李明 談為忠 劉家榮 陳志

摘要：奶牛的繁殖管理涉及眾多方面，是影響奶牛產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益的關(guān)鍵因素，并決定著奶牛能否提供持久的生產(chǎn)力和充足優(yōu)質(zhì)的后備力量。在國內(nèi)奶牛養(yǎng)殖不斷走向規(guī)?；同F(xiàn)代化的進程中，早期監(jiān)測與預警在產(chǎn)業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色。盡早和及時地對奶牛繁殖進行監(jiān)控和預測，能夠指導所采取的預防和處理措施，提高收益和減少損失。目前，早期監(jiān)測與預警在整個畜牧行業(yè)中得到了廣泛應用和長足發(fā)展，綜述了早期檢測與預警在奶牛繁殖各個環(huán)節(jié)中最新的應用情況，旨在為其發(fā)展提供思路和參考。

關(guān)鍵詞：早期監(jiān)測;預警;奶牛;繁殖

奶牛養(yǎng)殖業(yè)對促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加居民收入、提高國民營養(yǎng)水平具有重要意義。但目前，我國大多數(shù)奶牛場只能依靠傳統(tǒng)的人工方法對奶牛的各種狀態(tài)做出判斷，這對于大型奶牛場來說需要復雜且大量的額外勞動，降低了牛場的生產(chǎn)效率。同時，傳統(tǒng)方法的檢測有時并不十分準確，漏檢和錯檢的情況時有發(fā)生，這對奶牛繁殖率和產(chǎn)奶量的提高是非常不利的，直接影響奶牛養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。而自動化傳感器數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，在為這個新時代帶來了許多挑戰(zhàn)的同時，也為評估和最大限度地發(fā)揮奶牛的生產(chǎn)潛力帶來了新機遇。因此，本文將重點闡述適合我國國情的奶牛自動化傳感監(jiān)測系統(tǒng)，以期為改善奶牛場的生產(chǎn)效率提供優(yōu)質(zhì)方案。

一、早期監(jiān)測與預警在奶牛發(fā)情鑒定中的應用

在現(xiàn)代奶牛養(yǎng)殖中，有高達50%的發(fā)情排卵沒有被發(fā)現(xiàn)，未能充分識別養(yǎng)殖動物的可育發(fā)情是現(xiàn)代生產(chǎn)動物系統(tǒng)（尤其是牛）長期存在的低生育率問題的主要原因。究其根源是由于奶牛發(fā)情行為減弱，而且缺乏高精度的發(fā)情檢測方法。這大大降低了牛群的整體生產(chǎn)力，給奶牛業(yè)帶來了沉重的經(jīng)濟負擔。

目前，傳統(tǒng)的鑒定方法是對奶牛定期進行人工目視發(fā)情檢查。一些現(xiàn)代奶牛場則選用更復雜的方法包括測量奶牛黃體酮、熱負荷檢測器和活動監(jiān)測器與目視觀察相結(jié)合進行鑒定。然而，多份報告一致認為，即使組合使用這些方法，大約30%的發(fā)情奶牛仍可能無法被檢測到。因此，人們對開發(fā)新的奶牛發(fā)情檢測方法越來越重視。大量的實驗發(fā)現(xiàn)發(fā)情期的奶牛生理體征方面會發(fā)生明顯變化，如體溫有顯著升高、活動量增大和陰部紅腫等，利用這些生理特征的變化可以對母牛進行監(jiān)測。例如，針對活動量增大，一些公司利用該體征變化進行監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)，采用相應裝置對奶牛腿部或頸部的活動進行數(shù)據(jù)收集，計算其活動量和躺臥時間等數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過智能程序分析，以推測奶牛是否發(fā)情及預測其發(fā)情時間，通過對比發(fā)現(xiàn)其準確率明顯高于傳統(tǒng)的人工檢測，這對牧場繁殖水平的提高提供了極大的幫助。

奶牛體溫的變化也被應用到了實際生產(chǎn)中，徐曉慧等[1]開發(fā)設(shè)計了一個紅外測溫儀，利用紅外技術(shù)通過S-BUS協(xié)議與微控制器進行通訊，并使微控制器驅(qū)動液晶顯示屏顯示。從而實現(xiàn)對奶牛體溫進行非接觸式測量，進而能夠快速鑒別奶牛是否發(fā)情。馮濤等[2]在對牛的反芻時間進行統(tǒng)計時發(fā)現(xiàn)奶牛在發(fā)情和非發(fā)情時有顯著差別，證明奶牛反芻時間的變化可成為發(fā)情鑒定的一個新指標。張宇等[3]基于該研究成果，將活動量和反芻時間進行結(jié)合，開發(fā)出可以有效提高檢測概率，并提高發(fā)情檢測精度的方法，對實際生產(chǎn)具有重要的指導意義。諸如其他特征也有許多研究報道，例如，可通過監(jiān)測母牛陰道黏液電阻值變化來判斷奶牛發(fā)情和輸精時間。這也啟示我們奶牛在發(fā)情時有大量的體征變化，對其體征進行的探索尚不能停止。

現(xiàn)如今，通過遠程監(jiān)控、傳感器收集現(xiàn)代數(shù)據(jù)、快速數(shù)據(jù)傳輸以及通過物聯(lián)網(wǎng)進行的海量數(shù)據(jù)存儲已經(jīng)為我們開啟了先進的精準畜牧業(yè)時代。如王少華等[4]在收集大量數(shù)據(jù)后開發(fā)了人工智能軟件，利用大數(shù)據(jù)對奶牛進行實時監(jiān)測并對有可能的發(fā)情行為進行自動識別，通過測試發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)對奶牛發(fā)情行為的識別率接近100%。劉忠超[5]等對奶牛發(fā)情進行了多指標綜合分析并開發(fā)了可使用的軟件，該軟件對提高奶牛發(fā)情鑒定的敏感性和準確性方面有很重要的作用。應用云端時代、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)對奶牛養(yǎng)殖進行改善是一個跨學科的研究和推廣項目，涉及多學科的科學家、奶農(nóng)和行業(yè)專業(yè)人士。在未來，奶牛場還會接受傳感器和機器人系統(tǒng)等大型和多樣化的技術(shù)創(chuàng)新，并獲得大量持續(xù)的數(shù)據(jù)流，以改善整個奶牛場的養(yǎng)殖水平與經(jīng)濟效益。

二、早期監(jiān)測與預警在奶牛妊娠鑒定中的應用

妊娠是影響奶牛場經(jīng)濟效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，早期妊娠診斷對于縮短產(chǎn)犢間隔至關(guān)重要，能夠使奶牛場及時識別未妊娠的奶牛，以便盡早治療、發(fā)情管理和重新配種。通常建議在奶牛分娩后60d進行配種。在配種后奶農(nóng)需要盡早識別未懷孕奶牛，以便在下一個可配期重新進行配種以提高經(jīng)濟效益。根據(jù)長期的數(shù)據(jù)分析，牛的早期胚胎期在授精后持續(xù)約42d，包括一系列從受精開始直至著床的過程。在胚胎著床后，由于非感染性原因?qū)е屡咛p失的概率極小，意味著這個時期的妊娠變得更加安全。針對妊娠相關(guān)糖蛋白（PAGs）、干擾素-Tau和早孕因子進行妊娠檢測，是臨床上檢測母牛妊娠常用的方法。

許多直接和間接的妊娠診斷方法正在奶牛繁殖中得到應用，如直腸檢查診斷法（通過觸摸妊娠子宮質(zhì)地、胎兒和子宮動脈變化情況判斷），這是大型奶牛早期妊娠診斷使用最廣泛的方法之一。傳統(tǒng)上，為了在妊娠第30d左右確認妊娠，需要依靠觸診羊膜囊和拇指與食指之間的絨毛尿囊膜滑脫來確定。但是研究發(fā)現(xiàn)該方法僅從妊娠第45d開始使用比較準確，而且?guī)醉椦芯勘砻?，使用直腸檢查診斷法在母牛妊娠早期檢查會增加醫(yī)源性胚胎死亡的風險。通過直腸檢查診斷法只能在妊娠第45d后準確診斷妊娠，但超聲波檢查診斷法（利用超聲波診斷儀捕捉胎兒發(fā)育信號強度）可以在授精后第28d甚至更早進行檢測。目前，超聲波檢查診斷法已成為研究奶牛生殖生物學的既定研究工具，而且該方法可以最大限度地降低宮縮人流的發(fā)生率。直腸檢查診斷法和直腸超聲檢查是目前診斷妊娠的直接而準確的方法。但兩者都需要大量的技能和經(jīng)驗，且需要高額的初始成本，在一定程度上限制了其實際實施。在間接法方面，孕酮、硫酸雌酮、干擾素-τ等都是常見的被檢測因子，因此，早期可視孕檢試劑盒診斷法也常在奶牛場和實驗中使用。但迄今為止，由于其固有的局限性或其他問題，均不符合理想的妊娠診斷方法。監(jiān)測和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展與應用使得通過生理指標對奶牛妊娠實時自動監(jiān)控變成現(xiàn)實。研究發(fā)現(xiàn)，空懷母牛與妊娠母牛相比在授精后第一個發(fā)情周期活動量無明顯增加。同樣的，利用體溫的自動檢測技術(shù)在奶牛的發(fā)情鑒定中也有相應的應用，多篇報道稱成功受精的奶牛體溫在第5d到第12d明顯升高，而空懷牛無明顯變化。這為借助溫度傳感技術(shù)早期診斷奶牛妊娠提供了思路和應用前景。

隨著蛋白質(zhì)組學的發(fā)展，其可以做到在單個實驗中同時分析來自各種體液中復雜蛋白質(zhì)混合物的數(shù)千種蛋白質(zhì)。這將有助于鑒定滿足妊娠診斷分子的特異性和敏感生物標志物。例如，Jin[6]等在人工授精后21d和35d使用妊娠和非妊娠荷斯坦奶牛的血清樣本進行了蛋白質(zhì)組學分析，檢測到白蛋白和IgG的妊娠特異性亞基或片段，以及攜帶差異表達的小蛋白，結(jié)果顯示，這些片段具有妊娠檢測的潛力。還有更多分子是與早期胚胎發(fā)育的生理學及其母體識別妊娠和持續(xù)存活的信號傳導一致所必需的，這些分子與復雜的母體代謝改變相關(guān)，這有待進一步研究，盡管這些技術(shù)在動物科學研究中還處于起步階段，但它們?yōu)榻鉀Q家畜妊娠診斷方面的突破帶來了巨大希望。

三、早期監(jiān)測與預警在奶牛分娩中的應用

盡管獸醫(yī)產(chǎn)科學取得了非?？焖俚倪M展，但難產(chǎn)和受損新生兒的出生仍然是奶牛繁殖中的主要問題。不僅給奶牛場造成經(jīng)濟損失，還需要從動物倫理、動物福利和動物情感等方面進行考慮，這些都要求我們在預測母牛分娩時間時提高準確率，以提高母牛及其后代的存活率。在計算分娩日期時，如果分娩日期未知或不清楚，經(jīng)常采用胎兒形態(tài)測量以評估胎兒發(fā)育、估計孕周和預測分娩。但在妊娠晚期，由于胎兒的大小及其在母體中的位置不同，使得確定孕周變得更加困難?？梢愿鶕?jù)臨床癥狀來預測分娩，例如，妊娠母牛的骨盆韌帶松弛被認為是臨產(chǎn)的最佳個體征兆，數(shù)據(jù)顯示，骨盆韌帶在產(chǎn)犢前一天達到最大值，與硫酸雌酮濃度的增加相對應。但與發(fā)情不同，如果使用兩個以上的臨床參數(shù)預測產(chǎn)犢不僅不會提高準確性，反而增加了錯誤率，不利于精確度。從一定意義上來說，最準確的預測是“12小時內(nèi)不產(chǎn)犢”，這一預測在99%的奶牛身上都是正確的?？偟膩砜矗煌膛５娜焉锴闆r受品種、胎次等因素的影響可能存在較大差異。有時即將分娩的臨床體征雖然已經(jīng)很明顯，但仍難以準確預測產(chǎn)犢時間。對于產(chǎn)犢時間的監(jiān)測與預警方法和技術(shù)仍需進一步的探索。

四、早期監(jiān)測與預警在奶牛繁殖疾病中的應用

母牛的產(chǎn)科疾病同樣會給繁殖工作帶來諸多影響和一定經(jīng)濟損失，現(xiàn)如今“防大于治”已成為牛場養(yǎng)殖管理中的重要原則。以分娩為界，研究發(fā)現(xiàn)，很多圍產(chǎn)期奶牛在產(chǎn)后會患病，這個現(xiàn)象目前是具有群發(fā)性和亞臨床性特點的，這對于疾病的診斷和治療是個難題，為克服這個難題，可以在產(chǎn)前對易患牛進行提前監(jiān)測與預警，以減少產(chǎn)后患病的可能性。

隨著研究的不斷深入，疾病預警系統(tǒng)（Disease Alerting System，DAS）被開發(fā)出來，其可在疾病發(fā)生之前發(fā)出健康警報，使得牛場能夠及時采取針對性預防措施，將疾病可能造成的損失降到最低限度。早期預警的工作原理主要是通過對血液指標水平進行受試者工作曲線（ROC曲線）分析來建立系統(tǒng)和實現(xiàn)預測的。因為ROC曲線的精準性，該系統(tǒng)可以用于為獸醫(yī)提供最佳的診斷界限值[7]，判定疾病發(fā)病的界限值[8]，以及對兩種或兩種以上不同疾病同時進行監(jiān)測。如王艷輝等[9]通過ROC曲線分析發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)后奶牛繁殖障礙性疾病中，能量代謝指標的對比有顯著變化，具有提前預警的作用，因此，開發(fā)了專門針對該指標的軟件并進行商業(yè)化使用。白云龍等[10]在ROC曲線的基礎(chǔ)上研究并建立了ITIH3和ApoA4對卵巢靜止單一和聯(lián)合的預警體系。疾病預警系統(tǒng)的出現(xiàn)為牛場管理繁殖疾病及群發(fā)性疾病的防控帶來了新的手段。研究顯示，奶牛場中使用該系統(tǒng)進行自動化健康監(jiān)測可以提供早期和成功的防范與治療。但另一方面，Tim[11]報道，在丹麥地區(qū)，因為使用預警系統(tǒng)反而增加了可引起流產(chǎn)傳染病的發(fā)生率，其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。

五、總結(jié)與展望

生產(chǎn)繁殖工作作為奶牛養(yǎng)殖持續(xù)發(fā)展的中心和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需不斷地優(yōu)化管理和與時俱進，隨著奶牛場中不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，利用現(xiàn)代科學技術(shù)的原理和方法來管理畜牧業(yè)生產(chǎn)，“精準、精確”在未來的奶牛業(yè)不只是理想化，而應該是即將達成的現(xiàn)實。同時，高新的技術(shù)可能意味著高額的成本，如何選擇最佳的方法和技術(shù)是奶牛場需要面臨的實際問題。

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作者簡介：李明（1984-），男，江蘇徐州人，獸醫(yī)師，研究方向：獸醫(yī)。

（責任編輯馮會利）