現代奶業之路上的我國奶牛生產性能測定工作

張震，任小麗，李姣，閆磊，閆躍飛，耿繁軍，楊蘭，賴登明

（1.河南省奶牛生產性能測定中心，鄭州 450000；2.全國畜牧總站，北京 100125；3.河南省種牛遺傳性能測定中心，鄭州 450000）

關鍵字：奶業轉型升級；DHI工作；先進性研究；前瞻性研究

1 我國奶業轉型升級路上的奶牛生產性能測定工作

1.1 我國奶業的轉型升級

我國奶業在嬰幼兒奶粉事件后進行了一系列的調整和整頓，在各方不懈的努力下，十年磨一劍，奶業面貌煥然一新，目前我國奶業正處在從傳統產業向現代產業、由弱勢產業向高效產業轉變的重要階段。2017年，全國奶牛存欄百頭以上規模養殖比重達到58.3%，比2012年提高近21個百分點。規模養殖成為主力軍，奶牛平均單產7t，比2012年增加了1.4t，加工水平進一步提高。乳制品加工結構逐步優化，主要乳制品加工裝備等硬件條件基本達到世界先進水平。行業聯合進一步加強，全國奶農專業合作社達到1.6萬個，乳品企業自建和參股奶源基地比重超過30%，奶業企業前20強的市場份額超過了55%。

但我國奶業仍然存在產品供需結構不平衡，產業競爭力不強，消費培育不足，養殖加工利益聯結不緊密等問題和挑戰。尤其是當前受乳制品進口沖擊和季節性消費等影響，面臨奶價低、銷售難、奶農收入減少等問題。可以看出當前我國奶業的主要矛盾已不再是質量安全問題，而是發展問題。對于中國奶業的發展，首要的是要堅持供給側改革，持續不斷地推動和提升奶業消費。同時，企業要不斷增強憂患意識，努力提高企業的核心競爭力。

1.2 奶牛生產性能測定工作歷程

奶牛生產性能測定（DHI）在奶業發達國家已經有上百年的歷史，并且已被證實，持續不斷推進奶牛生產性能測定工作能夠極大地改善奶牛品質和提升生產水平。美國、加拿大、以色列等國奶牛參測比例分別是45%、70%和90%，奶牛單產水平和牛奶質量均有顯著提升。2007年，為從根本上解決我國奶牛養殖規模小、遺傳品質差、單產水平低和核心競爭力差等一系列奶業發展問題，國務院印發《關于促進奶業持續健康發展的意見（國發[2007]31號）》明確提出：“切實做好良種登記和奶牛生產性能測定等基礎性工作”。2008年，農業部發布《全國奶牛群體遺傳改良計劃（2008-2020年）》，DHI項目正式啟動。測定經費由農業部按每頭70元/年進行財政補貼，存欄100頭以上規模牧場均免費參加測定。

隨著DHI整體工作的推進，全國畜牧總站和中國奶業協會先后建立了中國奶牛數據中心、標準物質制備中心，發布了《奶牛生產性能測定實驗室現場評審程序（試行）》和《奶牛生產性能測定工作辦法（實行）》等管理辦法，成效顯著，項目管理效果和DHI實驗室檢測能力得到不斷提升。

1.3 奶牛生產性能測定工作的十年成效

截至2018年，全國已有22個中心連續10年承擔農業部DHI項目，DHI實驗室總面積達到8 832m2，乳成分和體細胞檢測設備46臺套，每小時檢測能力達到1.57萬頭次。部分測定中心陸續開發信息化采樣系統和引進機器人自動進樣系統，采樣和測樣過程更加準確可靠。全國DHI實驗室從業人員達到263人，其中初級職稱或大專學歷以上的占87%以上。2008年，項目測定任務24.6萬頭，實際完成24.5萬頭，任務完成量接近100%。2017年底，全國測定任務45.35萬頭，實際完成112.8萬頭，超出任務量的1.5倍。

通過不斷的宣傳和推廣，牧場對DHI工作的認可度和依賴性不斷加強，參測積極性顯著提高。十年間，DHI參測場由592個增加到1 567個，提高1.65倍；平均存欄規模由410頭提高到720頭，提高75.6%；收集數據量由121.9萬條提高到698.8萬條；數據有效率由80%提高到89%，提高9個百分點。測定的連續性和有效參測比例不斷提升，10年間連續參測6次牛只頭數由10.3萬頭提高到76.5萬頭，占比突破68%。

在DHI實驗室檢測能力方面，全國畜牧總站標準物質制備中心第一次未知樣檢查結果顯示：蛋白檢測有7家檢測結果超出許可誤差范圍，最大偏差0.218%，脂肪檢測有14家超出許可誤差范圍，最大偏差0.837%。2017年，22家實驗室蛋白檢測結果均在許可誤差范圍內，脂肪檢測結果僅有3家超出許可誤差范圍，偏差也僅為0.088%。

項目實施以來，圍繞DHI工作的目的意義、采樣要點、數據應用、數據采集處理和DHI報告解讀應用等內容，全國累計舉辦各類培訓班1 300多期，培訓技術人員7萬余人次。全國DHI實驗室技術服務人員常年奔波于參測牧場開展技術服務和報告解讀，為參測牧場進行育種方向制定、選種選配和飼養管理等技術服務。

經過十年的發展，我國DHI體系日趨完善，奶牛遺傳評估系統逐步健全，對夯實奶牛良種繁育的基礎，提高飼養管理和育種水平、提高生鮮乳質量、加快奶業轉型升級發揮了重要作用。

1.4 制約DHI工作發展的瓶頸問題

2008～2018年，我國的奶牛生產性能測定工作已走過了十年，這十年也是中國奶業快速發展和卓有成效的十年，更是中國規模牧場集約化程度和管理能力快速提高的十年，各類先進設備和先進技術得以快速地應用，培養造就了一大批懂技術會管理的專業技術團隊。但與之相比的DHI工作，尤其DHI報告解讀、數據的深度挖掘和其綜合技術服務能力并沒有快速提升。

十年后的中國DHI工作面臨的最大問題是：中國荷斯坦牛育種工作如何做？中國荷斯坦種公牛的后測數據如何收集利用？奶牛的品種登記、良種登記和遺傳評估如何開展？DHI工作如何引入信息化、自動化技術，自身如何順應當前奶業發展的實際需要？如何進行DHI報告的深度開發和測定數據的挖掘利用？DHI報告該如何解讀，該如何為牧場提供服務？DHI實驗室應該培養和建立一支什么樣專業化隊伍去服務于現代奶業？這些問題如果不能得到系統的解決，必將成為制約中國DHI工作發展的瓶頸。

2 現代奶業下的我國奶牛生產性能測定工作

2016年，伴隨國際奶業新周期的開始，農業農村部等五部委聯合發布了《全國奶業發展規劃（2016-2020）》，既部署了這五年的發展目標，也從國家宏觀戰略層面重新為乳業定位。奶牛生產性能測定作為奶業發展的重要技術支撐，更應該重新定位，適應于現代奶業發展的實際需要。

2.1 DHI工作的創新應用

2.1.1 DHI工作的程序化創新（質控程序、采樣、測樣、數據、人員管理）

DHI工作的基本流程是從牧場采樣、實驗室檢測、數據處理到發送報告。經過十年來的發展這個流程已經非常成熟，但是仍然存在問題。如因牧場采樣導致的乳脂率和乳蛋白率檢測值異常、產奶量記錄不準確、牧場人員不認可實驗室檢測結果、DHI報告發送滯后、因技術人員缺乏導致牧場不能充分利用DHI報告等，這些問題主要存在于中小型、缺乏管理系統且地理位置分散的牧場。奶牛生產性能測定數據的準確性來源于各個環節的質量控制，而高質量的數據才能更好地服務于牧場，為牧場生產提供可靠的指導性依據。因此，需對奶牛生產性能測定進行自動化、信息化的升級改造，以保證測定過程的標準化和精準化。

（1）要繼續開展牧場信息化改造，規范和提高DHI源頭數據準確性。DHI工作在牧場中的第一工作現場就是擠奶廳，很多牧場采樣是由擠奶人員完成的，但是擠奶人員因為每天工作時間長、任務重、且不能充分重視DHI工作，在采樣過程中會存在僅取頭三把奶、自行改造或者不使用流量計取樣、取樣前未混勻等情況。針對這種情況部分實驗室開展了技術人員前往牧場取樣的“自主采樣”模式，一定程度上可以克服這些問題，但是因人員有限，此類問題并不能完全避免。同時，牧場使用的流量計并未經過國際認證，因此在取樣階段就已經決定了此類DHI數據不會被國際組織認可、不能用于國際間的育種交流。

對于牧場信息化改造，主要集中在兩個方面：一是采用國際認證的采樣設備并幫助和指導擠奶人員正確使用，這是保障DHI檢測結果準確的第一道關口。二是在牧場中增加信息化設備，通過DHI收集諸如泌乳速度、奶牛性情、步幅等相關數據，并與DHI數據結合進行深入分析，為DHI報告增加深度。牧場中出現的問題是由多個因素造成的，信息化可以聯通牧場各種信息“孤島”，綜合分析導致形成問題的原因。三是借助RFID掃描手持機、電子耳標、后臺服務器、條形碼打印機等軟硬件設備，實現樣品與數據采集過程的信息化，避免手工填報，減輕勞動強度，提高數據準確性。

（2）推進檢測過程的信息化、便利化和標準化。在DHI實驗室，需要完成樣品前處理、樣品分析、數據準備、數據處理分析報告輸出和報告簽發工作。在實驗室檢測過程中，通過全國畜牧總站標準物質制備中心每月下發的標準物質保證了各個實驗室結果均處于同一水平。目前存在一個現象，即部分牧場對比DHI檢測與乳品廠大罐樣的檢測結果得出了DHI檢測結果不準確的結論，這個結論本身就誤解了DHI檢測的意義，但也反映了DHI檢測結果的溯源程序的缺乏。

DHI檢測過程信息化的內容主要包括：一是樣品檢測過程自動化信息化，即采用自動上樣機器人和樣品瓶自動清洗機等設備，使檢測過程中的預加熱、樣品混勻、信息讀取、吸樣檢測、樣品瓶清洗、防腐劑滴入等環節實現自動化，以保證檢測操作的一致性和精確性，提高工作效率。二是檢測數據處理過程信息化升級，開發系統軟件及相關硬件設備，實現檢測數據收集、數據傳輸、分析處理、報告生成等過程的自動化與信息化。同時，對檢測過程進行實時監控與記錄，保證檢測結果全程可追溯，并借助微信、網站或短信等平臺實現過程監督、信息查詢、異常提醒等功能。

2.1.2 DHI體系的規范化（現場評審程序和內部管理程序）

中國DHI實驗室標準物質制備中心的成立，標志著中國奶牛生產性能測定事業開始邁向正規。2015年3月，農業農村部畜牧司啟動對中國DHI實驗室現場評審程序，這是全國DHI實驗室測定能力提升的一個過程，具有里程碑意義，其六大項43條，12個關鍵項，系統規范了DHI實驗室儀器配備、測定能力、質量控制和牧場服務等工作。截至2017年底，全國已有29家實驗室先后接受了農業農村部組織的專家評審，通過評審可以看出實驗室間的差距還是非常大的，也發掘出諸多好的做法和典型案例，但同時也暴露出我國DHI實驗室存在的問題和不足。

受農業農村部畜牧業司委托，全國畜牧總站先后組織了兩次系統內部的交流總結會，認真梳理和通報了各實驗室存在的共性問題、突出問題和典型做法，為DHI工作系統中國化、適應現代奶業發展提出了解決方案。關鍵是看第二輪實驗室現場評審，各個實驗室能夠改進和規范多少。

2.1.3 DHI新指標內容的開發（β-羥丁酸、丙酮、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸）

發現新問題、適應新形勢和主動求變是中國DHI工作滿足現代奶業發展的新動能。DHI工作自1992年引入中國，初始僅僅能夠測定乳脂率、乳蛋白率、乳糖、總固形物和體細胞數等指標，之后又完善了尿素氮等指標，通過建立數學模型又生成了脂蛋白比、體細胞評分、奶損失和305d單產等指標，一定時間內極大地推動了奶牛健康養殖和育種體系建設。

隨著奶牛養殖過程中越來越注重精細飼喂和精準管理，以β-羥丁酸、丙酮、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸等反映奶牛脂肪代謝疾病的指標就顯得尤為重要了。同時對于奶牛瘤胃健康、肢蹄健康和早孕診斷等方面的需求也逐漸被提上檢測日程。

2.1.4 DHI新報告的研究與開發

在中國現階段，作為牧場管理的工具，DHI工作一方面能夠梳理奶牛育種數據、明確育種方向和查找存在的突出問題；另一方面，能夠及時準確預警奶牛養殖過程中營養、疫病和管理缺陷，做到防范于未然，最大限度降低奶牛養殖損失。同時，系統規范的奶牛生產性能測定工作還是生鮮乳質量把控的第一道關，能幫助管理者及時掌控生鮮乳質量問題。

相對國外對DHI報告的深層次應用，國內對DHI報告的應用更多是表層應用。例如，結合各類生產管理數據生成的牧場綜合分析報告，不僅能夠系統反映奶牛場歷史經營狀況，更能夠準確預測未來一定時間內牧場牛群結構、生鮮乳質量、產量信息和綜合經濟收益狀況。這類報告一方面可以作為牧場決策的重要依據，同時更能夠作為金融機構對牧場融資的重要支撐報告。結合奶牛全基因組檢測技術，DHI報告還能根據牧場的育種規劃，有針對性地定向選育牧場奶牛核心群。

2.1.5 牧場應用DHI的新境界

隨著奶業發展，相比于用DHI數據發現牧場中泌乳牛的問題已經不能滿足現代牧場的需求。牧場更需要以涵蓋育種、繁殖、營養和疾病的綜合服務，而DHI技術作為規模最大、發展最成熟、累計數據最多的技術可以綜合奶業相關知識，為牧場提供綜合服務。同時，最新的育種、繁殖、營養和疾病研究成果可以通過DHI平臺在牧場一線中得到應用，為現代奶業發展保駕護航。

3 奶牛生產性能測定工作的前瞻性研究

3.1 中紅外光譜數據在DHI中的應用

目前，中紅外光譜數據已經在國外奶牛實踐中開始應用，如美國在預測脂肪酸、德國在預測酮病風險、新西蘭在估計血液BHB等方面的應用。國內部分地區也已經在逐漸積累這些數據。對于DHI中心，日常工作既能收集到中紅外光譜數據，又有奶樣采集途徑成熟、數據開發空間巨大的優勢，只要質量管理到位，必將促使中紅外光譜數據在DHI工作中發揮重大作用。

3.2 DHI數據相關指數的研究與開發

奶牛生產性能測定工作開展以來，累積了大量的數據。《中國奶牛群體遺傳改良數據報告》表明：截至2017年6月，中國奶牛數據中心已經收錄了2 785個奶牛場的育種數據，存儲總量達到4 000余萬條，收集數據類型涵蓋了品種登記、體型鑒定、奶牛生產性能測定等奶牛育種所需要的大部分基礎數據。

深入理解和挖掘奶牛生產性能測定數據，對于分析影響牛只生產性能的各種因素、建立適合各區域的數據模型，更準確地估計生產性能指標，及時發現和解決生產管理中存在的問題有重大意義。近年來累積的數據是這些工作開展的基礎，如依據作為衡量奶牛和牧場生產水平指標的305d產奶量建立適合各區域的305d產奶量估計模型，就能夠達到依靠泌乳早期產奶量估計全泌乳期產奶量的目的。結合DHI新指標和不同信息來源，開發相應評估系數，就便于解決對規模化牧場管理中存在的突出問題。結合DHI新指標如尿素氮、丙酮等，奶業經濟相關數據，與科研院校合作開發評估系數，將DHI報告轉化為數據業務，以便更好地為規模化牧場、金融機構等行業參與者提供指導。

3.3 不同取樣次數、方法的研究與開發

奶牛生產性能測定體系是國際上最先進的牧場管理工具，可提高奶牛群管理和生鮮乳質量水平，并為乳業科學研究提供準確的數據。取樣的準確性是DHI工作成敗的關鍵。對于一天擠奶3次的牛場，規范的DHI檢測所需牛奶樣品是采用流量計取早、中、晚并按照4∶3∶3比例混合而成的全天樣品。然而在實際操作中，部分奶牛場為了減少麻煩，僅采集單個時間點的乳樣代表全天樣。目前針對不同取樣次數、取樣時間點的分析還沒有定論。下一步的研究方向是，通過比較同一天內早、中、晚乳樣的乳成分、尿素氮含量和大罐樣的差異，分析大罐樣乳成分含量與不同時間點樣品的相關性，從而為簡化DHI取樣方法提供參考依據。

3.4 奶牛遺傳評估體系的構建與研究

3.4.1 構建遺傳評估體系

通過DHI數據，結合遺傳評估方法可以獲得衡量個體種用價值的育種值。以DHI數據為核心，結合遺傳評估方法，可以建立遺傳評估體系。目前，國內大部分實驗室已經具備了建立適合各個區域的遺傳評估體系的條件。

針對現有DHI數據包括產奶量、乳成分記錄，通過后代女兒、父母及其他有親緣關系的個體間表型信息，建立遺傳評估模型，剖分遺傳與環境效應，能估計得到個體產奶量、乳脂率、乳蛋白率和體細胞評分育種值。大量有效的測定記錄，保證了育種值估計的準確性。同樣這類遺傳評估也適用于其他易測定的性狀。

3.4.2 構建基因組選擇遺傳評估體系

依賴親緣關系和表型信息的遺傳評估方法對低遺傳力及難以度量、限性和需要屠宰才能度量的性狀的選擇效率不高，而最新的基因組選擇技術為此提供了技術保障。該技術是利用覆蓋全基因組的高密度分子遺傳標記進行標記輔助選擇，可實現早期選擇、減少選擇的成本、提高選擇的準確性、加快遺傳進展、提高育種效益的目的。

2012年中國奶牛基因組選擇技術平臺通過教育部成果鑒定，標志著我國已經具備了對青年公牛開展基因組育種值估計的能力。低密度芯片和基因填充技術的發展降低了基因組選擇的成本，將母牛基因組檢測與DHI中的親緣關系、表型數據結合，可壯大國內參考群規模，建立準確的預測公式，獲得個體早期基因組評定結果。同時，可立足本區域綜合數據服務平臺、遺傳評估體系和育種目標，在本地動態地選擇性能優秀的種子母牛核心群，不斷提高本地母牛群體質量，加快實現我國奶牛自主選育。

基因組檢測數據在牧場中的應用有以下幾個方面：（1）捋清奶牛系譜來源，獲得更全面的基因組育種值（GEBV）、全基因組選擇指數（GCPI）、綜合選擇指數（TPI），進而可以評價不同年齡階段（世代）、不同血統來源（國內外、省內外）奶牛和不同規模牧場的育種成效。（2）實現青年牛早期選擇，減少育種成本，提高牧場經濟效益。相比于傳統的遺傳評估，基因組檢測對青年牛育種價值的評價具有很大的優勢，特別是出生2周的母牛就可以獲得其評估值。針對GEBV排名靠后的母牛，可以通過售出或者改配其他品種公牛提高其綜合經濟效益。（3）提高對遺傳力低的性狀（如繁殖性狀、健康功能性狀）的選擇效率。（4）檢測遺傳疾病，減少非計劃性淘汰。

3.5 依托DHI構建區域奶牛健康養殖技術體系

大部分牧場已經將DHI作為一項日常工作，但相比于DHI的程序化和規范化，牧場中諸如孕檢、飼料營養檢測、疾病檢測等等在各地區并沒有規范的檢測機構能夠承擔，且送檢過程仍有很多不便。DHI實驗室根據自身條件，完全可以開展以上檢測等工作，形成區域性奶牛健康高效養殖技術體系，并將其融入到DHI的“送樣-檢測-結果反饋”流程中，簡化牧場送樣工作，提高奶牛規模養殖效益。DHI系統可以為數據平臺收集更多數據，建立相應的數據庫；同時，以DHI報告牽引繁殖、營養、疫病等技術服務，可培養多樣化技術服務團隊。

4 DHI工作的展望與建議

4.1 穩定DHI工作人才隊伍，提升整體技術水平

DHI工作開展近十年以來，從事工作的人員逐漸穩定，專業技術水平持續不斷提升，保障了DHI測定持續、穩定的開展。今后，隨著DHI工作的拓展和深入，DHI技術人才的培養和素質的提高已成為DHI隊伍建設的重要內容。

4.2 加快實驗室自身能力建設

通過研發檢測內容、提升檢測能力，DHI實驗室要為牧場提供更準確和更詳細的檢測結果，從而完善DHI實驗室質量服務體系，并保證DHI實驗室檢測結果的公正性。

4.3 統籌規劃區域性數據中心的建設

2008年以來的十年，中國奶牛生產性能測定工作累積了大量的數據，如何進一步深度挖掘奶牛的各類數據價值，在生產管理和育種實踐中如何用好這些海量數據將成為一項重大課題。

2018年國務院常務會議審議通過了《關于加快推進奶業振興和保障乳品質量安全的意見》，強調建立全國奶牛育種大數據和遺傳評估平臺，完善種牛質量評價制度，構建現代奶牛遺傳改良技術體系和組織管理體系。根據意見要求和奶業發達國家育種的成功經驗，建立區域性數據中心即是奶業轉型升級和跨越式發展的迫切需求，更是加快占領奶牛育種高地，推動奶業供給側結構性改革等重要抓手，具有重要的現實意義。

4.4 強化DHI技術應用的內外環境

DHI工作不但要培養現有團隊隊伍，還要引進國內外科研院校的技術力量，將奶業最新科研成果通過DHI平臺應用到牧場中去，保障國內奶業良性發展。