, ZHANG Qiang, GAO Qisong, WANG Haiyang, GUO Mengling, LI Mingxun, ZHANG Huimin, YANG Zhangping, CHEN Zhi
, MAO Yongjiang
乳房炎是奶牛最常见的疾病之一，可导致乳汁成分发生改变，给乳制品行业造成巨大的经济损失[1-2]。奶牛乳房炎包括临床乳房炎(clinical mastitis, CM)和隐性乳房炎(subclinical mastitis, SCM)。CM的特征是乳汁变性、乳房组织呈现不同程度的肿胀、温热和疼痛，是乳房间质、实质或间质实质组织的炎症；SCM的特征是乳汁无明显肉眼可见的异常变化，但乳汁在理化性质、细菌学等方面会发生变化，体细胞数(somatic cell count，SCC)一般大于50万个·mL-1[3-4]。也有研究表明，国际上以SCC在20万个·mL-1作为SCM的诊断标准[5]。相对于CM，由于SCM发病率高、隐蔽性强、危害大，所以重在预防和监测。相关研究表明，全美国因乳房炎造成的损失为20亿美元，有44.7%的奶牛和17.1%的乳区患有SCM[6-7]。我国奶牛SCM的发病率达20%~50%，个别牛群发病率更高[8-9]。目前，国内外对奶牛SCM进行监测常用的方法主要有：乳中体细胞数测定法、导电性测定法、乳中相关蛋白质及各种免疫相关指标的检测等[10]，而SCC测定法相对更加方便。
SCC变化模式是根据相邻两个泌乳月SCC变化的一种组合模式，能够体现相邻两个泌乳月SCC的变化趋势，并对下一个泌乳月SCC进行预测。研究表明，胎次、产犊季节、泌乳阶段等因素对SCC变化均有一定影响[11-16]，而SCC变化模式的划分及其影响因素国内外尚未见相关报道。
本研究通过对江苏地区12个牧场2017－2019年荷斯坦牛DHI记录中SCC进行分析，在划分不同SCC变化模式基础上，探究牧场规模、胎次、产犊季节、产犊间隔和305天产奶量对SCC变化模式的影响，以期为牧场进行SCM预测提供参考，同时也有利于牧场及时采取相关措施进行防控和治疗，为减少经济损失等方面提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 数据来源供试数据来自江苏地区12个奶牛场2017－2019年荷斯坦牛DHI测定日记录，共580 025条，主要包括牛号、测定日期、胎次、产犊季节、泌乳天数、SCC等。在进行数据分析时，为保证结果的可靠性，剔除不完整的数据记录，保留胎次≤5，泌乳天数≤305 d，相邻2个泌乳月均有SCC测定记录的数据。最后符合条件的记录数为253 706条。
1.2 SCC变化模式定义及统计分析对SCC进行划分：≤ 20万个·mL-1为较低水平，20~50万个·mL-1为易感水平，≥50万个·mL-1为感染水平(认定为患SCM)。所有供试数据录入Excel后，根据相邻2个泌乳月SCC数值将SCC变化模式划分为9种(表 1)。
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表 1 荷斯坦牛9种SCC变化模式定义 Table 1 Definition of SCC change patterns in Holstein cows |
采用最小二乘模型分析不同牧场规模、胎次、产犊季节、产犊间隔和305天产奶量等因素对SCC变化模式的影响，分析模型：
| $ Y_{\text {ijklmn }}=\mu+F_{\mathrm{i}}+P_{\mathrm{j}}+S_{\mathrm{k}}+D_{1}+N_{\mathrm{m}}+e_{\text {ijklmn }} $ |
其中，Yijklmn为SCC变化模式的观察值；Fi为牧场规模的固定效应；Pj为胎次的固定效应；Sk为产犊季节的固定效应；Dl为产犊间隔的固定效应；Nm为305天产奶量的固定效应；eijklmn为随机残差。其中, 产犊季节根据当地气候特点进行划分，3~5月为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季，12月到次年2月为冬季。各因素不同水平间的多重比较使用Duncan’s法。
用SPSS(Ver 26.0)分析数据总体及不同因素下SCC变化模式的分布情况，用χ2检验检测不同因素不同SCC模式分布百分比的差异。P < 0.05表示差异显著，P < 0.01表示差异极显著，P>0.05表示差异不显著。
2 结果 2.1 奶牛SCC变化模式总体分布由表 2可知，SCC变化模式中，9种模式所占记录数百分比分别为：69.95%(较低-维持)>6.66%(较低-易感)>5.87%(易感-降低)>3.76%(较低-感染)>3.59% (感染-痊愈)>3.57%(感染-维持)> 2.93%(易感-维持)>1.85%(易感-感染)>1.83%(感染-降低)。
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表 2 荷斯坦牛不同SCC变化模式总体分布情况(平均值±标准差) Table 2 Distribution of SCC change patterns in Holstein cows(mean±SD) |
由表 3可知，9种SCC变化模式在不同牧场规模间分布均有极显著差异(P < 0.01)。其中，较低-维持模式在规模5 000头以上的牧场中比例最高，1 000头以下的牧场中比例最低；较低-易感模式、较低-感染模式、易感-降低模式和感染-痊愈模式均在规模2 001~5 000头的牧场比例最高，在5 000头以上的牧场比例最低；易感-维持模式、易感-感染模式、感染-降低模式和感染-维持模式均在规模1 000头以下时比例最高，5 000头以上时比例最低。
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表 3 不同牧场规模SCC变化模式分布 Table 3 Distribution of SCC change patterns in different farm size |
由表 4可知，9种SCC变化模式在不同胎次间分布均有极显著差异(P < 0.01)。其中，较低-维持模式在1胎比例最高，5胎的比例最低；较低-易感模式、较低-感染模式、易感-降低模式、易感-维持模式、易感-感染模式、感染-降低模式和感染-维持模式均在5胎比例最高，在1胎比例最低；感染-痊愈模式在4胎时比例最高，1胎比例最低。
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表 4 不同胎次奶牛SCC变化模式分布 Table 4 Distribution of SCC change patterns in cows with different parities |
由表 5可知，除易感-感染模式，外另外8种SCC变化模式在不同产犊季节间分布均有极显著差异(P < 0.01)。其中，较低-维持在秋季产犊比例最高，春季产犊比例最低；较低-易感模式、感染-痊愈模式和感染-降低模式在春季产犊比例最高，秋季产犊比例最低；较低-感染模式在春季产犊比例最高，夏季产犊比例最低；易感-降低模式在夏季产犊比例最高，秋季产犊比例最低；感染-维持模式在冬季产犊比例最高，夏季产犊比例最低。
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表 5 不同产犊季节SCC变化模式分布 Table 5 Distribution of SCC change patterns in different calving seasons |
由表 6可知，9种SCC变化模式在不同产犊间隔间分布均有极显著差异(P < 0.01)。其中，较低-维持在产犊间隔为300~365 d的比例最高，441 d以上的比例最低；较低-易感模式在产犊间隔为441 d以上的比例最高，421~440 d的比例最低；较低-感染模式在产犊间隔441 d以上的比例最高，300~400 d的比例最低；易感-感染模式和感染-痊愈模式在产犊间隔为441 d以上的比例最高，366~400 d的比例最低；感染-降低模式和感染-维持模式在产犊间隔为441 d以上的比例最高，300~365 d的比例最低。
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表 6 不同产犊间隔奶牛SCC变化模式分布 Table 6 Distribution of SCC change patterns in cows with different calving intervals |
由表 7可知，除易感-降低模式和感染-降低模式外，其它7种SCC变化模式在不同305天产奶量等级间分布均有极显著差异(P < 0.01)。其中，较低-维持模式在9 001~11 000 kg的比例最高，3 000~ 5 000 kg的比例最低；较低-易感模式在13 001~15 000 kg的比例最高，在3 000~5 000 kg的比例最低；较低-感染模式在3 000~5 000 kg的比例最高，在5 001~7 000 kg的比例最低；易感-降低模式、易感-维持模式和感染-痊愈模式在3 000~5 000 kg的比例最高，在9 001~11 000 kg的比例最低；易感-感染模式和感染-降低模式在3 000~5 000 kg的比例最高，在7 001~9 000 kg的比例最低。
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表 7 不同305 d产奶量等级SCC变化模式分布 Table 7 Distribution of SCC change patterns in different 305-days milk production |
本研究发现，较低-维持模式在规模5 000头以上的牧场中比例最高，在规模1 000头以下的牧场中比例最低；较低-易感模式、较低-感染模式和感染-痊愈模式在规模2 001~5 000头的牧场比例最高，在规模5 000头以上的牧场比例最低。Kučević等[17]和Goran等[18]研究表明，不同牧场规模对奶牛泌乳性能和乳品质有显著影响。相关研究表明，规模在5 000头以上的牧场属于大规模牧场，场中设备机械化程度高，较中小型牛场具有更完善的饲养管理措施，并经过规范且科学的选育提高，牧场环境和奶牛自身抵抗力优于小型牧场，因此奶牛乳中SCC较低，较低-维持模式在规模5 000头以上的牧场中比例最高，较低-易感模式和较低-感染模式的比例最低。此外，由于大规模牧场前期及时检测和预防，奶牛患SCM的风险较低，因此感染-痊愈模式所占比例较低。感染-痊愈模式在规模2 001~5 000头的牧场比例最高，其原因可能是对于中型牧场而言，饲养管理措施尚有很大的改进空间，且在发现奶牛患SCM后及时进行了干预和治疗，因此，中型牧场SCC在下一泌乳月中大幅降低，感染-痊愈模式比例较高。
3.2 胎次对SCC变化模式的影响Saravanan等[19]和Sabuncu等[20]研究发现，胎次对奶牛SCC有显著影响，SCC随奶牛胎次升高逐渐增加。在本研究中，较低-维持模式在1胎牛中比例最高；较低-易感模式和较低-感染模式在5胎牛中比例最高；感染-痊愈模式在4胎牛中比例最高，1胎牛中比例最低，与上述研究基本一致。对于5胎牛中较低-易感模式和较低-感染模式比例最高，Knaus[21]和Oltenacu和Broom[22]研究表明，奥地利和美国奶牛的平均淘汰胎次为3.3胎，李想等[23]研究发现，北京地区荷斯坦牛平均淘汰胎次为2.3 5胎，赵番番等[24]研究发现，新疆地区荷斯坦牛近5年淘汰胎次最高为3.22胎。高胎次奶牛机体免疫力降低，接触病原微生物几率增加，导致乳中SCC上升。对于头胎牛，乳房组织因多次挤奶造成的损伤和接触病原菌的几率小于经产牛，因此SCC较低，处于较低-维持模式中比例最高，并且在较低-易感模式和较低-感染模式中比例最低。此外，相关研究表明，第3、4胎时奶牛机体免疫机能和泌乳性能最佳，此时奶牛患SCM时，毛细血管内皮通透性增加，机体释放大量白细胞、巨噬细胞和嗜中性粒细胞等进入乳腺组织中吞噬病原微生物[25]，使乳中SCC降低，因此，感染-痊愈模式在4胎时比例最高。
3.3 产犊季节对SCC变化模式的影响Olde Riekerink等[26]研究表明，夏季产犊时荷斯坦牛的SCS高于其它季节。本研究发现，较低-感染模式在春季产犊比例最高，夏季产犊比例最低；感染-痊愈模式在春季产犊比例最高，秋季产犊比例最低；感染-维持模式在冬季产犊比例最高。本研究与Olde Riekerink等[26]的研究略有差异。相关研究表明，奶牛在泌乳前期本身摄入的能量不能满足机体产奶的需求，从而产生能量负平衡(negative energy balance, NEB)，同时最易受外界环境影响[27-28]，在热应激情况下会导致奶牛乳腺上皮细胞损伤[29]和各项生理机能紊乱[30]，体液免疫和细胞免疫遭到抑制[31]，脂肪组织动员能力降低，糖类代谢加强[32-35]，从而使维持需求增加，免疫机能降低，感染病原微生物的几率增加，乳中SCC升高[36]。对于春季产犊的荷斯坦牛，泌乳前期处于夏季高温天气，因此，后一个泌乳月的SCC上升；而夏季产犊的荷斯坦牛泌乳前期处于秋季，避开了夏季高温，因此较低-感染模式在春季产犊比例最高，夏季产犊比例最低。秋季产犊时奶牛泌乳前期处于冬季寒冷天气，受冷应激影响奶牛维持能量增加，免疫功能受到抑制[37]，SCC维持稳定，因此感染-痊愈模式在冬季比例最低，感染-维持模式在冬季比例最高。
3.4 产犊间隔对SCC变化模式的影响本研究发现，较低-易感模式和较低-感染模式在产犊间隔为441 d以上的比例最高，较低-感染模式在产犊间隔为300~400 d的比例最低，感染-痊愈模式和感染-降低模式在产犊间隔为441 d以上的比例最高。有研究表明，奶牛下丘脑-垂体-卵巢轴受到生长激素(growth hormone, GH)、胰岛素样生长因子-I(insulin like growth factor-I, IGF-I)、胰岛素(insulin, INS)、甲状腺激素(thyroid stimulating hormone, TSH)和瘦蛋白等多种激素调节[38-39]。对于产犊间隔为441 d以上的荷斯坦牛，体内分泌信号因子IGF-I和瘦蛋白处于负平衡状态[38]，机体体液免疫能力下降，易受外界细菌感染，从而导致乳中SCC升高，较低-易感模式和较低-感染模式比例最高。此外，理想的产犊间隔为一年一胎(365 d)，对于300~400 d的产犊间隔，奶牛身体机能和生产性能处于理想状态，因此SCC较低，较低-感染模式比例较低。
3.5 305 d产奶量对SCC变化模式的影响本研究发现，较低-维持模式在305 d产奶量为9 001~11 000 kg的比例最高，在3 000~5 000 kg的比例最低；较低-感染模式和感染-痊愈模式在3 000~5 000 kg的比例最高。有研究表明，江苏地区健康荷斯坦牛305 d产奶量在9 000~11 000 kg之间[40]，305 d产奶量为9 001-11 000 kg的奶牛机体处于理想健康的产奶状态，因此较低-维持模式比例最高。对于305 d产奶量为3 000~5 000 kg的奶牛，部分因为早产，部分可能因为遗传和疾病等原因，导致泌乳性能下降，因此SCC较高，较低-维持模式的比例最低且较低-感染模式的最高。此外，随着牛场对患SCM的奶牛防治措施的改进和对305 d产奶量为3 000~5 000 kg的体弱奶牛进行分群饲养，在其患SCM后得到及时治疗，使SCC逐渐降低，因此感染-痊愈模式在305 d产奶量为3 000~5 000 kg的比例最高。
4 结论不同牧场规模、胎次、产犊季节、产犊间隔和305天产奶量对荷斯坦牛SCC变化模式均有极显著影响。其中，中小型牧场、高胎次奶牛、夏季产犊、产犊间隔441 d以上和305天产奶量为3 000~5 000 kg均会使下一泌乳月SCC升高，从而导致奶牛患SCM风险增加；规模在5 000头以上的牧场、头胎牛、秋季产犊和305天产奶量为9 001~11 000 kg的奶牛较低-维持模式的比例均最高，保持奶牛乳房健康的能力较强。该结果对于指导牧场及时采取相关措施进行SCM防控和治疗，减少经济损失等方面提供了科学依据。
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