一种用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统

摘要

本发明公开了一种用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统，包括：牛乳成分分析仪、信息获取和录入模块、参数相关性分析模块、多元回归方程建立模块和奶牛隐性乳房炎罹患分值切点确定模块。采用本发明的筛查系统可以快速、简便、准确的在奶牛群中筛查出隐性乳房炎的奶牛，牛场管理人员可以尽早且明确知道哪些牛发生了隐性乳房炎，为牛场及早防治奶牛乳房炎的发生提供了保证。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统，属于疾病筛查技术领域。

背景技术

奶牛养殖是我国畜牧业的重要组成部分，在国民经济和人民生活中居重要地位。随着国 民经济的发展和人们饮食观念的转变，具有安全、健康、营养的乳品越来越为广大消费者所 期待。而在奶牛养殖生产中，奶牛乳房炎不仅直接影响着个体牛只的产奶量、乳成分含量及 其理化性质，而且影响乳制品安全性和营养价值，危害巨大。引起乳房炎的原因复杂，相对 于临床性乳房炎，隐性乳房炎(亚临床性乳房炎)不显临床症状，不易被发现，但隐性乳房 炎会降低产奶量，影响乳品质及其安全性，所造成的损失更加巨大。而在奶牛场的乳房炎发 病中，由于97％的乳房炎属于隐性乳房炎。因此，筛查牛群中隐性乳房炎的个体特别重要。

目前用于筛查牛群隐性乳房炎的方法主要是乳汁体细胞计数(SomaticCellCount，SCC) 法，加州乳房炎测试法(CMT)、PH值法、氯化物確酸银和乳汁导电率法、多重PCR检测法 等。SCC法是根据乳中体细胞数的高低来确定是否发生乳房炎。其原理是乳中的体细胞主要 白细胞，而白细胞是一种免疫细胞，它的增加主要与病原体的侵入有关，据此测定乳中的体 细胞数可以推测出奶牛是否发生乳病房炎。但乳中的体细胞数还受奶牛的胎次、泌乳天数以 及泌乳季节等因素的影响，这就造成了在生产中有些牛只体细胞数不高，但发生了乳房炎， 而有牛只体细胞数很高，但没有发生乳房炎。因此，仅仅以SCC来判定奶牛个体是否发生了 乳房炎不科学。CMT法是行业内公认的检测奶牛隐性乳房炎的标准方法，但与PH值法、氯 化物確酸银和乳汁导电率法、多重PCR检测等检测方法一样，存在着不便于牛场生产中群体 性、经常性、便捷性使用的缺陷，且耗时耗力，检测成本高。因此，提供一种简便、快速、 准确、低廉的筛查大群中隐性乳房炎奶牛的筛查系统就显得十分重要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的 系统。本发明的筛查系统的判定准确率达95％以上，具有很高的准确性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统，该系统包括：

牛乳成分分析仪：用于采集个体牛只的乳脂率、乳蛋白率和体细胞数信息；

信息获取和录入模块：用于接收来自所述牛乳成分分析仪采集的个体牛只的乳脂率、乳 蛋白率和体细胞数信息；并录入奶牛胎次、泌乳天数、泌乳季节和产奶量信息；

参数相关性分析模块：用于接收来自所述信息获取和录入模块获得的乳脂率、乳蛋白率、 体细胞数、奶牛胎次、泌乳天数、泌乳季节和产奶量信息，并将上述信息与奶牛隐性乳房炎 发病进行相关性分析，得到与奶牛隐性乳房炎发病相关的参数信息；

多元回归方程建立模块：用于接收来自所述参数相关性分析模块获得的与奶牛隐性乳房 炎发病相关的参数信息，并对这些参数信息进行处理，进而建立多元回归方程；

和奶牛隐性乳房炎罹患分值切点确定模块，所述奶牛隐性乳房炎罹患分值切点确定模块 用于根据多元回归方程建立模块建立的多元回归方程，计算奶牛隐性乳房炎指数SMI₀和SM I₁，并计算SMI₁/SMI₀，来确定奶牛隐性乳房炎罹患分值切点。

所述多元回归方程建立模块建立的多元回归方程为：

SMI₀＝-70.2781+1.8427X₁+0.8411X₂+4.3998X₃+21.6634X₄- 0.2075X₅+0.4470X₆+7.3398X₇

SMI₁＝-63.2973+1.7249X₁+0.7519X₂+3.8011X₃+19.9295X₄- 0.0949X₅+0.3683X₆+7.3152X₇

其中，X₁：胎次；X₂：产奶量(kg)；X₃：乳脂率(％)；X₄：乳蛋白率(％)；X₅：体细 胞评分(SCS)；X₆：泌乳阶段；X₇：泌乳季节。

所述X₅：体细胞评分的计算方式为：SCS＝log₂[SCC/100,000]+3。

所述信息获取和录入模块中，为分析固定效应因素的影响，对奶牛胎次、泌乳天数和泌 乳季节信息进行分类，其中，奶牛胎次的分类方法为：每胎为1类，但5胎及5胎以上为1 类，共分5类；泌乳天数从产后第一天开始每30天分为1类，但360天以上牛只分为1类， 共分13类；泌乳季节按11月至下一年2月为1类、3月-5月及9月-10月为1类、6月-8月 为1类，共3类。

所述参数相关性分析模块中，采用统计分析软件对乳脂率、乳蛋白率、体细胞数、奶牛 胎次、泌乳天数、泌乳季节和产奶量信息与奶牛隐性乳房炎发病情况进行相关性分析，获得 的与奶牛隐性乳房炎显著相关的性状信息；相关性分析的具体方法为：首先对数据进行正态 性检验，符合正态分布的数据采用Pearson方法分析相关性，不符合正态分布的数据，如体 细胞数进行对数变换，使之符合正态分布，再进行相关分析。以乳房炎发病记录作为依变量， 应用逐步判别分析法筛选自变量，分析结果发现所述7个自变量均具有显著或极显著影响 (P<0.05)。

所述多元回归方程建立模块利用SAS8.2系统的PROCDISCRIM程序对与奶牛隐性乳房 炎相关的奶牛生产性能信息进行判别分析，对自变量进行选择，建立最优回归方程，即为计 算隐性乳房炎指数(SubclinicalMastitisIndex，SMI)的多元回归方程。

所述奶牛隐性乳房炎罹患分值切点确定模块确定的奶牛隐性乳房炎罹患分值切点为1。

本发明研究发现，奶牛隐性乳房炎的发生与个体的胎次、泌乳天数、泌乳季节、产奶量、 乳脂率、乳蛋白率和体细胞数等奶牛生产性能参数密切相关，综合上述信息，将有利于隐性 乳房炎牛只的早期、准确判断。本发明的核心在于构建一个数学模型，通过前期采集样本并 参加奶牛生产性能测定(DHI)测定，中期整理数据，后期利用SAS8.2系统的PROCDISCRIM 程序对上述7项数据进行判别分析，对自变量进行选择，建立最优回归方程，即为计算隐性 乳房炎指数(SubclinicalMastitisIndex，SMI)的多元回归方程，将此方程命名为SMI指数公 式，可以筛查牛群中隐性乳房炎个体。应用本发明创造，在受试牛群中进行隐性乳房炎奶牛 的筛查，以奶牛隐性乳房炎罹患分值切点＞1作为本发明创造的适宜切点(即判定为隐性乳 房炎奶牛)，筛查出的隐性乳房炎奶牛可按牛场治疗方法进行提前治疗或依据泌乳天数及产奶 性能采取提前干奶治疗措施。

本发明的有益效果：

(1)本发明的用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统可以快速、简便、准确的在奶牛群 中筛查出隐性乳房炎的奶牛，牛场管理人员可以尽早且明确知道哪些牛发生了隐性乳房炎， 为牛场及早防治奶牛乳房炎的发生提供了保证。

(2)本发明的用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统的判定准确性在95％以上，这在生 产上是完全可以接受的；而且本发明的系统可以通过应用日常DHI数据即可进行大群筛查， 极大地减轻了牛场筛查奶牛群体隐性乳房炎的工作量。

附图说明

图1为本发明的用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发 明，并不对其内容进行限定。

实施例1：用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统

如图1所示，用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统，包括牛乳成分分析仪：用于采集 个体牛只的乳脂率、乳蛋白率和体细胞数信息；

信息获取和录入模块：用于接收来自所述牛乳成分分析仪采集的个体牛只的乳脂率、乳 蛋白率和体细胞数信息；并录入奶牛胎次、泌乳天数、泌乳季节和产奶量信息；

参数相关性分析模块：用于接收来自所述信息获取和录入模块获得的乳脂率、乳蛋白率、 体细胞数、奶牛胎次、泌乳天数、泌乳季节和产奶量信息，并将上述信息与奶牛隐性乳房炎 发病进行相关性分析，得到与奶牛隐性乳房炎发病相关的参数信息；

多元回归方程建立模块：用于接收来自所述参数相关性分析模块获得的与奶牛隐性乳房 炎发病相关的参数信息，并对这些参数信息进行处理，进而建立多元回归方程；

和奶牛隐性乳房炎罹患分值切点确定模块，所述奶牛隐性乳房炎罹患分值切点确定模块 用于根据多元回归方程建立模块建立的多元回归方程，计算奶牛隐性乳房炎指数SMI₀和 SMI₁，并计算SMI₁/SMI₀，来确定奶牛隐性乳房炎罹患分值切点。

该筛查系统的具体阐述如下:

(1)奶牛生产性能信息(产奶量、乳脂率、乳蛋白率、体细胞数、奶牛胎次、泌乳天数 和泌乳季节)采集

试验牛群共560头，时间从2011年至2014年，采用一般管理模式，散栏饲养、TMR饲 喂方式，日饲喂3次，挤奶3次，自由饮水。挤奶采用Delaval鱼骨式挤奶台机械挤奶，挤 奶时每头牛二次药浴、二次纸巾擦干，挤奶程序规范。采样时记录每头牛每次产奶量，日采 样三次，按早中晚比例4：3：3采样，混合，共45-50ml，加入重铬酸钾0.03g作为防腐剂， 奶样常温保存。采样同时记录每头牛乳房炎发病情况，方法是采奶样的同时牛场兽医人员应 用CMT法对牛只是否发生隐性乳房炎进行判断，判断标准是个体牛四个乳区中只要一个乳 区呈阳性，即判断为患隐性乳房炎个体。阳性个体记为1，阴性个体记为0。

根据牛场日常记录统计试验牛只的胎次、沁乳天数、采样日期，记录采样时奶牛个体的 产奶量；牛奶乳成分测定在山东省农业科学院奶牛研究中心DHI实验室完成。实验室检测仪 器为牛乳成分分析仪(包括FOSSFC和FT+)，仪器每月应用农业部DHI标样实验室发放的 标样进行标定。试验期间，实验室每月按《中国荷斯坦牛生产性能测定规范》(NY/T1450-2007) 规定的方法，取45-50mL奶样，用FOSSFC和FT+仪器测定出乳脂率(F％)，乳蛋白率(P％)， 体细胞数(SCC)等成分。

(2)多元回归方程建立

多元回归方程的建立方法为：利用SAS8.2系统的PROCDISCRIM程序对胎次、泌乳天 数、泌乳季节、产奶量、乳脂率、乳蛋白率和体细胞数7项数据作为自变量进行处理，将胎 次分为5类，其中1、2、3、4各分一类，5胎及以上分为一类，泌乳天数分为13类，其中 产后开始每30天分为1类，但360天以上牛只分为1类，泌乳季节按分为3类，其中11月 至下一年2月为1类、3月-5月及9月-10月为1类、6月-8月为1类，体细胞数转化为体细 胞评分；然后以乳房炎发病记录作为依变量，先应用逐步判别分析法筛选自变量，发现所述 7个自变量均具有显著或极显著影响(P<0.05)，然后对保留下来的7个自变量利用非参数判 别分析的K近邻法进行分析，首先分析两组数据(阳性个体与阴性个体)协方差矩阵是否齐 性，检验结果显示χ²＝4.697,P＝0.538，P>0.05，说明两组协方差矩阵满足齐性要求。再检验两 组数据在7个自变量指标组成的平均向量之间的差别是否具有统计学意义，发现 Wilk’sλ＝0.4673，对应的F＝15.04，P<0.0001，说明给定的7个变量指标能较好地区分隐性乳 炎阳性和阴性个体，进而给出判别函数中的系数估计值。通过调整K近邻法的K值，降低函 数的误判率，对回归方程方程进行优化，研究发现K值为12时，函数的误判率达到最低， 为1.81％，进而获得最优回归方程。即为计算隐性乳房炎指数(SubclinicalMastitisIndex，SMI) 的多元回归方程，多元回归方程如下：

SMI₀＝-70.2781+1.8427X₁+0.8411X₂+4.3998X₃+21.6634X₄- 0.2075X₅+0.4470X₆+7.3398X₇

SMI₁＝-63.2973+1.7249X₁+0.7519X₂+3.8011X₃+19.9295X₄- 0.0949X₅+0.3683X₆+7.3152X₇

其中，X₁：胎次；X₂：产奶量(kg)；X₃：乳脂率(％)；X₄：乳蛋白率(％)；X₅：体细 胞评分(SCS)；X₆：泌乳阶段；X₇：泌乳季节。

所述X₅：体细胞评分的计算方式为：SCS＝log₂[SCC/100,000]+3。

实施例2：用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统的应用实例

在山东省济南市三个规模化牛场约1800头成年母牛中随机选择420头正在泌乳的奶牛， 收集相关数据，采集奶样并测定乳成份，利用本发明的系统计算牛只的SMI指数，依据 SMI₁>SMI₀的原则对牛只隐性乳房炎情况进行筛查；采奶样的同时牛场兽医人员应用CMT 法对牛只是否发生隐性乳房炎进行判断，判断标准是个体牛四个乳区中只要一个乳区呈阳性， 即判断为患隐性乳房炎个体。

具体步骤如下：

(1)采集试验牛群奶样，记录采集时间点、个体牛只的产奶量、泌乳天数和胎次。

于山东省济南市三个规模化牛场随机选择420头正在泌乳的奶牛，进行采样。采样方法 参考《中国荷斯坦牛生产性能测定技术规范》(NY/T1450-2007)。采样时记录每头牛每次产 奶量，日采样三次，按早、中、晚比例4：3：3采样，混合，共约40-45ml，采样前瓶中加入 重铬酸钾0.03g作为防腐剂，奶样常温保存，24小时内完成乳成分测定。试验牛群采用一般 生产管理模式，即散栏饲养、TMR饲喂方式，日饲喂3次，挤奶3次，自由饮水。挤奶采 用Delaval鱼骨式挤奶台机械挤奶，挤奶时每头牛二次药浴、二次纸巾擦干，挤奶程序规范。 对采样牛只由有经验牛场工作人员现场应用CMT法进行诊断，牛场兽医人员依据奶牛挤奶 时乳房是否有红、肿、热、痛及前三把奶情况诊断奶牛是否发生临床乳房炎。

(2)根据牛场日常记录统计牛只的胎次、沁乳天数、记录采样时奶牛个体的产奶量；山 东省农业科学院奶牛研究中心DHI实验室按《中国荷斯坦牛生产性能测定规范》(NY/T 1450-2007)规定的方法，用FOSSFC和FT+仪器测定奶样的乳脂率(F％)、蛋白率(P％)、 体细胞数(SCC)等成分。

(3)采用统计分析软件对乳脂率、乳蛋白率、体细胞数、奶牛胎次、泌乳天数、泌乳季 节和产奶量信息进行相关性分析，获得的与奶牛隐性乳房炎显著相关的性状信息。

为分析固定效应因素的影响，对奶牛胎次、泌乳天数和泌乳季节信息进行分类，其中， 奶牛胎次的分类方法为：每胎为1类，但5胎及5胎以上为1类，共分5类；泌乳天数从产 后第一天开始每30天分为1类，但360天以上牛只分为1类，共分13类；泌乳季节按11月 至下一年2月为1类、3月-5月及9月-10月为1类、6月-8月为1类，共3类。

所述相关性分析，首先对数据进行正态性检验，符合正态分布的数据采用Pearson方法 分析相关性，不符合正态分布的数据，如体细胞数进行对数变换，使之符合正态分布，以乳 房炎发病记录作为依变量，先应用逐步判别分析法筛选自变量，发现所述7个自变量均具有 显著或极显著影响(P<0.05)。

(4)将获得的与奶牛隐性乳房炎发病相关的信息进行处理，构建多元回归方程，然后由 奶牛隐性乳房炎罹患分值切点确定模块对奶牛是否为隐性乳房炎奶牛进行筛查，比较奶牛个 体SMI值，若个体的SMI₁/SMI₀>1，即隐性乳房炎奶牛，否则为正常个体，实验中共筛查出 SMI₁/SMI₀>1的个体128头，即隐性乳房炎奶牛128头。利用CMT法检测诊断出隐性乳房炎 牛只121头。数据见表1。

表1隐性乳房炎筛查情况表

运用SAS8.2FREQ程序进行适合性检验分析，比较两筛查结果差异显著性。SMI指数筛 查结果与CMT及现场诊断差异不显著(χ²＝0.2857；P＝0.5930，P>0.05)。

结论：

利用本发明的系统筛查出的乳房炎奶牛与CMT法加上牛场现场诊断法无显著性差异，但 可以极大地减轻牛场工作强度。

本发明虽以山东地区规模化牛养殖场为研究对象而得到的研究结果，但可以大规模广泛 使用，具有普遍性。原因是，山东是农业大省，奶牛养殖存栏量及总产奶量居全国第五位， 奶牛养殖水平及规模化程度在全国具有代表性，而我国规模化牛奶牛养殖场均采用TMR饲 喂，即饲喂方式较为一致，饲料原料相近，均为机械化挤奶，品种基本为荷斯坦奶牛，即遗 传相近。因此，本发明的用于牛群中隐性乳房炎奶牛筛查的系统可以大规模广泛使用，并且 可以达到本发明所述的筛查效果。