李藍祁，劉江靜，陳曉麗，李 欣，路永強，王水蓮，王 棟*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院，長沙 410128； 2.中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所 農(nóng)業(yè)部畜禽遺傳資源與利用重點開放實驗室，北京 100193； 3.吉林農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，長春 130118； 4.北京市畜牧總站，北京 100107)

奶牛發(fā)情周期為18～24 d[1]，如發(fā)情未被檢出和及時配種，則需等到下一個情期才能再次發(fā)情配種，增加了非繁殖飼養(yǎng)成本[2]，發(fā)情檢測是奶牛繁殖管理重要環(huán)節(jié)[3]。目前，奶牛場大都使用人工觀察、尾根涂蠟等傳統(tǒng)發(fā)情檢測方法，需要投入大量人力，難以適應規(guī)?；B(yǎng)殖需求[4]。盡管同期發(fā)情定時輸精技術(shù)正在推廣應用，奶牛發(fā)情檢測仍發(fā)揮著不可替代的作用[5]，并且向自動化發(fā)情檢測方向發(fā)展[6-7]，而奶牛發(fā)情生理參數(shù)變化是自動化發(fā)情監(jiān)測技術(shù)研發(fā)的重要基礎(chǔ)。

發(fā)情過程伴隨體溫[8]、活動量[9]、陰道黏液電阻值[10]等參數(shù)改變，探索這些參數(shù)的發(fā)情周期變化規(guī)律，對自動發(fā)情檢測技術(shù)研發(fā)與提高尤為重要。傳感技術(shù)的發(fā)展，使這些參數(shù)的不間斷自動檢測成為可能，其中，基于加速度傳感技術(shù)的自動發(fā)情檢測技術(shù)正在奶牛養(yǎng)殖業(yè)中推廣應用[11-12]。但是，該技術(shù)發(fā)情期活動量監(jiān)測閾值標準不一，有的報道活動量升高4.2倍，持續(xù)9.7 h[13]，還有的升高2.9倍，持續(xù)13.8 h[14]，并且發(fā)情檢出效果報道差別較大，最高達94.7%[15]，較低為85.6%[16]，筆者前期研究表明，發(fā)情檢出率為88.24%[10]。為提高該技術(shù)檢出率，筆者進行發(fā)情奶?；顒恿孔兓?guī)律研究。

本研究使用自行研發(fā)的奶牛自動化發(fā)情檢測系統(tǒng) (基于活動量變化設(shè)計研發(fā)，專利號：CN201520109489.6)，對北京某奶牛場進行了發(fā)情母?；顒恿繖z測，以探究發(fā)情奶牛的活動量變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗動物及飼養(yǎng)管理

本研究于2016年7月-2017年7月在北京市房山區(qū)某荷斯坦奶牛場進行。隨機選擇該場150頭產(chǎn)后健康泌乳牛和7頭青年母牛進行試驗。泌乳牛每天6:00、13:00、19:00各擠奶1次，每次擠奶結(jié)束后，頸夾固定采食TMR日糧30 min后，自由采食，并提供清潔飲水。采用散欄飼養(yǎng)，圈舍中設(shè)有臥床，圈舍面積1 750 m2(50 m×35 m)，每個圈舍約飼養(yǎng)36頭奶牛，飼養(yǎng)密度48.6 m2·頭-1，保證試驗牛有足夠的運動場地。

1.2 儀器設(shè)備及數(shù)據(jù)采集方法

采用本團隊自行研發(fā)的奶牛發(fā)情自動監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱：系統(tǒng))進行活動量數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)包括活動量檢測裝置(計步器)、數(shù)據(jù)采集裝置(收集計步器采集到的活動量數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)缴衔粰C系統(tǒng))、上位機系統(tǒng)(接收、存儲和分析數(shù)據(jù)，并通過軟件顯示)。試驗期間計步器佩戴于牛后腿跖部，數(shù)據(jù)采集裝置安放在試驗牛棚中。計步器每檢測到牛腿部產(chǎn)生1次加速度記為1，每0.5 h進行1次累計。采集器每2.0 h收集1次計步器檢測到的活動量數(shù)據(jù)，并上傳至上位機處理分析和顯示，實現(xiàn)活動量實時監(jiān)測和發(fā)情預報功能。當活動量超過前11 d(間情期)同一時間點平均值2.5倍以上，持續(xù)2.5 h以上時，系統(tǒng)預報該牛發(fā)情，活動量降至2.5倍以下，則發(fā)情結(jié)束。

1.3 試驗處理

試驗牛分為自然發(fā)情組和同期處理組，兩組飼養(yǎng)方式相同，自然發(fā)情組不采用任何激素處理，試驗牛從試驗開始即進行活動量數(shù)據(jù)自動采集。同期處理組，對產(chǎn)后59 d未發(fā)情母牛，第60天頸部注射促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH)，第67天頸部注射前列腺素F2α(prostaglandin F2α, PGF2α)，第69天再次頸部注射GnRH。

1.4 發(fā)情鑒定

系統(tǒng)自動進行發(fā)情母牛預報，所有系統(tǒng)預報發(fā)情母牛均由一位擁有8年從事奶牛繁殖工作經(jīng)驗的試驗員進行直腸檢查確認。本研究實際監(jiān)測到128頭發(fā)情牛的活動量變化，其中，春季監(jiān)測出32頭，夏季34頭，秋季33頭，冬季29頭；青年牛檢測出6頭，1胎 牛47頭，2胎牛31頭，≥3胎牛44頭；根據(jù)發(fā)情類型，自然發(fā)情牛檢測出113頭，同期處理發(fā)情牛15頭。

1.5 數(shù)據(jù)分析

首先使用Excel表格對活動量數(shù)據(jù)進行初步整理，然后，使用SAS8.1混合模型Glm過程(一種基于最小二乘法原理，對不同數(shù)量樣本數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗的方差分析方法)，對不同胎次、不同季節(jié)和不同處理組母牛間發(fā)情活動量升高倍數(shù)和持續(xù)時間進行差異顯著性檢驗。因為奶牛發(fā)情起始時間、結(jié)束時間不同，發(fā)情持續(xù)時間也不同，分析活動量變化規(guī)律時，分別將發(fā)情開始時間與發(fā)情結(jié)束時間定為0時，并分別向前后截取一段時間，進行活動量統(tǒng)計分析。

2 結(jié) 果

2.1 奶牛發(fā)情時與發(fā)情前后活動量變化規(guī)律

2.1.1 發(fā)情當天與發(fā)情前后11 d活動量變化規(guī)律 將發(fā)情當天(第0 天)活動量總和與發(fā)情前后11 d每天活動量總和作圖(圖1)。圖1顯示，荷斯坦奶牛每天的活動量在發(fā)情前11 d和發(fā)情后11 d差異不顯著(P>0.05)，均在20 000左右，且顯著低于發(fā)情當天活動量(P<0.05)，其中發(fā)情后第1 天活動量最低(20 672±2 192)。發(fā)情當天活動量最高(53 841±11 016)，約為發(fā)情前后11 d每天活動量的2.69倍。

*.與發(fā)情當天活動量比P<0.05。下同*. Compared with the activity on the day of estrus，P<0.05. The same as below圖1 50頭母牛發(fā)情當天與發(fā)情前后11 d活動量數(shù)據(jù)Fig.1 Activity of 50 cows on the day of estrus and 11 days before and after estrus

2.1.2 發(fā)情開始前后和發(fā)情結(jié)束前后活動量變化規(guī)律 將128頭荷斯坦奶牛發(fā)情開始前3 h和發(fā)情開始后7 h每0.5 h活動量平均值，與發(fā)情前11 d (間情期)同一時間點活動量平均值作圖(圖2)，圖2顯示，奶牛處于間情期時，平均活動量較低，且很平穩(wěn)，基本低于500。而發(fā)情期活動量顯著升高(P<0.05)，均高于1 500，其中發(fā)情開始后0.0～4.5 h時活動量呈上升趨勢，至4.5 h時達最高(2 179±1 073)。 將發(fā)情結(jié)束前7 h和發(fā)情結(jié)束后3 h每0.5 h 活動量平均值與發(fā)情前11 d(間情期)同一時間點活動量平均值作圖(圖3)，圖3顯示，從發(fā)情結(jié)束前3 h開始，活動量整體呈下降趨勢，直至恢復到間情期活動量為止。

圖2 發(fā)情開始前后活動量變化規(guī)律Fig.2 Activity variation before and after the onset of estrus

圖3 發(fā)情結(jié)束前后活動量變化規(guī)律Fig.3 Activity variation before and after the end of estrus

2.2 奶牛發(fā)情時活動量與胎次、季節(jié)、發(fā)情處理類型間的關(guān)系

2.2.1 胎次 表1顯示，奶牛發(fā)情時活動量升高倍數(shù)在青年牛、1胎牛和2胎牛間差異不顯著(P>0.05)， 而前三者發(fā)情活動量升高倍數(shù)顯著高于3胎及3胎以上牛(P<0.05)(由于3胎以上各胎次牛數(shù)較少，故歸納在一起)。奶牛發(fā)情持續(xù)時間青年牛顯著高于其他胎次牛(P<0.05)，達(16.50±2.17) h，同時，隨胎次增加，發(fā)情持續(xù)時間逐漸縮短，由1胎的(7.23±3.73) h縮減到3胎及3胎以上的(4.93±2.63) h。

2.2.2 季節(jié) 參考文獻[17]，將3～5月定義為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季，12月～次年2月為冬季。對奶牛發(fā)情活動量的季節(jié)因素統(tǒng)計分析結(jié)果(表2)表明，春、秋兩季奶牛發(fā)情活動量平均升高6倍左右，差異不顯著(P>0.05)，但春(秋)、夏和冬3季節(jié)間差異顯著(P<0.05)，且活動量呈現(xiàn)隨氣溫升高逐漸降低的趨勢，其中冬季活動量升高倍數(shù)最大(8.10±4.64)，夏季最低(5.58±2.94)。發(fā)情持續(xù)時間在春、冬兩季間差異不顯著(P>0.05)， 夏、秋兩季間差異也不顯著(P>0.05)，而春(冬)季與夏(秋)季間差異顯著(P<0.05)，分別持續(xù)約7、5 h，即呈現(xiàn)出隨夏季到來持續(xù)時間逐漸縮短，而隨秋季向冬季轉(zhuǎn)化逐漸延長的趨勢。

表1胎次對奶牛發(fā)情活動量變化的影響

Table1Effectofparitiesontheactivityofcowestrus

活動量變化The change of activity青年牛(n=6)Primiparity1胎(n=47)Parity 12胎(n=31)Parity 2≥3胎(n=44)Parity 3+活動量升高倍數(shù) Increased of activity7.06±3.91a7.10±4.31a6.78±3.80a5.53±3.21b持續(xù)時間/h Duration16.50±2.17a7.23±3.73b6.18±3.77bc4.93±2.63c

同行數(shù)據(jù)后所標字母不同表示差異顯著(P<0.05)；所標字母相同表示差異不顯著(P>0.05)。下表同

Different letters within the same row means significant difference between the treatments(P<0.05), same letter within the same row means not significant difference between treatments(P>0.05). The same as below

表2季節(jié)對奶牛發(fā)情活動量變化的影響

Table2Effectofseasonontheactivityofcowestrus

活動量變化The change of activity春(n=32)Spring夏(n=34)Summer秋(n=33)Autumn冬(n=29)Winter活動量升高倍數(shù) Increased of activity6.84±4.12a5.58±2.94b6.49±4.12a8.10±4.64c持續(xù)時間/h Duration7.72±3.71a5.09±2.51b5.75±3.85b7.07±3.76a

2.2.3 發(fā)情處理類型 對不同發(fā)情類型發(fā)情牛活動量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析(表3)表明，同期發(fā)情母牛發(fā)情活動量升高倍數(shù)(7.36±4.61)顯著高于自然發(fā)情牛(6.70±4.00)(P<0.05)，但發(fā)情持續(xù)時間差異不顯著(P>0.05)，均在6 h左右。

表3發(fā)情類型對奶牛發(fā)情活動量變化的影響

Table3Effectoftypesofestrustreatmentontheactivityofcowestrus

活動量變化The change of activity自然發(fā)情(n=113)Natural estrus同期發(fā)情(n=15)Synchronous estrus活動量升高倍數(shù)Increased of activity6.70±4.00a7.36±4.61b持續(xù)時間/h Duration6.32±3.67a5.97±2.63a

2.3 系統(tǒng)發(fā)情鑒定

2.3.1 系統(tǒng)鑒定結(jié)果的直檢驗證 系統(tǒng)鑒定為發(fā)情的母牛均通過直腸檢查進行驗證，對系統(tǒng)鑒定

的陽性發(fā)情牛和假陽性發(fā)情?；顒恿可弑稊?shù)和持續(xù)時間的比較分析結(jié)果(表4)顯示，陽性發(fā)情?；顒恿可弑稊?shù)和持續(xù)時間均顯著高于假陽性發(fā)情牛(P<0.05)。

表4系統(tǒng)檢出發(fā)情?；顒恿康淖兓?/p>

Table4Activityvariationofcowsdetectedestrusbysystem

活動量變化The change of activity陽性(n=128)Positive假陽性(n=14)False positive 活動量升高倍數(shù)Increased of activity6.72±4.10a5.43±3.00b持續(xù)時間/h Duration6.27±3.54a3.71±1.99b

2.3.2 發(fā)情鑒定效果 試驗期間，共對121頭自然發(fā)情泌乳牛、7頭青年牛和29頭同期處理泌乳牛進行了發(fā)情鑒定，直檢驗證結(jié)果(表5)表明，本系統(tǒng)鑒定出107頭自然發(fā)情牛(鑒定率88.43%)、15頭同期發(fā)情牛(鑒定率51.72%)、6頭青年牛(鑒定率85.71%)。

表5發(fā)情鑒定效果

Table5Estrusdetectedefficiency

母牛類別Type of cows發(fā)情類型Types of estrus treatment數(shù)量/頭Amount檢出頭數(shù)/頭Detected heads鑒定率/%Detection rate泌乳牛Lactating cows自然發(fā)情 Natural estrus12110788.43同期發(fā)情 Synchronous estrus291551.72青年牛 Primiparity自然發(fā)情 Natural estrus7685.71

3 討 論

奶牛發(fā)情時大多呈現(xiàn)精神亢奮狀態(tài)，表現(xiàn)坐立不安、嗅聞其他牛只陰戶、爬跨或被其他牛只爬跨等現(xiàn)象，導致發(fā)情母牛運動量(活動量)升高[18]。該規(guī)律為自動化發(fā)情鑒定技術(shù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。研究表明，間情期時，母?；顒恿孔兓幻黠@,而發(fā)情時活動量可達間情期活動量的400%[19]。利用計步器每2 h記錄一次活動量，共監(jiān)測了57頭奶牛發(fā)情活動量變化情況，發(fā)現(xiàn)發(fā)情時活動量比間情期增加(290±160)%[14]。 還有研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)情時比未發(fā)情時活動量約升高6倍[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，奶牛發(fā)情前后11 d中，每天活動量差異不顯著(P>0.05)，均在20 000左右，而發(fā)情當天活動量(53 841)約為間情期的2.69倍。本研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)情開始前和發(fā)情結(jié)束后母?；顒恿颗c間情期平均活動量差異也不顯著(P>0.05)， 均在500以下，而發(fā)情時活動量則可達間情期活動量的3.6～6.8倍，結(jié)果與Brehme等[20]研究結(jié)果相似，但略高于Kiddy[19]的研究結(jié)果。

奶牛活動量可能受季節(jié)、發(fā)情方式、產(chǎn)奶量、胎次和品種等因素影響[6]。有研究指出，經(jīng)產(chǎn)母牛(≥1胎) 發(fā)情活動量低于初產(chǎn)母牛[21]，除第1、2胎母牛發(fā)情期運動量差異不顯著外(P>0.05)，其他各胎次間差異極顯著(P<0.01)，且隨胎次增加，運動量逐漸減少[22]。另有研究表明，初產(chǎn)牛和經(jīng)產(chǎn)牛發(fā)情持續(xù)時間無明顯變化[23]。本研究表明，青年牛、1胎和2胎奶牛發(fā)情活動量升高倍數(shù)差異不顯著(P>0.05)，而3胎及以上胎次奶牛發(fā)情活動量升高倍數(shù)顯著低于青年?！?胎奶牛(P<0.05)，與孫保貴等[22]研究結(jié)果相似，而與Lopez等[23]不同。同時，發(fā)情持續(xù)時間也隨胎次增加而逐漸縮短，且初產(chǎn)牛((16.50±2.17) h)顯著高于經(jīng)產(chǎn)牛(1胎：(7.23±3.73)h)(P<0.05)。可能是因為牛奶產(chǎn)量增高降低了血液循環(huán)中的雌激素水平[23]，導致奶牛發(fā)情表現(xiàn)減弱。國外關(guān)于環(huán)境溫度的研究表明，炎熱季節(jié)發(fā)情活動量升高2.70倍，顯著低于寒冷季節(jié)(2.90倍)，而持續(xù)時間差異不大，均在8.5 h左右[24]；另有研究指出，夏季奶牛發(fā)情活動量升高2.33倍，顯著低于冬季(3.55倍)，夏季發(fā)情持續(xù)時間((15.2±0.2) h) 也顯著低于冬季((17.3±0.9) h)[25]。本研究表明，夏季發(fā)情?；顒恿亢统掷m(xù)時間均顯著低于冬季(P<0.05)，與Sakatani等[25]報道的變化趨勢相似，但活動量變化倍數(shù)均高于Ismael等[24]的結(jié)果；而持續(xù)時間卻低于兩人的研究結(jié)果。Sakatani等[25]研究還表明進行自然發(fā)情牛((16.8±0.9) h)與使用同期發(fā)情處理牛((14.1±1.2) h)發(fā)情持續(xù)時間差異不大，與本研究結(jié)果類似，但Sakatani等[25]報道的發(fā)情持續(xù)時間比本研究的發(fā)情持續(xù)時間(6.32±3.67) h和(5.97±2.63) h長，該差異可能由于他們的試驗牛(日本黑牛)為不同于奶牛的肉牛品種。本研究還發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)預報發(fā)情陽性?；顒恿可弑稊?shù)(6.72±4.10)和持續(xù)時間((6.27±3.54)h)均顯著高于假陽性牛(P<0.05)，假陽性預報結(jié)果，可能源于發(fā)情牛爬跨其他未發(fā)情?；蚺Ｖ徽{(diào)圈等造成的活動量突然升高。

國外有些計步器產(chǎn)品多在擠奶時上傳數(shù)據(jù)，可能會造成預報滯后，影響及時配種，比如19：00擠完奶后，需到第2天6：00才擠奶，則第2天早上采集到的數(shù)據(jù)將是前1 d上傳數(shù)據(jù)11 h后的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集滯后可能使有些牛錯過最佳配種時間[26]。同時，33%泌乳牛發(fā)情無明顯行為變化，這些安靜發(fā)情牛[27]，對于計步器發(fā)情預報提出了更高要求，與其他研究相比，本研究每0.5 h累計一次活動量，可更細致、準確地分析奶牛發(fā)情開始與結(jié)束時間，每2 h 上傳一次活動量數(shù)據(jù)，可使繁殖員及時了解牛只發(fā)情情況，提早做準備，避免錯過最佳輸精時間。

本研究探究了荷斯坦奶牛發(fā)情時活動量變化規(guī)律，確定了活動量高于前11 d同一時間點活動量2.5 倍，且持續(xù)2.5 h的自動預報閾值，該閾值從活動量增加倍數(shù)和持續(xù)時間兩方面，兼顧了高度選育荷斯坦奶?；顒恿吭黾虞^少、持續(xù)時間較短的品種特點，其對自然發(fā)情牛的檢出率達到88.43%，假陽性率為9.86%，具有較高的檢出率和較低的假陽性率，但還需進一步進行改進，使檢出率更高，假陽性率更低。

4 結(jié) 論

本研究系統(tǒng)揭示了母牛發(fā)情活動量變化受胎次、季節(jié)和發(fā)情處理類型等的顯著影響，確定活動量自動發(fā)情檢測閾值時應兼顧上述因素，同時還要考慮到品種的影響，各個養(yǎng)殖企業(yè)應綜合考慮上述因素后，根據(jù)本場具體情況設(shè)定一個與本場相適合的預報閾值。