北京地區泌乳牛夏季鼓膜溫度晝夜節律及影響因素研究

許靜漪，羅漢鵬，付 琪，胡羽飏，段禹交，黃思琪，周月玲，楊桐桐，張亞一，郭 剛，劉巧香，王雅春

(1.中國農業大學動物科技學院，農業農村部動物遺傳育種與繁殖(家畜)重點實驗室，畜禽育種國家工程實驗室，北京 100193；2.北京首農畜牧發展有限公司，北京 100029；3.北京生物種業創新聯合體，北京 101206)

體溫是衡量恒溫動物熱平衡的唯一可靠指標[1]，可以在動物體內或體外的不同部位測量，如直腸、耳、瘤網胃、前額或乳房表面等[2]。不同部位體溫不盡相同，畜禽生產中一般以直腸溫度代表動物體溫[1]。直腸溫度是獸醫監測牛身體健康狀況的常用手段，是測量牛體溫的黃金標準[3]。但直腸溫度測定需要投入額外的人力，且其測定結果會受到測定過程中人員操作的影響，如熟練程度、插入深度和測定時間等，同時還會對奶牛造成應激。除直腸溫度外，鼓膜溫度、陰道溫度和瘤胃溫度等在研究中較為常見。鼓膜溫度是一個非常可靠的體溫指標[2]，是犢牛唯一有效的核心體溫指標[4]。與直腸溫度[5]或陰道溫度[6]相比，鼓膜溫度對環境溫度的變化更敏感，反應更快；研究表明鼓膜溫度對環境溫度的效應時間為6 min，比直腸溫度早14 min[7]。鼓膜溫度測定設備能夠深入到牛的耳道，經無線傳輸可獲得相對長期連續的數值，用于實時監測。有關肉牛[8]和豬[9]的研究表明，鼓膜溫度的準確性和可重復性相對較高，鼓膜溫度與直腸溫度呈強相關關系(r=0.67)[10]，Prendiville等[11]研究也發現，數字溫度計在直腸中記錄的溫度與耳道中無線記錄的溫度無統計學差異。

家畜體溫變化反映了機體產熱和散熱的暫時不平衡[12]，在氣候變化較規律時，奶牛通過生理代謝過程適應環境條件變化[13]。環境溫濕度指數(temperature-humidity index，THI)是牲畜熱應激的標準指標[10]，廣泛應用于奶牛熱應激相關研究。綜合氣候指數(comprehensive climate index，CCI)與THI相關[14]，但更為復雜。Jara等[15]報道了15頭經產荷斯坦奶牛的鼓膜溫度與CCI密切相關。除溫濕度、空氣流速、熱輻射和光暗周期等環境因素外[16-17]，體溫的日常變化還受到品種、年齡、體況、泌乳、妊娠、疾病和代謝水平等生理因素影響[18]。據報道，熱應激情況下瘤牛體溫顯著低于非熱應激瘤牛[18]；泌乳奶牛直腸溫度隨泌乳階段推移逐漸降低[19]；動物的繁殖活動伴隨著體溫的規律性變化[20]，如妊娠期奶牛陰道溫度(39.1 ℃)比空懷牛的(38.3 ℃)高[21]。生產管理中人為或設備的刺激也是引起體溫變化的重要因素，研究證明擠奶前后奶牛直腸溫度存在差異[22]。擠奶時對乳房的清洗和按摩均會刺激奶牛神經-下丘腦-腦垂體軸，使奶牛體溫升高；而擠奶后奶量的流失會帶走身體的部分熱量，導致體溫降低[23]。

基于連續監測的鼓膜溫度記錄，可以了解奶牛的行為特點和生活習性，有效避免人為活動對奶牛產生的影響；同時，鼓膜溫度具有可連續監測和敏感度高的優點，逐漸受到牧場及研究人員的重視。目前已有研究報道了奶牛犢牛、肉牛犢牛和肉牛育成牛的鼓膜溫度與環境溫度、直腸溫度、鼓膜溫度和陰部溫度等之間的關系[2,8,24-27]，以及美國安格斯牛鼓膜溫度的晝夜節律等[12]，但鮮有泌乳牛鼓膜溫度影響因素以及鼓膜溫度生物節律的研究。本研究對北京地區某規模化牧場泌乳牛的鼓膜溫度及直腸溫度進行監測，旨在深入分析奶牛鼓膜溫度的變化規律和影響因素，為進一步了解奶牛行為及生理規律，利用鼓膜溫度對牛群進行精細管理提供參考數據。

1 材料與方法

1.1 試驗群體

試驗于2021年8月5日至8月8日于北京市某規模化牧場進行。對牧場638頭荷斯坦泌乳牛的鼓膜溫度和直腸溫度及環境溫度和濕度進行了測定，試驗牧場為開放式牛舍，夏季時采食區與待擠區使用噴淋和風扇進行降溫，試驗牛群每日擠奶3次，每次擠奶后喂料。泌乳牛群均采用全混合飼糧(total mixed ration，TMR)飼喂，自由采食。

1.2 數據測定

耳部鼓膜實時溫度數據采用Health Monitoring Tag設備(T-AC03，南京稻盛弘網絡科技有限公司)測定。試驗牛鼓膜溫度原始數據每小時記錄1次，每頭泌乳牛每天共有24條鼓膜溫度記錄。試驗期間，對試驗牛的鼓膜溫度記錄進行備份和收集，共獲得638頭泌乳牛的55 157條原始鼓膜溫度記錄，用于變化規律研究。直腸溫度由試驗人員現場測定，每天測定2次(上午：07：00～12：00，下午：14：00～19：00)，每頭牛每次至少測定2次。去除僅有單次測定的溫度記錄后，獲得246頭牛的1 077條直腸溫度記錄。連續監測記錄牧場環境的溫度和濕度，每小時測定1次，計算THI，共獲得93條THI記錄，用于變化規律研究。THI=0.8×T+(RH/100×(T-14.4))+46.4[28]，式中：T，環境溫度；RH，相對濕度(%)。奶牛在THI為68時發生熱應激，6882時為重度熱應激[16]。試驗牛的泌乳及繁殖數據來自于牧場的奶牛生產性能測定(dairy herd improvement，DHI)記錄和生產管理記錄。

1.3 數據整理

使用Excel 2019對直腸溫度記錄進行質控，成年奶牛正常體溫為37.5～39.5 ℃[29]，故剔除溫度低于37.5 ℃的數據，共保留244頭牛的845條直腸溫度記錄。匹配直腸溫度每6 h測定期間內的鼓膜溫度和THI，并分別取6 h平均值，共獲得161頭的606條直腸溫度記錄、606條平均6 h鼓膜溫度和6條THI記錄，用于計算直腸溫度和鼓膜溫度之間的相關系數。由于每1 h內鼓膜溫度存在不同程度缺失，故將3 h的鼓膜溫度實時記錄平均值作為觀測值。將直腸溫度和3 h鼓膜溫度數據匹配泌乳階段、胎次、繁殖狀態以及對應時間段THI等，最終獲得151頭牛的583條直腸溫度、4 713條3 h鼓膜溫度和19條6 h THI和3 h THI用于影響因素分析。

1.4 影響因素效應劃分

根據試驗牛泌乳天數的分布，在盡可能保證數據均衡并反映奶牛不同泌乳階段特征的基礎上，將試驗牛的泌乳期劃分為3個泌乳階段，分別為泌乳前期(1～100 d)、泌乳中期(101～200 d)和泌乳后期(>200 d)；將試驗牛胎次劃分為3個水平，分別為1、2和3胎及以上；根據妊娠或非妊娠，將繁殖狀態分為2個水平；根據牛群擠奶時間與直腸溫度測定時間，將直腸溫度測定時間分3個水平，分別為1(擠奶前1 h)、2(擠奶后1 h)和3(其他時間)，鼓膜溫度的測定時間根據每3 h劃分，共分為8個水平。

1.5 統計分析

利用R 4.1.2軟件對鼓膜溫度和直腸溫度進行相關性分析及顯著性檢驗。測定期間內鼓膜溫度和直腸溫度存在重復測定，故使用SAS 9.2軟件中的Mixed過程，分析THI、測定時間、泌乳階段、胎次以及繁殖狀態對處于荷斯坦泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度的影響。采用Bonferronit法進行多重比較，以P<0.05為差異顯著，計算結果以最小二乘均值±標準差表示。分析模型如下：

Yijkmnp=μ+βTHI+Ti+Lj+Pk+Fm+IDn+eijkmnp

式中，Yijkmnp，鼓膜溫度或直腸溫度；μ，群體均值；THI，環境溫濕度指數；β，THI的回歸系數；Ti，測定時間效應；Lj，泌乳階段效應；Pk，胎次效應；Fm，繁殖狀態效應；IDn，隨機永久環境效應；eijkmnp，隨機殘差。

2 結 果

2.1 鼓膜溫度和THI的變化規律

夏季泌乳牛鼓膜溫度變化的生物節律和THI的變化規律見圖1。試驗期內，THI在24 h內波動較大，在02：00～04：00相對較低且標準差較大，于06：00達到最低，于16：00達到最高。泌乳牛鼓膜溫度在24 h內變化較大，差值為0.86 ℃；鼓膜溫度在13：00達到最高，在08：00達到最低；鼓膜溫度在05：00和17：00出現兩個次高峰；泌乳牛鼓膜溫度總體變化趨勢略遲滯于THI。

2.2 泌乳牛體溫相關指標的描述性統計

泌乳牛直腸溫度、鼓膜溫度及THI的描述性統計結果見表1。試驗期間，76.11

表1 泌乳牛體溫及環境溫濕度指數描述性統計

續表

2.3 泌乳牛鼓膜、直腸溫度與THI的簡單回歸

泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度隨THI的變化規律見圖2。由圖2可知，鼓膜溫度與直腸溫度顯著正相關(P<0.05)，相關系數為0.35。鼓膜溫度和直腸溫度隨THI上升均呈上升趨勢，鼓膜溫度和直腸溫度對THI回歸均顯著(P<0.05)，回歸趨勢基本一致，回歸方程分別為：鼓膜溫度=0.09×THI+31.50 (R2=0.09)，直腸溫度=0.10×THI+30.32 (R2=0.08)。

圖2 泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度隨環境溫濕度指數變化趨勢

2.4 各因素對鼓膜溫度和直腸溫度的影響

各因素不同水平下的鼓膜溫度和直腸溫度及多重比較結果見表2和3。由表2可知，測定時間和胎次對鼓膜溫度有顯著影響(P<0.05)，THI對泌乳牛鼓膜溫度回歸顯著(P<0.05)，泌乳階段和繁殖狀態對鼓膜溫度無顯著影響(P>0.05)。15：00～17：00泌乳牛鼓膜溫度顯著高于其他時間(P<0.05)，09：00～11：00泌乳牛鼓膜溫度顯著低于其他時間(P<0.05)；1、2胎泌乳牛與3胎及以上泌乳牛的鼓膜溫度之間均存在顯著差異(P<0.05)，其中2胎牛鼓膜溫度最高，較3胎及以上高0.10 ℃。

表2 不同效應下泌乳牛的鼓膜溫度

由表3可知，胎次和泌乳階段對直腸溫度均有顯著影響(P<0.05)，THI對泌乳牛直腸溫度回歸顯著(P<0.05)，測定時間和繁殖狀態對直腸溫度無顯著影響(P>0.05)。3胎及以上泌乳牛直腸溫度最低，且與2胎泌乳牛差異顯著(P<0.05)；泌乳中期(101～200 d)直腸溫度最低，且顯著低于泌乳前期(P<0.05)。

表3 不同效應下泌乳牛的直腸溫度

3 討 論

3.1 北京地區母牛夏季體溫晝夜節律

本研究發現，泌乳牛鼓膜溫度隨著THI的變化呈明顯的生物節律，且滯后于THI的變化。已有研究證明牛體溫變化相對環境溫度變化存在3～4 h的遲滯[30]。泌乳牛鼓膜溫度于13：00達到最高，08：00達到最低，且在05：00與17：00存在2個次高溫峰值，與Bar等[6]研究中泌乳牛陰道溫度的變化一致，呈現出相似的溫度變化曲線和相同的峰值時間；溫度變化峰值與犢牛[31]和肉牛[26]體溫變化(07：00最低，14：00最高)也十分接近。上述3項研究中，試驗牛均處于中度及以上熱應激狀態，與本研究相似。在其他試驗牛處于輕度或非熱應激的研究中，犢牛和肉牛24 h內鼓膜溫度最低的時間(06：00～08：00)與本研究相近，但僅存在1個高溫峰值，達到高溫峰值時間與本研究次高溫峰值時間相近(17：00～18：00)，這表明奶牛的體溫變化規律在中度熱應激與輕度或非熱應激下存在差異。熱生理學家一般認為體溫的晝夜節律的波動主要與穩態有關，并且通過體溫調定點的振蕩由晝夜節律系統進行二次調節[32]。有研究表明，動物體溫晝夜節律通常是單相的，在涼爽或中等溫度條件下，動物體溫的晝夜節律最大值在傍晚，最小值在早晨[12]。一旦熱環境超過體溫調節閾值，動物體溫就會受到環境條件的驅動，體溫節律就會被打亂，出現相移和振幅增加的現象等[12]，這與本研究發現的額外體溫高峰(05：00與17：00)相符。

3.2 鼓膜溫度與直腸溫度的影響因素分析

北京地區6至8月是奶牛熱應激發生最嚴重的3個月，THI能夠客觀反映奶牛所處的熱環境[14,33-35]。本研究中，試驗牛測定時間為8月上旬，試驗場全天THI最高值為83.18，最低值為76.11，遠高于THI為68的熱應激閾值，處于中度甚至重度熱應激[16]；泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度隨THI升高急劇升高，回歸系數分別為0.09和0.10。Peng等[36]研究發現，當THI介于58.40～74.10時，直腸溫度隨THI升高而降低；當THI>74.10時，直腸溫度隨THI升高急劇升高，回歸系數為0.07，略低于本研究(0.10)。本研究群體中，泌乳牛鼓膜溫度平均值高于直腸溫度，與Guidry等[7]的研究結果相符，高濕熱環境下鼓膜溫度會高于直腸溫度；但Myers等[37]研究發現，在荷斯坦犢牛和成母牛中，鼓膜溫度讀數始終低于直腸溫度，與本研究結果不同，可能是該研究中荷斯坦牛處于非熱應激狀態的原因。本試驗中，鼓膜溫度與直腸溫度顯著正相關，相關系數為0.35；有研究表明鼓膜溫度與直腸溫度呈強相關關系(r=0.67)[10]；Prendiville等[11]研究表明數字溫度計記錄的直腸溫度與耳道中溫度無統計學差異。上述研究均表明，鼓膜溫度能夠及時準確地反映奶牛體溫的變化。

本試驗中，胎次顯著影響泌乳牛的鼓膜溫度和直腸溫度。2胎泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度均高于其他胎次泌乳牛，3胎及以上泌乳牛鼓膜溫度和直腸溫度最低，這可能與奶牛自身生理狀態有關。研究表明，荷斯坦牛的產奶量與代謝產熱正相關[38]，高產奶牛飲水時間和飲水次數高于低產奶牛[39]也從側面說明了這點。1胎牛仍處于成長期，生長代謝旺盛，但產奶量相對較低；2胎牛體格達到成熟，產奶量較高，代謝產熱較多；3胎及以上奶牛體格成熟，身體機能更完善，體溫調節能力強。研究表明3胎及以上奶牛活動量相對低于其他胎次[40]，因此在熱應激狀態下仍能保持較低的體溫。測定時間對泌乳牛鼓膜溫度影響顯著，主要由不同測定時間內環境溫度的變化導致。泌乳階段對泌乳牛直腸溫度影響顯著，Shalit等[41]研究表明，在相似環境下，泌乳期奶牛直腸溫度比圍產期奶牛高9 ℃。研究表明，泌乳中期(101～200 d)奶牛活動量低[40]，代謝產熱相對較低，因此泌乳中期奶牛鼓膜溫度和直腸溫度均為最低；泌乳前期(1～100 d)奶牛產奶量較高，由于妊娠和生產導致的采食量降低得到恢復，采食量達到高峰，同時泌乳前期奶牛活動量相對較高[40]，因此其鼓膜溫度和直腸溫度都相對較高。本試驗中，泌乳后期(>200 d)試驗牛共174頭，其中僅9頭牛處于非妊娠狀態，其余均為妊娠狀態；此階段奶牛產奶量下降，但胎兒增大，自身體重增加，代謝活動較強。沈留紅等[19]的研究中，熱應激情況下泌乳期奶牛直腸溫度隨泌乳階段推移逐漸下降，但本研究中泌乳后期奶牛直腸溫度高于泌乳中期奶牛。上述研究數據量有限(10頭)，且未考慮妊娠對奶牛的影響，可能是其結果與本研究不完全一致的原因。

4 結 論

鼓膜溫度作為實時體溫監測指標，與直腸溫度呈正相關關系(r=0.35)。其晝夜生物節律變化明顯，環境變化(THI)和奶牛生理狀態(不同胎次)均對其有顯著影響。進一步探究其與熱應激狀態、生產性能以及疾病發生間的關系，可為牛群的智能化監測和精細化管理提供有效信息。