北京地区泌乳牛夏季鼓膜温度昼夜节律及影响因素研究

许静漪，罗汉鹏，付 琪，胡羽飏，段禹交，黄思琪，周月玲，杨桐桐，张亚一，郭 刚，刘巧香，王雅春

(1.中国农业大学动物科技学院，农业农村部动物遗传育种与繁殖(家畜)重点实验室，畜禽育种国家工程实验室，北京 100193；2.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100029；3.北京生物种业创新联合体，北京 101206)

体温是衡量恒温动物热平衡的唯一可靠指标[1]，可以在动物体内或体外的不同部位测量，如直肠、耳、瘤网胃、前额或乳房表面等[2]。不同部位体温不尽相同，畜禽生产中一般以直肠温度代表动物体温[1]。直肠温度是兽医监测牛身体健康状况的常用手段，是测量牛体温的黄金标准[3]。但直肠温度测定需要投入额外的人力，且其测定结果会受到测定过程中人员操作的影响，如熟练程度、插入深度和测定时间等，同时还会对奶牛造成应激。除直肠温度外，鼓膜温度、阴道温度和瘤胃温度等在研究中较为常见。鼓膜温度是一个非常可靠的体温指标[2]，是犊牛唯一有效的核心体温指标[4]。与直肠温度[5]或阴道温度[6]相比，鼓膜温度对环境温度的变化更敏感，反应更快；研究表明鼓膜温度对环境温度的效应时间为6 min，比直肠温度早14 min[7]。鼓膜温度测定设备能够深入到牛的耳道，经无线传输可获得相对长期连续的数值，用于实时监测。有关肉牛[8]和猪[9]的研究表明，鼓膜温度的准确性和可重复性相对较高，鼓膜温度与直肠温度呈强相关关系(r=0.67)[10]，Prendiville等[11]研究也发现，数字温度计在直肠中记录的温度与耳道中无线记录的温度无统计学差异。

家畜体温变化反映了机体产热和散热的暂时不平衡[12]，在气候变化较规律时，奶牛通过生理代谢过程适应环境条件变化[13]。环境温湿度指数(temperature-humidity index，THI)是牲畜热应激的标准指标[10]，广泛应用于奶牛热应激相关研究。综合气候指数(comprehensive climate index，CCI)与THI相关[14]，但更为复杂。Jara等[15]报道了15头经产荷斯坦奶牛的鼓膜温度与CCI密切相关。除温湿度、空气流速、热辐射和光暗周期等环境因素外[16-17]，体温的日常变化还受到品种、年龄、体况、泌乳、妊娠、疾病和代谢水平等生理因素影响[18]。据报道，热应激情况下瘤牛体温显著低于非热应激瘤牛[18]；泌乳奶牛直肠温度随泌乳阶段推移逐渐降低[19]；动物的繁殖活动伴随着体温的规律性变化[20]，如妊娠期奶牛阴道温度(39.1 ℃)比空怀牛的(38.3 ℃)高[21]。生产管理中人为或设备的刺激也是引起体温变化的重要因素，研究证明挤奶前后奶牛直肠温度存在差异[22]。挤奶时对乳房的清洗和按摩均会刺激奶牛神经-下丘脑-脑垂体轴，使奶牛体温升高；而挤奶后奶量的流失会带走身体的部分热量，导致体温降低[23]。

基于连续监测的鼓膜温度记录，可以了解奶牛的行为特点和生活习性，有效避免人为活动对奶牛产生的影响；同时，鼓膜温度具有可连续监测和敏感度高的优点，逐渐受到牧场及研究人员的重视。目前已有研究报道了奶牛犊牛、肉牛犊牛和肉牛育成牛的鼓膜温度与环境温度、直肠温度、鼓膜温度和阴部温度等之间的关系[2,8,24-27]，以及美国安格斯牛鼓膜温度的昼夜节律等[12]，但鲜有泌乳牛鼓膜温度影响因素以及鼓膜温度生物节律的研究。本研究对北京地区某规模化牧场泌乳牛的鼓膜温度及直肠温度进行监测，旨在深入分析奶牛鼓膜温度的变化规律和影响因素，为进一步了解奶牛行为及生理规律，利用鼓膜温度对牛群进行精细管理提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 试验群体

试验于2021年8月5日至8月8日于北京市某规模化牧场进行。对牧场638头荷斯坦泌乳牛的鼓膜温度和直肠温度及环境温度和湿度进行了测定，试验牧场为开放式牛舍，夏季时采食区与待挤区使用喷淋和风扇进行降温，试验牛群每日挤奶3次，每次挤奶后喂料。泌乳牛群均采用全混合饲粮(total mixed ration，TMR)饲喂，自由采食。

1.2 数据测定

耳部鼓膜实时温度数据采用Health Monitoring Tag设备(T-AC03，南京稻盛弘网络科技有限公司)测定。试验牛鼓膜温度原始数据每小时记录1次，每头泌乳牛每天共有24条鼓膜温度记录。试验期间，对试验牛的鼓膜温度记录进行备份和收集，共获得638头泌乳牛的55 157条原始鼓膜温度记录，用于变化规律研究。直肠温度由试验人员现场测定，每天测定2次(上午：07：00～12：00，下午：14：00～19：00)，每头牛每次至少测定2次。去除仅有单次测定的温度记录后，获得246头牛的1 077条直肠温度记录。连续监测记录牧场环境的温度和湿度，每小时测定1次，计算THI，共获得93条THI记录，用于变化规律研究。THI=0.8×T+(RH/100×(T-14.4))+46.4[28]，式中：T，环境温度；RH，相对湿度(%)。奶牛在THI为68时发生热应激，6882时为重度热应激[16]。试验牛的泌乳及繁殖数据来自于牧场的奶牛生产性能测定(dairy herd improvement，DHI)记录和生产管理记录。

1.3 数据整理

使用Excel 2019对直肠温度记录进行质控，成年奶牛正常体温为37.5～39.5 ℃[29]，故剔除温度低于37.5 ℃的数据，共保留244头牛的845条直肠温度记录。匹配直肠温度每6 h测定期间内的鼓膜温度和THI，并分别取6 h平均值，共获得161头的606条直肠温度记录、606条平均6 h鼓膜温度和6条THI记录，用于计算直肠温度和鼓膜温度之间的相关系数。由于每1 h内鼓膜温度存在不同程度缺失，故将3 h的鼓膜温度实时记录平均值作为观测值。将直肠温度和3 h鼓膜温度数据匹配泌乳阶段、胎次、繁殖状态以及对应时间段THI等，最终获得151头牛的583条直肠温度、4 713条3 h鼓膜温度和19条6 h THI和3 h THI用于影响因素分析。

1.4 影响因素效应划分

根据试验牛泌乳天数的分布，在尽可能保证数据均衡并反映奶牛不同泌乳阶段特征的基础上，将试验牛的泌乳期划分为3个泌乳阶段，分别为泌乳前期(1～100 d)、泌乳中期(101～200 d)和泌乳后期(>200 d)；将试验牛胎次划分为3个水平，分别为1、2和3胎及以上；根据妊娠或非妊娠，将繁殖状态分为2个水平；根据牛群挤奶时间与直肠温度测定时间，将直肠温度测定时间分3个水平，分别为1(挤奶前1 h)、2(挤奶后1 h)和3(其他时间)，鼓膜温度的测定时间根据每3 h划分，共分为8个水平。

1.5 统计分析

利用R 4.1.2软件对鼓膜温度和直肠温度进行相关性分析及显著性检验。测定期间内鼓膜温度和直肠温度存在重复测定，故使用SAS 9.2软件中的Mixed过程，分析THI、测定时间、泌乳阶段、胎次以及繁殖状态对处于荷斯坦泌乳牛鼓膜温度和直肠温度的影响。采用Bonferronit法进行多重比较，以P<0.05为差异显著，计算结果以最小二乘均值±标准差表示。分析模型如下：

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

式中，Yijkmnp，鼓膜温度或直肠温度；μ，群体均值；THI，环境温湿度指数；β，THI的回归系数；Ti，测定时间效应；Lj，泌乳阶段效应；Pk，胎次效应；Fm，繁殖状态效应；IDn，随机永久环境效应；eijkmnp，随机残差。

2 结 果

2.1 鼓膜温度和THI的变化规律

夏季泌乳牛鼓膜温度变化的生物节律和THI的变化规律见图1。试验期内，THI在24 h内波动较大，在02：00～04：00相对较低且标准差较大，于06：00达到最低，于16：00达到最高。泌乳牛鼓膜温度在24 h内变化较大，差值为0.86 ℃；鼓膜温度在13：00达到最高，在08：00达到最低；鼓膜温度在05：00和17：00出现两个次高峰；泌乳牛鼓膜温度总体变化趋势略迟滞于THI。

2.2 泌乳牛体温相关指标的描述性统计

泌乳牛直肠温度、鼓膜温度及THI的描述性统计结果见表1。试验期间，76.11

表1 泌乳牛体温及环境温湿度指数描述性统计

续表

2.3 泌乳牛鼓膜、直肠温度与THI的简单回归

泌乳牛鼓膜温度和直肠温度随THI的变化规律见图2。由图2可知，鼓膜温度与直肠温度显著正相关(P<0.05)，相关系数为0.35。鼓膜温度和直肠温度随THI上升均呈上升趋势，鼓膜温度和直肠温度对THI回归均显著(P<0.05)，回归趋势基本一致，回归方程分别为：鼓膜温度=0.09×THI+31.50 (R2=0.09)，直肠温度=0.10×THI+30.32 (R2=0.08)。

图2 泌乳牛鼓膜温度和直肠温度随环境温湿度指数变化趋势

2.4 各因素对鼓膜温度和直肠温度的影响

各因素不同水平下的鼓膜温度和直肠温度及多重比较结果见表2和3。由表2可知，测定时间和胎次对鼓膜温度有显著影响(P<0.05)，THI对泌乳牛鼓膜温度回归显著(P<0.05)，泌乳阶段和繁殖状态对鼓膜温度无显著影响(P>0.05)。15：00～17：00泌乳牛鼓膜温度显著高于其他时间(P<0.05)，09：00～11：00泌乳牛鼓膜温度显著低于其他时间(P<0.05)；1、2胎泌乳牛与3胎及以上泌乳牛的鼓膜温度之间均存在显著差异(P<0.05)，其中2胎牛鼓膜温度最高，较3胎及以上高0.10 ℃。

表2 不同效应下泌乳牛的鼓膜温度

由表3可知，胎次和泌乳阶段对直肠温度均有显著影响(P<0.05)，THI对泌乳牛直肠温度回归显著(P<0.05)，测定时间和繁殖状态对直肠温度无显著影响(P>0.05)。3胎及以上泌乳牛直肠温度最低，且与2胎泌乳牛差异显著(P<0.05)；泌乳中期(101～200 d)直肠温度最低，且显著低于泌乳前期(P<0.05)。

表3 不同效应下泌乳牛的直肠温度

3 讨 论

3.1 北京地区母牛夏季体温昼夜节律

本研究发现，泌乳牛鼓膜温度随着THI的变化呈明显的生物节律，且滞后于THI的变化。已有研究证明牛体温变化相对环境温度变化存在3～4 h的迟滞[30]。泌乳牛鼓膜温度于13：00达到最高，08：00达到最低，且在05：00与17：00存在2个次高温峰值，与Bar等[6]研究中泌乳牛阴道温度的变化一致，呈现出相似的温度变化曲线和相同的峰值时间；温度变化峰值与犊牛[31]和肉牛[26]体温变化(07：00最低，14：00最高)也十分接近。上述3项研究中，试验牛均处于中度及以上热应激状态，与本研究相似。在其他试验牛处于轻度或非热应激的研究中，犊牛和肉牛24 h内鼓膜温度最低的时间(06：00～08：00)与本研究相近，但仅存在1个高温峰值，达到高温峰值时间与本研究次高温峰值时间相近(17：00～18：00)，这表明奶牛的体温变化规律在中度热应激与轻度或非热应激下存在差异。热生理学家一般认为体温的昼夜节律的波动主要与稳态有关，并且通过体温调定点的振荡由昼夜节律系统进行二次调节[32]。有研究表明，动物体温昼夜节律通常是单相的，在凉爽或中等温度条件下，动物体温的昼夜节律最大值在傍晚，最小值在早晨[12]。一旦热环境超过体温调节阈值，动物体温就会受到环境条件的驱动，体温节律就会被打乱，出现相移和振幅增加的现象等[12]，这与本研究发现的额外体温高峰(05：00与17：00)相符。

3.2 鼓膜温度与直肠温度的影响因素分析

北京地区6至8月是奶牛热应激发生最严重的3个月，THI能够客观反映奶牛所处的热环境[14,33-35]。本研究中，试验牛测定时间为8月上旬，试验场全天THI最高值为83.18，最低值为76.11，远高于THI为68的热应激阈值，处于中度甚至重度热应激[16]；泌乳牛鼓膜温度和直肠温度随THI升高急剧升高，回归系数分别为0.09和0.10。Peng等[36]研究发现，当THI介于58.40～74.10时，直肠温度随THI升高而降低；当THI>74.10时，直肠温度随THI升高急剧升高，回归系数为0.07，略低于本研究(0.10)。本研究群体中，泌乳牛鼓膜温度平均值高于直肠温度，与Guidry等[7]的研究结果相符，高湿热环境下鼓膜温度会高于直肠温度；但Myers等[37]研究发现，在荷斯坦犊牛和成母牛中，鼓膜温度读数始终低于直肠温度，与本研究结果不同，可能是该研究中荷斯坦牛处于非热应激状态的原因。本试验中，鼓膜温度与直肠温度显著正相关，相关系数为0.35；有研究表明鼓膜温度与直肠温度呈强相关关系(r=0.67)[10]；Prendiville等[11]研究表明数字温度计记录的直肠温度与耳道中温度无统计学差异。上述研究均表明，鼓膜温度能够及时准确地反映奶牛体温的变化。

本试验中，胎次显著影响泌乳牛的鼓膜温度和直肠温度。2胎泌乳牛鼓膜温度和直肠温度均高于其他胎次泌乳牛，3胎及以上泌乳牛鼓膜温度和直肠温度最低，这可能与奶牛自身生理状态有关。研究表明，荷斯坦牛的产奶量与代谢产热正相关[38]，高产奶牛饮水时间和饮水次数高于低产奶牛[39]也从侧面说明了这点。1胎牛仍处于成长期，生长代谢旺盛，但产奶量相对较低；2胎牛体格达到成熟，产奶量较高，代谢产热较多；3胎及以上奶牛体格成熟，身体机能更完善，体温调节能力强。研究表明3胎及以上奶牛活动量相对低于其他胎次[40]，因此在热应激状态下仍能保持较低的体温。测定时间对泌乳牛鼓膜温度影响显著，主要由不同测定时间内环境温度的变化导致。泌乳阶段对泌乳牛直肠温度影响显著，Shalit等[41]研究表明，在相似环境下，泌乳期奶牛直肠温度比围产期奶牛高9 ℃。研究表明，泌乳中期(101～200 d)奶牛活动量低[40]，代谢产热相对较低，因此泌乳中期奶牛鼓膜温度和直肠温度均为最低；泌乳前期(1～100 d)奶牛产奶量较高，由于妊娠和生产导致的采食量降低得到恢复，采食量达到高峰，同时泌乳前期奶牛活动量相对较高[40]，因此其鼓膜温度和直肠温度都相对较高。本试验中，泌乳后期(>200 d)试验牛共174头，其中仅9头牛处于非妊娠状态，其余均为妊娠状态；此阶段奶牛产奶量下降，但胎儿增大，自身体重增加，代谢活动较强。沈留红等[19]的研究中，热应激情况下泌乳期奶牛直肠温度随泌乳阶段推移逐渐下降，但本研究中泌乳后期奶牛直肠温度高于泌乳中期奶牛。上述研究数据量有限(10头)，且未考虑妊娠对奶牛的影响，可能是其结果与本研究不完全一致的原因。

4 结 论

鼓膜温度作为实时体温监测指标，与直肠温度呈正相关关系(r=0.35)。其昼夜生物节律变化明显，环境变化(THI)和奶牛生理状态(不同胎次)均对其有显著影响。进一步探究其与热应激状态、生产性能以及疾病发生间的关系，可为牛群的智能化监测和精细化管理提供有效信息。