奶牛体况评分(body condition score, BCS)是通过观察奶牛后躯脂肪沉积程度从而对奶牛整体胖瘦进行评价的一种评分体系，间接指示奶牛能量平衡状态[1-3]。BCS不仅对奶牛本身的营养状况进行分级，也反映了牧场的营养管理水平和牛群福利[4-5]，对于适时调整奶牛营养配方至关重要。奶牛泌乳初期产奶量上升，当能量摄入不能满足泌乳的需要时，体内脂肪和钙等被动员用于产奶，产生能量负平衡。能量负平衡导致奶牛BCS下降，如果变化较大还会引起机体免疫力下降、营养代谢疾病等。影响奶牛泌乳前期BCS的因素很多，如胎次、产奶量和产犊季节等[6-8]，泌乳前期奶牛理想的BCS为2.50~3.00[9-10]。研究表明，奶牛泌乳前期BCS及其变化对产奶量、乳成分及离群寿命等均有显著影响，Roche等[11]研究表明，BCS的变化可以指示牛体产后恢复情况; Pedron等[12]、Singh和Bhakat[13]发现，荷斯坦牛过高的BCS会导致较低的产奶量和较差的乳品质。奶牛产犊时，牛只过肥可能会导致泌乳前期体况急剧下降。有研究表明，产后BCS损失较大的牛只患产后瘫痪、酮病、脂肪肝、子宫炎、消化疾病和乳腺炎的风险显著增加[14-16]，且泌乳前期BCS的变化与体细胞评分和体细胞数(somatic cell count，SCC)呈负相关[17]。因此，关注奶牛泌乳前期BCS及其变化对生产实践具有重要意义。
目前，国内关于奶牛BCS及其变化对泌乳性能和离群寿命影响的研究主要集中于干奶期[18]，泌乳前期研究较少。因此，本研究收集江苏省某大型牛场2018年1月至2020年12月荷斯坦牛泌乳前期BCS、生产性能测定数据(dairy herd improvement，DHI)及淘汰记录进行分析，以期为改善奶牛泌乳性能和减少疾病发生提供参考。
1 材料与方法 1.1 数据来源1.1.1 DHI记录 本研究中，泌乳性能数据来源于江苏省某大型牛场2018年1月至2020年12月共24 800头荷斯坦牛的184 643条DHI记录，主要信息包括牛只牛号、测定日期、泌乳天数、胎次、产犊日期、产奶量、乳脂率、乳蛋白率、体细胞评分和尿素氮等。
1.1.2 BCS评定及记录 BCS由两位专业的牛场人员进行评估，评估参照Edmonson等[1]、Ferguson等[19]的5分制评分标准：1分代表极瘦，5分代表极胖，每0.25为一个增减量。每个月按20%的比例对牛群进行至少一次集中评估，并记录牛号和泌乳天数。共有18 271头牛参与评估，评估记录共计53 984条。
1.1.3 离群寿命及淘汰原因记录 奶牛疾病由牛场专业兽医人员进行诊断治疗，离群时进行详细记录，主要信息包括牛号、离群胎次、出生日期、离群日期、离群前最后一次产犊日期、离群原因，共有5 126头牛只离群信息。
1.2 数据整理将DHI原始数据导入Excel，保留泌乳天数为5~100 d的DHI数据以限定为泌乳前期[20]，并将BCS按评定日期与DHI测定日期对应匹配。为保证数据的整齐性和分析的准确性，按如下标准对数据进行剔除：1) 5胎以上的记录; 2) 测定日产奶量不处于2~80 kg的记录[21]; 3) BCS缺失的记录。经整理得到数据集1，共7 811头荷斯坦牛18 907条DHI数据，用于分析荷斯坦牛泌乳前期BCS的影响因素及其对测定日产奶量(milk yield, MY)、乳脂率(milk fat percentage, MF)、乳蛋白率(milk protein percentage, MP)、体细胞评分(somatic cell score, SCS)、乳尿素氮(milk urea nitrogen, MUN)、高峰奶量(peak milk quantity, PM)和高峰日(peak day, PD)的影响，所有具有BCS记录的牛只所匹配的泌乳性能观察值来自整个泌乳前期的DHI测定。根据奶牛泌乳和生理规律将泌乳前期划分为3个阶段[22]：5~30 d(D30)、31~60 d(D60)、61~100 d(D100); 母牛胎次1~5胎各为一个水平; 根据江苏地方气候特点将全年分为春(3~5月)、夏(6~8月)、秋(9~11月)、冬(12月~次年2月)4个季节; 根据数据分布及相关文献[18]将BCS分为5组：≤2.5、2.75、3.00、3.25、≥3.50。
在数据集1的基础上筛选出同时在任意两个阶段均有BCS记录的牛只数据，并对两个阶段BCS进行差值计算并分组。不同阶段的组合及计算方法为：D60BCS－D30BCS、D100BCS－D30BCS、D100BCS－ D60BCS，正值则为“升高”组，负值为“降低”组，0为“不变”组。经整理形成数据集2，共1 967头荷斯坦牛4 653条DHI数据，用于分析荷斯坦牛任意两个泌乳阶段BCS的变化及其对泌乳性能的影响。
根据相关文献[23-24]将奶牛离群原因分为代谢疾病(产后瘫痪、酮病等)、繁殖疾病(子宫炎、屡配不孕等)、呼吸疾病(肺炎等)、乳房疾病(乳房炎等)、消化疾病(肠炎等)、肢蹄疾病(蹄病等)、低产淘汰(产奶量低下)和其它(机械性损伤等)。在数据集1的基础上，对于离群牛只进行统计，限定所有离群牛只离群时间与BCS评定时间为同一胎次，经整理形成数据集3，离群牛只共计880头，用于分析泌乳前期BCS对离群寿命的影响。
1.3 统计分析1.3.1 泌乳前期BCS影响因素分析 供试数据录入Excel后进行筛选剔除，得到数据集1。使用SPSS(Ver.26)多因素方差分析模型分析荷斯坦牛泌乳天数、胎次和产犊季节对泌乳前期BCS的影响，模型如下：
| $ \begin{gathered} Y_{i j k l}=\mu+D_i+P_j+C S_k+(D \times P)_{i j}+ \\ (D \times C S)_{i k}+e_{i j k l}~~~~(模型 1) \end{gathered} $ |
其中，Yijkl为奶牛泌乳前期BCS的观察值，μ为总体均值，Di为泌乳天数的固定效应，Pj为胎次的固定效应，CSk为产犊季节的固定效应，(D×P)ij为泌乳天数和胎次交互作用的固定效应，(D×CS)ik为泌乳天数和产犊季节交互作用的固定效应，eijkl为随机残差。
1.3.2 泌乳性能影响因素分析 基于数据集1，使用模型2分析荷斯坦牛泌乳前期BCS、泌乳天数、胎次和产犊季节对泌乳性能的影响，模型如下：
| $ Y_{i j k l m}=\mu+D_i+P_j+C S_k+B_l+(D \times B)_{i l}+ \\ (P \times B)_{j l}+(C S \times B)_{k l}+e_{i j k l m} ~~~~(模型2) $ |
其中，Yijklm为荷斯坦牛泌乳前期泌乳性能的观察值，Bl为泌乳前期BCS的固定效应，(D×B)il为泌乳天数和BCS交互作用的固定效应，(P×B)jl为胎次和BCS交互作用的固定效应，(CS×B)kl为产犊季节和BCS交互作用的固定效应，eijklm为随机残差。其它说明同模型1。
基于数据集2，使用模型3分析泌乳前期BCS变化对泌乳性能的影响，模型如下：
| $ Y_{i j k l}=\mu+C_i+P_j+C S_k+e_{i j k l}~~~~(模型3) $ |
其中，Yijkl为荷斯坦牛泌乳性能的观察值，Ci为BCS变化的固定效应。其它说明同模型1。
1.3.3 离群寿命和生存分析 基于数据集3，使用模型4分析荷斯坦牛泌乳前期BCS对离群胎次和淘汰月龄的影响，模型如下：
| $ Y_{j l m}=\mu+P_j+B_l+e_{j l m}~~~~(模型4) $ |
其中，Yjlm为荷斯坦牛离群胎次和淘汰月龄的观察值，ejlm为随机残差。其它说明同模型2。
对离群时不同BCS、胎次、产犊季节的离群原因分布进行卡方检验。基于COX模型计算存活率，即生存时间到达某一月龄在该月龄的存活率，利用SPSS(Ver.26)进行生存曲线绘制。
1.3.4 相关分析 基于数据集1，泌乳前期BCS与泌乳性能指标的相关性使用SPSS(Ver.26)中Pearson相关系数进行分析，使用Graph Pad Prism(Ver.8)绘制相关图。本研究中以P < 0.05为差异显著，P < 0.01为差异极显著，同因素不同水平间多重比较采用Duncan’s法。
2 结果 2.1 荷斯坦牛泌乳前期BCS影响因素分析表 1为各胎次荷斯坦牛泌乳前期BCS的描述性统计，全群BCS均值为(2.95± 0.32)。由表 2和图 1可知，泌乳天数、胎次和产犊季节对BCS有极显著影响(P < 0.01)，其中1胎牛BCS极显著高于其它胎次(P < 0.01)，5胎牛BCS极显著低于其它胎次(P < 0.01);全群D30、D60、D100 BCS均值随泌乳天数增加呈显著下降。泌乳天数与胎次和产犊季节的互作对泌乳前期BCS均有极显著影响(P < 0.01)。
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表 1 荷斯坦牛不同胎次泌乳前期BCS Table 1 The BCS of Holstein cows in early lactation with different parity |
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表 2 不同因素对荷斯坦牛泌乳前期BCS的影响 Table 2 Effects of different factors on BCS in early lactation of Holstein cows |
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A.不同泌乳天数×胎次对BCS的影响; B.不同泌乳天数×产犊季节对BCS的影响 A.Effect of interaction between days in milk and parity on BCS; B. Effect of interaction between days in milk and calving season on BCS 图 1 荷斯坦牛不同因素对泌乳前期BCS的影响 Fig. 1 Effects of different factors on BCS in early lactation of Holstein cows |
如表 3所示，泌乳前期BCS对产奶量、乳脂率、乳蛋白率等性状均有极显著影响(P < 0.01)。产奶量和高峰奶量随BCS增加呈极显著下降(P < 0.01)，BCS大于等于3.50的牛只乳蛋白率最高，BCS小于等于2.50时SCS最低且高峰日最晚。图 2为泌乳前期不同阶段BCS与泌乳性能各指标的相关系数，其中3个泌乳阶段BCS与产奶量均呈极显著负相关(P < 0.01)，与乳蛋白率呈极显著正相关(P < 0.01);D30和D60 BCS与SCS呈极显著正相关(P < 0.01)，D60 BCS与MUN呈极显著负相关(P < 0.01)。如表 4所示，泌乳阶段为D30时，BCS为2.75的牛只产奶量和乳脂率最高，且SCS最低。
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表 3 荷斯坦牛泌乳前期不同BCS对泌乳性能的影响 Table 3 Effects of different BCS on lactation performances in early lactation of Holstein cows |
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图 2 荷斯坦牛不同泌乳天数BCS与泌乳前期泌乳性能相关性 Fig. 2 Correlation between BCS in different days in milk and lactation performances in early lactation of Holstein cows |
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表 4 荷斯坦牛不同泌乳天数与BCS的互作对泌乳前期泌乳性能的影响 Table 4 Effect of different days in milk×BCS on lactation performances in early lactation of Holstein cows |
不同胎次、产犊季节泌乳前期BCS对产奶量、乳蛋白率和高峰奶量均有极显著影响(P < 0.01，图 3，图 4)。其中1~4胎牛随BCS的增加产奶量呈极显著下降(P < 0.01)。冬季产犊时BCS为2.75的牛只产奶量最高，其它产犊季节均为BCS小于等于2.50的牛只产奶量最高; 1胎牛BCS小于等于2.50的牛只产奶量、乳脂率最高，BCS大于等于3.50的牛只乳蛋白率最高。2胎牛中BCS对SCS有极显著影响(P < 0.01)。3~5胎牛BCS对乳蛋白率和高峰奶量均有极显著影响(P < 0.01)。春、夏季产犊的奶牛BCS对乳脂率有极显著影响(P < 0.01)，夏、冬季产犊的奶牛BCS对SCS有极显著影响(P < 0.01)。
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图 3 荷斯坦牛不同胎次与BCS的互作对泌乳前期泌乳性能的影响 Fig. 3 Effect of interaction between parity and BCS on lactation performances in early lactation of Holstein cows |
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图 4 荷斯坦牛不同产犊季节与BCS的互作对泌乳前期泌乳性能的影响 Fig. 4 Effect of interaction between calving season and BCS on lactation performances in early lactation of Holstein cows |
3个泌乳阶段牛只BCS的变化及对泌乳性能的影响如表 5所示，D30至D60牛只BCS呈降低趋势，BCS的变化对SCS和高峰奶量均有显著影响(P < 0.05);BCS降低的牛只产奶量、SCS、MUN和高峰奶量最高，高峰日最迟; BCS增加的牛只乳脂率最高且体细胞分最低; BCS保持不变的牛只乳蛋白率最高。D30至D100牛只BCS呈降低趋势，其变化对产奶量、SCS和高峰奶量均有极显著影响(P < 0.01);BCS降低的牛只SCS最高，但高峰日最迟，BCS升高的牛只MUN最高。D60至D100牛只BCS呈上升趋势，其变化对SCS有显著影响(P < 0.05)，BCS升高的牛只产奶量、MUN和高峰奶量最大，BCS降低的牛只乳脂率和SCS最高且高峰日最迟。
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表 5 荷斯坦牛泌乳前期不同泌乳天数BCS的变化及其对泌乳性能的影响 Table 5 Changes of BCS in different days in milk and its effect on lactation performances in early lactation of Holstein cows |
由表 6可知，泌乳前期BCS对离群胎次和淘汰月龄有极显著影响(P < 0.01)，BCS为2.75的牛只离群胎次最高且淘汰月龄最大。X2分析表明，2胎和4胎母牛、冬季产犊的母牛不同BCS离群分布有极显著差异(P < 0.01)，3胎牛不同BCS离群分布有显著差异(X2=12.033，P < 0.05)(图 5)。从表 7可看出，泌乳前期BCS对总的离群发生率有极显著影响(X2=31.198，P < 0.01);对低产淘汰率有极显著影响，当BCS大于等于2.75时，随着BCS的增加母牛淘汰率显著升高(X2=66.776，P < 0.01)，在BCS为3.50时母牛淘汰率最高(8.81%); BCS对其它淘汰率有显著影响(X2=9.614，P=0.047)。BCS为2.75时乳房疾病淘汰率最高。生存分析表明，在不同时期BCS为2.75的牛只生存概率均高于其它牛只(图 6)。
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表 6 荷斯坦牛泌乳前期不同BCS的离群胎次和淘汰月龄 Table 6 The parity and age of culling for different BCS in the early lactation of Holstein cows |
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A.不同胎次不同BCS淘汰分布的X2检验; B.不同产犊季节不同BCS淘汰分布的X2检验 A. X2 test for the distributions of culling for the cows in different parity and BCS; B. X2 test for the distributions of culling for the cows in different calving season and BCS 图 5 荷斯坦牛不同胎次与产犊季节淘汰分布及X2检验 Fig. 5 The distribution and X2 test of culling for the Holstein cows in different parity and calving season |
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表 7 荷斯坦牛泌乳前期不同BCS和淘汰原因在相同泌乳期内淘汰分布及X2检验 Table 7 The distribution and X2 test of culling for the Holstein cows in different BCS and culling reasons in the same lactation |
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图 6 荷斯坦牛不同BCS的生存曲线 Fig. 6 The survival curve of Holstein cows for different BCS |
本研究中奶牛泌乳前期BCS均值在2.50以上，属于理想体况[25]。1胎牛最高，5胎牛最低，这可能是由于1胎牛刚进入泌乳期，青年牛时期储存的体脂还未大量动用，体况评分最高; 由于生理和泌乳机能尚未发育完全，一个泌乳期之后体内贮存能量被大量消耗，且2胎时产奶量上升，BCS下降到一个较低的程度，此后各项机能基本成熟且能量摄入可满足产奶需求，BCS得以升高[22]。4胎以后机体逐渐衰老，脂肪沉积减少[26]，BCS再次降低。张洁等[6]研究表明，胎次对BCS具有极显著影响且5胎牛BCS最低，与本研究结果一致。本研究中，秋、冬季产犊的奶牛BCS显著低于春、夏季，与Pryce等[8]报道的产犊月份对BCS的影响基本一致，其原因可能是寒冷时奶牛除产奶外要消耗更多的能量越冬[7]。相较于其它季节，夏季产犊时BCS下降更多，这可能是由于夏季热应激对于新产牛的负面影响更大[27]，同时牛对饲粮中干物质摄入量显著下降，造成牛体损失更多的体脂。
3.2 荷斯坦牛泌乳前期BCS对泌乳性能的影响本研究中，荷斯坦牛泌乳前期BCS对产奶量、乳脂率、乳蛋白率等均有显著影响，且BCS与日产奶量呈极显著负相关。前人发现，过量的体脂容易抑制采食量，较瘦的牛只更容易摄入新产期高能量日粮[28]。由于奶牛从饲粮中获取能量用于产奶的生物学效率远高于通过分解体脂获取能量，相较于较瘦的牛只，产犊时较肥的牛只单位采食量更低、采食高峰到来更晚，能量负平衡现象可能更加严重，产奶需求增加与摄入能量不足加剧了体脂减少，从而产奶量下降，这可能是高BCS牛只产奶量更低的原因。Garnsworthy和Topps[29]、Zhao等[30]、Agenäs等[31]的研究结果均表明，泌乳前期低BCS的牛只产奶量要高于高BCS的牛只，与本研究结果一致。本研究中BCS与乳蛋白率呈极显著正相关，与Stockdale[32]的研究结果一致。本研究中BCS与乳脂率无显著相关关系，但Dirksen等[33-34]研究发现高BCS牛只乳脂率更高。本研究中，D60奶牛BCS与体细胞评分呈极显著正相关，这可能是由于产犊时较肥的牛只泌乳初期体重流失更为严重，能量损失较多导致机体免疫力降低[35]，从而微生物入侵乳房对乳腺上皮细胞的危害加重，乳中体细胞数增多。Kamali等[36]研究表明，较肥的奶牛乳房炎发病率明显升高，这也可能是BCS较高的牛只产奶量较低的原因之一。苏义童等[37]研究表明，BCS与MUN呈极显著负相关，与本研究结果一致，原因可能是低BCS的奶牛采食量较高，瘤胃内总氮含量较高从而MUN升高，而高BCS的奶牛一方面摄入氮总量低，另一方面可能由于牛体脂多，有充足的能量使瘤胃微生物保持较佳的活性[38]，从而降低了乳中的MUN。Sharifi等[39]研究也表明随着BCS的升高MUN呈下降趋势。
3.3 荷斯坦牛泌乳前期不同泌乳天数BCS的变化对泌乳性能的影响本研究中D30至D60 BCS呈下降趋势，而D60至D100 BCS呈上升趋势。D30与D60 BCS、D60与D100 BCS、D30与D100 BCS三组比较中BCS的变化均对SCS有显著影响，BCS下降的牛只SCS均为最高值，这与Berry等[17]研究结果一致。Curran等[40]研究表明，奶牛泌乳早期随着产奶量的增加，乳腺细胞处于低氧状态，HIF-1α信号上调同时调节下游NF-κB表达量上升，炎症反应增强; 同时机体通过提高乳腺葡萄糖转运蛋白1表达量以加快从血液中吸收葡萄糖进而合成乳糖，加剧乳腺细胞内自由基积累和乳腺细胞调亡[41]，从而导致乳中体细胞数上升。本研究发现，奶牛泌乳D30与D100 BCS变化对产奶量有极显著影响，BCS保持不变的牛只产奶量最高，这表明牛只经历体况下降后在采食高峰前后体况迅速恢复，负能量平衡时间短且泌乳性能优异，对于遗传育种选择具有重要意义。泌乳D60与D100的牛只随着BCS的增加，产奶量和尿素氮均呈上升趋势，这可能与日粮结构中蛋白比例改变有关，同时随着采食量增加，总蛋白摄入也增加，导致血液尿素氮增加进而增加了MUN[42]。
3.4 荷斯坦牛泌乳前期BCS对离群寿命的影响Garro等[43-44]研究表明，BCS对牛只健康、离群时间均有显著影响，而牛只健康和离群时间直接关系到生产性能和经济效益。Blair[45]发现，牛只离群胎次在3胎以后时经济效益最佳。本研究中平均离群胎次为2.47胎，低于3胎，说明牛群淘汰时间太早，需加强牛群健康管理。本研究中，泌乳前期BCS为2.75的牛只离群胎次最大，BCS为3.50及以上的牛只淘汰月龄最小，这可能是由于BCS较高的牛只产奶量较低，造成低产淘汰的可能性较大。该牛场为大型现代化牧场，牛群选育水平高、强度大[46]，因此许多低产牛只被淘汰出群。同时卡方检验也表明，泌乳前期BCS对低产淘汰的发生率有极显著影响，BCS≥3.50的牛只因低产淘汰的比例最大。此外，Randall等[47]研究表明，低BCS牛只患肢蹄病的风险更高，与本研究结果一致。因乳房类和消化道类疾病而淘汰的奶牛主要为泌乳前期BCS较低的牛只，这可能是由于低BCS的牛只采食量和产奶量均高于高BCS牛只，增加了消化道疾病和乳房疾病的患病风险，导致淘汰率较高。此外，牛场应加强冬季奶牛监护，降低奶牛被动淘汰风险。
4 结论通过对江苏某大型奶牛场荷斯坦牛泌乳前期BCS的影响因素及BCS对泌乳性能与离群寿命影响的分析，发现该牧场奶牛泌乳前期平均BCS为(2.95 ± 0.32)，泌乳天数、胎次和产犊季节对泌乳前期BCS均有极显著影响，BCS对日产奶量、乳脂率、乳蛋白率等有极显著影响，泌乳前期BCS与产奶量和高峰奶量呈极显著负相关，与乳蛋白率呈极显著正相关。泌乳前期BCS变化对SCS有显著影响，BCS下降的牛只SCS较高，BCS升高的牛只产奶量较高。因此，应对体况降低的牛只加强乳房炎监控和乳腺护理。综上，奶牛泌乳前期BCS为2.75的牛只泌乳性能较佳且生存概率最大，生产寿命更长。本研究结果为规模化牛场通过监控BCS及其变化来改变营养策略、调整牛群健康状况提供了参考。
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(编辑 郭云雁)