使用 3D 成像評(píng)估雜交肉牛的身體成分

有效管理身體成分對(duì)牛肉的健康和生產(chǎn)性能至關(guān)重要。了解其化學(xué)成分，包括水、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和能量，對(duì)于優(yōu)化飼料效率和滿足營養(yǎng)需求至關(guān)重要。傳統(tǒng)方法，如死后胴體研磨和化學(xué)分析，價(jià)格昂貴且不適合連續(xù)監(jiān)測。傳統(tǒng)的基于視覺或觸診的方法（如體況評(píng)分）很常見，但需要手動(dòng)操作且主觀性強(qiáng)。3D成像技術(shù) (3DIT ) 的出現(xiàn)為克服傳統(tǒng)方法的局限性提供了良好的機(jī)會(huì)。3DIT 的創(chuàng)新引起了人們的興趣，因?yàn)樗梢詼?zhǔn)確、非侵入性地確定牛和其他牲畜的體重和成分。與傳統(tǒng)方法不同，3DIT 可以進(jìn)行安全和非接觸式測量，從而促進(jìn)形態(tài)性狀的高通量表型分析。值得注意的是，3DIT 已成功應(yīng)用于生長或育肥牛，以估計(jì)平均日增重、胴體等級(jí)和身體成分等參數(shù)。

當(dāng)前研究

Xavier 等人 (2023) 最近開展了一項(xiàng)研究，旨在校準(zhǔn)和評(píng)估體內(nèi)三維數(shù)字化成像 (3DIT) 技術(shù)在評(píng)估常見肉牛和奶牛雜交品種的空腹體和胴體成分方面的精度。該研究納入了 100 頭瑞士褐牛母牛與安格斯牛、利木贊?；蛭鏖T塔爾牛公牛的雜交雄性后代。這些犢牛平均出生 31.5 天，體重 73.6 公斤，飼喂牛奶、干草、精飼料和玉米青貯飼料，直至體重達(dá)到 160 公斤。之后，它們被飼喂兩種全混合日糧中的一種，直至屠宰。根據(jù)評(píng)估身體成分的方式，數(shù)據(jù)分為兩組：第一組使用直接死后分析，第二組使用通過第 11 根肋骨解剖法直接或間接估算。

· 第 1 組：包括 48 頭小牛（每個(gè)雜交品種 16 頭），它們按照生長軌跡以不同的體重被屠宰，其中 18 頭以 517 公斤的體重被屠宰，可對(duì)這些小牛進(jìn)行死后身體成分的直接測量。

· 組 2：納入 70 頭犢牛（23 頭安格斯公牛，24 頭利木贊公牛，23 頭西門塔爾公牛），屠宰時(shí)體重為 517 公斤。本組犢牛的體成分測定方法為直接測定（n = 18）或通過第 11 肋骨解剖法間接測定（n = 52）。

熱胴體重量變化很大，從 34 公斤到 306 公斤不等，平均產(chǎn)量為 56 ± 3%。盡管存在這種變化，空腹體內(nèi)的水分、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)比例保持穩(wěn)定，而脂質(zhì)和能量比例則表現(xiàn)出較大的變化性。在空腹體 (r ≤ -0.99) 和胴體 (r ≤ -0.99) 中均觀察到水分和脂質(zhì)比例之間的強(qiáng)烈負(fù)相關(guān)性，表明它們之間存在強(qiáng)烈的反比關(guān)系。無脂肪空腹體成分保持一致，約含 75.0 ± 1.1% 的水分、20.8 ± 1.0% 的蛋白質(zhì)和 4.2 ± 0.2% 的礦物質(zhì)，與無脂肪胴體成分相似。在終點(diǎn)（第 2 組），公牛達(dá)到商業(yè)屠宰重量 (517 ± 10 公斤體重)，熱胴體重量平均為 289.3 ± 10.0 公斤，胴體產(chǎn)量為 56 ± 2%?？崭购碗伢w中的脂質(zhì)比例再次表現(xiàn)出最高的變異性（變異系數(shù)分別為17%和19%）。安格斯雜交公牛的脂質(zhì)含量和能量儲(chǔ)存量高于利木贊?；蛭鏖T塔爾雜交公牛，且水分比例較低。

比較分析

在最終屠宰重量下，不同種公牛品種的化學(xué)成分差異明顯。與利木贊?；蛭鏖T塔爾牛雜交品種相比，安格斯雜交公牛的脂質(zhì)和能量含量更高，但水分含量更低。通過3DIT揭示了不同種公牛品種之間的體型特征，利木贊雜交公牛在生長軌跡和終點(diǎn)時(shí)都比安格斯和西門塔爾雜交品種的尺寸更大。用于空體化學(xué)質(zhì)量估算的關(guān)鍵3DIT變量包括大腿長度和臀高，其他變量可以增強(qiáng)預(yù)測效果，尤其是在生長軌跡階段。此外，在大多數(shù)偏最小二乘模型中，六個(gè)補(bǔ)充變量和兩個(gè)比率始終對(duì)空體比例估算有貢獻(xiàn)。這六個(gè)補(bǔ)充變量分別是肩寬、心圍、胸深、臀寬、大腿圍和體長，而兩個(gè)始終有貢獻(xiàn)的比率是體長與心圍的比率以及肩寬與臀寬的比率。

本研究揭示了不同公牛品種間雜交公牛的化學(xué)成分存在顯著差異。與利木贊?；蛭鏖T塔爾牛雜交品種相比，安格斯雜交品種的脂肪和能量含量更高，但水分含量更低，這表明不同品種的胴體成分存在顯著差異。利用3DIT技術(shù)，研究人員能夠識(shí)別不同公牛品種間的體型特征，這對(duì)于估算不同生長階段的空重和胴體成分至關(guān)重要。與僅使用體重或體型等級(jí)的模型相比，加入3DIT變量顯著提高了估算的精度，尤其是脂肪質(zhì)量和能量含量的估算精度。事實(shí)證明，基于3DIT變量的體重估算方法可靠，其體重估算精度與先前的研究結(jié)果相當(dāng)。

放置相機(jī)

靠近水槽似乎是安裝 3D 攝像機(jī)監(jiān)控飼養(yǎng)場牛群的理想位置。然而，保護(hù)攝像機(jī)免受各種因素的影響至關(guān)重要，這可能需要安裝防護(hù)罩或遮陽棚。為了有效監(jiān)控單個(gè)牛只，攝像機(jī)應(yīng)安裝在適當(dāng)?shù)母叨龋?/span>2 米）和角度（45 度），以便在牛只靠近飲水時(shí)清晰地拍攝到圖像，從而最大限度地減少其他牛只的干擾。通常，一個(gè)尺寸為寬 6.5 英寸 x 高 12 英寸 x 長 26.5 英寸的飲水器足以容納 50 頭公牛，因此，一個(gè)容納 100 頭公牛的牛欄需要兩個(gè)這樣的飲水器和兩臺(tái)攝像機(jī)。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校最近開展了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)（Padilla 等人，2021），評(píng)估了計(jì)算機(jī)視覺在監(jiān)測肉牛生長發(fā)育中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)中，閹牛佩戴了 RFID 耳標(biāo)，并在每個(gè)牛欄的水槽上方安裝了一臺(tái) 3DIT 攝像頭。當(dāng)?？拷蹠r(shí)，RFID 天線會(huì)觸發(fā)攝像頭捕捉俯視圖，圖像隨后傳輸?shù)街醒胗?jì)算機(jī)，最終傳輸?shù)皆贫?。研究人員開發(fā)了一種算法來過濾和處理圖像，提取相關(guān)的生物學(xué)特征，例如體長、體寬、體高、面積和體積。該系統(tǒng)成功處理了可用的圖像，展現(xiàn)了其實(shí)時(shí)生長監(jiān)測的潛力。

在水槽頂部安裝 3D 攝像頭，提供了一種持續(xù)監(jiān)測牛體成分的創(chuàng)新方法。這種放置方式充分利用了牛頻繁前往水源的便利，在不干擾其正常行為的情況下，提供了充足的數(shù)據(jù)收集機(jī)會(huì)。該裝置符合精準(zhǔn)畜牧養(yǎng)殖的原則，可以對(duì)評(píng)估體成分至關(guān)重要的體征進(jìn)行非侵入式實(shí)時(shí)評(píng)估。如果成功實(shí)施，該方法可以將體成分監(jiān)測無縫整合到日常工作中，從而改變畜牧管理實(shí)踐，提高動(dòng)物福利和生產(chǎn)效率。

啟示

在體重 (BW) 中添加 3DIT 變量可提高估算身體成分（尤其是脂質(zhì)質(zhì)量）的精度。成像技術(shù)具有技術(shù)簡便、非侵入性和安全性，在精準(zhǔn)畜牧養(yǎng)殖中具有更廣泛的應(yīng)用潛力。使用 3DIT 精確估算肉牛和奶牛雜交公牛的身體和胴體成分是一項(xiàng)重大進(jìn)步。持續(xù)的研究和改進(jìn)有望增強(qiáng)精準(zhǔn)畜牧養(yǎng)殖實(shí)踐，從而改善管理、提高牛群福祉，并提升畜牧生產(chǎn)者的經(jīng)濟(jì)效益。