基于glm模型的奶牛个体生鲜乳体细胞数检测

基于glm模型的奶牛个体生鲜乳体细胞数检测

作为衡量新鲜奶芽的重要指标，scc-somac细胞计数（scc）被标记为测量新鲜奶芽的质量和祖母的健康状况的重要指标。生鲜乳SCC是每毫升生鲜乳中含有体细胞的数量,其成份主要是白细胞和少量乳腺组织脱落的上皮细胞。在正常生理状态下,乳腺分泌液中含有一定数量的体细胞,它们在被动免疫转移及维持乳腺健康等方面发挥着重要作用。其中,淋巴细胞可产生大量的细胞因子,高效地维持着机体的免疫平衡和抵抗外源微生物的入侵。但生鲜乳SCC超过一定限度后增加,说明乳房出现不同程度(隐性或临床型)感染,导致生鲜乳产量和质量下降[5~7]。因此,生产实践中把生鲜乳SCC控制在适宜水平,既有利于维持机体健康,又有助于提高生鲜乳产量和质量。为此,许多国家都制定了严格的生鲜乳SCC标准。其中,美国、加拿大、欧共体(EU)都分别规定生鲜乳中体细胞不得超过75、50和40(×104cell/mL)。近期,我国也在积极开展生鲜乳SCC相关的检测和研究,以便掌握我国生鲜乳SCC的水平和分布,从而制定合理的生鲜乳SCC标准。以“生鲜乳体细胞数”为关键词,查阅CNKI中文数据库,搜索得到与其相关的文献260余篇,其中,仅有9篇研究报道了某一特定区域奶牛个体生鲜乳SCC的水平,缺乏覆盖面广、数据量大和代表性强的研究报道。本研究利用SAS9.0的GLM模型,统计分析覆盖全国16个省(市、区),33个规模奶牛场,23351头中国荷斯坦泌乳奶牛,从2007年至2009年连续3年间的225775条奶牛个体生鲜乳SCC检测数据;分析研究我国规模奶牛场奶牛个体生鲜乳SCC的水平、分布和奶牛个体生鲜乳SCC的水平和分布对群体混合样生鲜乳SCC总体水平的影响;剖析奶牛个体因素(产奶量、乳脂率、乳蛋白含量、胎次、泌乳阶段)和环境因素(泌乳季节、泌乳月份、养殖区域和奶牛场)对生鲜乳体细胞评分(SomaticCellScore,简称SCS)的影响。本研究能基本反映和代表我国规模化奶牛场奶牛个体生鲜乳SCC的基本状况,为行业监管和生产调控提供参考和依据。1材料和方法1.1乳及微生物生产性能测定中心试验数据为225775个奶牛个体生鲜乳SCC检测(设备Fossmatic5000系列)记录,分别来自全国16个省(市、区)的乳及乳制品检测中心和奶牛生产性能测定(DHI)中心,覆盖33个奶牛场,23351头中国荷斯坦泌乳奶牛,时间从2007年1月至2009年12月连续3年。16个省份涵盖了我国10个奶牛优势主产省、3个南方非主产省和3个典型的大城市郊区。牛场平均存栏规模566头,奶牛胎次平均2.3胎,每头泌乳奶牛日产生鲜乳22.5kg。1.2乳scc波动范围众多研究表明,由于受多种因素影响,奶牛个体生鲜乳SCC波动范围较大,不呈正态分布,不方便进行各种影响因素的统计分析。本研究,借鉴前人经验,利用公式(1)将生鲜乳SCC一一转化为生鲜乳SCS。1.3不同因素的水平分类1.3.1生鲜乳scc等级借鉴不同国家生鲜乳SCC标准限值,参考国内乳品企业生鲜乳SCC收购要求,依据生鲜乳SCC检测情况,本研究将生鲜乳SCC以20、30、40、50、75和100(×104cell/mL)为界点划分7个等级水平,分别为SCC≤20、20<SCC≤30、30<SCC≤40、40<SCC≤50、50<SCC≤75、75<SCC≤100和SCC>100(×104cell/mL)。1.3.2产奶水平的划分目前,我国奶牛年单产水平5t左右,折合日单产水平为15kg。本研究以小于等于15kg和大于35kg为产奶水平的下限和上限,中间以5kg为间隔,共划分6个产奶(MilkYields,简称MY)水平,分别为MY≤15kg、15kg<MY≤20kg、20kg<MY≤25kg、25kg<MY≤30kg、30kg<MY≤35kg和MY>35kg,分别标记为MY15、MY20、MY25、MY30、MY35和MY36。1.3.3生鲜乳中乳脂等级划分荷斯坦牛生鲜乳的乳脂(MilkFat,简称MF)率通常范围为3.00%~4.00%,本研究以小于等于3.00%和大于4.00%为奶牛个体生鲜乳中乳脂水平的下限和上限,中间以0.20%为间隔,共划分为7个等级水平,分别为:MF≤3.00%、3.00%<MF≤3.20%、3.20%<MF≤3.40%、3.40%<MF≤3.60%、3.60%<MF≤3.80%、3.80%<MF≤4.00%和MF>4.00%,分别标记为MF3.00、MF3.20、MF3.40、MF3.60、MF3.80、MF4.00和MF4.01。1.3.4生鲜乳中乳蛋白水平的测定荷斯坦牛生鲜乳中乳蛋白(MilkProtein,简称MP)的含量,通常范围为2.80%~3.40%,本研究以小于等于2.80%和大于3.40%为奶牛个体生鲜乳中乳蛋白水平的下限和上限,中间区域以0.15%为间隔,共划分6个水平,分别为MP≤2.80%、2.80%<MP≤2.95%、2.95%<MP≤3.10%、3.10%<MP≤3.25%、3.25%<MP≤3.40%和MP>3.40%,分别标记为MP2.80、MP2.95、MP3.10、MP3.25、MP3.40和MP3.41。1.3.5育种水平的参考奶牛正常可利用胎次平均为8~10胎,生产实践中多集中于7胎以下,本研究将8胎及8胎以上都统一计为8胎,共设置8个胎次水平。1.3.6牛奶产奶阶段lactation,sl奶牛每胎平均产奶305d,以30d为单位(超过300d统一计为330d),将奶牛产奶阶段(StageofLactation,简称SL)划分11个阶段,分别为0d<SL≤30d、30d<SL≤60d……270d<SL≤300d和SL>300d,分别标记为SL30、SL60……SL300、SL330。1.3.7国月气象概况参考Harmon(1994)报道,考虑我国月度气候情况,本研究将3、4、5月份划分为春季,6、7、8月份为夏季,9、10、11月份为秋季,12、1、2月份为冬季。1.3.8水产养殖地区的水平标准按属地原则,将养殖区域划分为东北、北部、西部、南部、中部和大城市郊区等六个奶牛养殖区域。1.4不同等级内生鲜乳scc累计数生鲜乳SCC有7个水平,设各等级内奶牛个体生鲜乳SCC和生鲜乳产量分别为SCCxy和MYxy,其中,x和y分别表示等级数和等级内奶牛个体数。另设每日群体(奶罐)混合样中生鲜乳SCC累计数为T,各等级内群体混合样生鲜乳SCC累计数为Tn,n从1至7。设总影响系数(C)为1,则奶牛个体对总体的影响为0~1,奶牛个体生鲜乳SCC的水平对群体(奶罐)混合样总体水平的影响系数为Cn,则1.5生鲜乳scc总体水平采用SAS9.0分析软件,利用GLM模型,统计奶牛个体生鲜乳SCC的总体水平和分布;研究奶牛个体生鲜乳SCC的水平和分布对群体混合样(奶罐)生鲜乳SCC总体水平的影响系数;剖析奶牛个体因素(产奶量、乳脂率、乳蛋白含量、胎次和产奶阶段)和环境因素(泌乳季节、泌乳月份、养殖区域和奶牛场)对奶牛个体生鲜乳SCS的影响。2结果2.1不同菌株生鲜乳scc的比较按照生鲜乳SCC等级水平,对225775条SCC数据进行汇总和分类统计,如图1所示,奶牛个体生鲜乳SCC的总体均值为48±117(×104cell/mL);其中,55.1%的奶牛个体生鲜乳SCC小于等于20×104cell/mL,77.9%的奶牛个体生鲜乳SCC小于等于50×104cell/mL;85.2%的奶牛个体生鲜乳SCC小于等于75×104cell/mL;89.2%的奶牛个体生鲜乳SCC小于等于100×104cell/mL;有10.8%的奶牛个体生鲜乳SCC超过了100×104cell/mL。2.2对生鲜乳scc的影响如图2所示,生鲜乳SCC小于等于50×104cell/mL的奶牛个体,对群体混合样总体均值的影响系数为0.26;生鲜乳SCC小于等于100×104cell/mL的奶牛个体,对群体混合样总体均值的影响系数为0.42;生鲜乳SCC大于100×104cell/mL的奶牛个体,对群体混合样总体均值的影响系数为0.58。2.3影响祖母个体生育乳苗scs的因素2.3.1生鲜乳scs的测定按照生鲜乳产量水平,对209370条生鲜乳SCS数据进行汇总和分类统计,如表1和图3所示,生鲜乳产量极显著影响生鲜乳SCS(P<0.01)。MY≤15(kg/d·头)的奶牛个体,其生鲜乳SCS平均为4.44±1.87;随着产奶量的递增,奶牛个体生鲜乳SCS逐渐降低,至MY>35(kg/日·头),降至3.44±1.45。2.3.2生鲜乳scs的测定筛选奶牛胎次与生鲜乳SCS一一对应的209370条生鲜乳SCS数据进行汇总和分类统计,如表1和图4所示,第1胎次奶牛个体生鲜乳SCS为3.75±1.64,以后逐渐递增,至第8胎次增至4.60±1.93。奶牛胎次与生鲜乳SCS总体差异极显著(P<0.01),其中:第1、2、3、4、6或8各胎次间差异极显著(P<0.01)。2.3.3泌乳期各时间点描述筛选产奶天数与奶牛个体生鲜乳SCS一一对应的151182条生鲜乳SCS数据进行汇总和分类统计,如表1和图5所示,泌乳初期(0<SL≤30d)平均为3.71±1.58,泌乳前期(30d<SL≤120d)有所走低,随后逐步增加,至泌乳后期(SL>300d)增至4.47±1.92。总体而言,各产奶阶段生鲜乳SCS差异极显著(P<0.01),随着天数的递增,生鲜乳SCS振荡增加。2.3.4生鲜乳scs的变化筛选乳脂率、乳蛋白含量与SCS均一一对应的209370条生鲜乳SCS数据,进行汇总和分类统计,如表1所示,乳脂、乳蛋白水平均与生鲜乳SCS极显著相关(P<0.01),总体随乳脂和乳蛋白水平的递增,生鲜乳SCS呈上升趋势。2.4环境因素对原生乳scs的影响2.4.1年度水平对新鲜乳液的影响不同年度,生鲜乳SCS水平差异不显著(P>0.05),但随着年度的递增生鲜乳SCS总体呈现下降趋势。2.4.2生鲜乳scc按泌乳月份对225775条奶牛个体生鲜乳SCS数据进行汇总和分类统计,如表1和图6所示,1~3月份,生鲜乳SCC总体较低,其中,2月份最低为3.76±1.60;4~8月份逐步走高,8月份达到最高为4.48±1.91;9~12月份,开始逐渐走低,但总体高于1~3月份。产奶月份与生鲜乳SCC总体差异极显著(P<0.01),其中1、2、3、6、7、8月份间差异极显著(P<0.01)。2.4.3生鲜乳scs季节和因素按季节将225775条奶牛个体生鲜乳SCS数据进行汇总和分类统计,如表1所示,季节极显著影响生鲜乳SCS(P<0.01),其中春、冬两季较低(3.90±1.64和3.82±1.65),且差异不显著(P>0.05);夏季生鲜乳SCS较高,为4.41±1.88;秋季居中,为4.07±1.75。2.4.4生鲜乳scs情况按区域将209370条奶牛个体生鲜乳SCS数据进行汇总和分类统计,如表1所示,不同区域奶牛个体生鲜乳SCC总体差异不显著(P>0.05),其中,饲养在大城市郊区的奶牛个体,其生鲜乳SCS偏低,平均为3.76±1.56,且与其他区域差异显著(P<0.05);饲养在东北部、北部、西部、南部、中部的奶牛个体,其生鲜乳SCS均在4.10以上,区域间存在一定的差异,但并不显著(P>0.05)。2.4.5生鲜乳scs筛选位于同一区域的四个规模奶牛场的40358条生鲜乳SCS数据,进行汇总分类统计,如表1所示,牛场2(DF2)奶牛个体生鲜乳SCS为1.86±1.07,与其他场间差异极显著(P<0.01);牛场1(DF1)居中为3.54±1.53,与牛场3(DF3)、牛场(DF4)间差异显著(P<0.05);牛场3(DF3)和牛场(DF4)其生鲜乳SCS基本一致,差异不显著(P>0.05)。3讨论3.1生鲜乳scc的分布规模奶牛场由于集约和标准化程度较高,其奶牛个体生鲜乳SCC水平总体较低。本研究表明,我国规模奶牛场奶牛个体生鲜乳SCC的总体均值为48×104cell/mL,其中,SCC≤50×104cell/mL的奶牛个体比例为77.9%。与赖安强(2009)的研究报道生鲜乳SCC均值42.4×104cell/mL,SCC<50×104cell/mL的占78.7%的结论基本一致;与刘光磊等(2009)报道,2008年上海区域SCC低于50×104cell/mL的奶牛个体占75.7%的比例相符;同李世平等(2008)报道的39.9×104cell/mL接近;也完全落在齐安鑫(2008)报道的40~91(×104cell/mL)范围内;比魏巍(2005)报道的大庆地区规模奶牛场SCC为72×104cell/mL的水平低,比李建斌等(2006)报道的SCC平均数为7×104cell/mL的水平高。总体而言,各类研究报道其奶牛个体生鲜乳SCC的水平和分布状况基本一致,但因生鲜乳样品分布区域、样品数量及其他因素存在一定的差别,致使所研究群体的生鲜乳SCC平均水平和分布也不完全相同。本研究生鲜乳样品覆盖范围广、样本数量大,基本能代表我国规模奶牛场奶牛个体生鲜乳SCC的水平和分布。3.2群体对生鲜乳scc的影响奶业生产中,管理者和生产者在关注奶牛个体生鲜乳SCC水平和分布状况之外,更关心群体混合样(奶罐样品)中生鲜乳SCC的高低,因为它是衡量总体生鲜乳SCC水平的关键。群体混合样生鲜乳SCC的高低,跟群体中个体的生鲜乳产量、SCC和群体内个体的数量相关。本研究群体中,有77.9%的奶牛个体,其生鲜乳SCC小于等于50×104cell/mL;有89.2%的奶牛个体,其生鲜乳SCC小于等于100×104cell/mL;仅有10.8%的奶牛个体,其生鲜乳SCC超过了100×104cell/mL,但其对群体混合样生鲜乳SCC总体水平的影响系数高达0.58(以总影响系数为1)。故群体生鲜乳SCC偏高,其重要原因是群体中存在少数高体细胞数个体。生产中,我们可通过定期监测个体生鲜乳SCC状况,进而筛选出高体细胞数含量的个体,通过单独挤奶和积极治疗,最终有效降低群体(奶罐)混合样生鲜乳SCC的水平。3.3生鲜乳scs和总乳蛋白率奶牛个体产奶水平极显著影响生鲜乳SCS(P<0.01),本研究表明,随着奶牛个体产奶量的增长,生鲜乳SCS逐渐下降,奶牛个体产奶水平和生鲜乳SCC呈负相关。Dalject等(1999)研究曾证实,体细胞数在20×104cell/mL的基础上,每增加10×104cell单位,生鲜乳产量约下降2.5%;Pankey(1993)和美国全国乳房炎委员会也证实,乳房受感染,生鲜乳体细胞增加,将损失10%~15%的胎次产奶量;李国江等(1998)也曾报道,每头隐性乳房炎奶牛平均日产奶量减少3.7kg。奶牛个体生鲜乳SCC增加,生鲜乳产量下降的机制可能是生鲜乳SCC超过一定程度增高,说明乳房出现了一定程度的感染,机体产生大量的白细胞用于消灭病原菌和修复损伤的组织,大量的白细胞聚集在一起,堵塞了部分乳房管道,使其分泌的乳汁无法排出,从而导致泌乳细胞总量的减少,导致生鲜乳产量下降。奶牛个体生鲜乳的各成份之间存在相互的影响关系,本研究表明,奶牛个体生鲜乳的乳脂率和乳蛋白率均极显著影响生鲜乳SCS(P<0.01),随着乳脂率和乳蛋白率水平的走高,生鲜乳SCS的水平也振荡走高。其如此影响的原因可能是,乳脂率和乳蛋白率水平上升,相对说明生鲜乳产量有所下降,对生鲜乳SCC的稀释作用减弱。郭奇慧(2007)曾研究证实,生鲜乳SCC偏高仅影响乳腺酪蛋白的合成,但对总乳蛋白含量没有影响。因此,在总乳蛋白含量基本稳定的前提下,生鲜乳产量下降,导致生鲜乳SCC上升,影响生鲜乳SCS也上升。奶牛的胎次水平极显著影响生鲜乳SCS(P<0.01),本研究表明,奶牛胎次与生鲜乳SCS呈正相关,即随着奶牛胎次的递增,奶牛个体生鲜乳SCS呈上升趋势。赖安强(2009)、齐安鑫(2008)、李建斌(2006)等也都有一致研究结果。其影响机制可能是随着奶牛胎次的递增,乳房受损伤的程度增加,其抵抗感染的能力减弱,导致生鲜乳SCS的上升。奶牛产奶阶段极显著影响奶牛个体生鲜乳SCS(P<0.01),本研究表明,随着奶牛产奶阶段的延长,生鲜乳SCS总体逐步走高。与Schepesr等(1997)、Rodriguez-ZAS等(2000)、Cern-Muifoz等(2002)、Green等(2004)、李建斌等(2006)、李世平等(2008)研究结果相符。泌乳初期(0~30d),奶牛个体生鲜乳SCC较高,可能是分娩、产奶和饲养管理改变等因素导致奶牛强烈应激,致使奶牛出现阶段性免疫力减弱,生鲜乳SCC总量增加,且初期分泌的初乳特别浓稠,对其中SCC的稀释作用较弱,导致泌乳初期SCS偏高。进入泌乳前期(30~120d),随着应激减弱,体细胞产生量下降和生鲜乳产量增加,生鲜乳SCS走低;后随着泌乳天数的延长,奶牛乳房损伤程度加大,生鲜乳SCS数量增加,且奶牛生鲜乳产量逐步走低,稀释作用减弱,故在泌乳的中、后期(120~330d)其生鲜乳SCS总体逐渐走高。3.4生鲜乳scs的季节和季节动态随着年度的递增,生鲜乳SCS总体走低,但差异不显著(P>0.05);养殖区域和奶牛场对生鲜乳SCS总体影响也不显著。其中,受饲养管理水平不同的影响,部分奶牛场间奶牛个体生鲜乳SCC差异显著。在本研究中,大城市郊区生鲜乳SCS就极显著低于其他区域(P<0.01)。泌乳月份和季节均极显著影响生鲜乳SCS(P<0.01),本研究表明,随着月份的递增,生鲜乳SCS总体逐步走