文│劉丑生 李麗麗 劉婷婷 白文娟(全國畜牧總站)
國外奶牛生產(chǎn)性能測定的發(fā)展現(xiàn)狀與啟示
文│劉丑生 李麗麗 劉婷婷 白文娟(全國畜牧總站)
生產(chǎn)性能測定(DHI)是引領(lǐng)和支撐奶業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵措施,是實現(xiàn)分散養(yǎng)殖向規(guī)模養(yǎng)殖升級、數(shù)量擴張型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變的技術(shù)手段,也是傳統(tǒng)奶牛業(yè)向現(xiàn)代奶牛業(yè)轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志。DHI因能顯著提高奶牛場牛群品質(zhì)及經(jīng)濟效益,被世界各國廣泛采用。世界上奶牛業(yè)發(fā)達國家如荷蘭、美國、加拿大、瑞典、日本等都是較早開展DHI的國家。
荷蘭奶牛生產(chǎn)性能測定工作開始于1852年,是世界上最早開展奶牛生產(chǎn)性能測定的國家。美國從1883年就開始對個體牛產(chǎn)奶量進行記錄。此后,1923年美國Babcock研究所開始測定牛奶中的乳脂率,主要是為了防止牛奶加水的行為,從而開啟了乳成分測定的歷史,其后隨著育種及牛場生產(chǎn)管理的需要而逐漸開始蛋白率、體細胞數(shù)、尿素氮等指標(biāo)的測定。在數(shù)據(jù)記錄形式上,經(jīng)歷了手工記錄、計算機記錄和現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)平臺記錄等。在數(shù)據(jù)利用上,美國DHI測定數(shù)據(jù)自1928年就開始用于公牛的遺傳評定,在最初相當(dāng)長的一段時間DHI測定主要為育種及科研服務(wù)。
加拿大產(chǎn)奶記錄計劃首次正式開業(yè)于1904年,在整個20世紀(jì)中,由DHI代理機構(gòu)對全國奶牛生產(chǎn)者提供全方位的服務(wù)。就行業(yè)部門來說,隨著測定中心管理和集中度的提高,DHI數(shù)據(jù)中心由以前的11個合并為目前的2個。
1953年,美國、加拿大兩國正式啟動了“牛群遺傳改良計劃”,側(cè)重于對奶牛場生產(chǎn)的服務(wù)和奶業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,取得了巨大的經(jīng)濟效益和遺傳進展。以美國為例,1953年奶牛頭數(shù)為2169.10萬頭,總奶量為5453.2萬噸,平均單產(chǎn)2524千克;1967年奶牛頭數(shù)下降到1340萬頭,單產(chǎn)約4015千克;2004年奶牛頭數(shù)899萬頭,總奶量達到7502萬噸,平均單產(chǎn)達到8512千克,最優(yōu)牛群平均產(chǎn)奶量達12382千克;2013年,美國奶牛存欄數(shù)為922.1萬頭,總奶量為9125.7萬噸,平均產(chǎn)奶量在10000千克以上(有機牧場除外,平均單產(chǎn)7000千克),最高一個牛場平均單產(chǎn)在14000千克,體細胞數(shù)均在30萬以下,微生物均在1萬以下,淘汰率在40%左右,并且牛奶的有效成分也不斷提高。
世界各國都積極采用DHI方案,參加生產(chǎn)性能測定的奶牛數(shù)越來越多。表中列舉了ICAR(國際動物記錄組織)公布的主要國家DHI測定的情況(表1)。

表1 2013年參加奶牛生產(chǎn)性能測定主要國家情況(來源ICAR)
歐洲D(zhuǎn)HI實驗室的儀器自動化程度高、檢測設(shè)備數(shù)量多、檢測質(zhì)量體系完善、服務(wù)及時是有目共睹的,DHI測定為公牛站選育優(yōu)秀公牛、為奶牛場指導(dǎo)生產(chǎn)做出了很大的貢獻。
荷蘭QLIP檢測公司是一家私營性質(zhì)的第三方檢測機構(gòu),在荷蘭乳品管理局的監(jiān)管下開展活動,主要開展農(nóng)場審核、乳制品檢驗和認(rèn)證及牛奶和乳制品分析三大項目。DHI檢測指標(biāo)主要有脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、尿素氮、酮體、體細胞數(shù)等,還可以根據(jù)需求進行其他測試如沙門氏菌、妊娠試驗等。檢測費用由奶農(nóng)自己支付。
德國養(yǎng)牛業(yè)協(xié)作體系由德國養(yǎng)牛業(yè)綜合協(xié)會(ADR)統(tǒng)一管理,下有產(chǎn)奶性能及奶質(zhì)檢測協(xié)會(DLQ)、肉牛育種協(xié)會(BDF)、德國荷斯坦協(xié)會(DHV,主要是黑白花荷斯坦,紅白花荷斯坦,紅牛,澤西種乳牛)、南德牛種培育及授精組織工會( ASR,主要是德系西門塔爾牛,瑞士褐牛,黃牛)。
DLQ由德國農(nóng)業(yè)監(jiān)控協(xié)會(LKV)、奶質(zhì)檢測實驗室(MQD)以及數(shù)據(jù)處理中心(VIT)構(gòu)成,主要服務(wù)于有意參加動物生產(chǎn)性能和質(zhì)量測定的企業(yè)。LKV有16家檢測協(xié)會,將數(shù)據(jù)集中起來統(tǒng)一處理,下設(shè)奶質(zhì)控制部門、中心實驗室和數(shù)據(jù)處理部門。MQD主要對牛、山羊、綿羊進行生產(chǎn)性能測定,測定項目主要有產(chǎn)奶量、乳成分(脂肪和蛋白)和體細胞;對牛奶及奶制品質(zhì)量進行檢測,測定項目有微生物、乳成分、體細胞、冰點、抗生素、物理性狀等,同時也對外提供培訓(xùn)、技術(shù)咨詢、數(shù)據(jù)處理及個性化牛群管理服務(wù)(如動物健康、乳房健康管理、繁殖力測定、牛群遺傳進展、企業(yè)經(jīng)濟效益分析及建議)。由于測定數(shù)據(jù)可以用于育種值估計,政府給檢測實驗室一定的補貼。VIT是一家協(xié)會性質(zhì)的組織,由生產(chǎn)性能測定機構(gòu)、登記組織、育種組織和配種組織四類機構(gòu)組成,是現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理中心,涉及領(lǐng)域包括農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)。VIT處理的數(shù)據(jù)有牲畜辨識登記信息、生產(chǎn)性能測定數(shù)據(jù)、展覽及拍賣信息、體型外貌及乳房狀況、配種方面數(shù)據(jù)、育種值估計等。
北美地區(qū)是開展DHI最早的地區(qū)之一,形成了完善的DHI組織體系。加拿大奶牛生產(chǎn)性能測定的實驗室目前主要為加西集團DHI實驗室和Valacta實驗室。加拿大農(nóng)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品部(http∶//www.dairyinfo.gc.ca)公布的正式統(tǒng)計資料顯示:2010年加拿大的牛場總數(shù)為12965個,全國奶牛總數(shù)中成年母牛為98.7萬頭,小母牛44.3萬頭,注冊的9721個牛群中有成年母牛70.2萬頭,全國在DHI登記的牛群百分率達到75%。由于加拿大的泌乳母牛和牛群數(shù)量逐年下降,加拿大已經(jīng)撤銷了所有聯(lián)邦政府和大多數(shù)省級資金的支持,因此,需要奶農(nóng)直接支付所有的服務(wù)費用。
美國DHI組成及運轉(zhuǎn)情況為奶牛場將樣品提供給實驗室,實驗室進行檢測并將數(shù)據(jù)提供給DHI記錄處理中心,DHI記錄處理中心的數(shù)據(jù)可以反饋回牛場用于指導(dǎo)生產(chǎn),可以提供給咨詢顧問、獸醫(yī)和營養(yǎng)師,還可以提供給動物改良項目實驗室(AIPL)、育種協(xié)會、AI組織(人工授精組織)和國際公牛評價服務(wù)組織(圖1)。
美國奶牛DHI 工作,由美國奶牛種群信息協(xié)會(Dairy Herd Information Association,DHIA;http∶//www.dhia. org/)牽頭運作,有49個實驗室承擔(dān)DHI測定。測定結(jié)果由5家數(shù)據(jù)處理中心負責(zé)進行詳細的數(shù)據(jù)分析,并為奶牛場提供報告。其中美國威斯康辛州DHI數(shù)據(jù)處理中心(AgSource)是全國最大的DHI數(shù)據(jù)處理中心,為13個DHI測定中心提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)。
由于歐洲國家國土面積不大,所以一般全國僅1到2個DHI中心。分布于各奶牛主產(chǎn)區(qū)的奶樣采樣員(屬于DHI實驗室員工)會定期上門采樣,采好的奶樣通過快遞運送到DHI實驗室,其他如產(chǎn)量等數(shù)據(jù)在奶牛場通過電腦同步上傳到DHI實驗室,做到了高效率、高質(zhì)量。DHI實驗室人員對奶樣進行分析,根據(jù)奶牛場需求的不同,制成各種表式的牛群管理報告給奶牛場,幫助提升奶牛場的管理,調(diào)整日糧配方,降低成本,提高收益。
從荷蘭牛奶樣品的采集過程可見,荷蘭注重采樣的每一個環(huán)節(jié),從儲奶罐的清潔衛(wèi)生到具有專業(yè)檢查資質(zhì)的運奶卡車駕駛員再到完善的追溯體系(圖2)。采樣瓶配有可重復(fù)使用的13.56兆赫茲無線射頻識別標(biāo)簽(13.56MHz RFID標(biāo)簽,圖3),從而將所有相關(guān)的采樣數(shù)據(jù)與樣品瓶關(guān)聯(lián),并且通過采用全球定位系統(tǒng)跟蹤樣本,確保精確還原牛奶供應(yīng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

◎圖1 美國奶牛遺傳改良概覽圖

◎圖2 荷蘭牛奶樣品采集過程
為解決全天3次采樣工作的勞動繁重性,國外早在20世紀(jì)80年代就研究制定了1次采樣和3次采樣(全天混合樣)之間的校正系數(shù),并不斷優(yōu)化,制定出了不同的采樣方案。目前,在美國和加拿大90%以上的牛場使用全天1次或2次采樣方案,極大地減輕了牛場采樣工作勞動的繁重性,提高了勞動效率。
由于美國、加拿大、荷蘭等采用先進的自動化擠奶設(shè)備及管理系統(tǒng),牛群發(fā)情遠程實時監(jiān)控、奶牛繁殖信息化管理應(yīng)用(如美國DC305奶牛管理軟件、以色列afifarm系統(tǒng)),普遍實現(xiàn)了牛群資料數(shù)字化管理,因此參測奶牛場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集自動化程度高,而且有效性、可靠性、準(zhǔn)確性很高。
ICAR奶牛產(chǎn)奶測定工作組于2015年對世界奶牛產(chǎn)奶性能趨勢進行了調(diào)查,調(diào)查覆蓋了世界上大多數(shù)重要的ICAR所在的區(qū)域。調(diào)查發(fā)現(xiàn)國外多數(shù)產(chǎn)奶測定站采用的哺乳期計算方法主要是測定間隔法(TIM)和標(biāo)準(zhǔn)泌乳曲線插值法(ISLC)。43%的產(chǎn)奶測定站通常選擇7~10天記錄并計算一次產(chǎn)奶量,25%的產(chǎn)奶測定站選擇1~3天,19%測定站為4天,13%測定站為5天。最常見的牛奶記錄時間間隔為4周,其他常見的選擇分別是5周、8周和6周。
奶樣采集方法主要有6種,其中34%的采樣測定機構(gòu)采用最常用的一天擠奶三次,隨機選擇一次采樣法(T),21%的采樣測定機構(gòu)采用比較重要的按照權(quán)重選擇一次采集法(Z),19%的采樣測定機構(gòu)采用三次采集取平均法(E),17%的采樣測定機構(gòu)采用按三次泌乳權(quán)重采集法(P),7%的采樣測定機構(gòu)采用多次采樣法(M),僅有2%的采樣測定機構(gòu)采用固定一次采集法(C)。取樣過程中59%的產(chǎn)奶測定站樣品采集數(shù)量僅一個,30%的產(chǎn)奶測定站每次擠奶都會進行一次采樣,僅有11%的產(chǎn)奶測定站則是所有情形下都會采集2個樣品。
產(chǎn)奶記錄方法主要有技術(shù)員記錄、養(yǎng)殖戶記錄或兩者結(jié)合三種。產(chǎn)奶測定過程中通常采用有/無條形碼的永久可視塑料耳標(biāo)、RFID耳標(biāo)、金屬耳標(biāo)、烙號、RFID瘤胃標(biāo)、剪耳號等方法識別待測個體,也會有測定站采用場內(nèi)接收器或freeze number進行動物個體識別。通過農(nóng)場傳感器可以了解排奶速度、活動量監(jiān)控(殘疾)、熱量、體況評分、體重、乳頭位置、乳汁導(dǎo)電性、季度產(chǎn)奶量(milk yield by quarter)、反芻監(jiān)控和體溫等方面的內(nèi)容。

◎圖3 配有可重復(fù)使用的13.56MHz RFID標(biāo)簽的一次性采樣瓶
美國建立了比較完善的DHI認(rèn)證體系。美國的DHI認(rèn)證由質(zhì)量認(rèn)證服務(wù)公司(Quality Certification Services Inc.;http∶//www.quality-certification. com/)組織實施,對參與DHI工作的五類機構(gòu)進行審核認(rèn)證。
1.現(xiàn)場服務(wù)體系審核。對提供現(xiàn)場服務(wù)的公司(聯(lián)盟會員),按照現(xiàn)場服務(wù)審核指南(程序)進行審核認(rèn)證,保證了全國的奶牛遺傳評估程序中所有記錄(數(shù)據(jù))的準(zhǔn)確性(Field Service Providers)和一致性。主要由現(xiàn)場服務(wù)供應(yīng)商、現(xiàn)場技術(shù)人員(Field Technicians)、檢測監(jiān)督人員(Test Supervisors)組成。
2.DHI實驗室審核。DHI實驗室每兩年審核一次。每月發(fā)布一次未知樣的報告。
3.計量中心審核。美國十分重視計量審核和計量技師的培訓(xùn)。執(zhí)行“計量中心和技師的審核指南”,采用ICAR和DHIA核準(zhǔn)的測量設(shè)備,包括流量計(cow meters)、稱量瓶(weigh Jars)和計量稱(scales)。計量技師培訓(xùn)包括以下內(nèi)容:計量中心和技師審核程序(Auditing Procedures for Meter Centers & Technicians,ENICES),計量師程序(Meter Technicians Procedures)、稱量校準(zhǔn)(calibration of scales)、便攜式流量計維護與保養(yǎng)(care and Maintenance of Portable Meters)、計量校準(zhǔn)指南(快速),超過±3%后計量稱、流量計就要維護或停止使用。
有38家計量中心負責(zé)流量計的校準(zhǔn)與認(rèn)證。計量技師的認(rèn)證:有80個技師,必須參加計量技師培訓(xùn)學(xué)校(MTTS)培訓(xùn)和考核認(rèn)證,認(rèn)證期2年,負責(zé)對流量計、計量稱進行審核認(rèn)證。計量技師培訓(xùn)考試(Meter Technicians Training Exam)有60多道考試題,計量技師必須通過考核,才能發(fā)證。
4.奶牛數(shù)據(jù)處理中心審核(Dairy Records Processing Centers)。數(shù)據(jù)處理中心咨詢委員會(Processing Center Advisory committee,PCAC),是DHIA/QCSN下設(shè)的機構(gòu),由奶牛數(shù)據(jù)處理中心的成員構(gòu)成,PCAC的職責(zé)是按照數(shù)據(jù)處理中心審核程序?qū)彶闃?biāo)準(zhǔn)、審核數(shù)據(jù),給審核咨詢委員會提出整改意見。
5.設(shè)備的認(rèn)證審核(Approved Devices)。審核批準(zhǔn)的測量設(shè)備分為三類:主要包括流量計(Dairy cow meters)、稱量瓶(weigh jars)和計量稱(scales),這些設(shè)備需要經(jīng)過計量鑒定。關(guān)于流量計,美國DHIA只承認(rèn)ICAR批準(zhǔn)的設(shè)備,只有這些工具可以用于牛群的記錄程序。
各國DHI實驗室測定項目各不一樣。如美國49家DHI實驗室,這些實驗室除常規(guī)的檢測乳脂、乳蛋白、乳糖、體細胞等項目外,其中31個實驗室開展尿素氮檢測,有11個實驗室開展牛奶樣品的ELISA檢測,大部分實驗室擁有PCR和微生物學(xué)服務(wù),其中尿素氮檢測、ELISA檢測、PCR和微生物學(xué)服務(wù)都是收費項目。牛奶檢測包括乳脂、乳蛋白、乳糖、體細胞、尿素氮、非脂固形物、總固形物;飼料產(chǎn)品檢測包括青貯飼料、干草、秸稈類等。
病原實驗室主要用于確定乳房炎病原體,從而改進牛群的健康,減少費用,每頭奶牛成本大大降低,包括金色葡萄球菌、鏈球菌、支原體、大腸桿菌。Lancaster DHIA(http∶// www.lancasterdhia.com)包括DHIA實驗室、微生物實驗室、PCR實驗室、牛奶妊娠檢測實驗室、飼料實驗室,其中PCR實驗室可以開展基于DNA 乳房炎檢測,采用實時定量PCR技術(shù),對15種乳房炎的致病菌和葡萄球菌、β-內(nèi)酰胺酶青霉素抗性基因進行定性定量的檢測。
ELISA檢測主要是利用DHI采來的奶樣品,用于檢測奶牛副結(jié)核病(M-paratuberculosis,MAP;又稱牛副結(jié)核性腸炎、約翰氏病Johne's disease)。每月要發(fā)布奶牛副結(jié)核(MAP)ELISA檢測的未知樣報告;另外也可以應(yīng)用ELISA開展牛奶妊娠檢測(Milk pregnancy test)。大部分妊娠損失發(fā)生在懷孕早期,在配種后35天,就能檢測奶牛妊娠相關(guān)的糖蛋白(pregnancy associated glycoproteins,PAGS)。牛奶ELISA妊娠檢測,要比通過直腸觸診檢查(palpation)、超聲波檢測和血清檢測等方法能更有效地確定妊娠時間。
美國積極研發(fā)應(yīng)用DHI相關(guān)技術(shù),如Wisconsin-Madison(美國威斯康辛-麥迪森大學(xué))DHI測定中心與Wisconsin-Madison大學(xué)動物科技學(xué)院聯(lián)合研發(fā)DHI技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品,開展體細胞與乳房炎動力學(xué)監(jiān)測等,與Cornell(康奈爾)大學(xué)開展了新型DHI標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研發(fā)。其他測定中心也和當(dāng)?shù)卮髮W(xué)等科研機構(gòu)聯(lián)合研發(fā),旨在提高DHI測定工作的效率和為牛場服務(wù)的水平。
DHI測定中心和實驗室的推廣部門不斷深入牛場,調(diào)研牛場的需求及DHI測定各個工作環(huán)節(jié)需要進一步解決的問題,將問題提供給科研機構(gòu),由其進行研究,并獲得能夠解決實際問題的研究結(jié)果。根據(jù)奶牛場的需求,DHI測定中心和研究機構(gòu)研發(fā)出了牛群遺傳分析、乳房健康分析和繁殖管理分析等多種類型的報告,并為牛場提供特制報告。
目前國外養(yǎng)殖人員采用自動監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測產(chǎn)奶量、奶牛活動量、乳房炎、乳成分、站立產(chǎn)熱、采食行為、體溫、體重、反芻等方面,并且認(rèn)為乳房炎、站立產(chǎn)熱、產(chǎn)奶量、活動量、體溫、采食行為、肢體殘疾、反芻、肢體健康等對自動監(jiān)控系統(tǒng)是有效的。牛奶測定樣品還需要分析妊娠、酮類、乳房炎病原體、游離脂肪酸、疾病控制、紅外光譜、不飽和脂肪酸、酪蛋白比例等新的項目。當(dāng)前僅有少數(shù)產(chǎn)奶測定站正在使用在線分析儀的結(jié)果,而多數(shù)產(chǎn)奶測定站則表示對在線分析儀結(jié)果不感興趣,隨著工人從事數(shù)據(jù)傳輸工作的意愿逐漸下降,未來則更趨向于自動化和越來越多的可利用數(shù)據(jù)。
1.積極推進相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用。
推進自動擠奶設(shè)備、奶牛電子耳標(biāo)、奶牛場管理系統(tǒng)的應(yīng)用,對提高奶牛基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動化采集,尤其對提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有效性、可靠性、準(zhǔn)確性具有十分重要的意義。
2.DHI測定中心要擴展DHI實驗室功能。推進建立體細胞和尿素氮測定、ELISA檢測和PCR檢測技術(shù)推廣應(yīng)用,推進奶樣妊娠檢測、飼料配方調(diào)整、乳房炎病原檢測、酮病監(jiān)測、遺傳缺陷基因檢測等應(yīng)用,使實驗室的測定能力盡快適應(yīng)奶牛場生產(chǎn)管理的需要。
3.DHI測定中心要加強與種公牛站的協(xié)作配合,要把測定工作與后裔測定緊密結(jié)合起來。把工作重心放在后裔測定場,使DHI測定工作,更好地為奶牛后裔測定服務(wù)。進一步加大測定報告的解讀服務(wù)力度,提高DHI測定對奶牛場管理的服務(wù)能力。
4.建立完善的DHI關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理與認(rèn)可機制。進一步規(guī)范DHI檢測的質(zhì)量管理與認(rèn)證,加強DHI測定中心測定能力建設(shè),進一步規(guī)范技術(shù)操作,加強測定儀器的校準(zhǔn)、管理與維護,尤其要加強流量計、稱量器具的校準(zhǔn)服務(wù),才能保障DHI檢測工作公正、科學(xué)、準(zhǔn)確和高效。
5.建立完善的區(qū)域性第三方DHI技術(shù)服務(wù)體系。提升技術(shù)服務(wù)人員的專業(yè)技能和服務(wù)水平,與國內(nèi)外的DHI機構(gòu)進行交流、引進新技術(shù)、新設(shè)備,對各區(qū)域的技術(shù)服務(wù)工作進行指導(dǎo)、檢查、評估、考核。
6.加強各層次的技術(shù)培訓(xùn)工作。不斷加強奶牛場的采樣技術(shù)培訓(xùn)與監(jiān)督、推廣1次或2次采樣技術(shù),推廣第三方采樣機制;加強基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集等環(huán)節(jié)的培訓(xùn)與監(jiān)督,提高測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。
7.加強DHI相關(guān)技術(shù)問題的科學(xué)研究。加快體細胞、尿素氮等新標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)與應(yīng)用;DHI測定中心要深入牛場,調(diào)研奶牛場的需求及DHI測定各個工作環(huán)節(jié)需要進一步解決的問題,聯(lián)合科研院所研發(fā)DHI技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品,要根據(jù)奶牛場的選種選配需求,在DHI網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)、后裔測定、牛群近交效應(yīng)分析、基因組選擇、繁殖管理分析、乳房健康和疾病防治方案等開展深入研究,以提高DHI測定工作的效率和為牛場服務(wù)的水平。