热应激对加拿大荷斯坦奶牛受孕间隔的影响机制及温湿指数阈值研究

《Journal of Dairy Science》：Modeling heat stress effects on first service to conception rates in Canadian Holstein dairy cattle

　　本研究针对热应激(HS)导致奶牛繁殖性能下降的产业难题，通过分析超200万条加拿大荷斯坦奶牛繁殖记录，结合NASA气象数据，首次精准确定了影响首次配种至受孕间隔(FSTC)的温湿指数(THI)阈值为66。研究发现定时人工授精(timed AI)比发情检测对热应激更敏感，并绘制出加拿大高风险区域地图。该成果为制定精准热应激管理策略和耐热育种提供了重要科学依据，对保障温带地区奶牛养殖可持续发展具有重要意义。

　　

随着全球气候变暖加剧，热应激已成为威胁畜牧业可持续发展的重大挑战。在奶牛养殖业中，热应激不仅会造成产奶量下降，更会严重损害繁殖性能，导致受胎率降低和空怀期延长，给养殖户带来巨大经济损失。尽管热应激的影响已广为人知，但科学界一直存在一个关键难题：到底达到什么样的热环境条件，奶牛的繁殖功能才会开始受到显著影响？这个临界点的确定，对于制定精准有效的热应激管理策略至关重要。

加拿大作为全球重要的奶业国家，其荷斯坦奶牛品种以其高产性能闻名，但同时也对热环境特别敏感。由于加拿大地处温带，奶牛缺乏长期适应高温环境的进化历史，可能比热带地区的牛群更容易受到热应激的侵害。然而，关于热应激对加拿大奶牛繁殖性能影响的具体阈值，特别是针对首次配种至受孕间隔这一关键繁殖指标的研究仍显不足。

为了解决这一科学问题，圭尔夫大学家畜遗传改良中心的研究团队在《Journal of Dairy Science》上发表了最新研究成果。他们开展了一项大规模研究，旨在精确确定热应激开始影响加拿大荷斯坦奶牛繁殖性能的温湿指数阈值，并评估不同繁殖管理策略对热应激反应的差异，同时识别加拿大境内的热应激高风险区域。

研究人员为开展这项研究采用了多项关键技术方法。研究团队收集了2008年11月至2022年4月期间超过200万条加拿大荷斯坦奶牛的繁殖记录，涵盖第1-3胎次。气象数据来源于NASA的POWER数据库，通过计算每小时温湿指数(THI)并取24小时平均值获得每日THI值。采用单性状重复性模型对FSTC表型进行调整，以排除已知环境和遗传因素的影响。运用分段线性回归方法识别热应激效应开始的THI阈值，并比较了不同发情同步化方案（定时人工授精与发情检测）对热应激反应的差异。最后通过分析2009-2021年夏季气象数据，评估了加拿大各地区的热应激风险。

Summary Statistics

研究数据主要来自安大略省和魁北克省（占80%），第一胎次记录占比最高（48%）。平均FSTC随着胎次增加而延长，而调整后的残差FSTC则随胎次增加而减小。整体平均FSTC为36.5±43.4天，与先前加拿大和丹麦荷斯坦牛群的估计值一致。高标准差表明存在显著的生物和环境变异。与繁殖记录相关的平均THI在三个时间窗口内保持稳定，平均值为47±15，最高值在76-77之间。

THI Thresholds

在所有评估的时间窗口和胎次中，热应激效应开始的阈值介于THI 65至68.6之间。窗口长度对阈值估计的影响比胎次更大。较短的窗口（W1：配种前3天至配种后2天）显示出最一致和准确的估计，平均阈值接近THI 66，因此被选为代表性阈值。分段回归模型拟合良好，调整R²值在0.82至0.98之间。当THI超过66时，残差FSTC开始显著增加，在THI 75时比中性温度条件下延长约3天。

Estrus Synchronization Effect

对发情同步化影响的分析显示，定时人工授精(timed AI)和发情检测(heat detection)对热应激的反应存在显著差异。定时人工授精的阈值较低（THI 64），但超过阈值后的斜率较缓（0.44）；而发情检测的阈值较高（THI 72.8），但超过阈值后的斜率更陡（3.27）。这表明接受定时人工授精的奶牛在较低的热环境压力下FSTC就开始增加，但对极端热应激的反应相对温和；而基于发情检测授精的奶牛在更广泛THI值范围内保持稳定性能，但在极端热应激下性能下降更为急剧。

Weather Patterns

气象模式分析显示，安大略省，特别是南安大略省具有最高的夏季热负荷，平均THI接近70。魁北克省、阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省的平均THI在60至65以上。安大略省有超过50%的夏季日平均THI高于66，且超过50%的夏季日子里每日平均THI高于66，表明该地区奶牛面临持续的热应激暴露。除不列颠哥伦比亚省外，所有省份在数据集内的最近四年都经历了最热的夏季。

研究结论表明，热应激对加拿大荷斯坦奶牛首次配种至受孕间隔的影响阈值为THI 66，较短的评估窗口（配种前3天至配种后2天）即可有效检测热应激效应。定时人工授精方案比发情检测对热应激更敏感，但后者在极端热应激条件下性能下降更为急剧。安大略省被确定为高风险区域，其奶牛面临长期的热应激暴露。

这一研究的重要意义在于首次精准确定了影响加拿大荷斯坦奶牛繁殖性能的热应激阈值，为制定区域特异性的热应激管理策略提供了科学依据。研究结果提示，针对不同繁殖管理方案需要采取差异化的热应激应对措施。考虑到气候变化导致温度持续上升的预测，这一研究成果对于保障加拿大乃至其他温带地区奶牛养殖业的可持续发展具有重要指导价值。未来需要进一步开展遗传分析，评估热应激条件下的基因型与环境互作效应，为耐热育种提供理论基础。