母牛發(fā)情鑒定標(biāo)記研究進展

摘 要： 牛場規(guī)?；潭炔粩鄶U大，個體發(fā)情的精準(zhǔn)鑒定成為繁殖管理重點。行為表現(xiàn)、生理變化與自身卵泡發(fā)育密切相關(guān)，是鑒別發(fā)情母牛、確定最佳配種時間的重要標(biāo)記。利用現(xiàn)代科技深入揭示這些標(biāo)記的發(fā)情周期變化規(guī)律與調(diào)控機制，提高自動化發(fā)情鑒定效率成為該領(lǐng)域的研究焦點。為此，本文綜述了母牛發(fā)情行為變化、生理特征的國內(nèi)外研究進展，分析了相關(guān)發(fā)情鑒定技術(shù)存在的問題，并回顧了發(fā)情母牛唾液、尿液、乳汁特異化合物的研究狀況，旨在為研發(fā)新型高效的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞： 母牛；發(fā)情鑒定；行為標(biāo)記；生理標(biāo)記；分子標(biāo)記

中圖分類號：S823.3

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：0366-6964（2024）11-4785-11

收稿日期：2024-04-25

基金項目：科技創(chuàng)新2030（2023ZD0404903）；國家重點研發(fā)計劃（2023YFD1300601）

作者簡介：楊書含（2000-），男，貴州鎮(zhèn)遠人，碩士，主要從事動物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：3312270752@qq.com

*通信作者：路永強，主要從事動物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：luyongqiang@163.com；王 棟，主要從事動物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：dwangcn2002@vip.sina.com

Research Progress of Estrus Identification Markers in Cows

YANG" Shuhan1， SHI" Yuxin2， PANG" Yunwei1， YUAN" Kaimin1，3， XIU" Haoyu1，4， WANG" Chao1，3， LU" Yongqiang5*， WANG" Dong1*

（1.Institute of Animal Sciences，Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193，

China;

2.Aohan Animal Husbandry Bureau， Chifeng 024300， China;

3.College of

Animal Science and Technology，Jilin Agricultural University， Changchun 130118， China;

4.College of Animal Science，Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， China;

5.Animal Husbandry Station of Beijing， Beijing 100107， China）

Abstract： With increasing scaled cattle cultivation， estrus accurate identification of individual has become the management focus of breeding. The performance of behavior and physiological changes， which are important markers in distinguishing estrus cows and determining the optimal insemination time， are closely related to itself follicular development. A better knowledge of the regularity and mechanism of these markers by modern technology during estrus cycle would help to improve the efficiency of automated estrus identification and become the focus in this field. Therefore， this paper reviews the research progress on estrus behavior and physiological characteristics of cow， analyzes the existing related issues in estrus identification techniques， and summarizes the recent research on identification of specific compounds of saliva， urine and milk in estrus cows， aiming to provide reference for developing newly efficient automated estrus identification technologies.

Key words： cows; estrus identification; behavior marker; physiological marker; molecular marker

*Corresponding authors： LU Yongqiang， E-mail： luyongqiang@163.com; WANG Dong， E-mail： dwangcn2002@ vip.sina.com

隨著養(yǎng)殖的規(guī)?；潭炔粩鄶U大，母牛飼養(yǎng)頭數(shù)急劇增加，牛場面臨越來越大的發(fā)情鑒定壓力。傳統(tǒng)人工發(fā)情鑒定方法費時費力、時效性差，已無法適應(yīng)規(guī)模化養(yǎng)殖發(fā)展需要?；谟嫴狡骰蛑悄茼椚ΡO(jiān)測母?；顒恿康陌l(fā)情鑒定自動化技術(shù)應(yīng)運而生，不僅提高了檢出效率，還解決了牛場用工難、用工貴和夜間無人值守等問題。然而，安靜發(fā)情母牛活動量變化不明顯［1］，僅監(jiān)測活動量無法突破安靜發(fā)情鑒定瓶頸，配種效率難以進一步提升。探索新的發(fā)情鑒定標(biāo)記，建立高效的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)，解決安靜發(fā)情鑒定問題，提高配種效率成為當(dāng)務(wù)之急。

科技飛躍發(fā)展，使得科研人員有機會利用物聯(lián)網(wǎng)、機電傳感和分子信息等技術(shù)，進一步揭示母牛發(fā)情相關(guān)行為、生理指標(biāo)變化規(guī)律與調(diào)控機制，并推動精準(zhǔn)高效的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)研發(fā)，進而加快牛場繁殖管理智能化發(fā)展。為此，本文綜述了母牛發(fā)情行為變化、生理特征及相應(yīng)的發(fā)情鑒定技術(shù)研究進展，并討論發(fā)情母牛唾液、尿液和乳汁等液體中的特異分子化合物研究狀況，旨在為建立更高效的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)提供參考。

1 母牛發(fā)情的行為標(biāo)記

發(fā)情期間，母牛行為變化可直接反映自身發(fā)情狀態(tài)，成為發(fā)情鑒定重要的觀測指標(biāo)。一般情況下，間情期母牛不接受爬跨，且無弓腰舉尾、頻頻排尿等現(xiàn)象；而發(fā)情期母牛，常表現(xiàn)興奮不安、左顧右盼、大聲哞叫、食欲降低、反芻減少、相互追逐打鬧、嗅聞外陰、兩后肢叉開舉尾、接受爬跨或爬跨其它牛等行為［2-4］。目前，基于上述行為標(biāo)記的發(fā)情鑒定研究，主要集中在爬跨視頻監(jiān)控和反芻自動監(jiān)測兩方面。

1.1 發(fā)情爬跨行為

爬跨作為母牛最典型的發(fā)情行為［5］，已被廣泛用于發(fā)情鑒定。實踐表明，被爬跨母牛站立不動時處于發(fā)情盛期，且排卵發(fā)生在首次爬跨后的23.5 h±1.5 h（范圍為19～27 h）或發(fā)生在爬跨站立不動后的21.8 h±1.3 h（范圍為19～25 h）［6］，成為預(yù)測排卵的標(biāo)志。然而，母牛每次爬跨僅持續(xù)4～7 s，且大多集中在夜間，人工觀察漏檢風(fēng)險大，限制了其揭示發(fā)情和預(yù)測排卵的實際使用。據(jù)此，人們利用彩色蠟筆或染料在待檢母牛尾根背上部涂一條標(biāo)記，一旦待檢母牛接受爬跨，該標(biāo)記因被爬跨而蹭掉，建立了尾部涂蠟法［7］。該法解決了夜間無人值守問題，提高了發(fā)情檢出率，但標(biāo)記部位與墻體或欄桿等物體接觸時，也有可能被蹭掉而干擾配種員判斷，假陽性率較高。受尾部涂蠟思想啟發(fā)，人們基于機電、傳感等技術(shù)，研制出了無線發(fā)情爬跨探測儀［8］，即壓力觸發(fā)裝置。將該裝置固定在待檢母牛尾根背上部，母牛受到其它牛爬跨產(chǎn)生的壓力會被該裝置實時采集，并通過無線傳輸模塊發(fā)送給上位機系統(tǒng)，經(jīng)軟件分析、加工后自動進行預(yù)警提示呈現(xiàn)給用戶。此爬跨探測儀將發(fā)情檢出率提高到82.1%［9］，但靈敏度在37%～94%范圍波動［10］，而且壓力觸發(fā)裝置易移位或脫落，實際應(yīng)用效果較差。近年來，為更好的監(jiān)測母牛爬跨，視頻監(jiān)控引起了廣泛關(guān)注［11-12］。

基于智能監(jiān)控和人機交互系統(tǒng)研發(fā)的母牛爬跨視頻監(jiān)測系統(tǒng)，為發(fā)情鑒定智能化帶來了巨大希望。在牛舍、運動場等區(qū)域安裝攝像頭實時錄制母牛行為，并每隔一段時間將其上傳至計算機系統(tǒng)，經(jīng)特定算法分析和程序處理，若有爬跨行為，與計算機連接的顯示屏就會報警，且顯示爬跨母牛和被爬跨母牛個體號。這樣，配種員每天只需查看顯示屏，就可找出發(fā)情母牛并驗證、授精，省時省力，取得了較好的鑒定結(jié)果。并且，在多項研究推動下，視頻監(jiān)控母牛爬跨的準(zhǔn)確率從80%提升到99.21%，發(fā)情檢出率提高到88.6%［13-18］。然而，母牛爬跨視頻監(jiān)測技術(shù)局限于光照較好的白天，且監(jiān)測范圍有限，并要求視野清晰無遮擋物，在夜間光線較暗和扎堆遮擋情況下識別效果較差，更無法識別監(jiān)測范圍外的母牛。夜間場景下，視頻模糊不清、背景顏色失真和邊緣細節(jié)丟失，一直是該技術(shù)的痛點。結(jié)合牛場實際環(huán)境條件和母牛體表特征，采用高斯濾波（MSRCR、AGCWD和GMM）圖像背景增強算法、深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（YOLOv5s、YOLOv5n和Alex Net）模型算法和支持向量機（SVM）分類算法［19-22］持續(xù)優(yōu)化，或許能解決夜間視頻監(jiān)測效果不佳的難題。

1.2 發(fā)情反芻行為

反芻作為牛羊等復(fù)胃動物特有的行為，在評判發(fā)情和身體健康等方面具有重要意義。發(fā)情當(dāng)天，母牛食欲降低、反芻減少已被研究證實［23-25］。Zebari等［26］報道，間情期母牛每天的干物質(zhì)攝入量約為21.6～22.7 kg，而發(fā)情當(dāng)天減少到19.8～20.5 kg，比發(fā)情前后每天減少1.8～2.2 kg。母牛采食行為直接影響到自身反芻行為，采食量減少，反芻時間也相繼減少。通常情況下，發(fā)情前母牛反芻時間波動不大，而發(fā)情當(dāng)天顯著下降至最低（約減少65.8～74 min），隨后又逐漸回升至發(fā)情前水平，呈典型的“V”字型變化［27-29］。發(fā)情當(dāng)天反芻時間減少，成為判斷母牛發(fā)情與否的重要標(biāo)記。然而，人工觀測母牛反芻時間工作強度較大，且夜間無人值守。聲音識別、壓力監(jiān)測等技術(shù)的發(fā)展，為實時監(jiān)測和度量母牛反芻時間奠定了基礎(chǔ)。

基于麥克風(fēng)系統(tǒng)，以色列SCR公司率先開發(fā)了自動識別母牛反芻聲音的技術(shù)［30］，但該技術(shù)易將進食、飲水和反芻的聲音相互混淆，導(dǎo)致檢測結(jié)果偏高，實用性較差?；谀概７雌c時，顳窩或鼻帶壓力變化，Braun等［31］研發(fā)了壓力監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)驗證得出的反芻時間（388.3 min）和次數(shù)（410.0次）與人工觀察計數(shù)結(jié)果（389.3 min，410.1次）相近，可替代人工觀測，但在顳窩或鼻帶處，如何穩(wěn)定安裝壓力傳感器是一項巨大挑戰(zhàn)?；谀概７雌c時，上下頜運動的頻率，Shen等［32］利用三軸加速度傳感器，結(jié)合k-最近鄰分類算法，研發(fā)了反芻行為自動監(jiān)測系統(tǒng)，準(zhǔn)確率為93.7%，但易受采食上下頜運動頻率影響。孫雅琳［33］利用六軸加速度傳感系統(tǒng)，結(jié)合CA-Mobile Net網(wǎng)絡(luò)和Fed Avg模型聚合算法，將反芻識別準(zhǔn)確性進一步提升至98.2%，更加接近人工觀測。近期，還進行了多項母牛反芻行為視頻監(jiān)測研究［34-36］，其中，姬江濤等［37］改進FlowNet 2.0光流算法，對母牛反芻識別準(zhǔn)確率可達99.39%。然而，視頻檢測的局限性仍然是該技術(shù)推廣應(yīng)用的主要限制因素。

2 母牛發(fā)情的生理標(biāo)記

發(fā)情期間的各種行為變化都源于母?；顒恿吭黾印Ⅲw溫升高和陰道黏液電阻值降低等生理變化，這些生理指標(biāo)變化為發(fā)情鑒定自動化技術(shù)研發(fā)提供了更重要的標(biāo)記?；谏鲜錾碇笜?biāo)，國內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)了相應(yīng)發(fā)情鑒定設(shè)備，如計步器、智能項圈、智能耳標(biāo)、陰道黏液電阻值檢測設(shè)備和陰道測溫設(shè)備等，其中，計步器和智能項圈最為成熟，已在全世界推廣應(yīng)用。

2.1 基于活動量的發(fā)情鑒定

正常發(fā)情母牛軀體不同部位活動量顯著增加，達最高并持續(xù)一段時間后，又逐漸下降并恢復(fù)到間情期水平［38］；且有研究表明，排卵發(fā)生在腿部活動量開始增加后的29.3 h±3.9 h（范圍為22～39 h）或發(fā)生在腿部活動量增加結(jié)束后的19.4 h±4.4 h（范圍為12～35 h）［39］?；谏鲜鲆?guī)律，采用振動或加速度傳感器，融入物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)獲取活動量數(shù)據(jù)，建立了母牛發(fā)情鑒定自動化技術(shù)，顛覆了傳統(tǒng)發(fā)情鑒定方法，使規(guī)?；鰧崿F(xiàn)了高效繁殖目標(biāo)。但是，在腿部、頸部、尾部和耳部等軀體不同部位監(jiān)測到的活動量有很大差異，發(fā)情鑒定效果也有很大差異。

2.1.1 腿部活動量的發(fā)情監(jiān)測效果

腿是軀體運動的主要部位，其運動規(guī)律也是研發(fā)計步器自動監(jiān)測母牛發(fā)情的最早標(biāo)記，但值得注意，各腿發(fā)情檢出率各不相同。Mayo等［40］報道，母牛左前腿、右前腿、左后腿和右后腿的發(fā)情檢出率分別為66.1%、32.1%、41.3%和69.7%，這提示人們對各腿運動習(xí)性進行深入研究，可能會獲得更高的發(fā)情檢出率。多項基于母牛腿部活動量的發(fā)情鑒定結(jié)果表明，發(fā)情檢出率差異較大，約為70.23%～94.8%不等［41-43］。推測除不同腿檢測結(jié)果有差別外，可能還與不同計步器發(fā)情檢出閾值差異有關(guān)。因為不同季節(jié)、胎次、泌乳量等因素會影響發(fā)情母牛活動量增加幅度和持續(xù)時間［44-45］，所以綜合考慮這些因素，科學(xué)設(shè)置活動量發(fā)情鑒定閾值至關(guān)重要。另外，在母牛腿部安裝或拆除計步器很不方便，需要花費較長時間，且存在糞尿污染計步器，影響使用壽命的問題。計步器外殼和綁帶有時會摩破接觸部位皮膚，造成細菌感染、誘發(fā)炎癥等問題也不容忽視。在腿部安裝計步器監(jiān)測母牛發(fā)情，不一定是最佳選擇。

2.1.2 頸部活動量的發(fā)情監(jiān)測效果

對比母牛全身部位，頸部佩戴智能項圈進行活動量監(jiān)測，無論是穿戴還是拆卸都很方便，同時，也避免了糞尿污染和易脫落問題，所以，被很多牛場推廣應(yīng)用。然而，本團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，母牛發(fā)情當(dāng)天頸部活動總量（20 950±1 541）遠低于前腿（59 998±1 993）、后腿（59 069± 2 174）、尾部（57 820±2 895）和頭部（31 450±2 330），且發(fā)情鑒定準(zhǔn)確率（43.9%）與檢出率（62.1%）也低于腿部（84.8%、96.6%）、尾部（61.5%、100%）和頭部（59.1%、89.7%）［38］。另外，國外利用智能項圈監(jiān)測母牛發(fā)情的結(jié)果差異也較大，有36.3%～71%不等［40，46-47］。可見，利用頸部活動量判斷母牛發(fā)情的檢出效果并不理想，不僅低于其它部位，而且變化差異較大。雖然，在頸部佩戴智能項圈比在腿部穿戴計步器更方便，但是，能否提高發(fā)情鑒定效率還有待進一步研究和驗證。

2.1.3 尾部活動量的發(fā)情監(jiān)測效果

尾巴是較靈敏又靈活的部位，可受神經(jīng)支配隨意活動。發(fā)情期間，母牛通過舉尾或利用尾根腹下部來回?fù)崦怅?，以疏解生殖系統(tǒng)充血腫脹或瘙癢難耐的刺激，使尾部活動量大幅增加。研究表明，母牛發(fā)情當(dāng)天尾部活動總量為57 820±2 895，比發(fā)情前、后5 d每天的活動總量高1.63倍；發(fā)情開始前和發(fā)情結(jié)束后的尾部活動量與間情期差異不顯著［38］。因此，尾部活動量，也成為發(fā)情鑒定研究的重要標(biāo)記［48］。然而，母牛尾巴呈上大下小的扁圓柱型，較難穩(wěn)定佩戴活動量監(jiān)測設(shè)備，若佩戴過于牢固，極易使尾巴皮膚出現(xiàn)壓痕，甚至腫脹或壞死。檢測180只母牛尾部佩戴傳感器的效果發(fā)現(xiàn)，僅有25頭母牛（13.9%）的尾巴上一直附著傳感器，且對尾巴無損害；而傳感器滑動、脫落或尾巴腫脹、疼痛及無法操作的母牛分別有37頭（20.6%）、77頭（42.8%）、31頭（17.1%）和10頭（5.6%）［49］。此外，母牛尾部佩戴傳感器等設(shè)備會影響尾巴驅(qū)趕蚊蠅和撓癢等功能，使其產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，降低生產(chǎn)性能。因此，很少見到關(guān)于尾部活動量的檢測報道。

2.1.4 耳部活動量的發(fā)情監(jiān)測效果

近年來，在母牛耳標(biāo)中集成加速度傳感器，為利用活動量進行發(fā)情鑒定提供了新的檢測方式。Dolecheck等［47］研究證實，母牛發(fā)情當(dāng)天耳部活動量是平時的3.1倍，且高于頸部（1.2倍）和腿部（2.6倍）。在此基礎(chǔ)上，Mayo等［40］、Schilkowsky等［50］和Schweinzer等［51］在耳標(biāo)中集成加速度傳感器，獲得的發(fā)情檢出率分別為78.5%、83.4%和96.8%，明顯高于蔣曉新等［41］（70.23%）和Dolecheck等［47］（65.2%）基于腿部活動量的發(fā)情鑒定研究結(jié)果。這表明，耳部活動量是判斷母牛發(fā)情與否的較好檢出標(biāo)記。然而，在耳部穿戴傳感器等設(shè)備難度較大，太重或佩戴不科學(xué)都可能影響到檢測效果。而且，耳標(biāo)電池容量太小，無法支撐整個發(fā)情周期，需要頻繁更換電池。此外，耳標(biāo)易脫落問題也無法解決。若能解決上述問題，耳標(biāo)集成加速度傳感器，將成為監(jiān)測母牛發(fā)情的另一重要自動化技術(shù)。

2.2 基于陰道黏液電阻值的發(fā)情鑒定

實踐表明，活動量鑒定正常發(fā)情母牛效果較好，但無法區(qū)分假發(fā)情母牛，假陽性率為8.0%～11.3%［39，52］，且難以檢出安靜發(fā)情母牛，存在一定局限性。為研發(fā)更精準(zhǔn)的發(fā)情鑒定技術(shù)，以及解決安靜發(fā)情鑒定難題，對母牛陰道黏液電阻值進行了大量研究。發(fā)情期間，母牛陰道黏液電阻值顯著降低已被研究證實，成為檢測發(fā)情、確定輸精時間的另一重要生理標(biāo)記。通常情況下，間情期母牛陰道黏液電阻值較高（299.54 Ω±65.22 Ω），而發(fā)情期顯著下降（245.90 Ω±61.63 Ω），在整個發(fā)情周期呈現(xiàn)“高-低-高”的變化規(guī)律［53］。進一步觀察母牛發(fā)情當(dāng)天的陰道黏液電阻值發(fā)現(xiàn)，發(fā)情開始前第4小時迅速下降，到發(fā)情開始后第8～12小時下降至最低（220 Ω±27 Ω），隨后逐漸恢復(fù)至間情期水平；其中，排卵發(fā)生在陰道黏液電阻值下降至最低后的15 h±1.3 h左右，電阻值高、低相差114 Ω±18 Ω［54］。單獨使用陰道黏液電阻值的發(fā)情檢出率為80.4%，而整合活動量后則可達100%，這提示研發(fā)多標(biāo)記的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)，綜合診斷母牛發(fā)情，可能會獲得更高的發(fā)情鑒定效率。

傳統(tǒng)陰道黏液電阻值測定，主要由人工將帶線探頭插入母牛陰道，然后連通萬用電表觀察電阻值變化，當(dāng)電阻值穩(wěn)定后，記錄母牛編號和電阻值。這種方法無法實現(xiàn)連續(xù)、自動監(jiān)測，不僅費時費力，還易引起應(yīng)激反應(yīng)，更無法對牛群實行批量化監(jiān)測。利用先進科學(xué)技術(shù)，研發(fā)母牛陰道黏液電阻值自動采集技術(shù)，解決上述問題是未來發(fā)展的必然趨勢?；谀概ｊ幍澜Y(jié)構(gòu)，Andersson等［55］設(shè)計了可穿戴無線探頭，初步實現(xiàn)了陰道黏液電阻值自動監(jiān)測，但該無線探頭的電池容量僅為200 mA·h，使其未能連續(xù)長時間工作，實際應(yīng)用效果較差。劉忠超和何東?。?6］也設(shè)計了一款自動采集母牛陰道黏液電阻值的無線探頭，該無線探頭的電池容量為6 500 mA·h，可連續(xù)工作38 d，超越了母牛發(fā)情周期天數(shù)，精確度±2%、準(zhǔn)確性可達98.5%，為發(fā)情鑒定提供了一種新的監(jiān)測方法。然而，無線探頭長時間停留在陰道內(nèi)，易損傷陰道誘發(fā)炎癥，且母牛走動也易影響探頭位置及檢測效果，并且該探頭對硬件要求較高，還需要解決傳感器短路和長久穩(wěn)定佩戴等問題。目前，基于防水、防腐蝕的傳感器研發(fā)，可能是該探頭成功應(yīng)用的關(guān)鍵。同時，整合活動量與陰道黏液電阻值兩種標(biāo)記，或許能提高母牛發(fā)情鑒定效果，徹底解決安靜發(fā)情鑒定問題。

2.3 基于體溫的發(fā)情鑒定

基于陰道黏液電阻值標(biāo)記的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)，雖然難以突破產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)瓶頸，但卻開啟了母牛發(fā)情其它生理標(biāo)記的探索研究。其中，基于體溫標(biāo)記的發(fā)情鑒定技術(shù)研發(fā)，引起廣泛關(guān)注。母牛雖為恒溫動物，但其體溫卻隨發(fā)情周期呈現(xiàn)一定規(guī)律性變化。葛利江等［57］研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)情前母牛直腸溫度為38.7 ℃，而發(fā)情時上升至39.2 ℃，接近排卵時又下降到38.5 ℃，隨后逐漸恢復(fù)至發(fā)情前水平，整體呈現(xiàn)先升高后降低的變化規(guī)律。然而，直腸測溫?zé)o法實現(xiàn)自動化，研究重點轉(zhuǎn)向體表，但牛全身被毛濃密，只有鼻、眼、乳房等少數(shù)部位無毛裸露，而這些部位又無法固定溫度采集設(shè)備，導(dǎo)致體表自動測溫難度較大。目前，人們研發(fā)了瘤胃［58］、陰道［59］、眼球［60］和耳道［61］等部位溫度的監(jiān)測技術(shù)，并檢測到這些部位溫度的變化與直腸溫度呈現(xiàn)相似規(guī)律，可升高0.3 ℃～0.5 ℃；且有研究表明，基于耳部溫度標(biāo)記的母牛發(fā)情平均持續(xù)時間為16 h±5.67 h，從發(fā)情開始到排卵的平均時間間隔為27.90 h±7.68 h［62］。因此，體溫也被作為判斷母牛發(fā)情與否的重要生理標(biāo)記，而且，基于陰道溫度標(biāo)記的發(fā)情鑒定獲得了高達92%的檢出率［63］，是目前除活動量外，最有希望用于母牛發(fā)情自動監(jiān)測的生理指標(biāo)。

然而，陰道測溫易對母牛造成傷害或引起應(yīng)激反應(yīng)，如何實現(xiàn)母牛體溫自動監(jiān)測是一大難點。與監(jiān)測陰道溫度相比，監(jiān)測耳部溫度，傷害要小些。于是，屈東東［64］基于DS18B20溫度傳感器、ESP-WROOM模組和WiFi傳輸，構(gòu)建了母牛耳部溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)測范圍可達80 m，測試精度±0.2 ℃，但每隔幾十米就要布置無線WiFi接入點，以及鋪設(shè)大量電纜和布局較多無線接入點，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。熱紅外測溫技術(shù)的推廣利用，為母牛體溫自動監(jiān)測提供了新方向。何東健和宋子琪［65］利用熱紅外成像技術(shù)與骨架樹模型對牛眼部溫度進行自動檢測，平均絕對誤差為0.35 ℃、相對誤差為0.38%，具有較高精度；但牛頭自由度較大，眼睛目標(biāo)較小，實際應(yīng)用并不理想。選擇更合適的部位并設(shè)計更巧妙的測溫設(shè)備，是該方向未來研發(fā)的重點。同時，仍需深入研究疾病、季節(jié)、產(chǎn)奶量、胎次和不同發(fā)情類型等因素對母牛體溫的影響，以期確定最佳發(fā)情溫度預(yù)報閾值，為建立更精準(zhǔn)的母牛體溫發(fā)情鑒定自動化技術(shù)提供重要支撐。

3 母牛發(fā)情的分子標(biāo)記

分子檢測技術(shù)的發(fā)展，使母牛唾液、尿液、乳汁的化學(xué)成分得到了深度剖析，為發(fā)情診斷分子標(biāo)記研究開辟了新領(lǐng)域。目前，化學(xué)提取、代謝組學(xué)和色譜質(zhì)譜分析技術(shù)都取得了較快發(fā)展，且研究篩選出了一些不同發(fā)情階段的特異分子化合物，為母牛發(fā)情鑒定技術(shù)革新帶來了新希望。

3.1 唾液化合物

辛海云等［66］綜述表明，唾液化合物的晶體結(jié)構(gòu)差異、蛋白組學(xué)差異、揮發(fā)物差異，以及胞外RNA差異和電解質(zhì)平衡差異都可能用于動物發(fā)情鑒定技術(shù)研發(fā)。關(guān)于發(fā)情母牛唾液特異揮發(fā)性分子化合物的篩選研究，也取得了很多新發(fā)現(xiàn)。Sankar等［67］報道，母牛唾液中的三甲胺、乙酸、苯酚4-丙基、戊酸和丙酸等揮發(fā)性物質(zhì)，在發(fā)情當(dāng)天顯著增加；其中，三甲胺散發(fā)的氣味具有吸引公?？拷男Ч?，被認(rèn)為是潛在的發(fā)情特異性分子標(biāo)記。Karthikeyan等［68］研究認(rèn)為，水牛唾液中的對甲酚是一種異性吸引劑，也可作為發(fā)情特異性分子標(biāo)志物。本團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，與發(fā)情前相比，發(fā)情當(dāng)天奶牛唾液中的1-戊醇、2-戊基呋喃、苯乙醇等23個揮發(fā)性化合物含量顯著升高；進一步比較正常發(fā)情和安靜發(fā)情奶牛發(fā)情當(dāng)天23個化合物的含量發(fā)現(xiàn)，除6-（2，2，2-三氯-1-羥乙基）-1-甲基環(huán)己烯和2-羥基苯甲酸甲酯兩個化合物含量顯著高于安靜發(fā)情外，其余21個化合物無顯著差異［69］。由此推測，利用唾液揮發(fā)性化合物判斷母牛發(fā)情受安靜發(fā)情干擾小，為尋找不受安靜發(fā)情影響的發(fā)情鑒定標(biāo)記提供了新思路。同時，整合發(fā)情母牛唾液晶體呈蕨類模式的特點［70］，以及ENO3、SDF4、SERPRINA1、HSP-70等唾液蛋白表達增加等特性［71-72］，采用多標(biāo)記共同診斷發(fā)情，或許有望突破安靜發(fā)情鑒定瓶頸，提高配種效率。

3.2 尿液化合物

結(jié)合化學(xué)提取和氣相色譜聯(lián)動質(zhì)譜，分析間情期、發(fā)情期和妊娠期水牛尿液，共發(fā)現(xiàn)156種揮發(fā)性化合物［73］，并檢測到某些化合物僅存在于特定生理階段。Rajanarayanan和Archunan［74］發(fā)現(xiàn)，水牛尿液中的4-氯辛烷、9-甲基苯酚和4-十八烯酸只在發(fā)情期表達，并攜帶特殊氣味，具有刺激其它牛嗅聞、爬跨的作用。董智豪等［75］綜述報道，奶牛尿液中的鄰苯二甲酸二丙酯和1-碘十一烷僅存在于發(fā)情期，也可作為發(fā)情特異分子標(biāo)志物?；诓煌l(fā)情階段母牛尿液化合物差異，Muthukumar等［76］開發(fā)了發(fā)情檢測試劑盒，向該試劑盒加入發(fā)情前尿液呈現(xiàn)粉色，發(fā)情時為無色，發(fā)情后為深粉色，發(fā)情檢出率為60%，為利用特異分子化合物標(biāo)記判斷母牛發(fā)情開辟了新方式。然而，不同發(fā)情階段母牛尿液混合會導(dǎo)致某些化合物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而衍生新化合物，所以檢測時應(yīng)分別進行，以避免顏色互融或產(chǎn)生其它顏色，從而干擾鑒定結(jié)果。最新研究報道，安靜發(fā)情水牛尿液的Tamm-Horsfall蛋白顯著增加，約為間情期1.31倍［77］，可將其視為檢測安靜發(fā)情的分子標(biāo)志物。深入揭示發(fā)情母牛尿液特異性化合物成分及其存在形式，并針對這些特異性化合研發(fā)更精準(zhǔn)的專一試劑盒或試紙，也許能推動該研究方向取得突破性進展。

3.3 乳汁化合物

牛奶量多易獲取，其化合物的發(fā)情周期變化規(guī)律備受研究人員關(guān)注。牛奶含有數(shù)十種化合物［78］，但目前只有少數(shù)被證明存在發(fā)情特異性。發(fā)情當(dāng)天，母牛乳汁中的蛋白質(zhì)、脂肪、尿素、總固體（TS）和固體非脂肪（SnF）含量顯著高于發(fā)情前第3天［79］；發(fā)情當(dāng)天牛乳中的醋酸、戊酸、己酸和肉豆蔻酸含量，分別比發(fā)情前第14天增加1.29%、1.19%、1.22%、1.93%，而花生四烯酸則降低1.46%［80］。比較乳清代謝物發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)后70 d卵巢靜止母牛乳清中的琥珀酸、磷酸肌酸等6種代謝物含量，高于正常發(fā)情母牛，而丙氨酸、肌酐和乳糖等7種代謝物含量，則低于正常發(fā)情母牛［81］。這提示監(jiān)測乳清代謝物變化，也許能區(qū)分產(chǎn)后母牛是正常發(fā)情，還是卵巢靜止，以便對牛只進行精準(zhǔn)配種或同期發(fā)情處理。另外，Liu等［82］報道，發(fā)情母牛乳汁外泌體少于非發(fā)情母牛，外泌體蛋白濃度更低；進一步研究發(fā)現(xiàn)，乳源性外泌體參與調(diào)控雌二醇和孕酮（CYP19A1、CYP11A1、 RUNX2、HSD3β1、StAR）相關(guān)基因表達，其中，RUNX2在間情期表達顯著高于發(fā)情期。發(fā)情期與間情期乳汁外分泌體差異，可能是雌、孕激素隨發(fā)情周期變化造成的。故推測，乳汁外分泌體可能與卵泡發(fā)育、排卵、黃體形成和退化也存在一定關(guān)系。因此，深入探明外泌體對母牛發(fā)情排卵的調(diào)控作用，對于挖掘乳汁化合物標(biāo)記，建立非侵入式發(fā)情鑒定技術(shù)具有重要意義。

4 小結(jié)

自動監(jiān)測母牛發(fā)情，已成為規(guī)模化牛場繁殖管理重點發(fā)展方向。基于活動量的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)發(fā)情鑒定方法，提高了規(guī)模化牛場繁殖管理水平效益。但未解決安靜發(fā)情鑒定問題，所以，催生了爬跨圖像視頻、反芻時間、陰道黏液電阻值和體溫等一系列指標(biāo)的研究，以及相關(guān)自動化檢測技術(shù)的開發(fā)。發(fā)情母牛反芻時間、陰道黏液電阻值和體溫等指標(biāo)變化規(guī)律的深入揭示，及其相關(guān)指標(biāo)穿戴設(shè)備研發(fā)的突破，將會推動建立更高效的發(fā)情鑒定自動化技術(shù)，突破安靜發(fā)情鑒定瓶頸。此外，揭示唾液、乳汁中的分子化合物與發(fā)情周期之間的關(guān)系，也是未來發(fā)情鑒定的重點研究方向。

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（編輯 郭云雁）