎、卵巢和子宮動脈來判斷奶牛的妊娠情況，能夠在授精后45～60d準確預測奶牛的懷孕情況[15]，但對于妊娠后30d左右和患有子宮疾病奶牛的準確性欠佳[16]，此外也由于工作量較大，不適于規(guī)?；翀?。

20世紀70年代出現(xiàn)的B超技術得到了長足應用和發(fā)展，目前成為大型家畜生殖領域最有價值的活體診斷技術之一[17]，現(xiàn)已開發(fā)出適用于奶牛的小型便攜式產(chǎn)品，在授精后36～44d診斷的準確率即可達97.7%[18]，但由于B超診斷仍需借助直腸觸診，早孕診斷技術仍需進一步開發(fā)。

血液指標水平能夠靈敏和直觀地反映奶牛體內(nèi)相應的代謝和內(nèi)分泌狀況，已被廣泛應用于奶牛的早孕診斷中，人們最開始選取孕酮作為早孕診斷指標，建立了ELISA檢測方法[19]，并進一步開發(fā)了以牛奶為樣品的快檢試劑盒[20]。除孕酮外，隨著組學技術的發(fā)展，越來越多的蛋白被應用于早孕診斷，通過ELISA法檢測雙倍稀釋血清中的早孕因子（EPF）。一項對妊娠10～21d的奶牛進行診斷，準確率為100%[21]；一項對授精后28d的奶牛進行診斷，準確率為81.97%[22]。妊娠相關糖蛋白（PAGS）同樣是可用于早孕診斷的指標，Silva等[23]使用該指標ELISA試劑盒對1 079頭授精后27d荷斯坦牛進行診斷，準確率為96.2%，表明在妊娠早期即可有較高的準確性。此外，其他指標如妊娠特異性蛋B（PSPB）也具有良好的診斷效果，并已開發(fā)了相應的商品化試劑盒?；谘杭に剡M行妊娠診斷具有早期、快速、準確、刺激小的優(yōu)勢，可同時檢測大量樣品，適合規(guī)模化牧場，但大多需借助實驗室設備，同時也存在受所選用指標在血液中半衰期的影響，形成上一次妊娠或早期胚胎死亡造成的干擾。

隨著監(jiān)測和傳感技術的應用，通過生理指標對奶牛妊娠實時自動監(jiān)控成為了現(xiàn)實[24]。研究發(fā)現(xiàn)妊娠母牛在授精后第一個發(fā)情周期活動量無明顯變化，而空懷母?；顒恿棵黠@增加[25]。利用體溫的自動檢測技術已應用于奶牛的發(fā)情鑒定[26]，而報道稱成功受精的奶牛體溫在第5～12天明顯升高，與未懷孕母牛授精后21d存在顯著差異[27]。這為借助溫度傳感技術早期診斷奶牛妊娠提供了思路和可能。

3 早期監(jiān)測與預警在奶牛分娩中的應用

分娩是奶牛圍產(chǎn)期的中心環(huán)節(jié)，良好的分娩管理不僅直接關系到經(jīng)濟價值，也是動物福利的重要表現(xiàn)。此外，雖然獸醫(yī)產(chǎn)科學已取得了巨大的進步，但分娩異常仍然是奶牛面臨的主要疾病之一，做好分娩的預測工作，能夠盡早對分娩牛只進行特別關注和分群，提高分娩成功率和減少疾病的發(fā)生。

由于圍產(chǎn)期的特殊性，應盡可能減少奶牛的應激，因此主要應用臨床表現(xiàn)來預測分娩。經(jīng)驗豐富的獸醫(yī)可以發(fā)現(xiàn)臨產(chǎn)奶牛的身體變化，如乳房充盈、漏奶、陰戶充盈等，其中盆腔韌帶松弛被認為是臨產(chǎn)的最佳信號[28]。在分娩的前幾天，大多數(shù)動物行為均會發(fā)生變化，但往往受到圈舍條件的制約，奶?；顒恿棵黠@上升，躺臥時間縮短，同時采食、飲水和反芻活動減少，排便次數(shù)增加，并伴隨著體溫下降[29]。

如今可以借助監(jiān)控設備，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸，對奶牛的行為變化進行監(jiān)控[30]。Barraclough等[31]系統(tǒng)地監(jiān)控了奶牛躺臥時間、站立時間、躺臥姿勢和活動量等數(shù)據(jù)，為不同胎次奶牛分娩當天的監(jiān)控提供了方法。同時其也嘗試預測難產(chǎn)，但可能由于受到胎次和未考慮分娩異常種類的影響，沒有鑒定出分娩異常的指示因子。前人研究雖未取得明確發(fā)現(xiàn)，但為奶牛分娩異常監(jiān)控提供了思路和參考。隨著牧場新型設備不斷涌現(xiàn)，為監(jiān)測奶牛各項生理指標提供了便利，也為全面預測奶牛分娩提供了新的手段和方法。

4 早期監(jiān)測與預警在奶牛繁殖疾病中的應用

產(chǎn)科疾病如子宮內(nèi)膜炎、卵巢靜止等給奶牛的繁殖工作帶來了巨大不便和經(jīng)濟損失，而如今“防大于治”已成為了牧場管理的重要原則。疾病預警系統(tǒng)（Disease Alerting System，DAS）可在疾病發(fā)生之前發(fā)出警示性信息，提示牧場采取預防性措施，能夠?qū)⒓膊】赡茉斐傻膿p失降低到最低限度[32]。

血液指標被認為是監(jiān)測奶牛群體健康和預測患病風險的主要依據(jù)，而ROC曲線主要用于為判定任意界限值對疾病的識別能力、選擇最佳的診斷界限值、對兩種或兩種以上不同診斷試驗識別疾病能力的比較，因此借助ROC曲線尋找繁殖疾病的早期預警血液指標，是研究人員致力的方向。

Ospina等[33]利用ROC曲線確立了美國東北部地區(qū)奶牛牧場NEFA和BHBA對包括子宮內(nèi)膜炎和胎衣不下在內(nèi)4種多發(fā)疾病的風險評估作用和預警值。喬彥杰等[34]發(fā)現(xiàn)奶牛血清激素P4和PGE2α等指標超過預警值可作為子宮炎早期風險預測的依據(jù)。張保軍等[35]的研究表明，血清免疫抗氧化指標NO、IL-2和IFN-γ可作為奶牛發(fā)生子宮炎早期風險的依據(jù)。王艷輝等[36]研究發(fā)現(xiàn)能量代謝指標對產(chǎn)后奶牛繁殖障礙性疾病具有預警作用。白云龍等[37]分別建立了ApoA4和ITIH3對卵巢靜止單一和聯(lián)合的預警體系。宋玉錫等[38]研究發(fā)現(xiàn)，HIS和E2可在妊娠陰性的牛只中發(fā)揮預警作用。孫宏亮等[39]認為產(chǎn)前血清REA和BUN具有成為胎衣不下早期預警指標的潛力。眾多研究結果均表明了ROC曲線可對繁殖疾病早期預警發(fā)揮重要作用，實際生產(chǎn)中可靈活選取指標組合，以得到更為準確的預警結果。

此外，也有最新文獻報道應用彩色多普勒超聲技術檢查奶牛卵巢血流動力學進行早期預警，該方法能夠從器官角度預測卵巢的早期病變[40]和產(chǎn)褥熱[41]的發(fā)生，并為其發(fā)生機理做出了更進一步解釋。但另一方面，Tim[42]報道，丹麥地區(qū)減少了對可引起流產(chǎn)的傳染病，如布魯氏菌病、BVD和IBR的預警系統(tǒng)應用，原因是該預警體系無法預測絕大多數(shù)流產(chǎn)，更無法起到預防作用。

5 總結與展望

繁殖工作作為奶業(yè)持續(xù)發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，需不斷地優(yōu)化管理和與時俱進，早期監(jiān)測與預警理念在奶牛繁殖中已做出了重要貢獻，但仍具有一定的發(fā)展空間。一方面繁殖過程中某些環(huán)節(jié)尚無可靠的監(jiān)控和預防指標，無法進行有效的預防；另一方面現(xiàn)有的預警方法存在較高的假陽性或假陰性，準確性有待提高。隨著科技的發(fā)展和多學科的交互應用，傳感技術和信息網(wǎng)絡廣泛應用于農(nóng)業(yè)中，奶牛繁殖管理的發(fā)展應乘此浪潮，充分借助新理念、新技術、新設備，取得更大的突破。