2. 中国农业大学动物科技学院, 北京 100193;
3. 北京首农畜牧发展有限公司, 北京 100029
2. College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China;
3. Beijing Sunlon Livestock Development Co., Ltd, Beijing 100029, China
奶牛乳房炎是奶牛养殖中造成经济损失最大的疾病之一,奶牛乳房炎的发病率约为20%~60%。美国国家乳房炎委员会报道,乳房炎会使每个被感染的乳区产奶量每年减少636~773 kg。我国每年由乳房炎引起的奶牛产奶量下降所造成的损失,每头牛约为1 200~3 600元[1-2]。乳房炎造成巨大经济损失的主要原因是患乳房炎的奶牛产奶量明显下降(10%~15%)、牛奶品质降低、兽医治疗费用增多和挤奶时间延长等[3-4]。此外,奶牛患乳房炎会使其繁殖性能遭受影响,并造成奶牛的过早淘汰。由于直接用临床乳房炎作为性状进行选育比较困难,一方面,临床发病记录资料受主观影响较大,难以统一;另一方面,乳房炎性状遗传力低,直接对乳房炎抗性进行选择进展缓慢[5-7]。大量研究发现,牛乳中的体细胞计数(somatic cell count,SCC)与乳房炎之间存在较高的遗传相关(0.5~0.7)[8-10],目前, 一般通过SCC对乳房炎抗性进行间接选择。
牛乳中的SCC是指每毫升奶中的细胞总数,一般包括嗜中性白细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、嗜酸性细胞及各种乳腺上皮细胞等多种类型的细胞。牛乳中一定数量的白细胞有抵御外界微生物感染的作用。在正常情况下,牛奶中SCC一般为200~300千个·mL-1[11]。当乳房外伤或发生疾病产生炎症时,机体将分泌大量的白细胞进入乳中,造成SCC升高。当牛乳中SCC大于500千个·mL-1时,基本可以断定奶牛体内存在炎症或乳房炎[12]。
研究表明[13-17],除受遗传的影响之外,SCC与牛场的气候、地理位置、饲养管理等环境因素有关,也与母牛的年龄、泌乳天数、胎次等生理因素相关。De Vliegher等[18]发现,在产后5~12天内SCC的显著增加会引起泌乳后期SCC的增加。此外,不同泌乳阶段SCC的遗传力也不同,陈振亮等[19]发现,SCC的遗传力在泌乳早期会相对较高(0.5)。然而,国内对荷斯坦牛泌乳早期SCC(尤其是产后0~7天)的群体特征及影响因素的研究鲜有报道,中国荷斯坦牛泌乳早期SCC与泌乳期测定日SCC之间的关系尚不明确。因此,本研究收集测定了北京某牧场荷斯坦牛产后0~7天每天的SCC,旨在探究泌乳早期SCC的群体规律及其影响因素,分析泌乳早期SCC与产后前4个月内测定日SCC之间的关系,以期为泌乳早期SCC的遗传分析奠定基础,为牧场利用泌乳早期SCC管理乳房炎提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 数据来源本研究选取北京市某规模化荷斯坦牛场为试验场,试验期从2018年6月10日至2018年7月19日。试验中,采集试验期内产犊母牛产后0~7天的牛奶样品,并收集2018年7~10月份该场的生产性能测定数据(dairy herd improvement, DHI)以及2018年6月4日至2018年7月24日该场产房的环境温度和湿度数据,同时记录试验牛的牛号、胎次、产犊日期、采样日期和样品测定日期等信息。
1.2 数据采集 1.2.1 荷斯坦牛泌乳早期SCC测定采集初产牛产后0~7天每天的奶样并测定SCC。采样时,对试验期内产犊的初产牛分早、中、晚3次连续采集产后0~7天奶样。一天中3次挤奶均有样品的个体按4:3:3(早:中:晚)混合每天的样品,一天内某次挤奶样品缺失的个体按6:4(早:中或早:晚)或1:1(中:晚)比例进行混合以代表全天的奶样。为降低采样误差,每个样品均制作重复样,在所有待测样品中加入防腐剂(主要成分为溴硝基丙二醇),并送至北京奶牛中心检测,送样前奶样保存于4 ℃恒温冰箱。由于采样时受到试验牛群生产活动和牛场生产管理等因素的影响,本试验共收集测定了132头初产牛的1 224个奶样。
1.2.2 荷斯坦牛测定日SCC测定根据试验牛场7~10月份的DHI测定结果,提取每头试验牛产后4个月的DHI测定记录中的SCC。
1.2.3 荷斯坦母牛产犊时环境温湿度测定使用电子温湿度计每隔半小时记录母牛产犊环境的空气温度和湿度,计算日平均温度和湿度,通过以下公式[20]计算日平均温湿度指数(THI),以每头母牛产犊前3 d的日平均THI代表母牛产犊环境的THI进行后续分析。
THI=0.81Td+(0.99Td-14.3)RH+46.3
式中,Td为环境温度(℃),RH为相对湿度(%)。
1.3 数据整理匹配试验牛产犊时胎次、环境THI等信息,使用Excel 2013对测定的泌乳早期SCC数据进行质控,剔除其中异常数据:①SCC为0或9 999的数据;②胎次与出生日期不符的个体;经质控后得到1 165条数据对重复样测定结果进行配对t检验,检验发现两者之间无显著差异,最终以两者均值作为该个体当天的SCC测定结果。由于SCC呈偏态分布,且方差不同质,将SCC转换为体细胞评分(somatic cell score,SCS)进行后续分析,公式[21]为
本研究中,胎次、泌乳天数、样品存放天数和样品混合方式划分的方式:①胎次:由于5胎以上试验牛头数较少,将胎次水平划分为5个水平,包括1胎、2胎、3胎、4胎、5胎及以上;②泌乳天数:根据产犊日期和采样日期,计算泌乳天数,分别为0天、1天、…、7天等8个水平;③样品存放天数:根据采样日期和样品测定日期,计算样品存放天数,分别为1 d、2 d、3 d,共3个水平。
1.4 统计方法采用固定模型1,使用SAS9.2软件的GLM过程分析泌乳天数、胎次、样品存放时间、样品混合方式和产犊时环境THI等因素对泌乳早期SCS的影响,用Bonferrini t检验进行多重比较,以P < 0.05表示差异显著。
$ \begin{aligned} Y_{i j k l}=\mu &+P A R I T Y_{i}+D I M_{j}+D A Y_{k}+\\ & \alpha T H I+\beta T H I^{2}+e_{i j k l} \end{aligned} $ | (模型1) |
式中,Yijkl为泌乳早期牛奶体细胞评分,μ为总体均值,PARITYi为胎次效应,DIMj为泌乳天数效应,DAYk为样品存放时间效应,THI为协变量环境温湿度,THI2为环境温湿度的二次项,α、β为回归系数,eijkl为随机残差。
采用固定模型2,使用SAS9.2软件的REG过程分别分析泌乳早期SCS对产后1~4月测定日SCS的回归关系,以P < 0.05表示回归显著。
$ Y=\beta_{0}+\beta_{1} S C S m s+\beta_{2} S C S s d+\varepsilon $ | (模型2) |
式中, Y分别为产后1~4月测定日SCS,β0为回归模型的常数项,SCSms为泌乳早期SCS均值,SCSsd为泌乳早期SCS标准差,β1、β2为回归系数,ε为误差项。
2 结果 2.1 荷斯坦牛泌乳早期SCC的描述性统计124头试验牛不同泌乳天数或不同胎次的泌乳早期SCC描述性统计见表 1。产后0~7天SCC平均值为860千个·mL-1,范围为9~8 406千个·mL-1。在泌乳第0天时,SCC均值最高,为(1 518±1 314)千个·mL-1,在泌乳第7天时SCC均值最低,为(546±1 151)千个·mL-1。泌乳早期SCC随着胎次的增加呈先下降后上升的趋势。3胎时,泌乳早期SCC最低,为(509±1 001)千个·mL-1;泌乳早期SCC在5胎及以上时最高,为(1 576±1 185)千个·mL-1。
泌乳早期各胎次不同泌乳天数SCC的变化规律如图 1所示,初产牛泌乳早期SCC整体随着泌乳天数的增加呈先下降后上升的趋势,泌乳第0天SCC最高,为2 457千个·mL-1,第5天最低,为289千个·mL-1,泌乳早期SCC极差达到2 168千个·mL-1;2~4胎泌乳早期SCC随泌乳天数的增加呈逐渐下降的趋势,在泌乳第7天时最低,极差分别为820、1 180和1 010千个·mL-1;5胎及以上的母牛在产后第0天SCC最高,为2 516千个·mL-1,第2天最低,为808千个·mL-1,5胎及以上母牛在产后0~7天的SCC变化幅度依然很大,极差达到1 708千个·mL-1。
利用固定模型1分析各因素对泌乳早期SCS的影响,结果表明胎次、泌乳天数对泌乳早期SCS有显著影响(P<0.05);而样品存放时间对泌乳早期SCS无显著影响。
由表 2可知,泌乳早期SCS随胎次增加呈先下降后上升的趋势,5胎时最高,2胎时最低;泌乳早期SCS在初产母牛中较高,达(5.21±0.15)分,即SCC为(462.68±13.87)千个·mL-1,且显著高于2、3胎(P<0.05),随后开始下降,直至第2胎下降至最低,为(4.05±0.15),即SCC为(207.05±13.9)千个·mL-1,且显著低于1、4、5胎及以上(P<0.05);随后SCS呈现上升的趋势,在5胎及以上时最高,达(5.84±0.24)分,即SCC为(716.02±14.76)千个·mL-1,显著高于2、3胎次(P<0.05)。
泌乳早期SCS随着泌乳天数的增加总体呈逐渐下降的趋势,SCS在第0天时最高,为(6.51±0.22)分,即SCC为(1 139.24±14.56)千个·mL-1,显著高于2~7天(P<0.05);随后SCS逐渐降低,至第6天最低,显著低于第0、1、2、3天(P<0.05);在第7天时有所上升,且显著低于第0~2天(P<0.05)。
本研究监测了整个试验周期中试验牛产犊环境的温度和相对湿度,试验期间的日THI均值如图 2所示,平均THI达到78.47,最高值为86.03,最低值为68.42,试验期间THI均高于轻度热应激阈值(68)。
本研究采用产犊前3 d的日THI均值作为协变量作协方差分析,泌乳早期SCS对THI、THI2回归极显著(P<0.01),回归系数估计值分别为-1.75±0.58和0.01±0.004。在夏季,母牛泌乳早期SCC随产犊环境THI的升高而升高。
2.3 荷斯坦牛泌乳早期SCS与测定日SCS间的回归分析将试验期后下一个季度的DHI数据进行筛选整理,按照泌乳天数进行分类,以每30 d为一个间隔分为4个泌乳阶段:8~38、39~68、69~98、99~133天。共得到381条数据,不同泌乳阶段测定日SCC描述性统计见表 3。
利用模型2分别对泌乳早期SCS与不同泌乳阶段测定日SCS进行回归分析。如表 4所示,泌乳早期SCS均值对泌乳天数为39~68天的测定日SCS回归极显著(P<0.01),回归系数估计值为0.40±0.12,即泌乳早期SCS每上升一个单位,泌乳天数39~68天时的SCS上升0.40,即SCC增加16.49千个·mL-1。而对于其余3个阶段,泌乳早期SCS均值和标准差与不同泌乳阶段测定日SCS之间均无显著的回归关系。泌乳早期SCS的标准差与产后8~38和99~133天内的测定日SCS回归关系有显著趋势,P值均为0.08,即泌乳早期SCS变异越大,这两个阶段内的SCS有增大的趋势。
本研究结果表明,泌乳早期SCC为(860±1 287)千个·mL-1,泌乳前7 d SCC变异较大,这与De Vliegher等[18]研究泌乳5~12天奶牛SCC的结果相似。试验牛在产后8~133天内的测定日SCC均值为(83±50)千个·mL-1,这与泌乳早期SCC有较大差异,这可能是由于母牛在分娩后体能消耗较大,免疫能力下降,而且从干奶期进入泌乳期,泌乳时产奶应激较大,因而造成泌乳早期SCC不同于常乳SCC的特殊群体规律。本研究中,泌乳早期SCC在0~7天内急剧下降(由1 510千个·mL-1下降到540千个·mL-1),这一结果与王阳和何剑斌[22]对经产荷斯坦牛初乳成分的研究结果类似。宋维政和侯鑫[23]研究泌乳全期SCC与乳成分、胎次之间的关系时发现,随着胎次的增加SCC逐渐增加。本研究发现,在不同胎次的荷斯坦牛中,泌乳早期SCC呈现先下降后上升的趋势。与常乳SCC相比,泌乳早期SCC数值更高,且在产后几天内的变异较大,有其特有的群体规律。
3.2 奶牛泌乳早期SCC的影响因素本研究中,胎次对荷斯坦牛泌乳早期SCC有显著影响,头胎牛泌乳早期SCC显著高于2、3胎牛,这与其他研究中关于泌乳全期SCC的研究结果类似[24-26]。其原因可能是头胎牛与经产奶牛生理机能方面存在差异,感染乳房炎的几率不同;母牛初次泌乳时,身体各方面机能还在逐步发育中;头胎牛产犊时比经产牛更易受到外界影响,导致机体产生应激,大量的白细胞分泌进入乳中,造成SCC增多。
本研究发现,泌乳早期SCC与母牛产犊环境THI的一次项和二次项之间的回归极显著,母牛产犊环境THI对泌乳早期的SCC有极显著的影响。胡丽蓉等[27]研究冷热应激对北京地区荷斯坦牛产奶性能的影响时发现,奶牛处于热应激状态时,常乳SCC极显著增加,与本研究结果相似。荷斯坦牛散热能力差,新陈代谢和产奶过程又会产生大量的热[28],所以极易受热应激的影响。热应激状态下奶牛机体增加散热,减少产热,奶牛的采食量相应减少,导致日产奶量下降,乳成分发生变化[29]。Hogan和Smith[30]指出,热应激会造成奶牛机体免疫功能受到抑制,导致奶牛乳房炎发病率提高,造成SCC增加。
3.3 奶牛泌乳早期SCS与不同泌乳阶段SCS的回归关系De Vliegher等[18]研究发现,头胎牛产后5~12天的SCC与15~365天的SCC之间有极显著的回归关系,泌乳5~12天内SCC持续在较高水平会对整个泌乳期测定日SCC产生负面影响。本研究结果表明,泌乳早期SCS均值与泌乳39~68天测定日SCS之间的回归极显著;泌乳早期SCS标准差与泌乳8~38和99~133天测定日SCS标准差之间的回归关系有显著趋势。由此可以说明,泌乳早期SCC与不同泌乳阶段的SCC存在关系,泌乳早期SCC可以用来预测泌乳期内其他阶段的SCC,有利于牧场在母牛产后及早地对SCC表现不同的个体进行差异化管理。因本研究数据量有限,对于泌乳早期SCC与不同泌乳阶段测定日SCC之间的具体关系仍需进一步研究。
4 结论荷斯坦牛泌乳早期(产后0~7天)SCC均值高于泌乳期内其他阶段的SCC均值,且变异幅度较大,荷斯坦牛泌乳早期SCC群体规律与泌乳期内其他阶段不同。胎次、泌乳天数以及母牛产犊环境的温湿度指数对泌乳早期SCS有显著影响,泌乳早期SCC对母牛的不同生理状态及所处环境因素的变化敏感。泌乳早期SCS与不同泌乳阶段测定日SCS之间有显著关系,泌乳早期SCC水平对个体随后泌乳期内SCC的表现有预测作用。本研究为泌乳早期SCC遗传分析奠定了基础,为牧场在母牛产后根据泌乳早期SCC表现进行差异化管理提供了理论依据。
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