Выбор породы коров для органического и низкозатратного молочного животноводства: какие показатели важнее всего?

Низкозатратное (LI) молочное животноводство, в значительной степени основанное на выпасе скота, становится все более популярным благодаря предполагаемым преимуществам в области устойчивости, благополучия животных и питательной ценности молока. Однако исследований по пригодности пород для таких систем проводится мало. Широко распространенные голштино-фризские породы плохо приспособлены для LI-производства, поскольку для достижения своего потенциально высокого удоя они требуют высокого уровня потребления концентратов и ветеринарного вмешательства.

Голштино-фризы традиционно разводились для получения высоких надоев молока, что часто отрицательно коррелирует с функциональными признаками, такими как фертильность и здоровье. Это обусловливает необходимость выбора альтернативных пород, и фермеры Великобритании применяют различные методы скрещивания. Кроме того, классические показатели эффективности производства (килограмм корма на литр молока) не являются единственным приоритетом в LI-системах, которые также нацелены на улучшение здоровья, фертильности, конверсии корма и качества молока. Данное исследование было направлено на изучение влияния стратегии разведения на LI- и органическое производство в молочных системах. Для этого были собраны данные с 17 ферм по всей Англии и Уэльсу: 7 органических и 10 низкозатратных традиционных систем, с чистокровными и помесными коровами разных пород. Были собраны записи о 1070 коровах, включая исходные данные, показатели здоровья, фертильности, разведения и количество отелов. Кроме того, молоко анализировалось четыре раза (осенью 2011 года и зимой, весной и летом 2012 года). Для визуализации влияния методов управления, идентификатора фермы и стадии лактации на LI-производство использовался метод главных компонент. Анализ сгруппировал коров по идентификатору фермы, показав, что индивидуальная практика управления на каждой ферме оказывает наибольшее влияние на различные производственные признаки. Коровам был присвоен комплексный балл на основе их удоя, записей о здоровье и профиля жирных кислот молока, а линейная смешанная модель показала (p < 0,01), что помесные новозеландские фризские коровы получили наивысший балл, тогда как коровы породы дейри-шортхорн — самый низкий. В данной статье подчеркиваются недостатки текущих программ разведения для LI- и органических ферм в Великобритании с точки зрения соответствия пород методам ведения хозяйства. Необходимы дополнительные исследования для изучения любых взаимодействий генотипа и среды, чтобы реализовать истинный потенциал отдельных коров и определенных пород в условиях LI- и органического управления.

Органическое сельское хозяйство в Великобритании регулируется постановлениями Европейского союза (ЕС) (1) и сертифицирующими органами, такими как The Soil Association (2) и Organic Farmers and Growers (3). Однако многие фермы используют низкозатратные (LI) системы, которые не являются органическими и не имеют формального определения или регулирования. LI-земледелие означает практику использования меньшего количества ресурсов по сравнению с традиционным сельским хозяйством, но при этом не обязательно соответствует органическим или иным стандартам качества. Мотивами к переходу на LI-системы являются экономические, экологические и социальные параметры (4). Основная критика органического и LI-земледелия заключается в том, что по сравнению с интенсивными системами более низкие урожаи требуют больших площадей для производства того же количества продовольствия, что приводит к ухудшению биоразнообразия при преобразовании полуестественной растительности в сельскохозяйственные угодья (5). Однако отрицание органических методов производства путем акцента на продуктивности урожая игнорирует возможности для практик, повышающих устойчивость; следовательно, необходимы альтернативные показатели для оценки LI-систем. За последние 60 лет молочное животноводство обычно было сосредоточено на более эффективном использовании ресурсов, максимизации прибыли, делая большую ставку на высокие удои и улучшенную эффективность кормления (килограмм потребления сухого вещества на литр молока) [например, (6) система Milkbench +]. Однако в органическом и LI-молочном животноводстве приоритеты иные: хотя прибыль по-прежнему важна, производственная система предполагает меньшее количество ресурсов. Эффективность кормления одинаково важна, но путь к ее достижению заключается главным образом в сокращении внешних ресурсов, а не в максимизации выхода продукции – практика, которая также может принести пользу здоровью стада (7). Снижение интенсивности производства сокращает ветеринарные расходы и затраты, связанные с осеменением, при одновременном использовании оптимальных стратегий выпаса (таких как моб-выпас) для улучшения состояния почвы и травостоя, что означает, что коровы потребляют более богатое пастбище и производят более питательное молоко (8, 9).

Традиционно голштино-фризская порода (HF) находится на передовых позициях высокопродуктивного молочного производства в мире. Голштины отбираются в первую очередь по продуктивным признакам (удой и состав молока), тогда как более традиционные фризы могут отбираться по функциональным признакам (здоровье и фертильность). Однако коровы HF плохо приспособлены к LI- и органическим системам, поскольку для достижения максимального потенциала удоя они требуют относительно высокого уровня потребления концентратов и ветеринарного вмешательства (10). Вместо этого предпочтение отдается породам, способным поддерживать здоровье и продуктивность при низких затратах. Как помеси, HF разводятся по продуктивным признакам (более высокий удой), которые часто отрицательно коррелируют с функциональными признаками, такими как снижение фертильности и здоровья (11). Чтобы максимизировать потенциал как альтернативных, так и высокопродуктивных пород, LI- и органические молочные системы повысили интерес к скрещиванию молочного скота, вводя генетику более выносливых пород (12). Кроме того, функциональные признаки в значительной степени подвержены влиянию местной среды и имеют низкую наследуемость (11), что затрудняет отбор генетических линий для улучшения здоровья и фертильности. По этой причине LI- и органические системы выигрывают от скрещивания с породами, известными своими более сильными функциональными признаками.

Органические и LI-системы часто полагаются на стратегии скрещивания для оптимизации здоровья стада и потенциала удоя. Веской причиной для скрещивания является возникающий в первом поколении (F1) гетерозис, или гибридная сила. Превышение показателей помесного потомства (включая помеси HF) по сравнению со средними показателями родителей – это один из способов улучшения функциональных признаков (13) без снижения молочной продуктивности. Однако для распространения преимущества за пределы первого поколения требуется тщательно продуманная система ротационного скрещивания: скрещивание двух особей F1 дает только половину гибридной силы, тогда как введение третьей породы сохраняет до 86% гетерозиса (12). Скрещивание высокопродуктивных HF с традиционными породами, лучше приспособленными к LI-менеджменту (с высоким содержанием кормов в рационе), показывает потенциал. Например, недавние исследования, сравнивавшие породы и режимы скрещивания в Швейцарии и Великобритании, показали, что более традиционные породы или скрещивание с традиционными породами могут значительно улучшить экономические показатели и качество молока в LI-молочных системах на основе выпаса (10, 14). Показатели этих исследований положительны, но необходимы дальнейшие исследования для выявления ключевых механизмов, необходимых для получения предсказуемых, воспроизводимых, эффективных и действенных помесей.

Существует очень мало признанных исследований по разведению помесного скота в небольших LI- и органических молочных системах. Тем не менее, эти фермы продвинулись в скрещивании на протяжении многих поколений в своих стадах, каждая используя свою стратегию в поисках комбинаций пород, которые хорошо работают в их системе (15). Поэтому не существует четко определенной породы (или помеси), которая обычно превосходит другие в LI-системах, как HF доминирует в традиционном производстве. Кроме того, большинство научных исследований были сосредоточены на HF, поскольку они составляют 95% популяции молочных коров в ЕС (16). Объем органического молока в Великобритании в 2018 году оценивался в 351 миллион фунтов стерлингов, при этом более 25% домохозяйств Великобритании покупали органическое молоко, что составило 5,1% розничных продаж молока (17), что подчеркивает возросшую необходимость разработки соответствующих схем скрещивания для таких производственных цепочек. Исследования из ряда стран утверждают, что из-за взаимодействия генотипа и среды (GxE) оптимальный генетический прогресс требует либо независимых программ разведения, либо индекса (для ранжирования производителей в соответствии с требованиями), специфичного для каждой системы ведения хозяйства (18–23). Такой подход принес бы прямую пользу LI- и органическим системам.

Сложность селекционной поддержки LI-молочного животноводства в Великобритании недостаточно проработана. В LI- и органических молочных системах рацион состоит преимущественно из кормов; поэтому выгодно иметь коров, которые эффективно конвертируют корма, особенно пастбищную траву, в молоко (24). Однако текущие цели разведения в Великобритании не включают конверсию корма как желательный признак при расчете экономической ценности генетического прогресса. Вместо этого селекционный индекс Agriculture and Horticulture Development Board (AHDB-UK, совет по сбору средств, финансируемый фермерами и производителями) для круглогодичного отела сосредоточен на молочной продуктивности (34,4%), здоровье (21,8%), фертильности (15,3%) и темпераменте, среди прочих признаков (25). AHDB также имеет индекс для весеннего отела (Spring Calving Index), направленный на стада, использующие выпасную траву, путем присвоения 71,6% веса признакам приспособленности, но доминирующим отдельным драйвером по-прежнему остается продуктивность (27,4%), а связь между эффективностью (с акцентом на конверсию корма) в LI-системах еще предстоит полностью изучить. Как правило, в LI- и органическом менеджменте основное внимание уделяется поддержанию здоровья животных и борьбе с маститом (26), тогда как здоровье и фертильность остаются важными в этих системах; риск заболеваний (например, ацидоза) значительно снижен. Хотя эти британские ресурсы для селекции в молочном животноводстве существуют, другие варианты представляются более подходящими для органического и LI-производства.

Качество молока в последнее время привлекло большое внимание СМИ, продолжая дискуссию о роли молока в питании человека и его влиянии на окружающую среду (27). Профиль жирных кислот (ЖК) молока сильно зависит от системы управления, и существует четкое различие в профилях ЖК органического и традиционного молока (28–30) между разными стадиями лактации (31), а также в зависимости от сезона (32, 33). Кроме того, содержание ЖК может варьироваться в пределах одной породы так же сильно, как и между породами (34, 35), что затрудняет выделение пород, которые могли бы дать «оптимальный» профиль ЖК в рамках определенной системы управления. Некоторые ЖК были подробно изучены на предмет их влияния на здоровье человека. Основными ЖК, считающимися полезными для здоровья человека, являются альфа-линоленовая кислота, эйкозапентаеновая кислота (EPA), докозапентаеновая кислота (DPA), докозагексаеновая кислота (DHA), олеиновая кислота (OA) и конъюгированная линолевая кислота с изомером цис-9, транс-11 (CLA9). Альфа-линоленовая кислота является наиболее распространенной омега-3 (n-3) ЖК и способствует здоровому старению и развитию плода (36, 37). Длинноцепочечные n-3 ЖК – EPA, DPA и DHA – обладают противовоспалительными свойствами и снижают риск ишемической болезни сердца (ИБС) (38). OA может снижать риск ИБС и способствует стабильности клеточных мембран (39). Было показано, что CLA9 снижает риск ИБС и укрепляет иммунную систему (40, 41). Напротив, ЖК, которые считаются нежелательными в питании человека из-за их связи с повышенным риском ИБС, – это лауриновая (C12:0), миристиновая (C14:0) и, в частности, пальмитиновая (C16:0) кислоты (39). Кроме того, наиболее распространенная омега-6 (n-6), линолевая кислота, является незаменимой ЖК в рационе человека, но если общее содержание n-6 избыточно, как это характерно для западных диет, она становится провоспалительной с негативными последствиями для здоровья (42). Большее значение имеет соотношение n-6/n-3 в рационе, которое при слишком высоком значении (точное оптимальное соотношение неизвестно) может вызывать воспаления и увеличивать риск ИБС (42, 43). Хотя в настоящее время в Великобритании не существует надбавки к цене, связанной с составом молочного жира, в США органическое «Grassmilk™» от CROPP получает надбавку в 15% сверх стандартных цен на органическое молоко за соответствие минимальным требованиям по соотношению n-6/n-3, общему содержанию n-3 и CLA (29). Это демонстрирует потенциал для других секторов и стран в создании молочных продуктов премиум-класса с повышенной концентрацией полезных ЖК.

Исторические подходы к разведению в молочном животноводстве не учитывали системный подход, что в целом приводило к плохим показателям здоровья и зависимости коров от концентратов (16). Если будут разработаны надежные методы выявления скота, наилучшим образом подходящего для конкретной системы, откроется потенциал для улучшения здоровья и благополучия животных, продуктивности, питательной ценности, профиля ЖК молока и эффективности. Данная статья направлена на выявление пород в рамках LI- и органических молочных систем, которые могут поддерживать здоровье и продуктивность, производя при этом молоко с полезным профилем ЖК. Задачами являются: (а) определить переменные, наиболее значимые для LI- и органического земледелия, и выявить различия в системах управления (на отдельных фермах); (б) идентифицировать породы, схожие по всем фермам, и количественно оценить различия; (в) разработать показатель для LI-производства (LI-P) для выявления пород, которые наилучшим образом подходят для LI- и органического производства с точки зрения продуктивности, здоровья и состава молока с учетом здоровья потребителей.

Сбор данных

Данные для этого исследования были собраны на 17 молочных фермах (7 органических и 10 LI-традиционных) по всей Англии и Уэльсу в период с ноября 2011 года по октябрь 2012 года. Все стада представляли собой смесь чистокровных и различных помесных коров (Таблица 1). Размер стад варьировался от 150 до 550 коров, и всего было зарегистрировано 1070 коров, чтобы охватить широкий спектр пород и помесей с каждой фермы. Был заполнен разовый опросник для получения информации о здоровье и номере отела до начала исследования, а также о родословной всех отдельных коров (согласно записям фермеров). Молоко от каждой коровы отбиралось в четыре даты: осень 2011 года (D1), весна (D2), лето (D3) и осень 2012 года (D4). Соответствующий опросник для каждой фермы и коровы использовался для регистрации методов ведения хозяйства во все даты отбора проб, включая удой, заболеваемость, лечебные мероприятия, рацион коров, интервалы между отелами, доение и управление выпасом. Стандарты органического земледелия требуют, чтобы концентрированные корма были органического происхождения, и предусматривают строгие методы землепользования (2), тогда как LI-системы следуют схожим практикам, но не имеют органической сертификации. Органические и LI-фермы скармливали схожие уровни концентратов на одну корову, при этом органические фермы обычно скармливали больше консервированных кормов (Дополнительная таблица 1). Доступ к выпасу варьировался в зависимости от сезона и индивидуального управления (Дополнительная таблица 2). Все пробы молока были проанализированы на базовый состав, соматические клетки (SCC) и профиль ЖК. Все процедуры были признаны приемлемыми при внутреннем этическом обзоре в соответствии с Директивой ЕС 2010/63/EU для экспериментов на животных и одобрены Комитетом по благополучию животных и этическому обзору Ньюкаслского университета.

Таблица 1. Общая информация по каждой ферме.

Анализ молока

Репрезентативная проба сырого молока от каждой коровы была отобрана во время доения в доильном зале в каждую дату отбора проб. Пробы молока консервировали бронополом и хранили при комнатной температуре во время транспортировки в коммерческую лабораторию National Milk Recording (44). Базовый состав молока анализировали с использованием Milkoscan FT 6000 (Foss Electric, Хиллерёд, Дания) (содержание жира, белка, мочевины и лактозы), а SCC регистрировали с помощью прибора Fossomatic (Foss Electric). Затем пробы транспортировали при комнатной температуре (10–25°C) в Ньюкаслский университет и замораживали при –20°C. Бронопол сохраняет молоко более 5 дней и эффективен, если только температура не остается постоянно высокой (45); температура окружающей среды варьировалась в зависимости от сезона, но молоко замораживалось в течение 4 дней после сбора. Имеются некоторые данные о том, что бронопол может незначительно влиять на минорные длинноцепочечные ЖК (46) и концентрацию белка (47). Однако все пробы молока в этом исследовании обрабатывались одинаково и поэтому сопоставимы. Молоко размораживали при 4°C, тщательно перемешивали для гомогенизации, и 3–4 мл молока переносили в контейнер объемом 7 мл, замораживали при –20°C и лиофилизировали. Липиды экстрагировали по методу, описанному Chilliard и др. (48), где 130 мкг лиофилизированного молока метилировали и этерифицировали. Для анализа ЖК использовали газовую хроматографию (Shimadzu, GC-2014, Киото, Япония) с пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой Varian CP-SIL 88 с плавленым диоксидом кремния (100 м × 0,25 мм внутренний диаметр, толщина пленки 0,2 мкм). Метод газовой хроматографии был ранее описан Stergiadis и др. (49). Отдельные ЖК идентифицировали по пикам, генерируемым стандартом из 52 метилированных ЖК, при этом площадь под каждым пиком количественно определяла относительную долю каждой ЖК в общем пуле ЖК. Для идентификации ЖК использовали стандарт метиловых эфиров ЖК и опубликованные хроматограммы (50, 51), а поправочные коэффициенты для короткоцепочечных ЖК применяли по методу, описанному Stergiadis и др. (49).

Обработка данных

Комбинации пород

Записи фермеров о разведении классифицировали всех животных. Коровы получали код на основе породы отца, матери и преобладающей породы, например: чистокровный джерсей = JE; отец джерсей и мать эйршир = JEAYR; отец джерсей × шортхорн и мать джерсей × эйршир = JEX (Таблица 1). X обозначает преимущественный генетический вклад и/или возвратное скрещивание. Учет пород отца и матери для всех коров по всему исследованию дал около 40 различных комбинаций пород с разной численностью популяции в зависимости от даты отбора проб. Это варьировалось от одного представителя на одной ферме (британский фриз × монбельярд) до 119 особей HF на всех фермах для D2. Чтобы рационализировать количество комбинаций помесей в этом исследовании, не проводилось различий между вкладом генетики со стороны родительского пола. Например, и помесь от отца-джерсея и матери-HF, и от отца-HF и матери-джерсея обозначаются как HFJE.

Анализ данных

Microsoft Excel использовался для обработки данных, в то время как весь статистический анализ был выполнен с использованием «R» (52). Общая информация о фермах и наблюдаемых коровах представлена в Таблице 1.

Низкозатратное производство и анализ главных компонент

Первоначальный сбор данных включал 1070 коров, но для некоторых ферм и/или коров в некоторые даты отбора проб имеются пропущенные и неполные записи. Для наблюдательной статистики были отобраны коровы, имеющие записи на любую заданную дату по продуктивности, здоровью и результатам состава ЖК (объяснено далее). В результате на D1, D2, D3 и D4 было получено 299, 757, 772 и 613 коров соответственно.

Основываясь на доступных данных, используя комбинацию записей ферм, результатов анализа молока и приоритетов типичных LI-практик, переменные, выбранные для определения LI-P, были разделены на три основных критерия:

1. Продуктивность:

   i. Удой (л/день).

   ii. Общее количество жира и белка (кг/день).

2. Здоровье:

   i. Здоровье вымени; SCC (×10³ клеток/мл молока).

   ii. Лечебные мероприятия, включая антибиотики (например, при мастите или метрите) или другие (например, при хромоте, родильном парезе или боли/воспалении).

3. Профиль жирных кислот:

   i. Процент от общего профиля, занимаемый полезными ЖК (n-3, OA, CLA9, EPA + DPA + DHA).

   ii. Процент от общего профиля, занимаемый ЖК, которые часто потребляются в избытке и считаются нежелательными (C12:0, C14:0, C16:0, n-6 и соотношение n-6/n-3).

Элементы LI-P имели разные единицы измерения (ЖК – пропорциональные, удой – литры/корова/день, SCC – ×10³ клеток/мл молока и т.д.); таким образом, данные были стандартизированы (нормализация к среднему нулю и стандартному отклонению единица) (53), чтобы придать каждому элементу LI-P одинаковый вес. Для визуализации влияния идентификатора фермы (Farm ID, 2–17) на LI-P использовался анализ главных компонент (PCA) в пакете «vegan» (54). На основе PCA были построены два набора графиков. Во-первых, графики (Рисунок 1), на которых точки представляют пробы/записи от коров (на каждой ферме, по одному графику для каждой из четырех дат), причем чем ближе две точки друг к другу в пространстве ординации PCA, тем более схожи их характеристики (с точки зрения продуктивности, здоровья и профиля ЖК молока). Точки на этих графиках были окрашены по идентификатору фермы для облегчения интерпретации. Во-вторых, графики PCA этих характеристик (Рисунок 2), на которых близко расположенные точки указывают на совместное появление на схожих фермах или в схожих системах ведения хозяйства. Этот второй набор графиков PCA также был разбит по датам. Другими словами, характеристики, сгруппированные вместе на Рисунке 2, могут быть связаны с коровами и/или фермами, которые занимают сходное пространство ординации на Рисунке 1.

Рисунок 1. Анализ главных компонент на основе низкозатратного производства, выделенный по идентификатору фермы. C12:0 – лауриновая кислота, C14:0 – миристиновая кислота, C16:0 – пальмитиновая кислота, CLA.9 – конъюгированная линолевая кислота (изомер C18:2, c9t11), n3 – омега-3, n6 – омега-6, n6n3 – соотношение омега-6/омега-3, EPA + DPA + DHA – сумма эйкозапентаеновой кислоты, докозапентаеновой кислоты и докозагексаеновой кислоты, SCC – количество соматических клеток, Treatments – лечебные мероприятия.

Рисунок 2. Анализ главных компонент, отображающий характеристики низкозатратного производства.

Описательный статистический анализ

Для описательного статистического анализа были применены дополнительные критерии включения: на любую дату отбора проб должны существовать записи как минимум для шести коров одной и той же породы (комбинации) с как минимум трех разных ферм. Эти критерии позволили получить наиболее репрезентативные комбинации пород и обеспечили сравнение между породами, а не между индивидуальными стилями управления фермами. После применения этих дополнительных критериев включения осталось восемь пород для сравнения: эйршир-помесь (AYRX, n = 100), HF (HF, n = 325), HF × джерсей (HFJE, n = 184), HF × скандинавская красная (HFSR, n = 274), джерсей-помесь (JEX, n = 121), новозеландская фриз-помесь (NZFX, n = 90), дейри-шортхорн (SH, n = 80) и скандинавская красная-помесь (SRX, n = 140). Количество коров, представленных каждой породой с каждой фермы, доступно в Дополнительной таблице 3.

Пакет «nlme» в R (55) использовался для моделирования влияния «Породы» на переменные, описанные для LI-P, с использованием Сезона и Идентификатора фермы в качестве случайных факторов. Линейная смешанная модель учитывает вариацию, объясняемую фиксированными эффектами (Порода) и случайными эффектами (Сезон и Идентификатор фермы). Поскольку фермы наблюдались в течение четырех дат отбора проб, эти связанные измерения нарушили бы предположения о независимости, свойственные линейной модели, отсюда использование «Идентификатора фермы» и «Сезона» в качестве случайных факторов. Количество дней в лактации не различалось между породами (F-статистика = 1,50, p = 0,165), что позволило сравнивать породы без дифференциации или корректировки по стадии лактации. В каждую дату все коровы на одной ферме получали одинаковый рацион, а не индивидуально (Дополнительная таблица 1). Данные по кормлению не соответствовали допущениям модели; поэтому приведены средние значения и стандартные отклонения, но p-значение не указано. Наблюдательно, не было большой разницы в количестве скармливаемых концентратов между породами, но отмечалась заметная разница в количестве скармливаемых консервированных кормов между породами (Таблица 2). Считается, что кормление концентратами оказывает наибольшее влияние на профиль ЖК (56); поэтому перед анализом в данные не вносились поправки.

Таблица 2. Влияние породы на компоненты низкозатратного производства: продуктивность (удой и общее количество жира и белка), здоровье (лечебные мероприятия и SCC) и питательно значимые ЖК в молоке (выражены в процентах от общего профиля ЖК).

Среднее значение ± стандартное отклонение (SD) и p-значения ANOVA.

Традиционно для множественных сравнений уровней внутри фактора используются апостериорные тесты Тьюки (Tukey HSD). Однако из-за сложности данного набора данных с множеством уровней сравнения (8), некоторые с небольшим числом повторностей, контроль ошибки семейственного уровня даже с помощью этого подхода мог бы привести к многочисленным ошибкам первого рода (ложноположительным результатам) и был бы вводящим в заблуждение (57–59).

Показатель низкозатратного производства (LI-P score)

Для создания универсального показателя для каждой записи требуются общие единицы измерения. Используя переменные, отобранные для LI-P, для каждой записи о корове были созданы баллы для оценки наилучшей породы. Удой, общее количество жира и белка, SCC и пропорции полезных и нежелательных ЖК (более высокие ранги указывают на более полезные качества) оценивались следующим образом.

1. Показатели продуктивности [удой (л/день) и общее количество жира и белка (кг)] были распределены по пяти группам с равным числом наблюдений, оцененным от 1 до 5, где 5 – наивысший балл, а 1 – наименьший. Баллы были объединены для получения общего балла продуктивности из 10 возможных.

2. SCC (×10³ клеток/мл молока) была распределена по пяти группам с равным числом наблюдений, оцененным от 1 до 5, где 5 – наименьший уровень, а 1 – наивысший. Для ветеринарных обработок коровам присваивался 1, если они не получали обработок, и 0, если им хотя бы один раз с момента предыдущего сбора данных вводили антибиотики или альтернативные средства (например, при мастите, метрите или других состояниях, таких как хромота, родильный парез или боль/воспаление). Этот показатель добавлялся к категории SCC, что давало общий балл здоровья из 6 возможных.

3. Для полезных ЖК (OA, CLA9, n-3 и EPA + DPA + DHA) концентрации ранжировались и распределялись по пяти равным группам, где балл 5 присваивался наивысшей группе, а 1 – наинизшей, тогда как для нежелательных ЖК (часто потребляемых в избытке) (C12:0, C14:0, C16:0, n-6 и соотношение n-6/n-3) баллы были обратными: 5 – для наинизшей группы. Категории ЖК были объединены для получения общего балла по ЖК из 45 возможных.

Эти индивидуальные оценки затем использовались для расчета единого балла (от 0 до 1) для каждой записи о корове с использованием двух альтернативных подходов. Весовые коэффициенты основаны на ценностях органического и LI-производства, индексах отела AHDB для весеннего и осеннего отелов (60) и надбавке за качество ЖК, предлагаемой Organic Valley's Grassmilk® (29).

• Взвешенный по здоровью балл: веса составляли 30% продуктивность, 50% здоровье и 20% ЖК.

• Взвешенный по продуктивности балл: 60% продуктивность, 30% здоровье и 10% ЖК.

Например:

Взвешенный по здоровью балл = 30%  (балл продуктивности/10) + 50%  (балл здоровья/6) + 20%  (балл ЖК/45).

Низкозатратное производство и анализ главных компонент

Результаты PCA представлены на Рисунках 1 и 2. На D1 общая дисперсия на 46% объяснялась PC1 (29%) и PC2 (17%). На D2 дисперсия на 43% объяснялась PC1 (25%) и PC2 (18%). На D3 дисперсия на 51% объяснялась PC1 (31%) и PC2 (20%). На D4 дисперсия на 55% объяснялась PC1 (29%) и PC2 (26%).

Индивидуальная ферма оказывала значительное влияние на LI-P, особенно на D4 (осень 2012) (Рисунок 1), где коровы с одной фермы четко сгруппированы вместе. Коровы с Фермы 7 плотно сгруппированы по отрицательной оси PC1 и положительной оси PC2, тогда как коровы с Фермы 14 сгруппированы по отрицательным осям PC1 и PC2. Полезные ЖК n-3, CLA9 и EPA + DPA + DHA обычно располагались близко друг к другу в пространстве ординации PCA, тогда как нежелательные насыщенные ЖК C12:0, C14:0 и C16:0 группировались вместе в противоположных квадрантах осей на всех четырех датах отбора проб D1–D4 (Рисунок 2).

Интерпретация Рисунка 1 облегчается перекрестной ссылкой на Рисунок 2 для наложения последнего на Рисунок 1. Например, на дату D1 многие коровы с Фермы 8 ассоциируются с высокими уровнями CLA9 и OA в молоке. Напротив, Фермы 2, 3 и 11 имеют более высокие концентрации насыщенных ЖК: C12:0, C14:0 и C16:0. Однако на D2 коровы с Ферм 6, 15 и 16 ассоциируются с полезными ЖК EPA + DPA + DHA и CLA9, а Ферма 17 – с n-6 и высоким соотношением n-6/n-3. На всех четырех датах отбора проб Ферма 7 (желтая) выделяется производством молока с повышенным содержанием n-6 и высоким соотношением n-6/n-3, хотя ни одна ферма не была стабильно связана с полезными ЖК в молоке.

Влияние породы на низкозатратное производство

Средние значения компонентов LI-P для восьми наиболее распространенных пород и помесей показаны в Таблице 2. Усреднение данных (за четыре даты) с нескольких ферм со схожими породными комбинациями показало, что отдельные параметры, используемые для определения LI-P, значимо различались между породами, хотя, опять же, в этом наборе данных не было различий в стадии лактации между породами. Наиболее продуктивной породой была HF (21,2 л) и помеси HF (HFJE: 21,8 л и HFSR: 21,9 л), а HFJE имела наибольшее количество жира и белка (1,8 кг). Однако HF и помеси имели самые низкие концентрации длинноцепочечных n-3 ЖК [EPA + DPA + DHA: HF – 0,20%, HFJE – 0,19% и HFSR – 0,19%], а HFJE и HFSR имели самое низкое общее содержание n-3 (оба по 1,3%). Кроме того, HFJE имела самые высокие концентрации C12:0 (4%), C14:0 (11,2%) и C16:0 (32,9%). AYRX имела самую низкую концентрацию C12:0 (3,2%), C16:0 (29,6%) и соотношения n-6/n-3 (1,0), а также самую высокую концентрацию OA (20,3%), CLA9 (0,99% – незначимо), EPA + DPA + DHA (0,23%) и n-3 (1,7%). SH имела самый низкий среднесуточный удой (17,8 л) и содержание сухих веществ (1,5 кг), высокое среднее количество соматических клеток (261 × 10³ клеток/мл молока), самую высокую концентрацию n-6 (2,1%) и соотношения n-6/n-3 (1,9), а также низкую концентрацию EPA + DPA + DHA (0,20%), n-3 (1,40%) и CLA9 (0,74%).

Не было различий в SCC между породами, но 12% записей SCC от отдельных коров превышали стандарт ЕС, варьируясь от 400 000 до 9 000 000 клеток/мл молока. Это привело к очень широкому стандартному отклонению SCC; поэтому в Таблицу 2 были включены медианные значения (наряду со средними) для более репрезентативной оценки статуса SCC. Медианное количество клеток для каждой породы составляет менее 90 000 клеток/мл молока. Наибольшее количество лечебных мероприятий приходилось на AYRX (0,41), тогда как NZFX (0,08) и SH (0,09) получали их реже всего.

Показатель низкозатратного производства (LI-P score)

Два показателя LI-P для каждой породной комбинации представлены в Таблице 3. NZFX была породой с наивысшим баллом, заняв первое место как при взвешивании по здоровью, так и по продуктивности, тогда как SH была породой с наименьшим баллом, заняв последнее место в обоих сценариях. Наибольшее изменение в показателе LI-P при разных весах наблюдалось у HFJE, которая заняла четвертое место по шкале здоровья, но второе – при акценте на продуктивность.

Таблица 3. Влияние породы на показатель здоровья и показатель продуктивности ± стандартное отклонение.

Данные, собранные для этой статьи, предоставляют ценную информацию с коммерческих ферм, имеющую прямое практическое применение для фермеров, в области, где наблюдается недостаток научной литературы. Поскольку это исследование отслеживает деятельность на фермах, многие переменные не контролируются, но статистическая модель смягчает некоторые из этих эффектов. Собранные данные имеют достаточное качество и охват, чтобы дать бесценное понимание LI-P-систем в Великобритании. Это включает влияние породных комбинаций на LI-P и определение того, как и почему породы подходят для разных ферм. Хотя в этой статье не делаются окончательные выводы, она исследует текущее состояние стратегий разведения в молочном животноводстве и подчеркивает, как принятие решений фермерами должно направлять будущие исследования в области LI-(помесного) разведения.

Низкозатратное производство

Влияние управления фермой (например, породы, рациона, даты отела и питания) на состав молока, удой и здоровье животных хорошо задокументировано (28, 29, 61, 62). Эти эффекты видны в анализе PCA (Рисунок 1), где каждая фермерская система образует кластеры (за исключением D1, с меньшим числом записей). Большинство органических коров были с осенним отелом, а многие LI – с весенним (Таблица 1). Из-за этой коллинеарности статистически трудно определить, влияет ли на LI-P система управления (органическая vs. LI) или стадия лактации. Кроме того, коллинеарность нарушает допущения большинства статистических моделей о независимом влиянии факторов; поэтому было бы некорректно разделять их в попытке определить, что оказывает более сильное влияние на LI-P – управление или стадия лактации. Тем не менее, из Рисунка 1 ясно, что LI-P тесно связан с отдельными фермами. Конкретные цели и предпочтения отдельных фермеров приводят к решениям о подходящих породах для данной конкретной системы, и поскольку эти управленческие решения уникальны для каждой фермы, влияние породы на LI-P является многогранным.

Кормление

Хотя система оценки была направлена на выявление пород, хорошо приспособленных к LI-земледелию, существовали различия в дополнительном кормлении между породами, которые могли повлиять на результаты. Количество скармливаемых концентратов было довольно стабильным между породами (от 3,0 до 4,5 кг на голову в день), хотя количество скармливаемых консервированных кормов варьировалось сильнее – от 1,7 до 8,6 кг на голову в день. Увеличение доли свежих кормов в рационе влияет на состав молочного жира, повышая содержание CLA9 и омега-3 (29, 63), и если мы предположим, что потребление свежих кормов обратно пропорционально количеству других скармливаемых кормов (32), можно было бы ожидать, что ранжирование пород будет следовать схожему принципу, определяемому положительным влиянием состава молочного жира на эти составные баллы. Однако, хотя это справедливо для лучшей и худшей пород по обоим баллам [NZFX заняла первое место по обоим баллам, имела самое низкое дополнительное кормление, самую высокую концентрацию CLA9 (1,03%) и вторую по величине концентрацию n-3 (1,5%), а SH, занявшая восьмое место по обоим баллам, имела самый высокий уровень дополнительного кормления], ранжирование всех остальных пород не соответствует комбинированным нормам дополнительного кормления. AYRX обошла SRX и JEX по баллам здоровья и продуктивности, тогда как HFJE обошла JEX по обоим баллам и SRX по баллу продуктивности; однако и AYRX, и HFJE получали больше дополнительного корма, чем JEX и SRX. Несмотря на более высокие уровни дополнительного кормления по сравнению с JEX и SRX, молоко коров AYRX имело самую высокую концентрацию n-3 (1,7%) и вторую по величине концентрацию CLA9 (0,99%) среди всех пород. На другом конце рейтинга по здоровью и продуктивности коровы JEX заняли седьмое и шестое места соответственно, но им предлагался второй по величине уровень дополнительного кормления, следовательно, можно было ожидать относительно высокого потребления пастбищной травы. Несмотря на данные о том, что управление кормлением оказывает наибольшее влияние на профиль ЖК (29, 61), в этом исследовании были взяты пробы молока с широкого разнообразия ферм и пород, где влияние рациона, возможно, было минимизировано, что потенциально выявило различия между породами.

Здоровье животных

SCC является показателем здоровья вымени, благополучия коров и качества молока. Как правило, если SCC ниже 100 000 клеток/мл молока, корова считается здоровой, тогда как выше 200 000 клеток/мл молока корова, вероятно, имеет по крайней мере одну долю с маститом, и, хотя некоторые коровы естественно имеют более высокий SCC, уровень выше 400 000 клеток/мл молока считается ЕС непригодным для употребления человеком (64). В ходе исследования только 19% коров с высоким SCC (>400 000 клеток/мл молока) получили лечебное мероприятие (ветеринарное или иное). Согласно органическим нормам ЕС, ожидается, что коровы будут сопротивляться инфекциям благодаря эффективному управлению (65), что свидетельствует о том, что фермеры в этом исследовании с большей вероятностью позволяли коровам вырабатывать иммунитет для борьбы с инфекцией, чем лечить антибиотиками. Интересно, что на долю HF и помесей HF приходилось 41% высоких показателей клеток, тогда как только 4% коров с SCC выше 400 000 клеток/мл молока относились к лучшей породе (NZFX), что свидетельствует о том, что новозеландская генетика обладает эффективными оздоровительными признаками. Кроме того, эта доля животных с высокими показателями клеток подчеркивает необходимость и потенциальную выгоду от разведения для улучшения оздоровительных признаков, особенно в органических производственных системах, когда профилактическое лечение не является вариантом. Недавний отчет показал, что использование антибиотиков в животноводстве снизилось на 40% с 2013 по 2017 год (66), но сохраняется давление на молочную промышленность по сокращению использования антибиотиков из-за устойчивости к противомикробным препаратам, которая уже влияет на здоровье человека и животных (67).

Цели разведения

Влияние рационов на основе кормов на профиль ЖК молока хорошо изучено (29, 46, 61), но конверсия кормов различными породами в LI-системах не исследована. Большая часть исследований по конверсии кормов была сосредоточена преимущественно на HF (68, 69). Другие исследования показали, что помесь JE × HF лучше подходит для пастбищной системы (70–72), но только по сравнению с HF. В общем виде, HF выводились по продуктивным признакам, а не по составу молока или оздоровительным признакам (73). Это отразилось в данном исследовании, поскольку коровы с генетикой HF имели самый высокий удой (21,2–21,9 л/день), а HFJE имела наибольшее количество белка и жира (1,8 кг/день), но SCC был самым высоким для HFSR (294 000 клеток/мл молока) и третьим по величине для HFJE (248 000 клеток/мл молока). Хотя HF важны в Великобритании, и их помеси хорошо работают в некоторых пастбищных системах, необходимы дальнейшие исследования по конверсии кормов у более разнообразных пород для улучшения LI- и органических молочных систем. Хотя рацион крупного рогатого скота может быть доминирующим фактором, контролирующим профиль ЖК молока, существуют также доказательства того, что наследуемость влияет на состав молочного жира как внутри, так и между породами (20, 34). Это свидетельствует о том, что комбинация кормления кормами и селективного разведения может оптимизировать состав ЖК для здоровья потребителей. Несмотря на то, что селекционные органы и покупатели молока отдают приоритет содержанию жира и белка в молоке, в настоящее время в Великобритании не существует надбавки за состав жира. Organic Valley's «Grassmilk™» (США) получает надбавку в 15% к органическим ценам за содержание n-3, CLA9 и соотношение n-6/n-3 (74). Это демонстрирует наличие рынка для оптимизации состава молочного жира и, таким образом, создает маркетинговую возможность для британского молока.

Альтернативным ориентиром для LI-молочного животноводства являются Национальные цели разведения Новой Зеландии (New Zealand National Breeding Objectives), в которых акцент делается на выпасе, а приоритет отдается конверсии кормов, выходу компонентов молока (процент белка и жира), здоровью и фертильности (75). Исходя из важности кормов в новозеландском молочном животноводстве, неудивительно, что новозеландская фриз-помесь превзошла все другие породы в этом исследовании, заняв первое место по обоим показателям эффективности (Таблица 3). Хотя порода является важным компонентом управления, рацион является самым сильным фактором, влияющим на состав ЖК в молоке (46), тогда как высокое потребление кормов в рационе увеличивает концентрацию n-3 в молоке и снижает соотношение n-6/n-3 (28, 29). Вклад профиля ЖК молока в показатель LI-P определяет способность породы эффективно пастись и использовать траву; следовательно, концентрации n-3, CLA9 или соотношение n-6/n-3 в молоке могут быть использованы для прогнозирования того, насколько хорошо корма конвертируются в молоко.

Влияние породы на низкозатратное производство

Результаты этого исследования подтверждают, что, хотя управление на отдельных фермах влияет на LI-P, порода также играет важную роль. Несмотря на последнее место в обоих сценариях (Таблица 3), шортхорны хорошо известны своим положительным темпераментом, высокой фертильностью и эффективностью конверсии кормов в молоко (76), что является важными показателями для LI-молочного животноводства, хотя формально в этом исследовании не анализировалось. С точки зрения желательного состава молочного жира, AYRX имела наиболее желательный профиль ЖК. Однако AYRX давала меньше молока (20,2 л/день), чем более продуктивные помеси HF (21,2–21,9 л/день), и заняла четвертое место по SCC (243 000 клеток/мл молока). Несмотря на это, AYRX заняла второе место по здоровью и третье по показателю продуктивности. Эйрширы обычно используются в органических системах из-за их легкости в управлении, конверсии кормов в молоко, общего здоровья и долголетия (77). Джерсейские помеси не показали высоких результатов (седьмое место по взвешенному здоровью и шестое по показателю продуктивности), но джерсейская порода имеет много желательных признаков для органических и LI-систем (78). Эйршир, шортхорн и джерсей имеют преимущества, выходящие за рамки этого исследования; кроме того, низкая численность этих пород в Великобритании предоставляет меньше возможностей для отбора по сравнению с более популярной HF.

Скандинавские красные имеют репутацию породы с хорошим здоровьем вымени (79), и SRX имела самое низкое среднее SCC (170 000 клеток/мл молока); однако HFSR имела самое высокое среднее SCC (294 000 клеток/мл молока), но, что интересно, медиана обоих SR-помесей была одинаковой (73 000 клеток/мл молока). Это предполагает, что фермы с высоким уровнем заболеваемости маститом могут скрещивать HF с SR из-за их репутации и селекционной истории, возможно, вместо изменения управления для снижения риска инфекции.

Породы в этом исследовании в целом популярны и хорошо подходят для органического и LI-земледелия. Несмотря на это, многие желательные признаки для органического и LI-молочного животноводства не были измерены в этом исследовании (конверсия кормов, фертильность, темперамент, легкость отела и т.д.). Легко выбирать характеристики, которые могли бы сделать породу «лучше» или «хуже»; это может быть субъективно, но фермеры принимают решения, исходя из своих приоритетов и того, что лучше всего работает для их конкретной системы, и, несмотря на низкий балл LI-P, многие из этих пород важны для LI- и органического молочного животноводства.

Гетерозис

Еще одним важным фактором, который следует учитывать в программе скрещивания, является гетерозис и эффекты возвратного скрещивания, что демонстрируется подходом к разведению, используемым на этих органических и LI-фермах. Все фермы имели как минимум три основные породы (Таблица 1), большинство из которых подвергаются скрещиванию и возвратному скрещиванию. В этом исследовании из 1070 коров, отобранных на 17 фермах, 40% были F1 (помеси первого поколения), 40% были F2 или последующих поколений, и только 20% были чистокровными. Это подтверждает, что в этих LI- и органических системах скрещивание необходимо для выращивания выносливых, продуктивных коров. Как уже обсуждалось, большая часть опубликованных исследований сосредоточена на помесях HF, которые, как показало данное исследование, не являются репрезентативными для LI- и органических методов управления на изученных британских фермах. Кроме того, максимизация преимуществ гибридной силы может быть сложной и непредсказуемой, но сложные органические условия часто делают гетерозис выгодным (80). Частично из-за акцента на конкретных породах, таких как HF, для фермеров с альтернативными породами мало доступных независимых консультаций по гетерозису. Необходимы дальнейшие исследования с использованием разнообразного спектра пород для полного понимания этого эффекта и преимуществ, которые он предлагает (81), но, как демонстрирует преобладание скрещивания в этом исследовании, отрасль опережает науку – фермеры сами исследуют эти эффекты.

Взаимодействие генотипа и среды

Взаимодействие генотипа и среды (GxE) является ключевым для различения интенсивных и LI- или органических программ разведения. Nauta и др. (18) впервые изучили различия GxE между органическим и традиционным молочным животноводством и сообщили о наследуемости SCC и продуктивных признаков, которые требуют переранжирования быков-производителей для органических систем. Обилие скрещивания в этом исследовании указывает на то, что фермеры узнают о том, как (помесные) породы взаимодействуют с их средой, возможно, наблюдая гетерозис и GxE независимо, что свидетельствует о том, что для успеха LI- и органических целей разведения наука должна согласовываться с фермерскими практиками. Rodriguez-Bermudez и др. (23) приходят к выводу, что разведение для интенсивных систем не позволит органическим коровам реализовать свой потенциал из-за влияния взаимодействий GxE на продуктивность. Для повышения эффективности в LI/органическом молочном животноводстве генотипы должны быть хорошо адаптированы к своим системам, что предполагает меньшее внимание к продуктивности, но больший акцент на фертильности и устойчивости (81). Учет взаимодействия GxE при разработке и оценке программ разведения необходим для того, чтобы позволить скоту реализовать свой потенциал – независимо от системы, в которой он содержится.

В заключение, данная статья подчеркивает слабые места в текущих британских программах разведения для LI- и органического молочного животноводства из-за ограниченных прошлых исследований по конверсии кормов в здоровое молоко и предвзятости в пользу HF. Отсутствие надежных научных данных, необходимых для продвижения систем разведения, привело к тому, что научная база часто отстает от передовых фермерских практик. Данные этого исследования показывают, что новозеландская фризская и эйрширская генетика может подойти для некоторых LI/органических ферм. Необходимы тщательные дальнейшие исследования для изучения GxE, потребления и конверсии кормов, чтобы реализовать истинный потенциал коров в этих системах управления. Идеальным сценарием был бы доступ фермеров к интерактивной блок-схеме, которая помогала бы им выбирать породы на основе ресурсов, ограничений и приоритетов в их системе, что привело бы к созданию системы индексации, уникальной для каждой фермы.

Дополнительные материалы к этой статье можно найти онлайн по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fvets.2020.544149/full#supplementary-material

Davis H, Stergiadis S, Chatzidimitriou E, Sanderson R, Leifert C and Butler G (2020) Meeting Breeding Potential in Organic and Low-Input Dairy Farming. Front. Vet. Sci. 7:544149. doi: 10.3389/fvets.2020.544149

Перевод статьи «Meeting Breeding Potential in Organic and Low-Input Dairy Farming» авторов Davis H, Stergiadis S, Chatzidimitriou E, Sanderson R, Leifert C and Butler G., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Designed by Freepik