荷斯坦牛血液β-羟基丁酸遗传参数及其与乳成分和繁殖性状的关联研究

本研究针对早期泌乳荷斯坦牛高酮血症（HYK）的遗传背景及流行病学特征展开，通过实验室和试纸条两种方法测定血液β-羟基丁酸（BHB），分析其与乳成分（如乳蛋白率PP、乳脂蛋白比F:P）和繁殖性状的遗传关联。结果显示BHB具有中等遗传力（0.10–0.15），与PP、F:P及繁殖性状存在显著遗传相关。研究表明可通过间接选择降低HYK发生率，改善牛群健康与繁殖性能。

　　

在当今高产奶牛养殖系统中，泌乳初期是奶牛代谢健康面临严峻挑战的关键阶段。随着奶牛产奶量的不断提高，其能量需求大幅上升，而干物质摄入量却往往无法同步跟上，导致奶牛陷入负能量平衡（NEB）状态。在这一生理压力下，奶牛不得不动员体脂储备，通过肝脏代谢产生酮体作为替代能源。血液中β-羟基丁酸（BHB）水平的异常升高，即高酮血症（HYK），已成为奶牛代谢紊乱的重要标志。HYK不仅会增加子宫炎和真胃移位等继发疾病的风险，还会导致产奶量下降和繁殖性能受损，给奶牛养殖业带来严重的经济损失。

尽管HYK的负面影响已被广泛认知，但关于其遗传背景及其与重要经济性状的遗传关联的研究仍相对缺乏，特别是在巴西等南美地区的荷斯坦牛群中。由于测量难度大、数据获取成本高，针对血液BHB的遗传学研究一直难以开展。此外，以往研究多依赖于临床酮病的诊断记录，而非直接测定BHB这一客观指标，限制了我们对HYK遗传机制的深入理解。

为了填补这一研究空白，来自巴西南部巴拉那联邦大学的研究团队开展了一项大规模研究，旨在评估荷斯坦牛泌乳初期血液BHB的遗传参数，并深入探索其与乳成分和繁殖性状的遗传关系。该研究最近发表在乳业科学领域权威期刊《Journal of Dairy Science》上，为通过遗传选择改善奶牛代谢健康提供了重要科学依据。

研究人员综合运用了多种先进技术方法开展本研究。他们收集了2009-2024年间来自34个牧场的5,037头荷斯坦牛的血液样本，采用两种方法测定BHB浓度：实验室酶比色法（BHBlab）和β-酮体试纸条法（BHBstrip）。所有测量均在产后3-14天内完成，以HYK阈值1.2 mmol/L为判断标准。研究团队利用动物模型和限制性最大似然法（REML）通过BLUPF90+软件估计遗传参数，同时分析了日奶产量（MY）、乳蛋白百分比（PP）、乳脂百分比（FP）、乳脂蛋白比（F:P）、乳糖百分比（LP）以及产犊间隔（CInt）、空怀天数（DO）、首次与末次配种间隔（IFL）和产犊至首次配种间隔（ICF）等性状的遗传关联。

RESULTS AND DISCUSSION

Phenotypic Description

研究结果显示，两种方法测得的BHB平均浓度分别为：BHBlab为0.74±0.37 mmol/L，BHBstrip为0.69±0.40 mmol/L，与国外研究报道一致。BHB浓度在产后第7天达到峰值，这与代谢压力最大的时间点相吻合。值得注意的是，HYK的整体患病率为22.97%，且随胎次增加而升高，第三胎及以上奶牛的患病率（29.80%）显著高于第一胎（20.82%）和第二胎（17.89%），表明经产牛面临更高的代谢风险。

Prevalence

患病率分析揭示了HYK在牛群中的分布特征。研究采用点患病率而非发病率，这是因为部分实验仅进行了单次测量。这一发现与全球多项研究结果一致，如Suthar等（2013）在欧洲多国牧场报告的21.8%患病率。胎次被确认为重要风险因素，这与高产奶牛需要动员更多体脂储备的生理特性密切相关。

Phenotypic Relationship Between BHB and Milk Components

表型关联分析揭示了HYK与乳成分间的密切关系。患HYK的奶牛表现出更高的乳脂率和F:P值，但乳蛋白率和乳糖率较低。特别有趣的是，患HYK奶牛在产后第一周产奶量较低，但到第二周时却与健康奶牛相当甚至更高，这表明代谢适应过程可能影响了生产性能。

Heritability and Repeatability

遗传参数估计显示，BHB的遗传力估计值为0.10-0.15，重复力为0.32-0.37，表明虽然遗传进展可能较慢，但通过遗传选择改善BHB水平是可行的。乳成分性状中，乳糖百分比表现出最高遗传力（0.30），而繁殖性状的遗传力普遍较低（0.03-0.07），这与常规认知一致。

Genetic and Phenotypic Correlations Between BHB and Milk Components

遗传相关分析揭示了重要意义：BHBstrip与PP呈负遗传相关（-0.43），与F:P呈正遗传相关（0.33）；BHBlab与LP也呈负相关（-0.39）。这些发现表明，选择降低BHB可能会同时提高乳蛋白率和乳糖率，但降低F:P值。值得注意的是，BHB与产奶量呈正遗传相关（0.13-0.27），证实了高产奶牛确实面临更高的代谢风险。

Genetic and Phenotypic Correlations Between BHB and Reproductive Traits

BHB与繁殖性状普遍呈现不利的正遗传相关，范围在0.09-0.26之间，表明较高的BHB水平与较差的繁殖性能相关。特别是BHBlab与IFL的遗传相关达到0.26，这可能是由于代谢压力影响了卵泡发育和生殖内分泌功能。

Perspectives

研究展望部分指出，虽然血液BHB是诊断HYK的金标准，但其测量成本高、操作复杂。乳成分指标如F:P可能作为群体水平的替代指标，试纸条法也可作为快速诊断工具（与实验室方法的相关系数达0.69-0.88）。研究者强调，在选择策略上需要平衡生产性能与代谢健康，避免过度选择可能导致代谢信号钝化的个体。

研究结论表明，血液BHB具有可遗传的特性，且与乳成分和繁殖性状存在显著的遗传关联。这为通过遗传选择降低HYK发生率提供了可能性——特别是利用乳蛋白率和脂肪蛋白比作为间接选择指标。同时，BHB与繁殖性能的不利关联强调了改善代谢健康对提升繁殖效率的重要性。考虑到HYK在泌乳初期的高发生率，制定综合管理策略以减少其对生产和繁殖的负面影响显得尤为迫切。

这项研究不仅为巴西地区荷斯坦牛的遗传改良提供了具体参数，也为全球奶牛育种提供了重要参考，表明将代谢健康性状纳入选择指数可能有助于培育更加健康、高效和可持续的奶牛群体。