荷斯坦牛乳頭長度對泌乳性能和乳房健康的影響

王 澳 ，龔 睿，劉雪琴，姚鴻欽，雷斯琪，黃上真，王 凱，董剛輝，郭 剛，王雅春*

（1.中國農業大學動物科學技術學院，北京 100193；2.北京首農畜牧發展有限公司，北京 100176）

奶牛外貌線性評分系統于1986 年被引入我國，已成為我國奶牛育種工作的重要組成部分，這種方法依據奶牛體型性狀的生物學特點，將主觀印象評定轉變為客觀描述，大大縮小了不同測定人員之間評定的差距[1]。乳頭長度是奶牛體型評定中用來評價奶牛泌乳性能的重要單一性狀[2]。乳頭長度對奶牛泌乳性能與乳房健康具有重要影響。吳帆等[1]、羅漢鵬等[3]研究表明，奶牛日產奶量與乳頭長度之間存在顯著的正相關；Klaas 等[4]、Singh 等[5]研究表明較短的乳頭長度對應更低的體細胞數（Somatic Cell Count，SCC）。然而，目前關于乳頭長度的研究主要集中于其影響因素及其與奶牛泌乳性能的關系，而對乳頭長度與奶牛乳房健康之間的關系鮮有研究。因此，本研究利用乳頭長度的測定數據和生產性能記錄，探究了奶牛各乳區乳頭長度的影響因素，及其與泌乳性能、乳房炎發病概率之間的關系；并利用課題組已發表的歷史數據[6]探究乳頭長度在連續世代之間的變化規律，進而為牛場乳頭長度的管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

1.1.1 乳頭長度 乳頭長度數據由2 個數據集組成，數據集1 為最新測定數據，于2019 年7 月22 日—2019 年8月16 日測定，由來自北京地區2 個奶牛場的389 頭牛的數據組成；數據集2 為課題組已發表的歷史數據[6]，于2016 年暑期測定，由來自北京地區1 個奶牛場的805頭牛的數據組成。

1.1.2 生產性能 生產性能數據（Dairy Herd Improvement，DHI）來自北京奶牛中心，研究中使用距離乳頭長度測定日期最近月份的數據，分析指標為日產奶量、乳蛋白率、乳脂率、乳糖率和SCC，將SCC 轉換為體細胞評分（Somatic Cell Score，SCS）進行分析,SCS=log2（SCC/100）+3。

1.1.3 疾病記錄 疾病記錄來自牧場管理軟件記錄，提取數據集2 測定日期后1 年內（2016 年8 月—2017 年8 月）的獸醫事件用于本研究分析。

1.1.4 系譜記錄 系譜記錄由牛場提供，用于選擇數據集1 和數據集2 中存在外祖母-母親-女兒或母親-女兒親緣關系的個體。

1.2 乳頭長度測定方法 乳頭長度的測量在牛場擠奶廳中進行，測定4 個乳區乳頭基部至乳頭末端長度，精確到0.1 cm。牛場采用魚骨式擠奶廳擠奶，奶牛擠奶時，測量人員于奶牛正后方進行測量，每頭奶牛僅測定1 次，4 個乳頭單獨測量。數據集1 和數據集2 的測定方法一致。

1.3 數據整理

1.3.1 數據質控 數據集1 中，刪除重復測定個體（15頭），無對應DHI 數據個體（10 頭）以及泌乳天數超過500 d 的個體（16 頭），最終獲得348 頭奶牛的數據，用于分析乳頭長度的影響因素及其對泌乳性能的影響。

將數據集1 和數據集2 中個體與系譜記錄匹配，共獲得184 組荷斯坦牛母女兩代乳頭長度數據，22 組荷斯坦牛祖母女三代乳頭長度數據，用于分析乳頭長度的世代間變化規律。

數據集2 采取與數據集1 相同的質控標準，并將數據集2 與DHI 記錄、疾病記錄匹配，判斷個體在乳頭長度測定后一年內各泌乳階段是否發病。試驗牛在一個泌乳階段內發病記錄1 次及以上記為發病，無發病記錄則定義為健康。本研究共獲得703 頭試驗牛1 年內各泌乳階段發病數據，用于乳頭長度與乳房炎發病概率關系的分析。

1.3.2 性狀定義 根據奶牛個體4 個乳區乳頭長度的分布規律，定義了4 個性狀用于后續分析：乳頭長度均值（Avg，cm）為個體4 個乳區乳頭長度的平均值，前乳頭長度均值（FTL，cm）為個體前乳區乳頭長度的平均值，后乳頭長度均值（RTL，cm）為個體后乳區乳頭長度的平均值，前后乳頭長度均值差（MD，cm）為個體前乳頭長度均值與后乳頭長度均值的差值。其中，Avg、FTL、RTL 用以反映乳頭長度情況，MD 用以反映乳頭長度均勻度情況。

1.3.3 效應劃分 在模型建立與數據分析時，將乳頭長度均值劃分為5 個水平：≤ 4.0 cm、4.0～4.5 cm、4.5～5.0 cm、5.0～5.5 cm、≥ 5.5 cm；均值差劃分為4 個水平：0～0.5 cm、0.5～1.0 cm、1.0～1.5 cm、≥ 1.5 cm。根據生產性能數據測定報告，將胎次劃分為3 個水平：1 胎、2 胎和3胎及以上；泌乳階段劃分為5 個水平：1～44、45～99、100～199、200～305 d 和306 d 及以上。

1.4 統計分析 數據分析全部在SAS 9.4 軟件完成，模型1～4 使用GLM 過程，多重比較采用Bonferronit檢驗；模型5 使用LOGISTIC 過程。

模型1 用于分析Avg，FTL、RTL 的影響因素。式中，Yijk表示Avg/FTL/RTL，μ為總體平均數，FPi為場-人效應（i=1～7），Lacj為胎次效應（j=1，2，3），Stagek為泌乳階段效應（k=1～5），eijk為隨機殘差。

模型2 用于分析MD 的影響因素。式中，FTL 表示奶牛前乳區乳頭長度，β為回歸系數，其他因子的含義同模型1。

模型3 用于分析泌乳性能與Avg、MD 的關系。式中，Yijklp表示奶牛日產奶量、體細胞評分、乳蛋白率、乳脂率、乳糖率，Farmi表示場效應（i=1，2），Avggral表示乳頭長度均值的效應（l=1～5），Mdgrap表示均值差的效應(p=1～4)，μ、Lacj、Stagek、eijklp的含義同模型1。

模型4 用于分析不同世代之間乳頭長度的變化情況。式中，Yijk表示奶牛Avg/MD，Genk表示不同世代的影響效應（k=1，2，3），μ、Lacj、Stagek、eijk的 含義同模型1。

模型5 用于分析乳頭長度對乳房炎的發病概率的影響。其中，p表示奶牛個體進行乳頭長度測量后的未來一年內乳房炎發病的概率，Avgi表示乳頭長度均值效應（i=1～5），Lacj表示胎次效應（j=1，2，3），Stagek表示泌乳階段效應（k=1～5），β1、β2、β3為各效應的回歸系數。

2 結果與分析

2.1 乳頭長度分布情況 兩牛場奶牛各乳區乳頭長度的分布如圖1 所示。奶牛前乳區和后乳區內兩乳頭長度無明顯差異，但前后乳區間乳頭長度存在顯著差異，因而，在研究奶牛乳頭長度時，需同時考慮乳頭長度及均勻度。由表1 可以看出，奶牛乳頭長度主要分布在3.92～5.26 cm，前乳區乳頭的平均長度為5.01 cm，后乳區乳頭的平均長度為4.16 cm，這3 項指標的變異系數均在15%左右。奶牛前后乳頭長度均值差的均值為0.85 cm，變異系數為75.29%。可見在奶牛群體中，MD 在不同奶牛個體之間變異較大。

圖1 荷斯坦牛各乳區乳頭長度分布

表1 奶牛前后乳區乳頭長度簡單統計量（n=348）

2.2 乳頭長度相關性狀的影響因素分析 利用模型1 和模型2 分析各個因素對乳頭長度4 個性狀的影響，發現場-人效應對4 個性狀均有顯著影響，胎次效應對Avg、RTL、MD 有顯著影響，泌乳階段對Avg、FTL、RTL 有顯著影響；MD 對FTL 回歸顯著，兩性狀間的回歸方程為：MD=0.49×FTL -1.71，即FTL 每增大1 cm，MD 增加0.49 cm。

由表2 可以看出，隨著胎次增加，Avg、FTL、RTL 呈現出相同的變化趨勢，即2 胎與1 胎相比乳頭長度略有降低，到3 胎長度增加并達到最大值，3 胎Avg最小二乘均值為4.80 cm，與2 胎之間差異顯著；MD的變化趨勢與乳頭長度變化趨勢相反，3 胎及以上的MD 達到最小，為0.66 cm，即奶牛在3 胎以后前后乳頭長度相對更加均勻，但仍存在前乳區乳頭長度顯著高于后乳區乳頭的現象。

隨著泌乳階段的增加，Avg、FTL、RTL 也呈現出相同的變化趨勢，即奶牛的乳頭長度在泌乳第1 階段顯著小于之后泌乳階段的長度，在泌乳第2、3 階段達到最大值，而后逐漸降低；MD 在泌乳第1 階段最大，達到0.96 cm，到第2 階段降至最低，為0.66 cm，而后逐漸增大。

2.3 Avg 與MD 對奶牛泌乳性能的影響 由表3 可知，Avg 對乳蛋白率和乳脂率存在顯著影響，而對奶牛日產奶量、SCS 和乳糖率的影響不顯著；MD 對乳蛋白率存在顯著影響，而對其他指標的影響均不顯著。

表2 胎次和泌乳階段對奶牛乳頭長度的影響

隨著Avg 的增加，奶牛泌乳性能的各項指標呈現不同的變化規律。日產奶量在Avg 為4～4.5 cm 時達到最大，為39.86 kg，而后隨乳頭長度的增加呈下降趨勢（圖2-a）；SCS 在Avg 為4～4.5 cm 時達到最小（圖2-b），為2.71 分，相當于每毫升牛奶中含體細胞8.18 萬個，而后呈上升趨勢；乳蛋白率（圖2-c）和乳脂率（圖 2-d）隨乳頭長度的增加變化趨勢相反，但均在乳頭長度為5 cm 左右處存在極值。隨著MD 增加，乳蛋白率（圖 3-c）存在下降趨勢，且在0～0.5 cm 時達到最大，為3.18%；乳脂率（圖3-d）在0.5～1.0 cm 時達到最大，為4.12%。

2.4 連續世代奶牛乳頭長度變化情況分析 隨著年份的推移與世代的傳遞，荷斯坦牛泌乳性能的性狀（如日產奶量、體細胞數等）均存在朝向利好方向發展的趨勢。然而表4 及圖4 表明，乳頭長度存在不斷縮小的趨勢，如祖代Avg 為4.95 cm，子代則縮減到4.31 cm；對于乳頭長度均勻度的變化趨勢，兩組數據的指向并不一致，對于連續三代荷斯坦牛乳頭長度的數據組，MD 存在逐漸增大的趨勢，祖代MD 為0.73 cm，而子代MD 增大至0.90 cm，而對于荷斯坦牛母女兩代乳頭長度的數據組，子代MD 相較于母代有所縮小，即乳頭長度分布更加均勻。

表3 模型3 各影響因素P 值

圖2 Avg 對奶牛泌乳性能的影響

2.5 乳頭長度與乳房炎發病概率間的關系 在2016 年測定的703 頭荷斯坦牛中，下一年（2016 年8 月—2017 年8 月）中出現過臨床乳房炎的共167 頭，發病率為23.76%。利用模型5 可建立乳房炎發病概率與胎次、泌乳階段和Avg 之間的關系，其分析統計結果如表5 所示。

圖3 MD 對奶牛泌乳性能的影響

Logistic 回歸結果表明，胎次、泌乳階段和Avg 對測定后一年內乳房炎發病均存在極顯著影響。胎次為3胎及以上的牛的發病概率最高，分別為1 胎和2 胎牛的2.27 和2.22 倍。泌乳天數在100～199 d 的牛的發病概率最高，分別是1～44、45～99、200～305 d 和306 d 及以上的牛的1.53、1.55、3.33、7.83 倍。Avg 在4.5～5.0 cm的牛有最低的乳房炎發病概率，分別是Avg 在≤ 4.0 cm、4.0～4.5 cm、5.0～5.5 cm 和≥ 5.5 cm 的奶牛的0.64、0.93、0.46 和0.41 倍。

3 討 論

3.1 奶牛乳頭長度及其世代變化 本研究結果顯示，荷斯坦牛前乳區乳頭較后乳區乳頭平均長0.85 cm，這種長度的差異在Zwertvaegher 等[7]、Ga?parík 等[8]、Tilki 等[9]研究中均有報道，且差值為0.8～1.0 cm，在不同奶牛個體之間差異變化較大，與本研究相符。

乳頭長度的遺傳力為0.30，屬于中等遺傳性狀，根據世界荷斯坦弗里生牛協會（World Holstein Friesian Federation，WHFF）制定的體型鑒定標準，乳頭長度在4～6 cm 為較適宜范圍[10]。本研究中，奶牛Avg 為4.59 cm，FTL 和RTL 分別為5.01 cm 和4.16 cm。與其他同類研究相比，本研究乳頭長度數據相對較小，如王巖等[15]于2005 年測定奶牛Avg 為5.41 cm，Zwertvaegher 等[7]，Ga?parík 等[8]分別于2008 年和2016 年測定奶牛FTL為5.49 cm 和5.63cm，RTL 為4.72 cm 和4.50 cm，這可能與擠奶器械的差異有關。Hamann 等[11]研究表明，擠奶器械的作用可能會使奶牛乳頭長度與尺寸發生永久性的變化。通過對奶牛連續世代乳頭長度的分析，本研究認為測定年份也是造成本研究中乳頭長度普遍較小的因素之一。本研究結果表明，奶牛乳頭長度隨時間的推移與世代的傳遞存在縮小的趨勢。Mostert 等[12]研究表明，南非荷斯坦牛的乳頭長度在1986—2002 年不斷縮短，這種趨勢可能是對增加牛奶產量的選擇結果的相關反映。同時，Dube 等[13]研究也發現，20 世紀90 年代以來，對奶牛的基因選擇導致了奶牛乳頭尺寸縮小。

就擠奶過程而言，奶牛乳頭長度過短不利于套杯和擠奶，會引起奶杯脫落頻率加大，增加清洗次數，同時增加了乳房炎的感染率[1]。羅漢鵬等[3]、朱力等[14]研究表明，4～6 cm 的乳頭長度對于乳房健康和生產性能最佳。因而，對于乳頭長度縮短的趨勢應予以特別關注。

表4 184 組荷斯坦牛母女兩代乳頭長度變化情況

圖4 22 組連續三代荷斯坦牛乳頭長度變化情況

表5 胎次、泌乳階段、Avg 對測定后1 年內乳房炎發病概率的影響

3.2 乳頭長度影響因素 不同牛場之間乳頭長度差異顯著，說明不同牛場之間的飼養管理水平對奶牛乳頭長度情況會產生較大的影響，因此，在奶牛的日常管理中，牛場需加強對奶牛乳頭的護理。胎次因素對奶牛Avg 存在顯著的影響，隨胎次的增加，Avg 整體呈上升的趨勢，而MD 則呈下降的趨勢，這與羅漢鵬等[3]、周杰柯等[6]研究相關結果相一致。泌乳階段對Avg 影響顯著而對MD 無顯著影響，這與Zwertvaegher 等[7]、Muammer等[9]研究結果相一致，而Michel 等[16]研究則表明，泌乳階段與Avg 之間無顯著影響。這種對奶牛乳頭長度的影響可能是由外界擠奶設備、飼養管理環境與奶牛內在生理變化[16]共同造成的，因而研究結果存在一定差異。

由以上影響因素可知，使用合適的擠奶設備，以相同胎次或泌乳階段的奶牛為一組進行統一擠奶，可能有助于更好地保護奶牛的乳頭健康情況。

3.3 奶牛乳頭長度與均勻度對泌乳性能的影響 本研究結果表明，奶牛Avg 對日產奶量無顯著影響，但隨乳頭長度增加，日產奶量存在下降的趨勢，與Tilki 等[9]研究結果相符；而吳帆等[1]、羅漢鵬等[3]研究結果表明，Avg 對奶牛日產奶量存在極顯著的影響，且隨乳頭長度的增加，日產奶量提高，與本研究結果不同，原因可能是受奶牛人工選擇的結果。毛杰等[21]研究顯示，荷斯坦牛前乳頭長度與305d 產奶量之間的遺傳相關為-0.19。近些年來，奶牛泌乳性能的提高伴隨著其乳頭長度縮短的現象和趨勢，導致本研究所采集數據表現為乳頭長度與日產奶量的負相關關系。

MD 反映了乳頭長度的均勻度。本研究結果表明，MD 對日產奶量無顯著影響。吳帆等[1]研究中利用乳頭長度標準差反映均勻度，結果表明標準差對產奶量的影響接近顯著水平，且呈負相關，即奶牛乳頭長度越均勻，產奶量越高。

對于乳頭長度與均勻度對乳蛋白率、乳脂率、乳糖率的影響，國內外均鮮有研究。本研究中乳頭長度對乳蛋白率和乳脂率影響顯著，且在乳頭長度為5 cm 左右乳蛋白率達到極大值，乳脂率達到極小值，而對乳糖率無顯著影響；乳頭長度均勻度對乳蛋白率影響顯著，而對乳脂率與乳糖率無顯著影響。結果表明，可能存在乳頭長度與乳頭長度均勻度的最佳區間使奶牛泌乳性能達到最優。

3.4 奶牛乳頭長度與均勻度對體細胞評分和乳房炎發病的影響 SCC 是反映乳房健康的一個重要參數，通常建議以每毫升牛奶中20 萬個體細胞為界限，將未受感染的乳腺區與受感染的乳腺區分開，作為乳房炎發作的閾值[17]。本研究中乳頭長度和均值差對SCS 的影響并不顯著，但均存在隨乳頭長度或均值差的提高，SCS 先略有下降，而后升高的趨勢。乳房炎作為奶牛養殖中的常發疾病，會導致產奶量下降和乳成分發生變化，從而降低乳制品的營養價值和經濟價值[18]。甘綜輝等[19]、郝景峰等[20]研究分別指出，高胎次與處于泌乳高峰期的奶牛乳房炎發病率較高，與本研究結果相符。利用Logistic 回歸模型得到未來一年內乳房炎發病概率最小時的Avg 范圍為4.5～5.0 cm。然而，就目前的研究而言，對于乳頭長度與SCS 的關聯仍未有定論。Klaas 等[4]、Singh 等[5]研究表明，較短的乳頭長度對應于更低的SCC，而Ga?parík 等[8]研究則與之相反。另有一些報道[6]指出，過長或過短的乳頭均不利于奶牛乳房健康和生產性能提升。

針對本研究結果而言，牛場應注意通過科學選配和管理使牛群乳頭長度保持在適宜長度，以提高牛群乳房健康水平。

4 結 論

本研究針對奶牛乳頭長度定義了4 個性狀的分析結果表明，奶牛前后乳區乳頭長度差異顯著，且乳頭長度隨奶牛世代的推移呈下降趨勢，需及時警惕這種趨勢造成的后果的發生。奶牛乳頭長度與均勻度對日產奶量、SCS、乳成分和奶牛乳房健康均有一定的影響，乳頭長度適宜與均勻度較好的個體對奶牛提高泌乳性能和健康水平均有一定幫助。綜上，通過科學選配和合適的管理手段控制奶牛乳頭長度及其均勻度對牛場具有重要意義。

致謝：感謝中國農業大學動物科學技術學院學生：胡麗蓉、羅漢鵬、張海亮、婁文琦、施霽楨、楊智超、高清、羅蓀琳、張四維等牛百科成員和中以示范牛場郭彥斌、王佐強場長在試驗設計、數據采集及后期整理環節對本試驗提供的幫助。