高鐸，李蘇敏，魏家琳，劉帥，曹志軍

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院/動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

后備奶牛培育在奶牛養(yǎng)殖過程中至關(guān)重要，涉及后備牛的初乳管理、飼養(yǎng)方式、生長發(fā)育，以及疾病和繁殖等多個(gè)方面?？茖W(xué)技術(shù)支撐著產(chǎn)業(yè)的健康、穩(wěn)定與發(fā)展。為提高我國的后備奶牛培育水平，增加后備奶牛培育的科技含量，加強(qiáng)和搞好后備奶牛培育技術(shù)的研究和應(yīng)用，本文回顧了后備奶牛營養(yǎng)與健康技術(shù)相關(guān)研究進(jìn)展，主要回顧了生理指標(biāo)測(cè)定技術(shù)、現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)、繁殖技術(shù)以及健康評(píng)估與行為監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面取得的研究進(jìn)展，以期為后備奶牛的健康、高效培育提供指導(dǎo)。

1 后備奶牛生理指標(biāo)測(cè)定技術(shù)

1.1 犢牛芯片測(cè)溫技術(shù)

體溫測(cè)量常被用來評(píng)估牛的健康狀況。當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)免疫反應(yīng)時(shí)，體溫通常會(huì)升高以對(duì)抗感染。高于正常體溫1.5℃通常作為犢牛免疫反應(yīng)和疾病發(fā)作的指標(biāo)[1]。芯片測(cè)溫技術(shù)就是通過把射頻識(shí)別（RFID）微芯片注射到皮下或肌肉中來獲得犢牛的識(shí)別號(hào)碼和體溫。植入前，使用水浴對(duì)RFID微芯片進(jìn)行準(zhǔn)確性、精度和讀數(shù)之間的重復(fù)性驗(yàn)證。使用碘溶液清洗注射部位，然后用無菌注射器將微芯片植入犢牛耳骨上部皮下、肩胛骨上部皮下和頸部斜方肌內(nèi)。經(jīng)過10min適應(yīng)期后，連續(xù)2min采集微芯片讀數(shù)，同時(shí)測(cè)量直腸溫度進(jìn)行比較。結(jié)果表明，該溫度測(cè)定微芯片在體外試驗(yàn)中是精準(zhǔn)的，在犢牛體內(nèi)的結(jié)果也可重復(fù)。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)犢牛實(shí)施安樂死，取出所有微芯片。結(jié)果在植入部位均未觀察到炎癥、膿腫反應(yīng)或微芯片遷移的發(fā)生，說明微芯片的植入對(duì)犢牛沒有損傷，可以應(yīng)用于被動(dòng)監(jiān)測(cè)犢牛體溫，確定與犢牛疾?。ㄈ绨l(fā)燒）相關(guān)的基準(zhǔn)體溫和偏差[2]。

1.2 局部體重秤測(cè)定犢牛體重技術(shù)

監(jiān)測(cè)犢牛的早期增重情況有助于明確其健康狀態(tài)，評(píng)估營養(yǎng)方案的可行性，以及調(diào)控犢牛的生長發(fā)育。目前牛場(chǎng)最精確的犢牛測(cè)重方法是使用電子秤測(cè)量，但該方法需要人工測(cè)定，耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力。另一個(gè)間接估算犢牛體重的方法是測(cè)量胸圍，然后通過公式計(jì)算體重，此法也需要耗費(fèi)大量人力，有時(shí)還需要人員培訓(xùn)以避免人為的錯(cuò)誤。Melissa等[3]研究設(shè)計(jì)了一種連接在自動(dòng)喂奶機(jī)上的局部體重秤，該設(shè)備能記錄犢牛每次使用喂奶機(jī)時(shí)的體重，自動(dòng)計(jì)算日平均體重，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。自動(dòng)喂奶機(jī)的磅秤上有一個(gè)無線射頻識(shí)別面板，犢牛必須把兩個(gè)前肢放在上面才能從奶嘴中獲取牛奶，這就保證了所有的犢牛能夠在相同條件下進(jìn)行稱重。結(jié)果表明該局部體重秤與電子秤的測(cè)量結(jié)果偏差很低，具有一定的可信性，加之該方法能夠節(jié)省大量人力，因此可有效地用于估算犢牛體重。

1.3 脈搏血氧儀測(cè)定技術(shù)

血?dú)夥治鰞x用于測(cè)定新生動(dòng)物的動(dòng)脈血氧飽和度，然而這種方法只能通過采集血液樣本進(jìn)行測(cè)定，且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)。脈搏血氧儀是一種無創(chuàng)、易于使用的測(cè)定技術(shù)，可用于監(jiān)測(cè)動(dòng)物的血氧飽和度和脈搏等重要參數(shù)。脈搏血氧儀可用于監(jiān)測(cè)犢牛是否缺氧，特別是在高風(fēng)險(xiǎn)情況下，如出生后的犢牛以及患有肺部疾病的犢牛，可做到早發(fā)現(xiàn)早治療。如圖1所示，將傳感器放置在犢牛前蹄的趾間，并用乳膠蹄套固定。傳感器電纜連接到脈搏血氧儀，通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)皆O(shè)備的屏幕上顯示數(shù)值，并每隔2s保存相應(yīng)的數(shù)據(jù)。最后，將新生犢牛的脈搏血氧儀與便攜式血?dú)夥治鰞x和心率帶的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行參考比較。結(jié)果表明，脈搏血氧儀和血?dú)夥治鰞x測(cè)定值的相關(guān)系數(shù)為93.8%，脈搏血氧儀和心率帶測(cè)量的脈搏率相關(guān)系數(shù)為97.7%。Bland-Altman圖（用于評(píng)估數(shù)據(jù)的一致性）顯示，與相應(yīng)的參考方法相比，脈搏血氧儀適用于新生犢牛的動(dòng)脈血氧飽和度和脈搏的持續(xù)監(jiān)測(cè)[4]。

圖1 脈搏血氧儀的技術(shù)設(shè)備和傳感器與犢牛的連接[4]

2 新型飼料添加劑的開發(fā)與應(yīng)用

犢牛的消化和免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育完全，容易受到外界環(huán)境的影響。在犢牛飼料中補(bǔ)充合適的添加劑，可以達(dá)到節(jié)本增效的目的。筆者列舉了一些新型犢牛飼料添加劑（表1），主要包括海藻、紅蜂膠、核苷酸、絲蘭提取物、沒食子酸、三丁酸甘油酯和溶血磷脂（LYSO）在犢牛飼料中的開發(fā)和應(yīng)用，其在改善犢牛生長和健康上具有潛在的應(yīng)用效果。例如，蜂膠作為一種天然的添加劑，可以提高機(jī)體的免疫力，具有預(yù)防疾病的效果。在犢牛日糧中補(bǔ)充紅蜂膠可以降低糞便評(píng)分，減少腹瀉天數(shù)和治療頻率，表明蜂膠有改善犢牛健康和降低犢牛腹瀉發(fā)生的潛力，并能減少在治療時(shí)使用抗生素[5]。核苷酸參與多種生物過程，包括遺傳信息的編碼、生物合成途徑的調(diào)控以及能量的轉(zhuǎn)移。日糧中的核苷酸可作為細(xì)胞生長和分裂的生理介質(zhì)、輔酶成分和促進(jìn)因子，調(diào)控機(jī)體的免疫反應(yīng)和腸道健康。機(jī)體在應(yīng)激條件下（如營養(yǎng)缺乏）或快速生長階段對(duì)核苷酸的需求特別高。但是通常情況下，常乳的核苷酸含量比初乳低，在哺乳期，牛奶中核苷酸含量進(jìn)一步下降，可能是由于它們部分用于乳腺細(xì)胞DNA合成所導(dǎo)致。苷酸含量更少。研究表明，通過口服5g/d核苷酸，飼喂后第3天可提高犢牛肝臟抗氧化能力，增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化應(yīng)激損傷的能力。此外，口服核苷酸可增加犢牛腸絨毛高度和隱窩深度，對(duì)提高犢牛平均日增重和25日齡屠宰重也有積極作用[6]。另一新型飼料添加劑是LYSO，這是一種乳化劑，可提高飼糧中脂肪的消化率。目前許多代乳粉使用植物來源的脂肪（如棕櫚油），會(huì)影響新生犢牛的營養(yǎng)吸收，可以考慮使用LYSO來改善這一情況。研究表明，在代乳粉中添加4g/d的LYSO可提高犢牛平均日增重以及犢牛斷奶時(shí)（56日齡）的體重（對(duì)照組：52.11±2.33kg；LYSO組：56.73±2.33kg）。并且LYSO可以改善犢牛的糞便評(píng)分，尤其是在腹瀉風(fēng)險(xiǎn)期（1～28日齡），對(duì)照組犢牛在任何一天出現(xiàn)異常糞便評(píng)分的幾率是LYSO組犢牛的13.57倍[7]?？梢姡侠硎褂蔑暳咸砑觿┛梢蕴岣郀倥５南兔庖咚?，同時(shí)能夠提高犢牛生長性能，降低犢牛腹瀉的風(fēng)險(xiǎn)。此外，在選擇犢牛的飼料添加劑時(shí)，還應(yīng)綜合考慮不同生長階段犢牛的飼料添加劑的種類和添加量，并對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估。

表1 不同添加劑及其在犢牛上的應(yīng)用效果

3 現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)

基于組學(xué)技術(shù)研究初乳樣品，可以明確初乳飼喂以及熱處理對(duì)初乳中生物活性物質(zhì)含量的影響；基于犢牛血液樣本，可以鑒定出飼喂熱處理初乳后犢牛血液中蛋白質(zhì)和代謝物的變化，明確初乳飼喂后犢牛腸道吸收的代謝產(chǎn)物組成和變化；探究飼料導(dǎo)致的瘤胃酸中毒對(duì)瘤胃、腸道以及肝臟發(fā)育的影響；還可以明確后備奶牛瘤胃菌群隨日糧和年齡的變化，進(jìn)而調(diào)控瘤胃菌群以改善犢牛健康和提高未來產(chǎn)奶量。

3.1 初乳飼喂及熱處理對(duì)犢牛的影響

初乳作為犢牛出生后的第一餐，對(duì)其未來的健康生長至關(guān)重要。本團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，高質(zhì)量的初乳可幫助犢牛在出生后立即建立自身的免疫防御反應(yīng)和抗氧化系統(tǒng)，有助于減少有害微生物的影響，促進(jìn)腸道發(fā)育，從而降低犢牛的發(fā)病率和死亡率。因此，為新生犢牛提供優(yōu)質(zhì)初乳具有非常重要的作用[12]。

初乳飼喂影響犢牛血清蛋白質(zhì)組。Mann等[13]研究了飼喂熱處理初乳對(duì)犢牛血清蛋白質(zhì)組的影響，結(jié)果在血清中共鑒定出663種差異蛋白，其中261種豐度增加，67種豐度降低。在大量增加的血清蛋白中，很多都與免疫反應(yīng)、凝血、補(bǔ)體途徑和抗菌肽有關(guān)。在大量減少的血清蛋白中，與補(bǔ)體替代途徑和膜攻擊復(fù)合體有關(guān)。對(duì)空腸食糜的分析顯示，初乳飼喂后，犢牛腸道食糜中酪蛋白、乳鐵蛋白和骨橋蛋白水平呈時(shí)間依賴性下降，而陽離子胰蛋白酶、糜蛋白酶和羧肽酶呈上升趨勢(shì)。在初乳和腸食糜中還發(fā)現(xiàn)了多種蛋白酶抑制劑，如α-1抗蛋白酶、α-2抗纖溶酶。此外，在腸道食糜和初乳中檢測(cè)到相同水平的白蛋白、α-1酸性糖蛋白和纖溶酶原。腸道食糜中增加的蛋白質(zhì)功能主要和抗生素的生物合成、碳代謝和氨基酸的生物合成有關(guān)。這些結(jié)果表明，初乳中的蛋白被胃腸道蛋白酶消化，有助于犢牛的腸道吸收，為胃腸道初乳的消化過程提供了新的見解[14]。

熱處理對(duì)初乳蛋白質(zhì)組、代謝組以及飼喂熱處理初乳對(duì)新生犢牛血清代謝組有影響。奶牛場(chǎng)在飼喂新生犢牛前對(duì)初乳進(jìn)行熱處理，減少病原菌對(duì)初乳的污染。蛋白質(zhì)組研究結(jié)果表明，與未加熱的初乳相比，熱處理初乳（60℃，30、60、90min）中62種差異蛋白含量下降超過2倍。受熱處理影響的蛋白包括乳黏蛋白、幾丁質(zhì)酶3樣蛋白1和補(bǔ)體成分C9，這些蛋白大部分參與免疫、酶功能和運(yùn)輸相關(guān)過程[15]。也有研究表明，對(duì)初乳進(jìn)行熱處理后（60℃，60min），25種蛋白質(zhì)減少至少1.5倍，其中有9種被鑒定為補(bǔ)體蛋白，說明熱處理初乳的飼喂對(duì)新生犢牛的免疫系統(tǒng)發(fā)育有重要的生物學(xué)影響[16]。此外，熱處理初乳也會(huì)影響犢牛對(duì)初乳的吸收。研究表明，給犢牛飼喂熱處理初乳后（60℃，60min），血清中有38種差異蛋白，其中參與糖酵解或糖原分解的多種酶的豐度降低，而促腸肽、胃抑肽和血清胰島素的豐度增加。因此，新生犢牛從初乳中攝入了與先天免疫防御途徑相關(guān)的重要蛋白[13]。Xu等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在第一次飼喂熱處理初乳（60℃，60min）8h內(nèi)，犢牛血清代謝組發(fā)生顯著變化，8h后，血清代謝組沒有檢測(cè)到任何變化，這可能與采樣間隔時(shí)間以及犢牛腸道環(huán)境的變化有關(guān)。這些研究結(jié)果為進(jìn)一步研究確定最佳熱處理工藝，以確保新生犢牛獲得含有最高營養(yǎng)和生物學(xué)價(jià)值蛋白質(zhì)的初乳提供了重要基礎(chǔ)。

3.2 瘤胃酸中毒對(duì)犢牛胃腸道及肝臟轉(zhuǎn)錄組的影響

雖然飼喂發(fā)酵飼料有利于犢牛瘤胃發(fā)育，但在斷奶過渡時(shí)期飼喂淀粉源飼料會(huì)引起犢牛瘤胃揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量增加，進(jìn)而導(dǎo)致瘤胃pH值降低以及免疫抑制和炎癥反應(yīng)。因此，飼料的快速發(fā)酵和瘤胃上皮組織發(fā)育不全可能是犢牛瘤胃酸中毒的原因。

有研究通過飼喂高淀粉日糧誘導(dǎo)犢牛瘤胃酸中毒，探究其對(duì)瘤胃上皮的影響?；谵D(zhuǎn)錄組的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在瘤胃上皮共鑒定出672個(gè)差異表達(dá)基因，主要影響的生物學(xué)途徑為細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和形態(tài)發(fā)生，提示瘤胃酸中毒對(duì)瘤胃上皮發(fā)育的影響，為今后精確診斷和預(yù)防奶牛瘤胃酸中毒提供了基礎(chǔ)[18]。Naren等[19]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂誘導(dǎo)酸中毒飼料的犢?？漳c中轉(zhuǎn)錄組發(fā)生變化，使參與DNA復(fù)制的MCM和PCNA的表達(dá)水平下調(diào)。并且，酸中毒也導(dǎo)致空腸中編碼氨基酸和肽轉(zhuǎn)運(yùn)體以及鈉離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)體基因的顯著變化，影響了空腸組織細(xì)胞周期和蛋白質(zhì)的消化吸收。對(duì)肝臟組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)性瘤胃酸中毒的犢牛肝臟組織中，共有428個(gè)差異表達(dá)基因。這些差異表達(dá)基因富集的通路包括細(xì)胞組成部分，表明瘤胃酸中毒影響犢牛的肝臟發(fā)育。具體來說，上調(diào)的基因在急性期反應(yīng)、丙酮酸代謝過程和質(zhì)子受體富集。12個(gè)轉(zhuǎn)移酶活性相關(guān)基因中，有2個(gè)上調(diào)的基因參與了肝臟的脂質(zhì)代謝，表明飼料誘導(dǎo)的酸中毒對(duì)肝臟代謝有直接影響。該研究揭示了斷奶后犢牛瘤胃酸中毒導(dǎo)致的肝臟生理重塑過程，這將有助于未來基于RNA測(cè)序的奶牛瘤胃酸中毒的診斷和精確管理[20]。

3.3 后備奶牛瘤胃微生物組

在成年反芻動(dòng)物中，瘤胃是降解飼料和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場(chǎng)所。相比之下，犢牛瘤胃在容量、吸收能力和代謝方面發(fā)育不全。在生命的最初幾個(gè)月里，犢牛瘤胃通過采食的固體飼料和微生物發(fā)揮功能[21]。隨著犢牛日齡的增長，伴隨著固體飼料采食量增加、瘤胃菌群的多樣性和豐度發(fā)生改變，犢牛瘤胃快速發(fā)育。成年奶牛瘤胃菌群與產(chǎn)奶量[22,23]和成年后瘤胃菌群的穩(wěn)定性相關(guān)[24]，通過研究瘤胃菌群，不僅可以明確犢牛生命早期瘤胃微生物隨日糧和過渡期（斷奶）的變化，還可以為調(diào)控瘤胃菌群以改善犢牛健康和提高未來產(chǎn)奶量提供參考。

Juliana等[25]探究了犢牛斷奶前瘤胃菌群的變化，犢牛在出生后的前7d只飼喂初乳和常乳，第8天開始飼喂開食料。研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃菌群中的擬桿菌屬（擬桿菌、副桿菌、普雷沃氏菌）和鏈球菌屬隨日齡效應(yīng)的變化最為明顯，并且在出生后第7天成為優(yōu)勢(shì)菌，而在第28天被Bulleidia菌（糖分解菌）、普雷沃菌屬、瘤胃球菌屬和琥珀酸菌屬取代，說明開食料飼喂促進(jìn)了瘤胃中這些菌的定殖。Kim等[26]探究了斷奶過渡期間，飼喂或不飼喂干草對(duì)犢牛瘤胃pH和菌群的影響。研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃pH的變化影響了瘤胃菌群多樣性和相對(duì)豐度，飼糧中添加粗飼料可緩解因瘤胃pH變化引起的亞急性瘤胃酸中毒。兩組的瘤胃菌群多樣性均在斷奶前1周后下降，干草飼喂組和對(duì)照組分別在斷奶時(shí)（第8周）和斷奶后1周升高。并且，瘤胃菌群在門水平（擬桿菌門、放線菌門、柔壁菌門)和屬水平（普雷沃氏菌屬）上的相對(duì)豐度存在顯著差異。干草飼喂組的纖維素降解菌（黃色瘤胃球菌和白色瘤胃球菌）的拷貝數(shù)更高，這些變化可能會(huì)影響犢牛斷奶過渡時(shí)期瘤胃發(fā)酵功能的建立。Guo等[27]研究了斷奶（出生后第6周）前后飼喂高量代乳粉的犢牛瘤胃菌群的變化，并確定這種變化是否與瘤胃發(fā)育存在一定的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃菌群在斷奶過程中均發(fā)生了轉(zhuǎn)移，在斷奶前、斷奶時(shí)和斷奶后這3個(gè)時(shí)期均有明顯的差異，且在斷奶過渡時(shí)期α多樣性增加。在瘤胃黏膜鑒定的3個(gè)優(yōu)勢(shì)菌門中，變形菌門和擬桿菌門的相對(duì)豐度在斷奶期間下降，厚壁菌門的相對(duì)豐度增加。斷奶過渡期間，彎曲桿菌逐漸增加，而琥珀酸弧菌和普雷沃氏菌均在斷奶前后一直占主導(dǎo)地位。另外，瘤胃黏膜內(nèi)的錐體桿菌屬與瘤胃乳頭表面積呈正相關(guān)。瘤胃黏膜中瘤胃球菌UCG-005和Sharpea菌與丙酸、丁酸的濃度比例呈顯著正相關(guān)。因此可以看出，犢牛在斷奶期間的瘤胃菌群發(fā)生了變化，其中一些菌群可能對(duì)斷奶期間瘤胃的發(fā)育有積極影響。

Dill-McFarland等[28]研究了奶牛從斷奶（第8周）至第一次泌乳時(shí)瘤胃菌群的長期演替過程。研究發(fā)現(xiàn)，隨著動(dòng)物年齡的增長，β多樣性下降，而α多樣性增加。犢牛表現(xiàn)出與成年奶牛相似的微生物組成，但犢牛的操作分類單元（OTUs）與成年奶牛不同。在斷奶至1歲之間，犢牛向成年奶牛瘤胃菌群類型過渡，而在斷奶至2歲之間存在多個(gè)不同的OTUs，且菌群以普雷沃氏菌屬為主。普雷沃氏菌屬在瘤胃中具有多種代謝能力，包括發(fā)酵淀粉和木聚糖，產(chǎn)生丙酸、琥珀酸和醋酸酯。因此，普雷沃氏菌屬可以占據(jù)多種生態(tài)位，特別是犢牛斷奶期間日糧大幅變化時(shí)，有利于犢牛完成斷奶過渡。由于犢牛在斷奶時(shí)開始逐漸向成年奶牛瘤胃菌群過渡，并且成年奶牛瘤胃菌群可塑性低，考慮到改變奶牛的瘤胃菌群可以影響奶牛的奶產(chǎn)量，因此，犢牛瘤胃菌群的調(diào)控可能在斷奶過渡期間是最有效的。在這個(gè)階段對(duì)瘤胃菌群的調(diào)控可能會(huì)有助于目標(biāo)菌群的有效建立，并在奶牛成年時(shí)期保持穩(wěn)定。

4 后備奶牛繁殖技術(shù)

4.1 發(fā)情監(jiān)測(cè)和分析技術(shù)

Plenio等[29]開發(fā)了牛發(fā)情監(jiān)測(cè)和分析工具（BovHEAT），使用開源Python編程語言自動(dòng)讀取和處理SCR數(shù)據(jù)，可用于分析奶?；顒?dòng)的原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和修正。BovHEAT使用專有算法將奶?；顒?dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成活動(dòng)變化系數(shù)（圖2）。該發(fā)情監(jiān)測(cè)和分析工具所呈現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)可以對(duì)數(shù)千只動(dòng)物的自動(dòng)化行為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，同時(shí)促進(jìn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性。由于BovHEAT是開源的，該工具可以支持奶?？茖W(xué)家更好地理解奶牛的生理和行為，并開發(fā)新的決策支持工具來優(yōu)化奶牛的繁殖管理。BovHEAT工具可在GitHub進(jìn)行評(píng)估和下載。

圖2 牛發(fā)情監(jiān)測(cè)和分析工具（BovHEAT）[29]

4.2 產(chǎn)犢時(shí)間預(yù)測(cè)技術(shù)

研究人員開發(fā)了一個(gè)基于連續(xù)測(cè)量尾根腹部皮膚溫度（ST）的產(chǎn)犢預(yù)測(cè)傳感器，并評(píng)估了在兩個(gè)不同環(huán)境奶牛場(chǎng)的產(chǎn)犢時(shí)間預(yù)測(cè)水平[30]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于該尾貼式傳感器的24h預(yù)產(chǎn)期內(nèi)的預(yù)測(cè)靈敏度為84.3%，預(yù)測(cè)精度為70.5%。A、B牧場(chǎng)的產(chǎn)犢警報(bào)到實(shí)際產(chǎn)犢間隔時(shí)間的均值和方差分別為12.7、5.8h和13.0、5.6h，沒有顯著差異。表明在不同的環(huán)境溫度下，基于尾貼式傳感器的ST連續(xù)測(cè)量模型可以有效預(yù)測(cè)產(chǎn)犢時(shí)間[30]。

5 后備奶牛健康評(píng)估與行為監(jiān)測(cè)技術(shù)

5.1 呼吸道疾病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)

圖3 一種穿戴式無線尾部皮膚溫度傳感器的結(jié)構(gòu)和使用方法[30]

牛呼吸道疾病（BRD）是引起斷奶前犢牛死亡的重要病因。美國加州大學(xué)戴維斯分校獸醫(yī)學(xué)院科學(xué)家針對(duì)此開發(fā)了第一個(gè)牛呼吸道疾病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具（https://escholarship.org/uc/item/1jb2f7rm），通過對(duì)牛群的干預(yù)計(jì)劃來預(yù)防和控制牛呼吸道疾病。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問卷、加州BRD評(píng)分系統(tǒng)和防控牛群管理計(jì)劃。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問卷旨在調(diào)查犢牛飼養(yǎng)的各個(gè)方面，包括影響犢牛健康的一般管理措施，特別是BRD的管理措施[31]，主要分為牛群結(jié)構(gòu)、產(chǎn)房管理、初乳管理、牛奶管理、疫苗接種、牛舍環(huán)境這六個(gè)部分。與問卷中調(diào)查的每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分依據(jù)兩項(xiàng)觀察性研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)[32,33]。在總分1 000分情況下，基于對(duì)斷奶前犢牛呼吸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分繪制熱圖，得分越高，顏色越深，代表患BRD的風(fēng)險(xiǎn)越大。根據(jù)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)因素，可以通過改變飼養(yǎng)管理來減輕牛群患病風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，使用加州BRD評(píng)分系統(tǒng)或加州大學(xué)戴維斯分校BRD評(píng)分智能應(yīng)用程序，確定牛群中斷奶前犢牛的BRD患病率。評(píng)分系統(tǒng)總共包括六項(xiàng)：眼睛、鼻子、耳朵的狀態(tài)以及是否咳嗽、喘息和體溫過高。當(dāng)總評(píng)分超過5分時(shí)，則犢牛有極大概率患BRD。在防控和干預(yù)前后對(duì)犢牛群進(jìn)行呼吸疾病流行率的調(diào)查對(duì)比，以此來反映防控的措施是否有效。BRD防控牛群管理計(jì)劃是根據(jù)第一部分中的牛群風(fēng)險(xiǎn)因素（因牛群結(jié)構(gòu)無法改變，只包括“產(chǎn)房管理、初乳管理、牛奶管理、疫苗接種、牛舍環(huán)境”）逐一進(jìn)行改變，并根據(jù)與牧場(chǎng)工作人員的討論確定每個(gè)可行的干預(yù)措施，并記錄實(shí)施計(jì)劃、負(fù)責(zé)人員和時(shí)間表。研究建議，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具確定的干預(yù)措施實(shí)施一段時(shí)間后，重新進(jìn)行流行率估計(jì)，以便記錄其對(duì)牛群BRD發(fā)生的影響。

5.2 行為指標(biāo)預(yù)測(cè)犢牛疾病技術(shù)

通過監(jiān)測(cè)行走、飲食、躺臥、反芻等行為的變化能夠識(shí)別健康異常的牛只，目前用于行為監(jiān)測(cè)的儀器主要包括耳標(biāo)、項(xiàng)圈、腳環(huán)和自動(dòng)飼喂器等。Belaid等[34]通過比較325頭公犢牛在行走步數(shù)、采食次數(shù)、平均料桶停留時(shí)間、躺臥次數(shù)、平均躺臥時(shí)間的不同，發(fā)現(xiàn)病犢牛在發(fā)病前10d就已經(jīng)表現(xiàn)出異常行為。與健康犢牛相比，表現(xiàn)在發(fā)病前10d停留在料桶附近的時(shí)間開始減少，發(fā)病前一天和當(dāng)天前往料桶的行走頻率減少，以及發(fā)病前9d躺臥次數(shù)開始下降，最終得出行為的改變可以作為犢牛疾病的早期預(yù)測(cè)指標(biāo)的結(jié)論。Sutherland等[35]通過自動(dòng)飼喂系統(tǒng)和三軸加速器記錄了犢牛的采食和躺臥行為。研究發(fā)現(xiàn)，在被確診前，腹瀉犢牛的自由活動(dòng)和采食量均低于健康犢牛。因此，通過先進(jìn)設(shè)備對(duì)犢牛行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠識(shí)別出有患病風(fēng)險(xiǎn)的犢牛，從而提前進(jìn)行預(yù)防性治療，減少藥物治療導(dǎo)致的成本輸出，降低犢牛的發(fā)病率和被動(dòng)淘汰率。

6 后備奶牛腹瀉預(yù)測(cè)與治療

6.1 標(biāo)志性微生物和代謝物預(yù)測(cè)犢牛腹瀉

犢牛瘤胃尚未發(fā)育完全，消化系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)仍在建立過程中，因此該時(shí)期是腹瀉的高發(fā)階段。本團(tuán)隊(duì)基于我國23個(gè)省份32.5萬頭后備奶牛的調(diào)研結(jié)果表明，主要的腹瀉發(fā)病牛群為哺乳犢牛，占比為72.8%。2015-2019年，哺乳犢牛腹瀉平均發(fā)病率為11.6%[36]。腹瀉不僅會(huì)嚴(yán)重影響犢牛機(jī)體的正常生長發(fā)育，導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)吸收不良，還可能會(huì)造成機(jī)體免疫力下降，繼發(fā)感染多種呼吸道疾病和傳染性疾病，嚴(yán)重時(shí)甚至造成犢牛死亡，給牧場(chǎng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以持續(xù)關(guān)注和預(yù)防犢牛腹瀉對(duì)于牧場(chǎng)管理而言至關(guān)重要。

Ma等[37]利用16S rRNA基因測(cè)序技術(shù)研究了抗生素誘導(dǎo)的新生犢牛腸道微生物多樣性、穩(wěn)定性和組成的變化，發(fā)現(xiàn)使用抗生素治療犢牛腹瀉能夠延緩腸道微生物多樣性和穩(wěn)定性的形成，并且導(dǎo)致腸道耐藥菌豐度的增加。利用“隨機(jī)森林”方法（人工智能計(jì)算技術(shù)），成功篩選出6種區(qū)分“健康”和“不健康（腹瀉）”犢牛的腸道菌群的關(guān)鍵微生物標(biāo)記物（Dorea、Streptococcus、Erysipelatoclostridium、Ruminococcus 2、Uncultured Lachnospiraceae和Trueperella），預(yù)測(cè)早期腹瀉的準(zhǔn)確率達(dá)84.3%。該研究為通過營養(yǎng)調(diào)控犢牛腸道菌群，降低腹瀉發(fā)生率提供了新的視角。

腸黏附性大腸桿菌（EAEC）引起的腹瀉可在犢牛中迅速傳播，嚴(yán)重影響奶業(yè)發(fā)展?？股氐臑E用也加劇了多重耐藥超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（ESBL）大腸桿菌感染率。本團(tuán)隊(duì)基于多組學(xué)技術(shù)分析了大腸桿菌型腹瀉犢牛和健康犢牛糞便差異微生物和代謝物，以確定早期犢牛大腸桿菌型腹瀉的生物標(biāo)志物。研究發(fā)現(xiàn)，共生菌Collinsella和Coriobacterium是介導(dǎo)ESBL-EAEC定殖抗性的關(guān)鍵微生物標(biāo)記物。利用隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)算法和Spearman相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，沒食子酸、短鏈脂肪酸等與這些共生菌之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，沒食子酸預(yù)處理對(duì)Caco-2細(xì)胞具有直接的抗菌作用，降低了結(jié)腸細(xì)胞炎癥反應(yīng)。并且，在膿毒癥腹膜炎或口腔感染新生小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，口服沒食子酸可以介導(dǎo)結(jié)腸炎的緩解和恢復(fù)結(jié)腸短鏈脂肪酸的生成。該研究為預(yù)測(cè)和診斷新生犢牛ESBL-EAEC感染后的健康狀況提供了后腸道菌群和腸道代謝產(chǎn)物的直接證據(jù)，為沒食子酸作為潛在的抗生素替代品提供了新的見解[38]。Huang等[39]對(duì)腹瀉犢牛和健康犢牛代謝途徑中涉及的血液生物標(biāo)志物進(jìn)行了分析。在腹瀉犢牛的血清中，發(fā)現(xiàn)了9個(gè)生物標(biāo)志物，這些生物標(biāo)志物參與重要的代謝途徑，包括蛋白質(zhì)消化吸收、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體、氨基酰-tRNA生物合成、礦物質(zhì)吸收和脂肪酸生物合成。提示這些指標(biāo)的失衡與犢牛腹瀉的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，這些生物標(biāo)志物所涉及的代謝途徑的靶向調(diào)控可能有助于犢牛腹瀉的診斷、治療和相關(guān)機(jī)制的研究。

6.2 糞菌移植技術(shù)

多項(xiàng)研究表明，糞菌移植技術(shù)有助于改善犢牛健康水平。吳兆海等[40]探究了糞菌移植（FMT）對(duì)被動(dòng)免疫失敗犢牛的生長和腸道健康的影響。該研究表明，F(xiàn)MT能夠有效改善1周齡被動(dòng)免疫失敗犢牛的平均日增重及胴體重，降低犢牛腹瀉發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。并且對(duì)于改善被動(dòng)免疫失敗犢牛能量代謝、緩解應(yīng)激狀態(tài)、降低腸道上皮通透性具有積極作用。此外，F(xiàn)MT還有效地提升了被動(dòng)免疫失敗犢牛的腸道免疫健康和菌群結(jié)構(gòu)及其抗病能力。盡管FMT已被應(yīng)用于治療犢牛腹瀉[41]，但是由于牧場(chǎng)管理方法不同，最佳供體和受體的選擇受到了多種限制，通過FMT來預(yù)防犢牛的多因素腹瀉仍面臨一些困難。Jahidul等[42]利用16S rRNA基因測(cè)序、宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)，以及機(jī)器學(xué)習(xí)方法，闡明了影響FMT治療犢牛腹瀉成功和失敗的因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將健康供體犢牛糞菌經(jīng)直腸移植到20例受體腹瀉犢牛體內(nèi)，成功率可達(dá)70%，證明了FMT是治療犢牛腹瀉的有效解決方案。研究表明，F(xiàn)MT成功與否取決于供體和受體的糞便微生物組成。在成功的FMT案例中，供體犢牛中發(fā)現(xiàn)了Selenomonas和Sporobacter菌，在受體犢牛中發(fā)現(xiàn)了乳酸菌。Veillonellaceae科和代謝組特征（如氨基酸和短鏈脂肪酸）之間的相關(guān)性，以及供受體較低的3-磷酸甘油、異戊胺和磷酸二羥丙酮水平也有利于FMT的成功。因此，研究推測(cè)這些菌或代謝物的存在可能有助于FMT的療效，這些發(fā)現(xiàn)可能有助于未來開發(fā)治療犢牛腹瀉的微生物療法。

7 結(jié)語

后備奶牛的培育離不開專業(yè)技術(shù)的支撐。近年來后備奶牛營養(yǎng)與健康相關(guān)的技術(shù)，如健康評(píng)估與行為監(jiān)測(cè)、糞菌移植、發(fā)情監(jiān)測(cè)和分析以及產(chǎn)犢時(shí)間預(yù)測(cè)等技術(shù)取得了很大的進(jìn)展。隨著科技的迅速發(fā)展，這些專業(yè)技術(shù)的信息化、智能化程度也越來越高。未來，還需要對(duì)相關(guān)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，并加大相應(yīng)技術(shù)的試點(diǎn)和推廣，以助力我國后備奶牛的高質(zhì)量培育，促進(jìn)奶業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。