北京地區(qū)泌乳牛夏季鼓膜溫度晝夜節(jié)律及影響因素研究

許靜漪，羅漢鵬，付 琪，胡羽飏，段禹交，黃思琪，周月玲，楊桐桐，張亞一，郭 剛，劉巧香，王雅春

(1.中國農業(yè)大學動物科技學院，農業(yè)農村部動物遺傳育種與繁殖(家畜)重點實驗室，畜禽育種國家工程實驗室，北京 100193；2.北京首農畜牧發(fā)展有限公司，北京 100029；3.北京生物種業(yè)創(chuàng)新聯合體，北京 101206)

體溫是衡量恒溫動物熱平衡的唯一可靠指標[1]，可以在動物體內或體外的不同部位測量，如直腸、耳、瘤網胃、前額或乳房表面等[2]。不同部位體溫不盡相同，畜禽生產中一般以直腸溫度代表動物體溫[1]。直腸溫度是獸醫(yī)監(jiān)測牛身體健康狀況的常用手段，是測量牛體溫的黃金標準[3]。但直腸溫度測定需要投入額外的人力，且其測定結果會受到測定過程中人員操作的影響，如熟練程度、插入深度和測定時間等，同時還會對奶牛造成應激。除直腸溫度外，鼓膜溫度、陰道溫度和瘤胃溫度等在研究中較為常見。鼓膜溫度是一個非常可靠的體溫指標[2]，是犢牛唯一有效的核心體溫指標[4]。與直腸溫度[5]或陰道溫度[6]相比，鼓膜溫度對環(huán)境溫度的變化更敏感，反應更快；研究表明鼓膜溫度對環(huán)境溫度的效應時間為6 min，比直腸溫度早14 min[7]。鼓膜溫度測定設備能夠深入到牛的耳道，經無線傳輸可獲得相對長期連續(xù)的數值，用于實時監(jiān)測。有關肉牛[8]和豬[9]的研究表明，鼓膜溫度的準確性和可重復性相對較高，鼓膜溫度與直腸溫度呈強相關關系(r=0.67)[10]，Prendiville等[11]研究也發(fā)現，數字溫度計在直腸中記錄的溫度與耳道中無線記錄的溫度無統(tǒng)計學差異。

家畜體溫變化反映了機體產熱和散熱的暫時不平衡[12]，在氣候變化較規(guī)律時，奶牛通過生理代謝過程適應環(huán)境條件變化[13]。環(huán)境溫濕度指數(temperature-humidity index，THI)是牲畜熱應激的標準指標[10]，廣泛應用于奶牛熱應激相關研究。綜合氣候指數(comprehensive climate index，CCI)與THI相關[14]，但更為復雜。Jara等[15]報道了15頭經產荷斯坦奶牛的鼓膜溫度與CCI密切相關。除溫濕度、空氣流速、熱輻射和光暗周期等環(huán)境因素外[16-17]，體溫的日常變化還受到品種、年齡、體況、泌乳、妊娠、疾病和代謝水平等生理因素影響[18]。據報道，熱應激情況下瘤牛體溫顯著低于非熱應激瘤牛[18]；泌乳奶牛直腸溫度隨泌乳階段推移逐漸降低[19]；動物的繁殖活動伴隨著體溫的規(guī)律性變化[20]，如妊娠期奶牛陰道溫度(39.1 ℃)比空懷牛的(38.3 ℃)高[21]。生產管理中人為或設備的刺激也是引起體溫變化的重要因素，研究證明擠奶前后奶牛直腸溫度存在差異[22]。擠奶時對乳房的清洗和按摩均會刺激奶牛神經-下丘腦-腦垂體軸，使奶牛體溫升高；而擠奶后奶量的流失會帶走身體的部分熱量，導致體溫降低[23]。

基于連續(xù)監(jiān)測的鼓膜溫度記錄，可以了解奶牛的行為特點和生活習性，有效避免人為活動對奶牛產生的影響；同時，鼓膜溫度具有可連續(xù)監(jiān)測和敏感度高的優(yōu)點，逐漸受到牧場及研究人員的重視。目前已有研究報道了奶牛犢牛、肉牛犢牛和肉牛育成牛的鼓膜溫度與環(huán)境溫度、直腸溫度、鼓膜溫度和陰部溫度等之間的關系[2,8,24-27]，以及美國安格斯牛鼓膜溫度的晝夜節(jié)律等[12]，但鮮有泌乳牛鼓膜溫度影響因素以及鼓膜溫度生物節(jié)律的研究。本研究對北京地區(qū)某規(guī)模化牧場泌乳牛的鼓膜溫度及直腸溫度進行監(jiān)測，旨在深入分析奶牛鼓膜溫度的變化規(guī)律和影響因素，為進一步了解奶牛行為及生理規(guī)律，利用鼓膜溫度對牛群進行精細管理提供參考數據。

1 材料與方法

1.1 試驗群體

試驗于2021年8月5日至8月8日于北京市某規(guī)模化牧場進行。對牧場638頭荷斯坦泌乳牛的鼓膜溫度和直腸溫度及環(huán)境溫度和濕度進行了測定，試驗牧場為開放式牛舍，夏季時采食區(qū)與待擠區(qū)使用噴淋和風扇進行降溫，試驗牛群每日擠奶3次，每次擠奶后喂料。泌乳牛群均采用全混合飼糧(total mixed ration，TMR)飼喂，自由采食。

1.2 數據測定

耳部鼓膜實時溫度數據采用Health Monitoring Tag設備(T-AC03，南京稻盛弘網絡科技有限公司)測定。試驗牛鼓膜溫度原始數據每小時記錄1次，每頭泌乳牛每天共有24條鼓膜溫度記錄。試驗期間，對試驗牛的鼓膜溫度記錄進行備份和收集，共獲得638頭泌乳牛的55 157條原始鼓膜溫度記錄，用于變化規(guī)律研究。直腸溫度由試驗人員現場測定，每天測定2次(上午：07：00～12：00，下午：14：00～19：00)，每頭牛每次至少測定2次。去除僅有單次測定的溫度記錄后，獲得246頭牛的1 077條直腸溫度記錄。連續(xù)監(jiān)測記錄牧場環(huán)境的溫度和濕度，每小時測定1次，計算THI，共獲得93條THI記錄，用于變化規(guī)律研究。THI=0.8×T+(RH/100×(T-14.4))+46.4[28]，式中：T，環(huán)境溫度；RH，相對濕度(%)。奶牛在THI為68時發(fā)生熱應激，6882時為重度熱應激[16]。試驗牛的泌乳及繁殖數據來自于牧場的奶牛生產性能測定(dairy herd improvement，DHI)記錄和生產管理記錄。

1.3 數據整理

使用Excel 2019對直腸溫度記錄進行質控，成年奶牛正常體溫為37.5～39.5 ℃[29]，故剔除溫度低于37.5 ℃的數據，共保留244頭牛的845條直腸溫度記錄。匹配直腸溫度每6 h測定期間內的鼓膜溫度和THI，并分別取6 h平均值，共獲得161頭的606條直腸溫度記錄、606條平均6 h鼓膜溫度和6條THI記錄，用于計算直腸溫度和鼓膜溫度之間的相關系數。由于每1 h內鼓膜溫度存在不同程度缺失，故將3 h的鼓膜溫度實時記錄平均值作為觀測值。將直腸溫度和3 h鼓膜溫度數據匹配泌乳階段、胎次、繁殖狀態(tài)以及對應時間段THI等，最終獲得151頭牛的583條直腸溫度、4 713條3 h鼓膜溫度和19條6 h THI和3 h THI用于影響因素分析。

1.4 影響因素效應劃分

根據試驗牛泌乳天數的分布，在盡可能保證數據均衡并反映奶牛不同泌乳階段特征的基礎上，將試驗牛的泌乳期劃分為3個泌乳階段，分別為泌乳前期(1～100 d)、泌乳中期(101～200 d)和泌乳后期(>200 d)；將試驗牛胎次劃分為3個水平，分別為1、2和3胎及以上；根據妊娠或非妊娠，將繁殖狀態(tài)分為2個水平；根據牛群擠奶時間與直腸溫度測定時間，將直腸溫度測定時間分3個水平，分別為1(擠奶前1 h)、2(擠奶后1 h)和3(其他時間)，鼓膜溫度的測定時間根據每3 h劃分，共分為8個水平。

1.5 統(tǒng)計分析

利用R 4.1.2軟件對鼓膜溫度和直腸溫度進行相關性分析及顯著性檢驗。測定期間內鼓膜溫度和直腸溫度存在重復測定，故使用SAS 9.2軟件中的Mixed過程，分析THI、測定時間、泌乳階段、胎次以及繁殖狀態(tài)對處于荷斯坦泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度的影響。采用Bonferronit法進行多重比較，以P<0.05為差異顯著，計算結果以最小二乘均值±標準差表示。分析模型如下：

Yijkmnp=μ+βTHI+Ti+Lj+Pk+Fm+IDn+eijkmnp

式中，Yijkmnp，鼓膜溫度或直腸溫度；μ，群體均值；THI，環(huán)境溫濕度指數；β，THI的回歸系數；Ti，測定時間效應；Lj，泌乳階段效應；Pk，胎次效應；Fm，繁殖狀態(tài)效應；IDn，隨機永久環(huán)境效應；eijkmnp，隨機殘差。

2 結 果

2.1 鼓膜溫度和THI的變化規(guī)律

夏季泌乳牛鼓膜溫度變化的生物節(jié)律和THI的變化規(guī)律見圖1。試驗期內，THI在24 h內波動較大，在02：00～04：00相對較低且標準差較大，于06：00達到最低，于16：00達到最高。泌乳牛鼓膜溫度在24 h內變化較大，差值為0.86 ℃；鼓膜溫度在13：00達到最高，在08：00達到最低；鼓膜溫度在05：00和17：00出現兩個次高峰；泌乳牛鼓膜溫度總體變化趨勢略遲滯于THI。

2.2 泌乳牛體溫相關指標的描述性統(tǒng)計

泌乳牛直腸溫度、鼓膜溫度及THI的描述性統(tǒng)計結果見表1。試驗期間，76.11

表1 泌乳牛體溫及環(huán)境溫濕度指數描述性統(tǒng)計

續(xù)表

2.3 泌乳牛鼓膜、直腸溫度與THI的簡單回歸

泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度隨THI的變化規(guī)律見圖2。由圖2可知，鼓膜溫度與直腸溫度顯著正相關(P<0.05)，相關系數為0.35。鼓膜溫度和直腸溫度隨THI上升均呈上升趨勢，鼓膜溫度和直腸溫度對THI回歸均顯著(P<0.05)，回歸趨勢基本一致，回歸方程分別為：鼓膜溫度=0.09×THI+31.50 (R2=0.09)，直腸溫度=0.10×THI+30.32 (R2=0.08)。

圖2 泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度隨環(huán)境溫濕度指數變化趨勢

2.4 各因素對鼓膜溫度和直腸溫度的影響

各因素不同水平下的鼓膜溫度和直腸溫度及多重比較結果見表2和3。由表2可知，測定時間和胎次對鼓膜溫度有顯著影響(P<0.05)，THI對泌乳牛鼓膜溫度回歸顯著(P<0.05)，泌乳階段和繁殖狀態(tài)對鼓膜溫度無顯著影響(P>0.05)。15：00～17：00泌乳牛鼓膜溫度顯著高于其他時間(P<0.05)，09：00～11：00泌乳牛鼓膜溫度顯著低于其他時間(P<0.05)；1、2胎泌乳牛與3胎及以上泌乳牛的鼓膜溫度之間均存在顯著差異(P<0.05)，其中2胎牛鼓膜溫度最高，較3胎及以上高0.10 ℃。

表2 不同效應下泌乳牛的鼓膜溫度

由表3可知，胎次和泌乳階段對直腸溫度均有顯著影響(P<0.05)，THI對泌乳牛直腸溫度回歸顯著(P<0.05)，測定時間和繁殖狀態(tài)對直腸溫度無顯著影響(P>0.05)。3胎及以上泌乳牛直腸溫度最低，且與2胎泌乳牛差異顯著(P<0.05)；泌乳中期(101～200 d)直腸溫度最低，且顯著低于泌乳前期(P<0.05)。

表3 不同效應下泌乳牛的直腸溫度

3 討 論

3.1 北京地區(qū)母牛夏季體溫晝夜節(jié)律

本研究發(fā)現，泌乳牛鼓膜溫度隨著THI的變化呈明顯的生物節(jié)律，且滯后于THI的變化。已有研究證明牛體溫變化相對環(huán)境溫度變化存在3～4 h的遲滯[30]。泌乳牛鼓膜溫度于13：00達到最高，08：00達到最低，且在05：00與17：00存在2個次高溫峰值，與Bar等[6]研究中泌乳牛陰道溫度的變化一致，呈現出相似的溫度變化曲線和相同的峰值時間；溫度變化峰值與犢牛[31]和肉牛[26]體溫變化(07：00最低，14：00最高)也十分接近。上述3項研究中，試驗牛均處于中度及以上熱應激狀態(tài)，與本研究相似。在其他試驗牛處于輕度或非熱應激的研究中，犢牛和肉牛24 h內鼓膜溫度最低的時間(06：00～08：00)與本研究相近，但僅存在1個高溫峰值，達到高溫峰值時間與本研究次高溫峰值時間相近(17：00～18：00)，這表明奶牛的體溫變化規(guī)律在中度熱應激與輕度或非熱應激下存在差異。熱生理學家一般認為體溫的晝夜節(jié)律的波動主要與穩(wěn)態(tài)有關，并且通過體溫調定點的振蕩由晝夜節(jié)律系統(tǒng)進行二次調節(jié)[32]。有研究表明，動物體溫晝夜節(jié)律通常是單相的，在涼爽或中等溫度條件下，動物體溫的晝夜節(jié)律最大值在傍晚，最小值在早晨[12]。一旦熱環(huán)境超過體溫調節(jié)閾值，動物體溫就會受到環(huán)境條件的驅動，體溫節(jié)律就會被打亂，出現相移和振幅增加的現象等[12]，這與本研究發(fā)現的額外體溫高峰(05：00與17：00)相符。

3.2 鼓膜溫度與直腸溫度的影響因素分析

北京地區(qū)6至8月是奶牛熱應激發(fā)生最嚴重的3個月，THI能夠客觀反映奶牛所處的熱環(huán)境[14,33-35]。本研究中，試驗牛測定時間為8月上旬，試驗場全天THI最高值為83.18，最低值為76.11，遠高于THI為68的熱應激閾值，處于中度甚至重度熱應激[16]；泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度隨THI升高急劇升高，回歸系數分別為0.09和0.10。Peng等[36]研究發(fā)現，當THI介于58.40～74.10時，直腸溫度隨THI升高而降低；當THI>74.10時，直腸溫度隨THI升高急劇升高，回歸系數為0.07，略低于本研究(0.10)。本研究群體中，泌乳牛鼓膜溫度平均值高于直腸溫度，與Guidry等[7]的研究結果相符，高濕熱環(huán)境下鼓膜溫度會高于直腸溫度；但Myers等[37]研究發(fā)現，在荷斯坦犢牛和成母牛中，鼓膜溫度讀數始終低于直腸溫度，與本研究結果不同，可能是該研究中荷斯坦牛處于非熱應激狀態(tài)的原因。本試驗中，鼓膜溫度與直腸溫度顯著正相關，相關系數為0.35；有研究表明鼓膜溫度與直腸溫度呈強相關關系(r=0.67)[10]；Prendiville等[11]研究表明數字溫度計記錄的直腸溫度與耳道中溫度無統(tǒng)計學差異。上述研究均表明，鼓膜溫度能夠及時準確地反映奶牛體溫的變化。

本試驗中，胎次顯著影響泌乳牛的鼓膜溫度和直腸溫度。2胎泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度均高于其他胎次泌乳牛，3胎及以上泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度最低，這可能與奶牛自身生理狀態(tài)有關。研究表明，荷斯坦牛的產奶量與代謝產熱正相關[38]，高產奶牛飲水時間和飲水次數高于低產奶牛[39]也從側面說明了這點。1胎牛仍處于成長期，生長代謝旺盛，但產奶量相對較低；2胎牛體格達到成熟，產奶量較高，代謝產熱較多；3胎及以上奶牛體格成熟，身體機能更完善，體溫調節(jié)能力強。研究表明3胎及以上奶牛活動量相對低于其他胎次[40]，因此在熱應激狀態(tài)下仍能保持較低的體溫。測定時間對泌乳牛鼓膜溫度影響顯著，主要由不同測定時間內環(huán)境溫度的變化導致。泌乳階段對泌乳牛直腸溫度影響顯著，Shalit等[41]研究表明，在相似環(huán)境下，泌乳期奶牛直腸溫度比圍產期奶牛高9 ℃。研究表明，泌乳中期(101～200 d)奶牛活動量低[40]，代謝產熱相對較低，因此泌乳中期奶牛鼓膜溫度和直腸溫度均為最低；泌乳前期(1～100 d)奶牛產奶量較高，由于妊娠和生產導致的采食量降低得到恢復，采食量達到高峰，同時泌乳前期奶牛活動量相對較高[40]，因此其鼓膜溫度和直腸溫度都相對較高。本試驗中，泌乳后期(>200 d)試驗牛共174頭，其中僅9頭牛處于非妊娠狀態(tài)，其余均為妊娠狀態(tài)；此階段奶牛產奶量下降，但胎兒增大，自身體重增加，代謝活動較強。沈留紅等[19]的研究中，熱應激情況下泌乳期奶牛直腸溫度隨泌乳階段推移逐漸下降，但本研究中泌乳后期奶牛直腸溫度高于泌乳中期奶牛。上述研究數據量有限(10頭)，且未考慮妊娠對奶牛的影響，可能是其結果與本研究不完全一致的原因。

4 結 論

鼓膜溫度作為實時體溫監(jiān)測指標，與直腸溫度呈正相關關系(r=0.35)。其晝夜生物節(jié)律變化明顯，環(huán)境變化(THI)和奶牛生理狀態(tài)(不同胎次)均對其有顯著影響。進一步探究其與熱應激狀態(tài)、生產性能以及疾病發(fā)生間的關系，可為牛群的智能化監(jiān)測和精細化管理提供有效信息。