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1 2022年奶業生產與貿易情況
自2021年下半年以來,全球奶業主要生產國家的原料奶總產量連續下降,至2022年6月,主要生產國月度總產量連續10個月下降。自2022年7月開始,主要生產國的總產量再次回到增長軌道;截至2022年10月,主要生產國當月總產量同比增長0.49%,但是12個月累計總產量同比仍減少0.51%,其中新西蘭月度總產量連續15個月減少。由于供需偏緊和成本上漲,2022年主要國家原料奶價格總體都有較大幅度上漲。
在成本上漲和原料奶供需緊張等因素的驅動下,2022年全球乳制品價格總體趨漲,下半年隨著供需緊張關系緩解,乳制品價格轉為下降。全年乳制品價格指數均值142.46,比2021年全年平均價格指數高23.35個百分點。
在貿易方面,2022年美國折原料奶后的乳制品出口量繼續增長,新西蘭基本與2021年持平,歐盟出口量(扣除歐盟成員國相互間貿易后的凈出口量,下同)出現明顯下降,主要出口國的出口總量與2021年相比略有下降。
2 2022年國際奶牛產業技術研發進展
高通量測序技術加快了奶牛重要性狀遺傳機制研究進程。截至2022年底,已報道7 383、9 958、11 911、2899個與牛產奶量、乳蛋白率、乳脂率和體型相關的數量性狀基因組座位(QTLs)(https://www.animalgenome.org)。
牛性狀分子調控機制的組學研究取得重要進展。英國愛丁堡大學、美國農業部農業研究局、中國農業大學等合作,構建了牛的基因型-表達量圖譜(CattleGTEx),包括了牛的100多種組織和細胞類型的表達譜、21種組織的DNA甲基化圖譜,定位了調控牛43種重要經濟性狀的候選基因,成果發表于《自然-遺傳學》(Liu等)。
挖掘出部分新性狀的遺傳機制。美國、日本學者研究證明牛奶導電率(h2=0.39-0.50)、牛奶流量(h2=0.37)、啟動泌乳時間(h2=0.22)和擠奶時間(h2=0.29)具有中高遺傳力,可作為遺傳改良目標性狀(Gloria等;Kawakami等)。Martin等通過全基因組關聯分析(GWAS)鑒定出40個與先天免疫反應相關的基因組區域。Carthy等進行8年研究發現,娟姍牛腸門閉鎖與14號染色體上的基因區域有關。中國農業大學報道了導致奶牛胚胎早期死亡的IFT80基因突變(Yang等)。
2022年研究者將多層次的組學數據應用在遺傳評估模型中,以提高評估的準確性。Legarra和Christensen提出了GOBLUP(Genomics omics BLUP)模型,分析中先估計多組學信息對復雜性狀的影響和剩余育種值,然后再估計經多組學信息介導的基因組育種值(Mediated Breeding Values),可以提高復雜性狀基因組選擇的準確性。
Arneson等通過DNA甲基化芯片位點信息,捕捉到所有環境因素引起的表觀修飾表達變化,彌補了SNP芯片位點信息捕捉到的隨機遺傳效應,有助于進一步完善G×E模型。在哺乳動物中已開發一款36K保守CpG的芯片,涵蓋200個物種的特定跨物種突變。
2022年奶牛快繁技術不斷深入。Zhu等應用核糖體圖譜結合轉錄組測序首次揭示了牛卵母細胞以及植入前早期胚胎發育過程中mRNA選擇性翻譯的調控方式,為卵子高效利用和胚胎發育調控提供了潛在的調控靶點。體外胚胎生產體系不斷優化,胚胎培養液中血清類型和調控因子的篩選有效提高了囊胚率和移植妊娠率(Amaral等)。外泌體可能在調控胚胎-輸卵管/子宮細胞間通訊方面發揮重要的調控作用(Bastos等)。
通過改進程序(Nabi等)、添加辣椒精、N-氨甲酰谷氨酸、能量平衡等以提高情期受胎率,阿根廷依據母牛發情表現追加GnRH給藥次數,提高配種后的情期受胎率達58.5%(Tschopp等)。
蛋白水平和過瘤胃氨基酸的應用仍是研究重點。Doran等報道,與18%粗蛋白相比,泌乳后期放牧奶牛飼喂14%粗蛋白水平補充料在不影響產奶量和乳成分的前提下增加了0.9 kg/d的干物質采食量,但氮利用率降低了2.3%。Hisadomi等研究發現圍產期奶牛飼喂過瘤胃谷氨酸可增加采食量和飼料消化率,產犢后減少體脂和蛋白質的動員,對產奶量無影響。Ding等給泌乳奶牛靜脈灌注精氨酸,發現可通過提高產奶量和促進脂肪酸的從頭合成增加乳脂產量。
碳水化合物的研究主要集中在提高碳水化合物的消化率以及飼料資源的開發等方面。Jenchieh等發現添加0.5 mL纖維溶酶對奶牛的采食量、泌乳性能以及消化率均有提高,但添加過高也會對奶牛產生負面影響。Ravelo等采用體外試驗,用糖蜜或濃縮乳清滲透液代替日糧中的玉米,發現濃縮乳清滲透液代替組的總揮發酸顯著高于糖蜜替代組。在等能等氮的前提下,Wesley等分別使用玉米農副產品代替全株玉米青貯(粗料代替),使用柑橘顆粒和玉米酒釀代替濕玉米麩質飼料(精料代替),結果顯示粗料替代后的干物質采食量顯著升高,精料替代后奶牛產奶量、乳蛋白、乳脂以及乳糖產量均顯著升高。
脂肪(酸)對于犢牛日增重、泌乳牛產奶量、乳脂肪率、炎癥等均有影響。飼喂含α-亞麻酸的亞麻油、日糧補充棕櫚脂肪酸或大豆油可提高犢牛的日增重(Jasem等)。奶牛日糧組合添加α-亞麻酸和亞麻籽油(Pereira等)、菜籽油(Razzaghi等)、有機硒+VE+葵花籽油(Saran等)均會提高產奶量。在泌乳期奶牛日糧中添加共軛亞油酸(Huang等)、補充氫化棕櫚脂肪酸(Pacheco等)會增加乳脂含量。相較于飽和脂肪酸,多不飽和脂肪酸能更有效地抑制細胞因子的分泌,使機體更容易發生炎癥反應(Vanacker等;Feng等)。
提高氮和碳的利用可以有效降低氮和甲烷的排放。飼喂草地雀麥(Beltran等)、甜葉菊干草(Jiang等)、枯草芽孢桿菌和麥落菌提取物(Jia等)、低蛋白日糧中添加外源β-甘露聚糖酶(Tewoldebrhan等)可提高氮利用。日糧補充大豆油和葡萄籽單寧提取物(Thanh等)、高脂肪含量的辣椒油樹脂和丁香精油混合物(Silvestr等)均可降低奶牛甲烷產量。
布魯氏菌病和結核病是世界各國重點關注的人畜共患病,自然感染和疫苗免疫鑒別蛋白的篩選一直是研究熱點。Novak等研發了1種可用于鑒別診斷自然感染和疫苗免疫的布魯氏菌血清型的免疫層板方法,敏感性和特異性分別為96.9%和100%。Novoa等研發了1種檢測牛奶中布魯氏菌抗體的間接ELISA試劑盒,敏感性和特異性分別為98.61%和98.79%。Tarrahimofrad等研制了1種多表位肽類疫苗,可預防羊布魯氏菌、豬布魯氏菌和牛布魯氏菌。Subramanian等報道了1種基于ESAT-6、CFP-10和Rv3615c多肽組成的結核皮試方法,可以鑒別自然感染和芽孢桿菌(卡介苗)疫苗免疫牛只,特異性較好。
其他傳染病的研究也在有序推進。Wernike等發現,市售的BVDV ELISA試劑盒和抗體對陰性樣品的檢測準確率都比較高,但對陽性樣品尤其是牛奶樣品檢測結果存在較大差異。Klimowicz-Bodys等報道,多次接種含有BVDV-1a滅活疫苗的懷孕母牛和胎牛無法完全預防其他BVDV亞基因型感染,甚至有導致胎兒發生PI感染的可能(Klimowicz-Bodys等)。Petrini等報道,IBR標記疫苗對野生型BHV-1感染具有保護作用,但對野生型BHV-1感染潛伏期無免疫效果。伊維菌素具有抗結節性皮膚病病毒和羊痘病毒效果(Toker等)。Penterman等發現奶牛出現牛支原體病征前后都可以檢測出牛支原體,且犢牛和育成牛也都可以檢測出牛支原體。
2022年奶牛常見普通病監測和防控方面技術成果主要集中在乳房炎、犢牛腹瀉、圍產期奶牛能量代謝病、低鈣血癥及瘤胃酸中毒等。MIR光譜數據與SCS相結合可以更準確地預測臨床乳房炎的發生(Rienesl等),血液代謝組學分析可用于診斷亞臨床乳房炎(Zhang等)。FN1和APOC4可能是診斷犢牛濕熱泄瀉的潛在臨床生物標志物,IgA產生、咖啡因代謝、嘌呤代謝和PI3K信號通路的腸道免疫網絡是治療犢牛濕熱泄瀉的候選靶點(Yan等)。益生菌可改善腸道健康、降低腹瀉發生,如戊糖山球菌RM119(Jayswal等)、雙歧桿菌、干酪乳桿菌、糞鏈球菌等多菌株益生菌(Wu等;Guo等;Stefańska等)。miR-26a和MAP3K8可能是奶牛子宮內膜炎的潛在生物標志物和治療靶點(Huang等)。
圍產期能量負平衡是奶牛脂肪分解過程的氧化應激加劇了脂肪分解和炎癥反應,進一步促進氧化應激(Zachut等)。位于牛常染色體BTA6和BTA16上的2個主要區域與奶牛低鈣血癥相關(Cavani等)。酮病奶牛導致該胎次患有蹄底潰瘍和白線蹄病的數量是對照奶牛的0.66倍(Wynands等);泌乳第1周發生酮病的奶牛該胎次產奶量減少3.7 kg/d,且與繁殖性能及淘汰率呈顯著相關,而泌乳第2周發生酮病的無此現象(Rodriguez等)。飼料添加維生素D及鎂利于圍產期奶牛維持鈣穩態(Poindexter等;Lobo等)。產后注射氨基酸(Chandler等)、棕櫚脂肪酸鈣鹽(Dos等)、乙酸鈉(Matamoros等)可改善能量和乳脂代謝。
生乳中運輸中的嗜冷菌顯著影響乳制品質量。2022年度,研究者重點從嗜冷菌的來源、熱加工處理對嗜冷菌的影響、嗜冷菌殘留對乳制品質量進行了研究。Longhi等發現奶罐車生乳均含有熒光假單胞菌,60%含有惡臭假單胞菌,并且裝載牧場數量最多的奶罐車中假單胞菌的蛋白水解強度較大。Balthazar等發現葡萄球菌是第1天巴氏殺菌羊奶樣品中最普遍的屬,而假單胞菌在冷藏15 d后成為相對豐度最高的屬。Ummugul等發現運輸條件對生乳中菌落總數計數有影響,微濾處理后生乳中的菌落總數明顯減少,膜孔徑越小,除菌效果越好。Luiz等發現較高的嗜冷菌與蛋白分解指數有關,而酸度和游離脂肪酸指數更高。
牛舍建筑領域的研究主要體現在牛舍建筑圍護結構保溫隔熱性能方面,Kic等研究表明,飼養干奶牛、泌乳牛或圍產牛階段采用磚砌牛棚具有更好的儲熱性。Bleizgys等發現圍護結構隔熱效果好的牛舍可以為奶牛生長創造良好條件。在熱應激評價及降溫方面,開展了熱浪來襲時奶牛對熱的耐受性和適應性模型研究(Hut等);研發了將牛奶產量和天氣信息相結合、紅外熱成像技術等奶牛熱應激評價方法(Mbuthia等;Bang等)。Foroushani等提出了一種初步評估蒸發冷卻可行性和有效性的圖解方法,繪制完的干濕圖可指示是否需要蒸發降溫以及降溫效率。
準確測算奶牛腸道甲烷排放量相關研究較為集中,如牛奶中紅外反射光譜、人工神經網絡與偏最小二乘相結合、示蹤氣體分散法、氣體排放測量數據同步-匹配濾波器等方法可用于奶牛養殖過程的甲烷排放估算(Crompton等;Shadpour等;Vechi等;Milkevych等);在廢棄物處理利用方面,關注奶牛場污水中磷回收利用(Behjat等)、混凝人工濕地和混凝間歇砂濾等奶牛場污水處理技術(Mohamed等;Mohamed等)、基于厭氧發酵熱電聯產和沼肥農田利用的奶牛場廢棄物管理過程溫室氣體減排方案,每年可減少3 280萬t CO2當量,且產生1 700萬t有機肥料(Villarroel-Schneider等)。
在非接觸式智能感知技術研究領域,借助計算機視覺實現對奶牛體重、體型、體況、跛行、發情以及呼吸等行為的監測一直是該領域的研究重點。最新研究表明,利用RGB-D圖像(Na等)和奶牛全身3D圖像(Xavier等),通過建模可實現奶牛體重估計。Li等和Kang等利用三分支網絡和YOLOv4算法檢測奶牛跛行,檢測精度分別達到97.5%和98.5%。Wang等和NOE等對奶牛爬跨行為進行檢測,檢測精度分別達到了94.3%和95.5%。在奶牛穿戴式智能感知技術研究領域,設備檢測精度不斷提高,主要通過集成了加速度、角速度、RFID等信息的智能項圈(Tran等)、腳環(Achour等)等設備獲取奶牛狀態及行為信息,實現對奶牛采食、運動與發情行為的監測。
如何在乳品加工過程中保留更多的天然免疫活性成分仍然是乳制品行業亟待解決的關鍵問題。研究表明紫外線(UV-C)處理可以有效保留牛乳中關鍵生物活性成分,同時殺滅乳中病原體和腐敗菌(Tedeschi等)。與熱加工相比,超聲處理(US)的牛乳中乳蛋白消化率更高,并且其蛋白含量也顯著提高(Wang等)。相比于UV和US處理,高壓加工(HPP)能更好地保留牛奶的營養成分和風味,例如防止UV處理導致的維生素損失和來自US處理造成的牛乳風味劣化(Pitino等)。冷等離子體(CP)可以通過最小的質量變化來加工牛奶和乳制品,實現牛奶和乳制品的非熱巴氏殺菌或滅菌(Nikmaram等)。Martysiak-Żurowska等發現微波加熱不會導致蛋白質降解,并且微波加熱后脂肪酸組成沒有變化。
國際奶粉產業研究聚焦于奶粉營養成分和質量安全檢測技術的革新。新型比率熒光傳感器成功用于奶粉中痕量水的定量檢測,具有高靈敏度和高效性(Li等)。硼酸鹽親和交聯放大動態光散射(BAR-DLS)免疫分析技術能夠極大地縮短奶粉中乳鐵蛋白的檢測時間,實現乳鐵蛋白快速靈敏便捷的即時檢測(Zhu等)。嬰兒配方奶粉中添加適量膽堿對于嬰兒腦部發育發揮積極作用,Zhang等建立了一種比色法實現了嬰幼兒配方乳粉中膽堿的快速檢測。空心共價有機骨架(HCOF)結合固相微萃取——高效液相色譜或液質聯用技術(SPE-HPLC/HPLC-MS/MS)能有效地對嬰兒配方奶粉中晚期糖基化終產物和黃曲霉毒素有害物質進行監測和控制(Yang等)。
國際干酪產業規模和市場需求較大,干酪的安全和保存仍然是當前的研究熱點。高密度二氧化碳(DPCD)技術處理干酪對酵母菌表現出較好的抑制作用,能夠減緩干酪的蛋白水解、pH和顏色變化,有助于揮發性特征風味的保持(Song等)。高水分馬蘇里拉干酪(HMMC)經過羧甲基纖維素(CMC)或羧甲基纖維素-納他霉素(CMC-N)涂層處理后具有一定的抗真菌性,可使干酪保質期延長1倍。植物乳植桿菌作為輔助發酵劑,能夠延緩干酪的真菌腐敗,提高干酪的安全性。后生元對干酪貯藏期間的腐敗菌也表現出良好的抑菌效果(Prabawati等;Sharafi等)。
3 2022年國內奶牛產業技術研發進展
針對荷斯坦牛通過GWAS、血液轉錄組分析,驗證了MET、GnRH1、SP1、RPL23A、ACACB、SERPINE2、PKLR、ALDH18A1和MAT2A基因SNP位點的遺傳多態性及其對奶牛乳房、產奶等性狀具有遺傳效應(許靜漪等;Du等;Ye等)。
乳肉兼用牛相關研究取得進展,柴河等通過對不同外血比例的三河牛的生產性能進行分析,發現引入德系西門塔爾牛對三河牛的體重、體尺、肉用和產奶性能均有很顯著的改良效果。對新疆褐牛不同凍精來源后裔生產性能對比分析發現,德系后裔的305 d產奶量、乳蛋白率、乳脂率顯著優于美系后裔及新疆褐牛(王彩云等)。皮下脂肪中leptin基因可能參與新疆褐牛肉質形成過程(李紅波等)。西門塔爾牛在群天數和生產壽命的遺傳力范圍在0.03~0.08之間,均為低遺傳力性狀(李雪等)。
中國使用CPI和GCPI進行選擇,2022年完成了2次遺傳評估結果,主要評估性狀包括乳蛋白量、脂肪量、體型總分、泌乳系統、肢蹄和體細胞評分等。常規遺傳評估將僅公布符合后裔驗證條件(合格女兒分布于至少3個省的15個牧場)的種公牛。中國荷斯坦牛基因組評估參考群達1.8萬余頭。中國荷斯坦牛3個繁殖性狀的基因組預測結果具有較高的準確性和無偏性,研究獲得最佳預測策略,為中國荷斯坦牛繁殖性狀的基因組預測奠定了基礎(師睿等)。2022年乳肉兼用牛將采用TPI單獨排隊,評估性狀包括體型、出生重、6月齡重、18月齡重和4%乳脂率校正奶量(FCM)等,品種包括乳肉兼用西門塔爾牛、新疆褐牛、三河牛和蜀宣花牛等品種。
高效快繁技術是我國奶牛養殖業提升國際競爭力的關鍵技術。但是我國奶牛性控精液生產幾乎被國際壟斷,近10年來我國牛精液進口數量和金額整體上逐年增多,牛精液的進口依賴程度日趨嚴重(劉雪凝等)。為擺脫這一困境,國內不斷嘗試突破奶牛性控精液的核心技術,膜聯蛋白V(Annexin V)標記的免疫磁珠分選技術展現了一定的優勢(張健等)。國內首次利用100 k的高通量SNP芯片對牛體外早期胚胎的種用價值進行了評估,初步實現了對植入前早期胚胎染色體質量和生產性能的評估(胡智輝等)。
國內對氨基酸利用進行了研究。劉德強研究表明,泌乳奶牛補飼過瘤胃蛋氨酸可提高日糧中粗蛋白和中性洗滌纖維的表觀消化率,并增加了產奶量和乳脂率。陳嬌報道,苯丙氨酸通過調控4EBP1和eIF2α的磷酸化水平促進以mTOR為核心的酪蛋白翻譯起始復合物的形成,從而提高α-酪蛋白的合成。
國內奶牛產業碳水化合物營養的研究在淀粉、糖蜜、青貯等方面均有所涉及。鄧波波等將甘蔗糖蜜經釀酒酵母菌發酵后,在保證日糧能氮一致的前提下,將發酵液按照不同的比例(1%、3%、5%)添加在奶牛的日糧中,發現1%的添加組干物質采食量、產奶量以及4%的標準乳產量比對照組分別高了6%、7.7%和7.9%。青貯方面,李小娜等將苜蓿干草全部替換成苜蓿青貯,結果發現,試驗組奶牛的產奶量有著顯著的提高且不會引起酸中毒。郝智強等用黑麥草青貯替代苜蓿干草或額外添加黑麥草青貯,結果顯示用黑麥草青貯代替苜蓿干草可以提高奶牛的乳蛋白含量同時降低成本,而額外添加黑麥草青貯卻降低了奶牛的干物質采食量以及產奶量。
脂肪(酸)對產奶量、改善乳品質方面有積極的作用。奶牛飼糧中添加過瘤胃不飽和脂肪可以顯著提高乳中總不飽和脂肪酸、共軛亞油酸的含量,有效改善乳品質(許鵬等)。在泌乳期奶牛日糧中添加中鏈脂肪酸月桂酸丁酸甘油二酯,可提高牛奶乳脂率(張峰)。在圍產期奶牛日糧中補充棕櫚油、玉米油和楊梅素制備的混合顆粒,可提高產奶量和乳糖含量,降低乳脂率(楊明茂等)。給奶牛飼喂共軛亞油酸會抑制乳脂肪的合成,減小乳脂肪球粒徑(黃啟雪等),降低乳脂率(楊靜娜等)。在荷斯坦奶牛日糧中添加大豆油和粉碎玉米混合物,糞便菌群的豐富度和多樣性降低(李斌等)。茶樹油可以降低乳腺上皮細胞促炎性因子mRNA的表達,提高乳腺組織中β-casein基因的表達水平(武小姣等)。
國內礦物質、維生素研究主要集中在探討甜菜堿、維生素礦物質復合添加劑、維生素A、維生素E、硒、錳、鋅等添加的功效和影響。趙艷麗等發現,維生素A對一氧化氮誘導損傷的奶牛乳腺上皮細胞具有正向緩解作用,但高劑量的維生素E會對細胞造成氧化損傷。王敬林發現,從生產性能、環境保護及經濟成本方面考慮,在奶牛飼糧中添加20 mg/kg或40 mg/kg有機錳(賴氨酸錳、谷氨酸錳1:1螯合物)效果更佳。陳一等指明了維生素E富硒舔磚和日糧中添加硒代蛋氨酸鋅可以提高奶牛生產性能,降低乳房炎發病率。
由于進口飼草價格大幅上升,2022年國內進行了大量本地粗飼料開發研究。陳東等發現用全株水稻青貯替代飼糧中35%的全株玉米青貯降低了奶牛干物質采食量,并且能提高泌乳后期奶牛的免疫能力。邵麗瑋等用鮮蛋白桑替代部分進口苜蓿飼喂奶牛,發現用3.5 kg鮮蛋白桑替代1 kg進口苜蓿飼喂奶牛,可以達到節本增效的效果。翟云飛等發現,用國產苜蓿干草50%替代進口苜蓿干草對奶牛的生產性能、血清生化指標及瘤胃健康無負面影響。Jiang等設置等氮等能日糧,用甜葉菊干草代替基礎苜蓿干草,結果表明飼喂6%的甜葉菊,取代一部分苜蓿干草可以改善泌乳奶牛的泌乳性能和氮利用率。Wu等在日糧中用紙桑青貯飼料代替苜蓿干草在提高低泌乳奶牛抗氧化能力的同時不會影響其生產性能。