□张紫璇 于雯靖 王中华
董旭晟 侯秋玲
近几年，我国奶牛产业正逐渐转型升级，其在数智化和精准化等养殖方面取得了新的突破。然而，奶业发展仍存在诸多挑战，缺乏优质高产牛、较高的饲料成本仍是制约我国奶业发展的重要因素。农业农村部印发的《“十四五”奶业竞争力提升行动方案》着重强调需提升我国奶业竞争力，这需要进一步完善高产奶牛培育体系，深度降本增效以突破产业瓶颈。发育良好的乳腺是奶牛高产的基础，受限于成本和技术等方面的因素，目前直接评估奶牛乳腺发育较为困难。若能通过各种简单有效的方法及指标定量乳腺发育状态，将有助于更好地评估奶牛泌乳性能，推动奶业良性发展。
一、乳腺发育的过程
1、胚胎期
奶牛胎儿的乳腺发育起始于外胚层形成的两条对称乳线，随着胚胎的生长，乳线周围出现由多层柱状细胞形成的基板。在奶牛妊娠50天左右，基板周围的间充质细胞发生凝聚并形成特化间质，每个乳腺基板向下方间质层浸润并形成乳芽。乳芽向乳头生长形成初级导管，穿过真皮层，在脂肪垫上形成初级乳腺结构。
2、初情期前
犊牛出生后，乳腺开始等速生长，即乳腺的生长速度与身体生长速度相同。2—3月龄时，犊牛乳腺进入异速发育阶段，在生长激素、雌激素和胰岛素样生长因子-1的共同调节下，乳腺导管快速延伸，脂肪垫面积迅速增大。此时，过高的营养水平会增加奶牛乳腺脂肪垫含量，减少乳腺中实质组织。
3、初情期
奶牛约9月龄时进入初情期，乳腺导管迅速生长形成树状网络，导管末端产生终末导管单位，负责导管的延伸和分支。随着终末导管单位的不断延伸，初级导管开始分支形成次级导管，直到导管接触到脂肪垫边缘。在这一过程中，雌激素、生长激素和胰岛素样生长因子-1均发挥重要调控作用。
4、妊娠期
进入妊娠期，乳腺导管末端开始形成泌乳腺泡和泌乳小叶结构。妊娠早期在基质金属蛋白酶的介导下，乳腺上皮细胞快速增殖，与周围间质组织发生上皮-间质转化成腺泡结构。妊娠中期，乳腺上皮细胞增殖速度减缓，开始分化，腺泡逐渐被网状的毛细血管网包围。妊娠晚期，孕酮和催乳素刺激乳腺上皮细胞顶端表面出现绒毛结构，为泌乳做好准备。
5、哺乳期
分娩后，随着血浆中孕酮的下降及催乳素的迅速上升，乳腺进入泌乳状态。泌乳早期的乳腺上皮细胞具有较高的细胞活性和增殖能力，细胞增殖速度远大于凋亡速度，因此产奶量呈快速上升趋势。泌乳高峰期过后，细胞增殖能力逐渐下降，增殖速度低于凋亡速度，导致泌乳后期产奶量下降。
6、干奶期
干奶期是泌乳周期的最后阶段，乳腺开始退化。乳腺退化的第一阶段是可逆的，受到泌乳刺激后，乳腺又可恢复到泌乳状态。第二阶段是不可逆的，此时乳腺中脂肪细胞开始逐渐增加并取代凋亡的乳腺上皮细胞，最终导致奶牛乳腺无法发挥泌乳功能（图1）。
综上所述，奶牛乳腺呈现出独特的动态发育模式，其在出生至泌乳的各个阶段中存在较大的生理功能差异。若能通过不同的技术手段评估奶牛各阶段的乳腺发育，将能更好地筛选高产后备母牛，分析奶牛泌乳潜力。目前，奶牛乳腺发育的评估技术按照样品采集的方式分类可分为侵入性和非侵入性两种类型。侵入性方法通过屠宰、活检技术直接获取乳腺组织，利用组织学、生化成分及分子生物等指标高精度地解析乳腺发育。非侵入性方法则基于乳房评分、影像学和乳汁中体细胞分析等技术，无创地检测乳腺发育状态。
二、侵入性乳腺检测方法
1、乳腺组织的侵入性采样技术
早期研究中通常会屠宰奶牛以获得完整的乳腺用于定量分析。屠宰后，立即从奶牛身体中取出乳腺并去皮，从中部韧带处将乳腺分切，对每一侧进行单独称重。通过乳腺精确解剖、乳腺实质组织称重等手段评估乳腺发育。为解决屠宰采样成本过高的问题，研究人员将活检技术应用到奶牛乳腺上，以此在奶牛活体上获取乳腺组织样本。主要技术包括手术活检和穿刺活检，其中穿刺活检逐渐替代了手术活检，因其可以在微创的情况下获得乳腺组织，减少了术后并发症的发生。
2、乳腺发育的评估指标
初步评估乳腺发育可通过解剖分离完整乳腺中的乳腺实质组织和脂肪垫，称重分析其比例。此外，还可通过组织学技术分析奶牛乳腺组织的结构，如HE染色评估乳腺导管的生长状态。通过乳腺DNA含量间接反映乳腺细胞总数评估乳腺发育，但这一方法无法区分乳腺的细胞类型以及分布。部分研究使用羟脯氨酸评估胶原蛋白以反映周围结缔组织含量。通过RT-qPCR和Western blot技术检测与乳腺增殖、激素响应相关的基因或蛋白表达常用于评估乳腺发育。免疫组织化学法将蛋白表达与组织原位定位相结合，使用与酶或荧光染料相关的抗体来检测蛋白表达定位，以此来评估乳腺细胞的增殖情况。
三、非侵入性检测方法
1、乳腺外形测量
早期研究中常测量奶牛每个乳头基部至尖端的距离来检测乳腺发育状态。由于乳头长度和乳腺体积始终呈一定比例发育，可通过测量乳头长度评估乳腺体积以此反映发育情况。
2、手动触诊
乳腺的手动触诊是一种检测乳腺发育状态的半定量方法。由于乳腺实质组织比脂肪垫更致密，对乳腺施加轻微压力时，乳腺实质组织具有更大的压缩阻力，因此可区分乳腺实质组织与脂肪垫。
3、乳汁体细胞分析
奶牛乳汁内含有部分乳腺脱落的细胞，包括乳腺上皮细胞、白细胞、单核吞噬细胞和淋巴细胞等。通过采集奶牛新鲜乳汁，对其中体细胞进行分离检测并结合体外细胞培养分析技术，可作为评估乳腺功能和分泌状态的有效手段。
4、成像技术
成像技术通过辐射、磁场或声波对奶牛乳腺进行扫描，可有效地量化实质发育，评估乳腺发育状态。
计算机断层扫描：计算机断层扫描是一种高空间分辨率的成像技术，能通过组织对比度来评估组织结构。其基于不同乳腺结构对X射线存在衰减差异的原理，可准确地定位犊牛乳腺实质组织位置并估计其含量。
磁共振成像：磁共振成像基于一个强大的磁场，使动物体内水分子和脂质分子的氢原子核在磁场的作用下被电磁辐射激发，产生可检测到的信号。在畜牧领域，研究人员将磁共振成像图像与组织解剖结果进行对比，发现磁共振成像技术能可靠地评估乳腺实质组织体积。
超声成像：超声成像技术基于超声波脉冲发射与回波接收原理，能提供有关乳腺体积以及实质的回声图像，反映奶牛乳腺实质厚度。多普勒超声技术可作为研究乳腺血流动力学的重要方法，通过频移矢量分析来定位血管分布、区分动静脉血流。三维超声将超声仪获得的2-D数据传输到特定的软件程序，通过数字化处理产生立体图像。
四、展望
随着新技术的开发，通过非侵入性方法检测腺体组织的技术已逐渐在奶牛生产中广泛应用，有助于低成本、低损害地评估奶牛乳腺发育和泌乳性能。其中，超声技术因便捷、低成本、无辐射的特点，受到国外研究人员的广泛应用，以评估乳腺发育状态并预测奶牛未来产奶量。在国内，超声技术仍有较大的发展空间。若能将超声技术应用于我国奶牛饲养中，用于评估各阶段奶牛的乳腺发育，有助于进一步发展奶牛精准养殖技术。需要注意的是，由于奶牛乳腺发育的复杂性，想要全面精准地评估乳腺发育需将侵入性及非侵入性技术结合，构建影像学——分子的评估体系，以准确地反映奶牛乳腺发育状态，从多维度解析乳腺发育。在我国奶业高速发展的关键阶段，将多种检测技术结合全面评估奶牛乳腺发育，有助于提前筛选并培育优质高产奶牛，提高奶牛产奶量和乳品质，推动我国奶业高质量发展。