全面系统、科学详实的调研与大数据分析是助力我国后备奶牛培育事业不断前进的重要基石。本次调研涵盖了我国 23 个省(直辖市、自治区)规模化牧场的 32 万头后备奶牛数据,在系统阐述我国规模化牧场后备奶牛培育现状的同时,利用大数据分析回答了产业界和学术界所关心的热点话题,更加精准剖析了数据之间的关联性。
初乳是构建犊牛生命健康的重要防线。调研结果显示,我国规模化牧场优质初乳(IgG > 50 g/L)的比例达83.6%,而美国优质初乳的比例为77.4%,这表明我国规模化牧场初乳管理较好。相关研究发现,优质初乳可以显著提高犊牛生长健康水平和血清IgG水平,并且优质初乳可以上调肠道GLUT1表达,促进犊牛肠道发育(吴兆海,曹志军等,2018;Yang et al., 2015)。
然而,初乳在帮助犊牛建立被动免疫的同时,也将众多的耐药基因从母体垂直传递给了新生犊牛(Liu et al., 2019),这为犊牛健康成长带来了隐患。初乳巴氏杀菌和及时饲喂是缓解这一问题的重要手段。目前,在我国规模化牧场中,有91.8%的牧场都会对初乳进行巴氏杀菌,而美国这一比例仅为11.4%。这体现了两国在初乳管理上的差异,可能与两国牧场管理水平、牛群健康程度以及初乳管理理念密切相关。
研究表明,对初乳进行适当热处理(巴氏杀菌法,60 ℃加热1 h)可使其中的有害微生物数量显著降低(Jones and Heinrichs, 2015),且不影响初乳IgG水平和流动性(Godden, 2008)。此外,初乳巴氏杀菌以后可以提高双歧杆菌在犊牛小肠(空肠和回肠)中的定植而降低大肠杆菌的定植(Malmuthuge et al., 2015),并且及时饲喂(1 h内)可以提高结肠黏膜双歧杆菌和乳酸菌的比例,从而在一定程度上可以降低耐药基因的平行转移。
另外,越早摄入初乳、摄入量越大、初乳质量越高(曹志军等,2013;陈明, 毕研亮, 曹志军等, 2014; Yang et al., 2015)。犊牛血清IgG浓度越高,意味着犊牛被动免疫成功率越高。基于上述研究提出的初乳“1-2-4”标准化操作程序,即1小时内饲喂新生犊牛4 L初乳,并在2小时内将初乳挤出保存,已于2014年入选农业农村部主推技术,并广泛应用于我国牧场,指导牧场初乳管理实践。
初乳管理水平高的直接体现就是新生犊牛被动免疫成功率高。综合分析16.6万头新生犊牛血清总蛋白的数据后发现,我国新生犊牛被动免疫成功率达97.5%(血清总蛋白浓度 > 5.2 g/dL),这表明我国规模化牧场新生犊牛被动免疫效果较好。新生犊牛被动免疫是否成功,会对其健康产生重要的影响。研究表明,犊牛血清IgG浓度越高,其患病的概率越低(Urie et al., 2018)。同时,对数据进行关联分析还发现,犊牛血清IgG浓度与其被淘汰的概率高度相关(相关系数为0.82),犊牛IgG浓度越高其被淘汰的概率越低。
综合分析可以发现,随着牧场管理水平的不断提高,以及初乳饲喂管理的不断规范,实现新生犊牛被动免疫成功已不是难事。我们需要在传统的被动免疫成功标准之上进行不断改进,提高犊牛被动免疫成功标准,从而更好地指导生产实践。基于我国2015-2019年的牧场调研数据,犊牛被动免疫可以按照群体水平进行如下划分,即“优秀”(血清总蛋白 ≥ 6.7 g/dL或血清IgG ≥ 24.0 g/L)、“良好”(6.7 g/dL > 血清总蛋白 ≥ 6.0 g/dL或24.0 g/L > 血清IgG ≥ 18.0 g/L)、“合格”(6.0 g/dL > 血清总蛋白 ≥ 5.2 g/dL或18.0 g/L > 血清IgG ≥ 10.0 g/L)和“不合格”(血清总蛋白 < 5.2 g/dL或血清IgG < 10.0 g/L);群体标准为被动免疫“优秀”犊牛占比大于40%,“良好”犊牛约占35%,“合格”犊牛约占25%,“不合格”犊牛占比小于5%。
出生重是犊牛的重要生长指标。综合分析2015-2019年出生的35.4万头母犊牛的出生重发现,70.1%的母犊牛出生重介于34 kg-42 kg,平均值为37.8 kg。此外,犊牛出生重会对其哺乳期日增重以及发病概率产生重要的影响。对8.3万头哺乳犊牛生长与健康的关联分析发现,随着出生重的增加,其日增重逐渐降低,并且各组差异显著。同时,随着出生重的增加,犊牛在哺乳期的发病概率呈现先降低后逐渐升高的现象,并且当出生重为38 kg-40 kg时,犊牛在哺乳期的发病概率最低。犊牛出生重也会对其头胎305 d产奶量产生一定影响。随着出生重的增加,头胎牛305 d产奶量也逐渐增加,但出生重为35 kg-40 kg、40 kg-45 kg以及45 kg-50 kg的三组头胎牛305 d产奶量差异并不显著。
我国规模化牧场哺乳犊牛平均日增重为848.3 g。其中,73.3%的哺乳犊牛日增重在700 g - 1000 g之间,但仍有12.8%的哺乳犊牛日增重在700 g以下。哺乳期日增重与其未来产奶量的关系,一直是行业研究的热点话题,相关研究结果不尽相同。此前有研究表明,断奶日增重增加会减少头胎牛产奶量或是与产奶量之间没有显著的相关关系(Sejrsen et al., 2000;Bayram et al., 2009),相反,有研究人员认为提高断奶日增重可以显著增加其终身产奶量或者头胎产奶量(Stelwagen and Grieve, 1992; Bouska et al., 2007)。Soberon 等(2013)研究发现,日增重每增加100 g,头胎305 d产奶量就增加155 kg,Zanton等(2005)利用荟萃分析研究发现,产奶量与日增重呈二次关系,当日增重达到799 g时头胎305 d产奶量可以达到最大值。近期研究指出只要日增重在500 g以上就可以有效增加产奶量(Heinrichs et al., 2016)。这些研究结果不同的原因可能是因为奶牛品种、奶牛营养水平、牧场管理模式以及计算方法等因素不同,而目前基于国内实际生产数据的研究较少。
在综合考虑牧场、出生重、出生日期、哺乳期是否发病、新生犊牛血清总蛋白含量、首次产犊日龄等因素后,我们对1.6万头牛的数据进行剖析发现,犊牛哺乳期日增重会对其头胎305 d产奶量产生一定影响,随日增重的增加,头胎305 d产奶量呈现先增加后减少的趋势,并且当日增重为800 g-1100 g/d时,头胎305 d产奶量最高。但是,800 g-900 g/d、900 g/d-1000 g/d和1000 g/d-1100 g/d的各组头胎305 d产奶量无显著差异。
哺乳期牛奶饲喂关系着犊牛的生长健康。我国规模化牧场牛奶饲喂种类不同,主要有常乳、巴氏杀菌异常乳、代乳粉等三种,其中饲喂常乳的牧场占比最高,为70.6%,饲喂代乳粉的牧场占比达57.7%,并有38.5%的牧场饲喂异常乳。研究表明,饲喂未处理的异常乳会使得犊牛肠道菌群与代谢疾病相关基因的表达升高(Deng et al., 2017),并且微量的抗生素会抑制梭杆菌的产生,从而降低肠道中丁酸的浓度,阻碍哺乳犊牛胃肠发育(Li et al., 2019)。长期跟踪研究发现(2015-2018年),哺乳期饲喂抗生素奶还会使得成年后平均产奶量降低5%-10%,后代母犊出生重降低1.7 kg(姬玲,曹志军等,2019)。
牛奶经过酸化以后再饲喂给犊牛,可以显著提高犊牛瘤胃双歧杆菌和结肠巨单胞菌属的相对丰度,从而促进挥发性脂肪酸的产生,有益于肠道生长发育(Deng et al., 2017)。酸化奶制作标准化流程也入选2016年农业农村部主推技术,并在全国牧场推广使用。
针对业界普遍关系的哺乳犊牛是否应该饲喂干草的问题,最新调研数据显示,我国规模化牧场在哺乳期饲喂干草的比例从2016年的3%,增加到了现在的20%,这代表了牧场管理在观念上的转变。目前针对犊牛是否喂草仍存在一定的争议。特别是在对犊牛生长性能的研究上,部分研究表明哺乳期补饲粗饲料有利于犊牛的干物质采食量增加,但另一些研究则发现了相反的试验结果。究其原因,这与诸多因素相关,包括开食料类型、粗饲料类型、粗饲料添加量、以及饲喂方式等(Xiao et al., 2020)。但是在增加瘤胃稳态,满足动物福利方面,哺乳期添加粗饲料还是有一定益处的。课题组研究发现犊牛补饲苜蓿干草可以减少瘤胃黏膜出现粘连,减少覆着的饲料残渣,毛发和细胞碎片(Wu et al., 2017)。并且,犊牛补饲燕麦干草减少了犊牛非营养性口腔行为,增加了犊牛的总采食时间和反刍时间,长期跟踪发现,哺乳期补饲燕麦干草对后备奶牛各阶段发病率以及初配月龄和配种次数并无显著影响(马静, 曹志军等, 2019;李婷婷, 曹志军等, 2020)。
在疾病方面,最新数据显示,引起后备奶牛发病的两大主要原因是呼吸系统疾病和营养代谢疾病,其中以呼吸系统疾病占比最高,达46.0%。我国规模化牧场哺乳犊牛发病率逐年下降,从2015年的43.3%下降至2019年的25.4%,平均为32.8%。哺乳犊牛肺炎和腹泻的发病率分别为9.3%和11.3%。
酵母培养物和丁酸盐对于保障犊牛健康具有重要作用。研究首次发现酵母培养物能提高犊牛瘤胃内丁酸弧菌属丰度,促进丁酸的分泌从而促进瘤胃上皮的发育。并且,酵母培养物能改变肠道微生物区系,增加细菌的α多样性,促进纤维分解菌的定植,从而减少病原菌的定植,使得犊牛腹泻率降低40%以上(Xiao et al., 2016; Alugongo et al., 2017;Xiao et al., 2018)。在犊牛奶中添加丁酸盐类产品,可以显著提高犊牛断奶后期的体重并降低犊牛腹泻率(周婕,曹志军等,2018)。并且,丁酸盐的添加显著改变了犊牛肠道菌群结构和α多样性,增加了结肠食靡普雷沃氏菌属和瘤胃球菌属等有益菌的丰度,改善了结肠微生物代谢途径(武俊达,曹志军等,2018)。
粪菌移植在治疗人类疾病上具有重要作用,也可作为保障犊牛胃肠道健康的新途径之一。研究表明,粪菌移植移植能够有效提高被动免疫失败犊牛的平均日增重,降低犊牛粪便含水量,减少犊牛发生腹泻的风险。并且,粪菌移植有效降低了血浆二胺氧化酶浓度,提高了空肠和结肠紧密连接蛋白的表达,对于维护被动免疫失败犊牛肠道上皮完整和健康具有积极作用。同时,粪菌移植提高了被动免疫失败犊牛空肠黏膜葡萄球菌属以及结肠食糜消化链球菌属等有益菌的相对丰度,降低结肠黏膜弯曲菌属等有害菌的相对丰度,从而改善了被动免疫失败犊牛肠道菌群结构(吴兆海,曹志军等,2018)。
综上所述,大数据科学详实地分析了全国规模化牧场 32 万头后备奶牛数据,从初乳管理、生长培育、饲喂管理等多个角度全面解读中国规模化牧场后备奶牛培育现状,更加精准剖析了数据之间的关联性。同时,结合科学试验阐述了哺乳期补饲粗饲料对犊牛的长期影响,阐明了牛奶(初乳、废弃乳、酸化奶等)影响犊牛胃肠道生理发育的机制,揭示了酵母培养和丁酸盐影响犊牛胃肠道菌群平衡的机理,并指出粪菌移植可以作为早期调控犊牛肠道健康发育的重要手段。
|
|