基于尿液激素母豬發情輔助檢測分析

雷凱棟 滕光輝* 溫艷斌 馮飛起 宗 超 孟 奎

(1.中國農業大學 水利與土木工程學院，北京 100083；2.農業農村部設施農業工程重點實驗室，北京 100083)

隨著生豬精細化養殖的發展，無接觸式、無應激以及福利化成為研究熱點[1-5]。母豬生產中，能繁母豬的年斷奶仔豬數(Piglets sow year，PSY)是衡量母豬生產效益的主要指標[6]，較為準確的掌握母豬發情時間并進行配種，可避免增加豬場的非生產天數，從而提高豬場的生產效率[7-8]。

傳統母豬發情檢測一般采用人工觀察法和公豬試情法。母豬在發情期，采食量會有所下降，但對環境變化的響應程度和圈內活動量都會增加，同時陰戶常出現紅腫變化[9-10]，人工壓背時出現靜立反應等[11]。但2種方法均費時費力且對工作人員的查情經驗要求較高。近年來，母豬發情的自動化識別研究取得了一定進展：1)通過母豬發情前后外陰和臀部溫度變化與發情建立關系，發現母豬在發情期時的外陰最高溫度和平均溫度均高于間情期[12]，母豬的外陰溫度先升高后降低，但臀部表面溫度變化不大[13]；2)使用加速度計監測母豬活動量，并設定活動量閾值對母豬發進行發情檢測[14-15]；3)利用紅外傳感器進行發情檢測，識別發情行為的正確率達86%[16]；4)通過射頻傳感器進行識別記錄母豬訪問公豬的頻率，結果表明母豬從未發情到發情期間，其探視公豬的頻率逐漸增加[17]，同時統計母豬對公豬的探視時長，發情檢測的靈敏度為76.4%[18]。采用圖像識別、傳感器等對運動和生理情況識別已逐漸成為母豬發情檢測技術的研究熱點，但高昂的電子設備以及專業人員的投入不符合當前的生產實際，低成本且快速簡便的尿液激素輔助查情技術具有廣闊的應用空間[19-24]。

本研究擬對斷奶后母豬尿液中激素進行分析測定，基于尿液中激素雌二醇(E2)和促黃體生成素(LH)的周期變化，研究利用激素質量濃度和水平變化規律輔助檢測斷奶后母豬發情行為的可行性，并為開發快速檢測試紙提供參考閾值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2020-10-15—2021-01-15，在重慶榮昌國家核心豬場開展。試驗母豬品種為大約克夏母豬(Yorkshire Sow)。挑選8頭體況相近，體重為(200±4.5) kg、健康狀況良好的經產3～5胎母豬，分別編號為母豬-1、母豬-2、…、母豬-8。試驗期間采用無損取樣法連續追蹤采集母豬個體新鮮尿液，同步記錄母豬的人工查情結果和產仔數量。

1.2 試驗方法

在母豬限位欄，從斷奶第一天開始持續采集晨尿50 mL，直至母豬配種結束。尿樣按照日期及母豬耳號進行標記后，立即置于-20 ℃以下貯藏，以保證待測激素穩定性。采用放免測定法對尿液中的雌二醇、促黃體生成素質量濃度和水平進行測定。放免試劑盒由天津德普生物技術和醫學產品有限公司提供。

1.3 數據分析

為降低各指標之間的單位影響，更直觀的觀察2種激素在同一坐標下的變化，對激素質量濃度、水平數據進行標準化(歸一化)處理，2個指標處于同一量級，可以在同一坐標下進行對比分析。經過Matlab軟件，Z-score標準化方法進行轉換，公式如下：

X*=(x-μ)/σ

式中：X*為歸一化值，經處理后數據均值為0，標準差為1；x為原始數據值；μ為激素樣本數據的均值；σ為激素樣本數據的標準差。使用Origin和Matlab軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 斷奶后雌二醇激素的變化

將采集的雌二醇、促黃體生成素與斷奶天數的關系進行分析，發現雌二醇激素的變化與發情有關聯性。對本試驗選取的8 頭斷奶母豬的試驗數據進行驗證，同步進行人工查情(包括人工壓背、外陰觀察等)并做記錄。結果表明，從母豬斷奶后第一天開始，雌二醇激素質量濃度呈有規律的升降。以母豬-3為例，在人工壓背確定為發情時(斷奶后第10天)，雌二醇激素含量達到最高水平(494.87 pg/mL)。在驗證過程中母豬-6發生返情，母豬-7在斷奶后體況恢復較差，造成尿液采集缺失(圖1)。

圖1 斷奶后母豬雌二醇激素質量濃度隨著斷奶天數的變化Fig.1 Changes of estradiol hormone in sows after weaning with weaning days

2.2 斷奶后促黃體生成素的變化

斷奶后母豬促黃體生成素水平隨著斷奶天數的變化見圖2：母豬在斷奶后第1天數據值波動較大；母豬-6在第6天有個小波峰，同時人工壓背測定為發情；母豬-2在第18天出現小波峰，人工壓背查情確認為發情。

圖2 斷奶后母豬促黃體生成素水平隨著斷奶天數的變化Fig.2 Changes of luteinizing hormone-releasing hormone in sows after weaning with weaning days

2.3 數據歸一化處理

為更好的分析雌二醇和促黃體生成素在發情周期內的變化趨勢，通過Matlab對數值進行歸一化處理，結果見圖3：雖處于同時斷奶，但母豬個體之間的激素水平差異較大，這可能與母豬個體的身體生理周期以及產后恢復有關。但是，在斷奶至發情期間促黃體生成激素以及雌二醇激素在發情時，均高于未發情激素水平。

圖3 雌二醇、促黃體生成激素歸一化Fig.3 Normalized estradiol and luteinizing hormone

2.4 激素變化輔助識別母豬發情分析

母豬在發情周期內，促黃體生成素水平呈現規律性變化，經人工檢測為發情的斷奶母豬，其體內促黃體生成激素平均值為15.17 miu/mL，該值可作為母豬發情的閾值。根據閾值響應以及抗原抗體的顯色原理，可設計一款基于促黃體生成素響應的尿液快速檢測試紙，以實現對母豬快速、簡易的輔助查情。

3 討論與結論

母豬發情周期由體內分泌的促卵泡素、促黃體素、雌激素以及孕酮等激素共同控制，可分為發情前期、發情中期、發情后期。在發情周期內，垂體分泌促卵泡生成激素，該激素促進卵泡發育，之后卵泡生長成熟并分泌雌二醇，即雌激素，雌激素可導致機體血流量增加，促使其體溫上升[25]。當前常規的超聲波診斷以及血液檢測技術，可定量獲取卵泡生長過程血漿中的促性腺激素、雌二醇、孕酮等激素，但該操作費時費力，并對豬只造成應激反應。Willisetal等[26]發現在斷奶當天促卵泡生成素(FSH)的濃度較高而雌二醇濃度較低，并且斷奶至發情間隔有變延長的趨勢，發情母豬的FSH濃度要比未發情母豬高。同時在其他哺乳動物雌性川金絲猴糞便、尿液中發現激素含量與發情關系，為金絲猴的人工繁育奠定了良好的基礎[27]?？梢娔蛞褐屑に刈兓勺鳛槟肛i進入發情期的潛在指示標記，輔助評判其發情行為。

本試驗對斷奶母豬尿液激素實現無間斷持續追蹤，結果顯示，母豬在發情期促黃體生成素有較明顯的波峰，與每日母豬查情結果為發情有較強相關性。母豬斷奶后未發情時，雌二醇的平均含量低于280.53 pg/mL；促黃體生成素含量低于15.17 miu/mL。將15.17 miu/mL作為促黃體生成素的水平閾值與人工查情的結果相校正，準確率為87.5%，高于Freson等[16]采用紅外傳感器檢測母豬的發情行為86.0%，也優于用RFID或其他傳感器監測母豬對公豬的訪問頻率以及監測其活動量的方法，同時省去了傳感器和培訓操作人員的成本，對工作人員養殖經驗及專業理論知識無較高要求，并大大減少了人為干預母豬查情帶來的生物安全隱患以及應激反應。對人工判定為發情的母豬進行配種和持續跟蹤，除母豬-6出現返情狀況，母豬-7未發情外，其余均妊娠產仔。母豬-6、母豬-7斷奶后，體況恢復較差，很可能直接影響其正常的發情狀況[2]。下一步，可基于促黃體生成素水平閾值開發檢測試紙。試紙檢測具有操作簡單、快速檢出優勢，且制作成本低廉，應用潛力巨大。本研究僅針對單一品種(大約克夏)、有限樣本數據進行分析，普適推廣性較差。還需要對不同品種、大樣本個體進行深入檢測，以驗證本方法的廣譜適用性。