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(shù)推廣服務(wù)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(yù)警在奶牛發(fā)情鑒定中的應(yīng)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(zhǔn)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(shù)手段進行信息采集，再通過臨床實踐或計算機反復(fù)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(jié)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(zhǔn)確觀察難度大，易造成漏配[2]。

近年來，隨著新型設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)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(guān)[3]，基于此阿菲金和利拉伐等公司利用活動量監(jiān)測技術(shù)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(yīng)用配套軟件分析，推測奶牛的發(fā)情時間，準(zhǔn)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(yīng)用了紅外成像技術(shù)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(biāo)，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(zhǔn)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(guān)研究處于世界前沿水平，引領(lǐng)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(shù)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(biāo)綜合分析，提高了鑒定的敏感性和準(zhǔn)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(shù)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(yīng)考慮成本和條件，針對性地設(shè)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(yù)警在奶牛妊娠鑒定中的應(yīng)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(zhǔn)確的早孕診斷則易導(dǎo)致未懷孕母牛的妊娠失敗和反復(fù)授精[13]，因此須謹(jǐn)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(shù)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(biāo)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(zhǔn)確預(yù)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(zhǔn)確性欠佳[16]，此外也由于工作量較大，不適于規(guī)模化牧場。

20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的B超技術(shù)得到了長足應(yīng)用和發(fā)展，目前成為大型家畜生殖領(lǐng)域最有價值的活體診斷技術(shù)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(zhǔn)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(shù)仍需進一步開發(fā)。

血液指標(biāo)水平能夠靈敏和直觀地反映奶牛體內(nèi)相應(yīng)的代謝和內(nèi)分泌狀況，已被廣泛應(yīng)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(biāo)，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(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的蛋白被應(yīng)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(zhǔn)確率為100%[21]；一項對授精后28d的奶牛進行診斷，準(zhǔn)確率為81.97%[22]。妊娠相關(guān)糖蛋白（PAGS）同樣是可用于早孕診斷的指標(biāo)，Silva等[23]使用該指標(biāo)ELISA試劑盒對1 079頭授精后27d荷斯坦牛進行診斷，準(zhǔn)確率為96.2%，表明在妊娠早期即可有較高的準(zhǔn)確性。此外，其他指標(biāo)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(yīng)的商品化試劑盒?；谘杭に剡M行妊娠診斷具有早期、快速、準(zhǔn)確、刺激小的優(yōu)勢，可同時檢測大量樣品，適合規(guī)?；翀?，但大多需借助實驗室設(shè)備，同時也存在受所選用指標(biāo)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(shù)的應(yīng)用，通過生理指標(biāo)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(shù)已應(yīng)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(shù)早期診斷奶牛妊娠提供了思路和可能。

3 早期監(jiān)測與預(yù)警在奶牛分娩中的應(yīng)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(guān)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(xué)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(yù)測工作，能夠盡早對分娩牛只進行特別關(guān)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(yīng)盡可能減少奶牛的應(yīng)激，因此主要應(yīng)用臨床表現(xiàn)來預(yù)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(rèn)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，奶牛活動量明顯上升，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(shè)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(dāng)天的監(jiān)控提供了方法。同時其也嘗試預(yù)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(shè)備不斷涌現(xiàn)，為監(jiān)測奶牛各項生理指標(biāo)提供了便利，也為全面預(yù)測奶牛分娩提供了新的手段和方法。

4 早期監(jiān)測與預(yù)警在奶牛繁殖疾病中的應(yīng)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(yù)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(yù)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(biāo)被認(rèn)為是監(jiān)測奶牛群體健康和預(yù)測患病風(fēng)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(yù)警血液指標(biāo)，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(fēng)險評估作用和預(yù)警值。喬彥杰等[34]發(fā)現(xiàn)奶牛血清激素P4和PGE2α等指標(biāo)超過預(yù)警值可作為子宮炎早期風(fēng)險預(yù)測的依據(jù)。張保軍等[35]的研究表明，血清免疫抗氧化指標(biāo)NO、IL-2和IFN-γ可作為奶牛發(fā)生子宮炎早期風(fēng)險的依據(jù)。王艷輝等[36]研究發(fā)現(xiàn)能量代謝指標(biāo)對產(chǎn)后奶牛繁殖障礙性疾病具有預(yù)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(yù)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(yù)警作用。孫宏亮等[39]認(rèn)為產(chǎn)前血清REA和BUN具有成為胎衣不下早期預(yù)警指標(biāo)的潛力。眾多研究結(jié)果均表明了ROC曲線可對繁殖疾病早期預(yù)警發(fā)揮重要作用，實際生產(chǎn)中可靈活選取指標(biāo)組合，以得到更為準(zhǔn)確的預(yù)警結(jié)果。

此外，也有最新文獻報道應(yīng)用彩色多普勒超聲技術(shù)檢查奶牛卵巢血流動力學(xué)進行早期預(yù)警，該方法能夠從器官角度預(yù)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(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用，原因是該預(yù)警體系無法預(yù)測絕大多數(shù)流產(chǎn)，更無法起到預(yù)防作用。

5 總結(jié)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(yù)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(yù)防指標(biāo)，無法進行有效的預(yù)防；另一方面現(xiàn)有的預(yù)警方法存在較高的假陽性或假陰性，準(zhǔn)確性有待提高。隨著科技的發(fā)展和多學(xué)科的交互應(yīng)用，傳感技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中，奶牛繁殖管理的發(fā)展應(yīng)乘此浪潮，充分借助新理念、新技術(shù)、新設(shè)備，取得更大的突破。