气候变化与奶牛繁殖效率下降：全球趋势与适应性解决方案

《Reproductive Biology》：Climate change and declining reproductive efficiency in dairy cattle: Global trends and adaptive solutions

　　• 将气候诱发的生育力下降重新定义为多尺度的HPA–HPG轴、线粒体和表观遗传级联反应。• 将繁殖韧性定义为超越品种水平耐热性的谱系性状。• 强调配子阶段的热应激是胚胎丢失的延迟性原因。• 提出一个综合适应框架，融合精准工具、辅助生殖技术和气候智能型选择。引言在农业系统中，家畜对恶劣气候尤为敏感，因为动物直接暴露于气候变化之中，且其在行为或生理上应对恶劣气候的能力有限，这对全球粮食安全的影响日益显著[1]。在此大背景下，奶牛通过为全球数百万人提供牛奶和收入，在全球粮食安全中发挥着核心作用[2]。从奶业角度看，繁殖效率是决定生产力和盈利能力的关键因素，因为它直接影响产犊间隔、终生产奶量、更新率以及奶牛场的经济可行性[3]。因此，奶牛繁殖性能的任何下降都会在牧场和行业层面造成重大经济损失。在讨论气候变化和热应激影响时，Sejian[4]强调，虽然瘤牛（*Bos taurus*）和瘤牛（*Bos indicus*）牛在炎热潮湿条件下均可能表现出繁殖性能下降，但影响程度通常因遗传群体而异。瘤牛（*Bos indicus*）牛通常比瘤牛（*Bos taurus*）牛更耐热，具有更强的体温调节和热适应能力；即便如此，在严重或长期热应激下，其繁殖性能仍可能下降。尽管它们被广泛归类为耐热品种，但个体动物在繁殖韧性方面差异显著，尤其是在气候变化引起的高生理需求挑战下。尽管有这些进展，气候应激生理学和辅助生殖技术（ARTs）大多作为独立领域发展，跨学科整合有限，连接这两个领域的合作研究很少。然而，大多数评估热应激对牛繁殖影响的研究主要关注常规生育力指标，如发情表现[5]、受胎率[6]和产犊间隔[7]，这些指标对应激韧性的潜在生物学机制提供的见解有限。另一方面，关于基因组或表观遗传修饰、热休克蛋白表达、氧化应激反应、内分泌调控以及其他细胞和分子应激适应途径如何导致不同繁殖结果的研究也相当缺乏。这种整合性理解的不足，阻碍了在气候变化条件下解码卵母细胞能力、胚胎发育和辅助生殖技术（ART）成功方面个体间差异的生物学基础的努力。在Scopus、PubMed、Science Direct和Google Scholar中进行了文献检索，以确定关于气候变化、热应激和牛繁殖性能的同行评审研究。检索使用了“热应激”、“气候变化”、“奶牛”、“繁殖”、“生育力”、“受胎率”、“卵母细胞”、“精子”、“胚胎”和“辅助生殖技术”等关键词的组合。根据研究的科学相关性及其对理解热应激如何影响牛繁殖性能的贡献，选择了相关研究。通过筛选关键出版物的参考文献列表，确定了其他研究。为解决上述知识空白，本综述整合了气候生物学、生殖生理学和胚胎技术的全球证据，以揭示在内分泌、细胞和分子水平上运作的应激适应机制。通过这种整合方法，本综述确定了调节气候变化条件下繁殖效率的实际适应性解决方案和关键知识空白。综上所述，该框架为制定气候韧性繁殖策略和超越季节性回避的优化牛辅助生殖技术提供了科学基础。章节摘要气候变化：概念及其对家畜的影响图1描绘了热应激对奶牛影响的复杂机制，在系统水平上，该机制激活HPA轴，导致皮质醇激素水平升高[8]。尽管与热应激相关的变化旨在短期生存，但应激途径的激活会干扰正常的代谢功能、免疫状态和内分泌生殖信号传导[9]。值得注意的是，对气候应激的反应不仅因品种而异，还因个体而异。奶牛的繁殖生理学HPG轴、内分泌和代谢过程的协调相互作用最终影响个体和群体水平的繁殖效率。图2描述了关键繁殖阶段（发情、受胎、妊娠和产犊）与关键繁殖指标（如发情表现、受胎率、每次受胎配种次数、妊娠率和产犊间隔）之间的层级关系，这些指标用于量化奶牛生产中的繁殖效率。气候变化对奶牛繁殖的影响当今气候变化中最紧迫的问题是热应激及其全球性后果，这对奶牛繁殖有相当影响。升高的环境温度和湿度通过多种方式对生殖功能产生不利影响，影响生育力、配子质量、妊娠维持以及与营养和疾病的相互作用[8]。这些影响在热应激和热浪持续期间尤为明显，而热应激和热浪正日益频繁。全球趋势与区域差异在全球范围内，气候变化主要由环境温度升高、高强度热浪和THI增加引起，导致发情表现下降、受胎率降低和胚胎丢失增加，从而使奶牛生产系统的产犊间隔延长[54]。奶牛作为将全球气候应激转化为生殖功能障碍的生物学介质，这一点在高产动物中尤为明显，这些动物对……繁殖下降的潜在机制气候应激影响繁殖效率，涉及复杂的机制，包括内分泌干扰、细胞和分子应激反应以及基因组-表观遗传重编程。这些复杂机制对生殖生理成分如卵泡功能、卵母细胞能力、胚胎发育和妊娠维持产生强烈影响。适应性策略和技术解决方案减轻气候应激对奶牛繁殖效率的不利影响需要采取全面、多方面的策略，整合管理干预、遗传改良、生殖技术和精准监测方法。在此背景下，“放眼全球，立足本地”的原则构成了适应性策略的基础，强调虽然气候变化构成了一个无法完全消除的全球性和系统性挑战……政策、推广与教育：赋能气候韧性奶牛繁殖仅靠生理和/或技术干预无法有效应对由气候因素引起的奶牛繁殖下降。生殖生物学、遗传学和辅助生殖技术（ARTs）及其进展提供了机制性解决方案，但其广泛影响依赖于有利的政策框架、称职的推广系统以及有针对性的教育和能力建设策略。可以在……之间建立转化联系。结论气候变化对全球、区域和牧场层面的奶牛繁殖结果构成重大而持久的挑战。本综述整合了气候生物学、生殖生理学、细胞和分子机制、辅助生殖技术（ARTs）和政策框架的输入，说明繁殖是奶牛系统中对气候最敏感的生物学功能之一。飙升的环境温度、增加的THI、频繁的热浪以及……知识空白与未来研究方向为减轻奶牛在热应激下繁殖损失而进行的科学研究，在制定有效、可持续的适应策略方面仍存在基本知识空白。在理解慢性气候应激如何随时间累积并影响后代方面存在重大知识空白；慢性气候应激对奶牛的累积和跨代影响是需要解决的问题。了解如何……至关重要。利益冲突声明作者声明，对于这篇题为“气候变化与奶牛繁殖效率下降：全球趋势与适应性解决方案”的特定手稿，不存在任何利益冲突。K. Sunny Praveen | N.R. Srikanth | H.S. Shwetha | Iqbal Hyder | Naswar Khan Pathan | Chethan Sharma | M.S. Mahesh | M. Mutha Rao | V. Sejian