奶牛發情期活動量變化規律研究

李藍祁，劉江靜，陳曉麗，李 欣，路永強，王水蓮，王 棟*

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

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

發情過程伴隨體溫[8]、活動量[9]、陰道黏液電阻值[10]等參數改變，探索這些參數的發情周期變化規律，對自動發情檢測技術研發與提高尤為重要。傳感技術的發展，使這些參數的不間斷自動檢測成為可能，其中，基于加速度傳感技術的自動發情檢測技術正在奶牛養殖業中推廣應用[11-12]。但是，該技術發情期活動量監測閾值標準不一，有的報道活動量升高4.2倍，持續9.7 h[13]，還有的升高2.9倍，持續13.8 h[14]，并且發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，發情檢出率為88.24%[10]。為提高該技術檢出率，筆者進行發情奶牛活動量變化規律研究。

本研究使用自行研發的奶牛自動化發情檢測系統 (基于活動量變化設計研發，專利號：CN201520109489.6)，對北京某奶牛場進行了發情母牛活動量檢測，以探究發情奶牛的活動量變化規律。

1 材料與方法

1.1 試驗動物及飼養管理

本研究于2016年7月-2017年7月在北京市房山區某荷斯坦奶牛場進行。隨機選擇該場150頭產后健康泌乳牛和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，圈舍中設有臥床，圈舍面積1 750 m2(50 m×35 m)，每個圈舍約飼養36頭奶牛，飼養密度48.6 m2·頭-1，保證試驗牛有足夠的運動場地。

1.2 儀器設備及數據采集方法

采用本團隊自行研發的奶牛發情自動監測系統(簡稱：系統)進行活動量數據采集，該系統包括活動量檢測裝置(計步器)、數據采集裝置(收集計步器采集到的活動量數據，并將其傳輸到上位機系統)、上位機系統(接收、存儲和分析數據，并通過軟件顯示)。試驗期間計步器佩戴于牛后腿跖部，數據采集裝置安放在試驗牛棚中。計步器每檢測到牛腿部產生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據，并上傳至上位機處理分析和顯示，實現活動量實時監測和發情預報功能。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2.5 h以上時，系統預報該牛發情，活動量降至2.5倍以下，則發情結束。

1.3 試驗處理

試驗牛分為自然發情組和同期處理組，兩組飼養方式相同，自然發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據自動采集。同期處理組，對產后59 d未發情母牛，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 發情鑒定

系統自動進行發情母牛預報，所有系統預報發情母牛均由一位擁有8年從事奶牛繁殖工作經驗的試驗員進行直腸檢查確認。本研究實際監測到128頭發情牛的活動量變化，其中，春季監測出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；根據發情類型，自然發情牛檢測出113頭，同期處理發情牛15頭。

1.5 數據分析

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

2 結 果

2.1 奶牛發情時與發情前后活動量變化規律

2.1.1 發情當天與發情前后11 d活動量變化規律 將發情當天(第0 天)活動量總和與發情前后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情前11 d和發情后11 d差異不顯著(P>0.05)，均在20 000左右，且顯著低于發情當天活動量(P<0.05)，其中發情后第1 天活動量最低(20 672±2 192)。發情當天活動量最高(53 841±11 016)，約為發情前后11 d每天活動量的2.69倍。

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

2.1.2 發情開始前后和發情結束前后活動量變化規律 將128頭荷斯坦奶牛發情開始前3 h和發情開始后7 h每0.5 h活動量平均值，與發情前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，基本低于500。而發情期活動量顯著升高(P<0.05)，均高于1 500，其中發情開始后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)。 將發情結束前7 h和發情結束后3 h每0.5 h 活動量平均值與發情前11 d(間情期)同一時間點活動量平均值作圖(圖3)，圖3顯示，從發情結束前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 發情開始前后活動量變化規律Fig.2 Activity variation before and after the onset of estrus

圖3 發情結束前后活動量變化規律Fig.3 Activity variation before and after the end of estrus

2.2 奶牛發情時活動量與胎次、季節、發情處理類型間的關系

2.2.1 胎次 表1顯示，奶牛發情時活動量升高倍數在青年牛、1胎牛和2胎牛間差異不顯著(P>0.05)， 而前三者發情活動量升高倍數顯著高于3胎及3胎以上牛(P<0.05)(由于3胎以上各胎次牛數較少，故歸納在一起)。奶牛發情持續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，發情持續時間逐漸縮短，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 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。對奶牛發情活動量的季節因素統計分析結果(表2)表明，春、秋兩季奶牛發情活動量平均升高6倍左右，差異不顯著(P>0.05)，但春(秋)、夏和冬3季節間差異顯著(P<0.05)，且活動量呈現隨氣溫升高逐漸降低的趨勢，其中冬季活動量升高倍數最大(8.10±4.64)，夏季最低(5.58±2.94)。發情持續時間在春、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)，分別持續約7、5 h，即呈現出隨夏季到來持續時間逐漸縮短，而隨秋季向冬季轉化逐漸延長的趨勢。

表1胎次對奶牛發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 Increased of activity7.06±3.91a7.10±4.31a6.78±3.80a5.53±3.21b持續時間/h Duration16.50±2.17a7.23±3.73b6.18±3.77bc4.93±2.63c

同行數據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季節對奶牛發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 Increased of activity6.84±4.12a5.58±2.94b6.49±4.12a8.10±4.64c持續時間/h Duration7.72±3.71a5.09±2.51b5.75±3.85b7.07±3.76a

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

表3發情類型對奶牛發情活動量變化的影響

Table3Effectoftypesofestrustreatmentontheactivityofcowestrus

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

2.3 系統發情鑒定

2.3.1 系統鑒定結果的直檢驗證 系統鑒定為發情的母牛均通過直腸檢查進行驗證，對系統鑒定

的陽性發情牛和假陽性發情牛活動量升高倍數和持續時間的比較分析結果(表4)顯示，陽性發情牛活動量升高倍數和持續時間均顯著高于假陽性發情牛(P<0.05)。

表4系統檢出發情牛活動量的變化

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Increased of activity6.72±4.10a5.43±3.00b持續時間/h Duration6.27±3.54a3.71±1.99b

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

表5發情鑒定效果

Table5Estrusdetectedefficiency

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

3 討 論

奶牛發情時大多呈現精神亢奮狀態，表現坐立不安、嗅聞其他牛只陰戶、爬跨或被其他牛只爬跨等現象，導致發情母牛運動量(活動量)升高[18]。該規律為自動化發情鑒定技術研發奠定了基礎。研究表明，間情期時，母牛活動量變化不明顯,而發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，共監測了57頭奶牛發情活動量變化情況，發現發情時活動量比間情期增加(290±160)%[14]。 還有研究發現，發情時比未發情時活動量約升高6倍[20]。本研究發現，奶牛發情前后11 d中，每天活動量差異不顯著(P>0.05)，均在20 000左右，而發情當天活動量(53 841)約為間情期的2.69倍。本研究發現，發情開始前和發情結束后母牛活動量與間情期平均活動量差異也不顯著(P>0.05)， 均在500以下，而發情時活動量則可達間情期活動量的3.6～6.8倍，結果與Brehme等[20]研究結果相似，但略高于Kiddy[19]的研究結果。

奶牛活動量可能受季節、發情方式、產奶量、胎次和品種等因素影響[6]。有研究指出，經產母牛(≥1胎) 發情活動量低于初產母牛[21]，除第1、2胎母牛發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，初產牛和經產牛發情持續時間無明顯變化[23]。本研究表明，青年牛、1胎和2胎奶牛發情活動量升高倍數差異不顯著(P>0.05)，而3胎及以上胎次奶牛發情活動量升高倍數顯著低于青年牛～2胎奶牛(P<0.05)，與孫保貴等[22]研究結果相似，而與Lopez等[23]不同。同時，發情持續時間也隨胎次增加而逐漸縮短，且初產牛((16.50±2.17) h)顯著高于經產牛(1胎：(7.23±3.73)h)(P<0.05)。可能是因為牛奶產量增高降低了血液循環中的雌激素水平[23]，導致奶牛發情表現減弱。國外關于環境溫度的研究表明，炎熱季節發情活動量升高2.70倍，顯著低于寒冷季節(2.90倍)，而持續時間差異不大，均在8.5 h左右[24]；另有研究指出，夏季奶牛發情活動量升高2.33倍，顯著低于冬季(3.55倍)，夏季發情持續時間((15.2±0.2) h) 也顯著低于冬季((17.3±0.9) h)[25]。本研究表明，夏季發情牛活動量和持續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，但活動量變化倍數均高于Ismael等[24]的結果；而持續時間卻低于兩人的研究結果。Sakatani等[25]研究還表明進行自然發情牛((16.8±0.9) h)與使用同期發情處理牛((14.1±1.2) h)發情持續時間差異不大，與本研究結果類似，但Sakatani等[25]報道的發情持續時間比本研究的發情持續時間(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。本研究還發現，系統預報發情陽性牛活動量升高倍數(6.72±4.10)和持續時間((6.27±3.54)h)均顯著高于假陽性牛(P<0.05)，假陽性預報結果，可能源于發情牛爬跨其他未發情牛或牛只調圈等造成的活動量突然升高。

國外有些計步器產品多在擠奶時上傳數據，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天早上采集到的數據將是前1 d上傳數據11 h后的數據，數據采集滯后可能使有些牛錯過最佳配種時間[26]。同時，33%泌乳牛發情無明顯行為變化，這些安靜發情牛[27]，對于計步器發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、準確地分析奶牛發情開始與結束時間，每2 h 上傳一次活動量數據，可使繁殖員及時了解牛只發情情況，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情時活動量變化規律，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2.5 h的自動預報閾值，該閾值從活動量增加倍數和持續時間兩方面，兼顧了高度選育荷斯坦奶牛活動量增加較少、持續時間較短的品種特點，其對自然發情牛的檢出率達到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 論

本研究系統揭示了母牛發情活動量變化受胎次、季節和發情處理類型等的顯著影響，確定活動量自動發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，各個養殖企業應綜合考慮上述因素后，根據本場具體情況設定一個與本場相適合的預報閾值。