早期监测与预警在奶牛繁殖中的应用

刘海萍，杨志强，肖劲邦

（1.上海市崇明区堡镇农业综合技术推广服务中心，上海 202157；2.上海奶牛研究所有限公司，上海 200436）

1 早期监测与预警在奶牛发情鉴定中的应用

奶牛发情周期约为21d，发情持续时间较短，平均为18h[1]，若没能准确地鉴定，错过输精的最佳时机，则必须等待至下一个发情期才能配种，从而增加了投入成本，因此对奶牛的发情活动进行有效的持续监测和早期鉴定是必要的。处于发情期的奶牛会发生较多明显的生理体征变化，如体温升高、活动量增大和阴部红肿等，而发情监测也是围绕这些特征，通过各种接触和非接触技术手段进行信息采集，再通过临床实践或计算机反复分析和验证来实现的。在传统的奶牛养殖时期，我国大多数牧场是依据繁殖同期流程结合人为观察奶牛发情前的行为状况来判断发情周期和配种时机的，如外部观察法、直肠检查法和阴道检查法等，但如此不仅工作量大，且准确观察难度大，易造成漏配[2]。

近年来，随着新型设备的开发和应用，奶牛发情的监测实现了数字化和自动化。研究表明，奶牛的活动量与发情状态密切相关[3]，基于此阿菲金和利拉伐等公司利用活动量监测技术相继开发出了商品化产品，装置于奶牛腿部或颈部，于每次挤奶时收集活动量和躺卧时间等数据，应用配套软件分析，推测奶牛的发情时间，准确率明显高于人工揭发[4]，提高了牧场繁殖水平。Talukder等[5]和杨章平等[6]分别应用了红外成像技术和温度传感器，通过体温变化监测奶牛是否发情。冯涛等[7]研究发现反刍时间可成为发情鉴定的新指标，而张宇等[8]基于反刍时间建立了发情监测的方法。王少华等[9]基于机器视觉开发了奶牛发情行为的自动识别方法，准确率可达100%。另有研究报道，可通过监测牛阴道黏液电阻值变化判断奶牛发情和输精时间[10]。

现如今，物联网和云端时代的到来也为奶业科技带来了全新的发展方向和空间，我国相关研究处于世界前沿水平，引领奶牛的发情监测逐步走向信息化和智能化。刘忠超[11]开发了基于物联网、无线远程监测和机器视觉等多种技术手段的奶牛发情智能综合监测系统，对奶牛进行24h实时监测，多指标综合分析，提高了鉴定的敏感性和准确性，还可搭载于微信和手机平台，实现数据存储和远程监控。对奶牛发情实时有效的早期监测已成为必然趋势，新技术和方法层出不穷，但值得注意的是，我国小型和家庭牧场数量较多，应考虑成本和条件，针对性地设置适用于此类牧场的发情监控体系。

2 早期监测与预警在奶牛妊娠鉴定中的应用

在配种后对奶牛进行妊娠诊断是整个繁殖监测系统的重要一环，尽早发现空怀母牛就能及时进行第二次发情管理和配种，缩短产犊间隔，从而提高经济效益[12]。但过早和不准确的早孕诊断则易导致未怀孕母牛的妊娠失败和反复授精[13]，因此须谨慎选择早孕诊断的时间和方法。妊娠后，由于妊娠识别作用，奶牛机体会发生一系列变化[14]，而早孕诊断技术就是依据这些差异逐步发展而来的，大致分为器官形态诊断、血液激素诊断和生理指标诊断三个方面。

直肠触诊是一种通过直肠壁检查生殖器官形态的方法，在早孕诊断中可通过触摸子宫、早期胚胎、卵巢和子宫动脉来判断奶牛的妊娠情况，能够在授精后45～60d准确预测奶牛的怀孕情况[15]，但对于妊娠后30d左右和患有子宫疾病奶牛的准确性欠佳[16]，此外也由于工作量较大，不适于规模化牧场。

20世纪70年代出现的B超技术得到了长足应用和发展，目前成为大型家畜生殖领域最有价值的活体诊断技术之一[17]，现已开发出适用于奶牛的小型便携式产品，在授精后36～44d诊断的准确率即可达97.7%[18]，但由于B超诊断仍需借助直肠触诊，早孕诊断技术仍需进一步开发。

血液指标水平能够灵敏和直观地反映奶牛体内相应的代谢和内分泌状况，已被广泛应用于奶牛的早孕诊断中，人们最开始选取孕酮作为早孕诊断指标，建立了ELISA检测方法[19]，并进一步开发了以牛奶为样品的快检试剂盒[20]。除孕酮外，随着组学技术的发展，越来越多的蛋白被应用于早孕诊断，通过ELISA法检测双倍稀释血清中的早孕因子（EPF）。一项对妊娠10～21d的奶牛进行诊断，准确率为100%[21]；一项对授精后28d的奶牛进行诊断，准确率为81.97%[22]。妊娠相关糖蛋白（PAGS）同样是可用于早孕诊断的指标，Silva等[23]使用该指标ELISA试剂盒对1 079头授精后27d荷斯坦牛进行诊断，准确率为96.2%，表明在妊娠早期即可有较高的准确性。此外，其他指标如妊娠特异性蛋B（PSPB）也具有良好的诊断效果，并已开发了相应的商品化试剂盒。基于血液激素进行妊娠诊断具有早期、快速、准确、刺激小的优势，可同时检测大量样品，适合规模化牧场，但大多需借助实验室设备，同时也存在受所选用指标在血液中半衰期的影响，形成上一次妊娠或早期胚胎死亡造成的干扰。

随着监测和传感技术的应用，通过生理指标对奶牛妊娠实时自动监控成为了现实[24]。研究发现妊娠母牛在授精后第一个发情周期活动量无明显变化，而空怀母牛活动量明显增加[25]。利用体温的自动检测技术已应用于奶牛的发情鉴定[26]，而报道称成功受精的奶牛体温在第5～12天明显升高，与未怀孕母牛授精后21d存在显著差异[27]。这为借助温度传感技术早期诊断奶牛妊娠提供了思路和可能。

3 早期监测与预警在奶牛分娩中的应用

分娩是奶牛围产期的中心环节，良好的分娩管理不仅直接关系到经济价值，也是动物福利的重要表现。此外，虽然兽医产科学已取得了巨大的进步，但分娩异常仍然是奶牛面临的主要疾病之一，做好分娩的预测工作，能够尽早对分娩牛只进行特别关注和分群，提高分娩成功率和减少疾病的发生。

由于围产期的特殊性，应尽可能减少奶牛的应激，因此主要应用临床表现来预测分娩。经验丰富的兽医可以发现临产奶牛的身体变化，如乳房充盈、漏奶、阴户充盈等，其中盆腔韧带松弛被认为是临产的最佳信号[28]。在分娩的前几天，大多数动物行为均会发生变化，但往往受到圈舍条件的制约，奶牛活动量明显上升，躺卧时间缩短，同时采食、饮水和反刍活动减少，排便次数增加，并伴随着体温下降[29]。

如今可以借助监控设备，并通过无线数据传输，对奶牛的行为变化进行监控[30]。Barraclough等[31]系统地监控了奶牛躺卧时间、站立时间、躺卧姿势和活动量等数据，为不同胎次奶牛分娩当天的监控提供了方法。同时其也尝试预测难产，但可能由于受到胎次和未考虑分娩异常种类的影响，没有鉴定出分娩异常的指示因子。前人研究虽未取得明确发现，但为奶牛分娩异常监控提供了思路和参考。随着牧场新型设备不断涌现，为监测奶牛各项生理指标提供了便利，也为全面预测奶牛分娩提供了新的手段和方法。

4 早期监测与预警在奶牛繁殖疾病中的应用

产科疾病如子宫内膜炎、卵巢静止等给奶牛的繁殖工作带来了巨大不便和经济损失，而如今“防大于治”已成为了牧场管理的重要原则。疾病预警系统（Disease Alerting System，DAS）可在疾病发生之前发出警示性信息，提示牧场采取预防性措施，能够将疾病可能造成的损失降低到最低限度[32]。

血液指标被认为是监测奶牛群体健康和预测患病风险的主要依据，而ROC曲线主要用于为判定任意界限值对疾病的识别能力、选择最佳的诊断界限值、对两种或两种以上不同诊断试验识别疾病能力的比较，因此借助ROC曲线寻找繁殖疾病的早期预警血液指标，是研究人员致力的方向。

Ospina等[33]利用ROC曲线确立了美国东北部地区奶牛牧场NEFA和BHBA对包括子宫内膜炎和胎衣不下在内4种多发疾病的风险评估作用和预警值。乔彦杰等[34]发现奶牛血清激素P4和PGE2α等指标超过预警值可作为子宫炎早期风险预测的依据。张保军等[35]的研究表明，血清免疫抗氧化指标NO、IL-2和IFN-γ可作为奶牛发生子宫炎早期风险的依据。王艳辉等[36]研究发现能量代谢指标对产后奶牛繁殖障碍性疾病具有预警作用。白云龙等[37]分别建立了ApoA4和ITIH3对卵巢静止单一和联合的预警体系。宋玉锡等[38]研究发现，HIS和E2可在妊娠阴性的牛只中发挥预警作用。孙宏亮等[39]认为产前血清REA和BUN具有成为胎衣不下早期预警指标的潜力。众多研究结果均表明了ROC曲线可对繁殖疾病早期预警发挥重要作用，实际生产中可灵活选取指标组合，以得到更为准确的预警结果。

此外，也有最新文献报道应用彩色多普勒超声技术检查奶牛卵巢血流动力学进行早期预警，该方法能够从器官角度预测卵巢的早期病变[40]和产褥热[41]的发生，并为其发生机理做出了更进一步解释。但另一方面，Tim[42]报道，丹麦地区减少了对可引起流产的传染病，如布鲁氏菌病、BVD和IBR的预警系统应用，原因是该预警体系无法预测绝大多数流产，更无法起到预防作用。

5 总结与展望

繁殖工作作为奶业持续发展的中心环节，需不断地优化管理和与时俱进，早期监测与预警理念在奶牛繁殖中已做出了重要贡献，但仍具有一定的发展空间。一方面繁殖过程中某些环节尚无可靠的监控和预防指标，无法进行有效的预防；另一方面现有的预警方法存在较高的假阳性或假阴性，准确性有待提高。随着科技的发展和多学科的交互应用，传感技术和信息网络广泛应用于农业中，奶牛繁殖管理的发展应乘此浪潮，充分借助新理念、新技术、新设备，取得更大的突破。