韓志強,王海軍,趙家平,宋興超,邢秀梅,陳曉麗,趙全民,徐 超*

(1. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，長春 130118； 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，特種經(jīng)濟動物遺傳育種與繁殖重點實驗室， 吉林省特種經(jīng)濟動物分子生物學(xué)省部共建國家重點實驗室,長春 130112； 3.吉林省野生動物救護繁育中心，長春 130119； 4.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193)

隨著養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)?；l(fā)展，繁殖育種已成為現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖最重要的環(huán)節(jié)之一，動物品種的優(yōu)劣、繁殖性能的高低將直接決定養(yǎng)殖場的經(jīng)濟效益及發(fā)展前景。其中，動物的繁殖性能受發(fā)情檢出率、受孕率、妊娠率、開放天數(shù)和產(chǎn)犢間隔等多種因素的影響，而發(fā)情檢出率是其他因素的先決條件，發(fā)情鑒定的目的是為輸精提供最佳時機、提高繁殖效率、降低養(yǎng)殖成本。準(zhǔn)確判斷發(fā)情時期能夠顯著降低配種失敗率及空懷率[1]，提高動物的受孕率、產(chǎn)犢率等。因此，建立科學(xué)準(zhǔn)確的動物發(fā)情鑒定方法尤為重要。目前，對家畜的發(fā)情鑒定仍以傳統(tǒng)方法為主，這些方法主要憑借人的觀察和感覺能力，因而檢測結(jié)果受養(yǎng)殖人員經(jīng)驗與母畜發(fā)情表現(xiàn)強度的限制，而現(xiàn)代生物學(xué)手段和多種自動化監(jiān)測裝置將來可補充甚至替代傳統(tǒng)發(fā)情鑒定方法[2]。通過檢測動物發(fā)情期間的激素水平、活動變化、溫度變化、細胞變化、站立或俯臥時間以及反芻時間等參數(shù)[3]，根據(jù)長期追蹤式的動物發(fā)情記錄，建立模型進行量化分析后，可用來確定動物的發(fā)情進程。本文對傳統(tǒng)發(fā)情鑒定方法、現(xiàn)代生物學(xué)手段，多種自動化發(fā)情監(jiān)測裝置進行概括和總結(jié)，并分析其優(yōu)勢與不足，以期為動物發(fā)情鑒定提供選擇思路。

1 動物常規(guī)發(fā)情鑒定方法

1.1 行為觀察法

行為觀察法是鑒定動物發(fā)情最常用的方法，主要依據(jù)動物發(fā)情時的特殊行為表現(xiàn)進行綜合分析判斷。發(fā)情表現(xiàn)因動物種類不同而存在差異，如：牛和鹿發(fā)情時會表現(xiàn)出爬跨行為，母牛在發(fā)情期反芻時間減少、活動量增加等。豬發(fā)情時表現(xiàn)出拱圈、靜立反射等行為[4]。動物發(fā)情時行為表現(xiàn)雖然多樣化，且易于發(fā)現(xiàn)，但很難據(jù)此進行精確把控配種時機。

1.2 外陰觀察法

外陰觀察法是判斷動物發(fā)情相對準(zhǔn)確的一種方法，主要根據(jù)動物發(fā)情期外陰的直觀表現(xiàn)進行判斷。動物發(fā)情主要表現(xiàn)為外陰部充血、腫脹，陰道內(nèi)有黏液流出等[5]。經(jīng)驗豐富的人員可通過動物發(fā)情時外陰部的不同表現(xiàn)形式及程度來判斷發(fā)情狀態(tài)。野生動物和散養(yǎng)動物很難通過該方法進行鑒定。

1.3 試情法

試情法主要是通過觀察雌性動物對雄性的行為反應(yīng)來判斷發(fā)情的一種方法。發(fā)情時雌性動物愿意接近雄性動物，表現(xiàn)出求配動作。一般動物試情時，主要通過動物之間的爬跨反應(yīng)來判定發(fā)情情況。牛、羊和鹿等動物試情多選用定時放牧方式[6]，貂、狐和貉也常采用試情放牧法。豬試情多采用壓背法。試情法簡單易行且最接近動物自然交配狀態(tài)，但工作量較大。

1.4 陰道檢查法

動物發(fā)情時子宮口開張、黏液較多、黏膜呈現(xiàn)潮紅色，檢查時用開膣器擴張母畜陰道，通過觀察陰道黏膜顏色、潤滑度及子宮頸腫脹程度和黏液分泌等變化情況判斷發(fā)情狀態(tài)[7]。該方法對操作人員要求較高，一般無法精確確定發(fā)情階段，應(yīng)用時應(yīng)防止交叉感染。

1.5 直腸檢查法

大型動物可通過直腸觸診檢查子宮角的變化及卵泡的發(fā)育狀態(tài)來判斷發(fā)情進程。López-Gatius等[8]發(fā)現(xiàn)，通過直腸檢查確診的牛發(fā)情檢出率高達96.2%，該方法優(yōu)點在于可以準(zhǔn)確地判斷母牛所處的不同生理階段。但該技術(shù)對操作人員的經(jīng)驗與熟練度要求較高，體型較小的家畜無法采用。

2 動物發(fā)情的生物學(xué)檢測方法

2.1 顯微觀察法

2.1.1 陰道涂片法 雌激素在發(fā)情周期內(nèi)呈規(guī)律性變化，在雌激素的作用下陰道上皮細胞形態(tài)與數(shù)量也會出現(xiàn)相應(yīng)變化，因此可通過觀察陰道涂片中細胞的變化規(guī)律確定發(fā)情進程[9]。發(fā)情期無核角化細胞最多，且顯著高于發(fā)情前期、后期和間情期[10]，如操作人員經(jīng)驗不足可利用巴氏染色后再行判斷。陰道涂片鑒定發(fā)情的準(zhǔn)確率較高，對操作者經(jīng)驗要求較少，能發(fā)現(xiàn)母畜的隱性發(fā)情。

2.1.2 唾液結(jié)晶法 動物發(fā)情時唾液內(nèi)會出現(xiàn)羊齒狀結(jié)晶，結(jié)晶達到頂峰時也伴隨著陰道細胞角質(zhì)化達到峰值。唾液結(jié)晶的變化與雌性動物體中雌二醇含量變化有關(guān)，動物發(fā)情期內(nèi)唾液結(jié)晶從出現(xiàn)不典型結(jié)晶到漸漸演化成典型的羊齒結(jié)晶，最后結(jié)晶減少消失。Pardo-Carmona等[11]、Kubátová等[12]分別在犬、猩猩上進行驗證，運用唾液羊齒狀結(jié)晶鑒定發(fā)情損傷性低，但其準(zhǔn)確率、適用范圍需要進一步研究。

2.2 溫度監(jiān)測法

2.2.1 陰道溫度監(jiān)測 發(fā)情時陰道溫度的變化與促黃體生成素(LH)、孕酮波動[13]和排卵有關(guān)。陰道溫度的監(jiān)測可以判斷發(fā)情進程，奶牛發(fā)情時，陰道溫度可升高0.4 ℃以上。Suthar等[14]發(fā)現(xiàn)黃體期陰道溫度略有升高((38.7±0.2)℃)，排卵后陰道溫度降低((38.6±0.2)℃)。Fisher等[15]采用環(huán)形電導(dǎo)率傳感器監(jiān)測成年非哺乳荷斯坦奶牛發(fā)情期陰道溫度發(fā)現(xiàn)平均升高0.48 ℃。Redden等[16]運用無線電測法監(jiān)測泌乳牛發(fā)情時陰道溫度上升0.6 ℃。陰道溫度檢測法優(yōu)點在于受季節(jié)等外界環(huán)境影響較小，結(jié)果均一穩(wěn)定[13]，但該方法對儀器精確度、靈敏度要求較高，操作不當(dāng)可能引起炎癥。

2.2.2 尾基部表面溫度監(jiān)測 動物發(fā)情時其尾基部表面溫度隨季節(jié)和晝夜變化而變化，可通過無線傳感設(shè)備監(jiān)測腹側(cè)尾基部溫度及變化進行發(fā)情檢測。Miura等[17]研究發(fā)現(xiàn)，牛尾基部表面溫度在發(fā)情時具有顯著變化，其發(fā)情時尾基部表面溫度與前3 d相同時間平均尾基部表面平均溫度相比顯著升高。Williams等[18]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠發(fā)情前夜尾基部表面溫度接近環(huán)境溫度，發(fā)情當(dāng)天夜晚尾基部表面溫度降低。尾基部表面溫度檢測發(fā)情優(yōu)點在于節(jié)省人力，操作方便，可以在整個發(fā)情周期內(nèi)進行監(jiān)測，并能觀察到發(fā)情周期內(nèi)動物行為的顯著變化，但其易受機器靈敏度和環(huán)境影響。

2.2.3 瘤胃溫度檢測 奶牛的瘤胃溫度在發(fā)情期間和分娩前均會發(fā)生變化[19]，在發(fā)情時，瘤胃溫度會有所增加，并且不受外界環(huán)境的影響[20]，可很好的用于預(yù)測排卵和人工授精時機，以此提高繁殖效率。Wright等[21]通過瘤胃丸技術(shù)發(fā)現(xiàn)發(fā)情當(dāng)天與發(fā)情前一天的同時間相比奶牛瘤胃溫度值升高超過0.3 ℃。瘤胃溫度檢測發(fā)情雖技術(shù)水平較高，檢測效率較高，但現(xiàn)階段成本相對較高，并且其僅適用于反芻動物。

2.3 pH與電阻值法

動物發(fā)情時激素大量分泌并作用于陰道，使陰道內(nèi)各種離子的濃度發(fā)生變化，從而改變陰道內(nèi)的pH和電阻值[22]。母畜的陰道黏液pH在不同生理時期酸堿性不同，在哺乳-發(fā)情-懷孕的生理時期呈現(xiàn)由偏酸性-偏堿性-偏酸性的循環(huán)變化趨勢。馮賓等[23]研究表明，雌鼠發(fā)情前6 h母體陰道pH偏酸性,發(fā)情6 h后偏堿性。陰道的不同深度所測的電阻值不同，陰道中部由于測量結(jié)果準(zhǔn)確并且使用的測量儀長度適中而廣泛采用[24]。Ko等[25]研究表明，斷奶后母豬陰道電阻值開始降低，在發(fā)情期間達到最低點，發(fā)情時電阻值最高。諸多研究表明，運用陰道電阻值變化來預(yù)測發(fā)情比檢測(pH)波動更可靠[26]。

陰道pH與電阻值法均是依據(jù)于發(fā)情時陰道內(nèi)離子濃度的改變來進行發(fā)情鑒定，相對簡便、準(zhǔn)確，對經(jīng)驗要求較少，適用于經(jīng)驗較少的養(yǎng)殖人員，常用于牛及狐貉等動物發(fā)情鑒定。缺點在于需要多次重復(fù)測量，工作較大，并且操作不當(dāng)易造成交叉感染。

2.4 激素、分子水平與發(fā)情

發(fā)情這一復(fù)雜過程受促卵泡激素(FSH)、LH、孕激素、雌激素等激素聯(lián)合作用的影響[27]。發(fā)情期間血漿FSH、LH、雌二醇激素濃度升高，但黃體酮濃度變化不顯著[28]。近幾年，人們發(fā)現(xiàn)抗苗勒氏管激素(AMH)與動物發(fā)情也具有十分重要的關(guān)系，其屬于轉(zhuǎn)化生長因子β家族140 ku糖蛋白。AMH是由卵巢的初級卵泡、竇前卵泡和小竇卵泡顆粒細胞分泌,其可以抑制FSH對竇前卵泡和小竇卵泡的刺激作用,抑制優(yōu)勢卵泡的發(fā)育[29]。動物發(fā)情排卵期間，血漿中AMH濃度明顯增加，排卵前2～3 d LH和FSH釋放在逐漸降低。Aziz等[30]研究牛發(fā)情時血液中AMH、胰島素樣生長因子1(IGF1)和鎘(Cd)之間的相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)血液中AMH與IGF1濃度呈正相關(guān)，與Cd濃度呈負相關(guān)。發(fā)情受下丘腦-垂體-卵巢系統(tǒng)的調(diào)控，且與生殖激素具有十分重要的關(guān)系[31]。除了激素方面，人們還發(fā)現(xiàn)許多蛋白也可作為發(fā)情鑒定的指標(biāo)。Lee等[32]研究牛頸部黏液和子宮內(nèi)膜組織中乳鐵蛋白(LF)和谷氨酸受體相互作用蛋白1(GRIP1)在發(fā)情時的表達模式，發(fā)現(xiàn)發(fā)情期間LF和GRIP1的表達水平比非發(fā)情期的水平高兩倍。激素與蛋白等分子水平的檢測對于發(fā)情鑒定具有超高的檢測率，但其耗材、耗時的缺點也是無法完全規(guī)避的。

3 自動化監(jiān)測設(shè)備對動物發(fā)情的檢測

3.1 反芻時間

反芻時間是衡量反芻動物健康狀況的重要指標(biāo)，也是監(jiān)測反芻動物發(fā)情的新指標(biāo)。Dolecheck等[33]通過麥克風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)測量發(fā)現(xiàn)，奶牛在發(fā)情時反芻時間會發(fā)生改變，在非發(fā)情期間平均反芻時間為6.48 min·h-1，發(fā)情期的平均反芻時間為2.66 min·h-1，在受精前一天和受精當(dāng)天的反芻時間均減少。奶牛發(fā)情當(dāng)天反芻時間減少17%[34]。初產(chǎn)和經(jīng)產(chǎn)奶牛的發(fā)情期反芻時間下降參考值不同，但在受精當(dāng)天反芻時間均減少到相似程度[35-36]。反芻時間研究雖然對于反芻動物發(fā)情與健康檢測具有重要意義,但現(xiàn)階段反芻時間的準(zhǔn)確度、誤差率、下降值等因素有待深入研究。

3.2 計步器檢測

計步器檢測是通過測量動物活動、躺臥時間和體表溫度3種參數(shù)的變化來確定發(fā)情時間。L?vendahl等[37]通過電子計步器監(jiān)測奶牛發(fā)情期活動發(fā)現(xiàn)，奶牛發(fā)情平均持續(xù)時間為10.33 h。Johnson等[38]利用計步器監(jiān)測母豬發(fā)情發(fā)現(xiàn)，發(fā)情當(dāng)天母豬活動量與發(fā)情前3 d和發(fā)情前2 d相比增加了37.8%，但與發(fā)情前一天相比差異不顯著。Roelofs等[39]研究表明，初產(chǎn)母牛與經(jīng)產(chǎn)母牛相比發(fā)情期間行走步數(shù)增多，并且多數(shù)動物同時發(fā)情，不僅刺激發(fā)情行為，而且還增加了發(fā)情期間的活動頻率，同時發(fā)情檢出率提高到95%左右?？芗t祥等[40]研究表明，奶牛發(fā)情排卵時計步器的檢出率高達90%，活動量與陰道黏液電阻值的綜合發(fā)情檢出率可高達100%。計步器檢測系統(tǒng)與其他檢測方法配合，可以顯著提高動物的發(fā)情檢出率。

3.3 Alpha檢測器

Alpha檢測器是以記錄雌性動物接受爬跨為標(biāo)記的檢測系統(tǒng)，當(dāng)動物出現(xiàn)爬跨行為時會觸發(fā)壓力傳感器，通過轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸每次記錄的日期和時間等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲至Alpha-Receptor裝置[41]。Alhamada等[41]通過使用Alpha檢測器檢測母羊發(fā)情情況，發(fā)現(xiàn)可以檢測發(fā)情中100%母羊，在站立發(fā)情中能檢測出94%的母羊，并且能夠精確地測量公母性行為。Alpha檢測器通過對連續(xù)錄像動物的行為記錄，可根據(jù)不同的試驗條件自動監(jiān)測發(fā)情開始、持續(xù)時間、強度，使發(fā)情行為量化，從而讓人們充分地了解反芻動物的生殖生理學(xué)[42]，但現(xiàn)階段該檢測器成本較高，對于中小型養(yǎng)殖場其成本較難承受。

3.4 紅外熱像儀

紅外熱像儀就是通過監(jiān)測和記錄動物外陰溫度輻射熱量來預(yù)測排卵狀況的一種儀器[43]。根據(jù)外陰部的溫度在發(fā)情前期降低，在發(fā)情期和排卵期溫度則開始升高的現(xiàn)象[44-45]， Hellebrand等[45]運用紅外熱像儀檢測發(fā)現(xiàn)排卵前24 h的溫度升高與發(fā)情的時間正好吻合。Scolari等[46]運用數(shù)字紅外熱像儀測量母豬的外陰皮膚溫度在發(fā)情期間的變化，發(fā)現(xiàn)發(fā)情期母豬外陰皮膚溫度在排卵前32 h達到(35.6±1.6) ℃的峰值，排卵前8 h下降至(33.9±1.7) ℃。使用紅外熱成像技術(shù)不僅可以監(jiān)測動物的基本信息，而且還可以與其他方法結(jié)合，降低發(fā)情檢測的成本，提高檢測效率和準(zhǔn)確性[47]。

4 展 望

隨著Alpha檢測器、紅外熱像儀等檢測設(shè)備的發(fā)展，跟蹤檢測不同種類的動物發(fā)情期間在生理、行為等方面的變化規(guī)律，建立針對不同畜種的綜合判斷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對于提高發(fā)情鑒定準(zhǔn)確率、提高情期受胎率具有重要意義。隨著物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，為這些技術(shù)推廣應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)，將對提高繁殖效率發(fā)揮重要作用并帶來顯著的經(jīng)濟效益。