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基于卷积神经网络的奶牛发情行为识别方法

农业机械学报 2019年第7期50卷 186-193页

作者：刘忠超何东健西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 南阳理工学院电子与电气工程学院南阳473000 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

对奶牛发情的及时监测在奶牛养殖中至关重要。针对现有人工监测奶牛发情行为费时费力、计步器接触式监测会产生奶牛应激行为等问题,根据奶牛发情的爬跨行为特征,提出一种基于卷积神经网络的奶牛发情行为识别方法。构建的卷积神经网络通... 详细信息

对奶牛发情的及时监测在奶牛养殖中至关重要。针对现有人工监测奶牛发情行为费时费力、计步器接触式监测会产生奶牛应激行为等问题,根据奶牛发情的爬跨行为特征,提出一种基于卷积神经网络的奶牛发情行为识别方法。构建的卷积神经网络通过批量归一化方法提高网络训练速度,以Max-pooling为下采样,修正线性单元(Rectified linear units,ReLU)为激活函数,Softmax回归分类器为输出层,结合理论分析和试验验证,确定了32×32-20c-2s-50c-2s-200c-2的网络结构和参数。经过对奶牛活动区50头奶牛6个月的视频监控,筛选了具有发情行为爬跨特征的视频150段,随机选取网络训练数据23 000幅和测试数据7 000幅,对构建的网络进行了训练和测试。试验结果表明:本文方法对奶牛发情行为识别准确率为98.25%,漏检率为5.80%,误识别率为1.75%,平均单幅图像识别时间为0.257 s。该方法能够实现奶牛发情爬跨的无接触实时监测,对奶牛发情行为具有较高的识别率,可显著提高规模化奶牛养殖的管理效率。

关键词：奶牛发情图像识别深度学习爬跨行为卷积神经网络

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初产母猪囊肿卵巢与发情卵巢转录组比较分析

江苏农业学报 2023年第3期39卷 741-752页

作者：任巧玲张家庆马强陈俊峰王璟王献伟高彬文郭红霞刘付玖邢宝松河南省农业科学院畜牧兽医研究所/河南省畜禽繁育与营养调控重点实验室河南郑州450002 河南省畜牧总站河南郑州450008

旨在系统比较初产母猪囊肿卵巢与发情卵巢的转录组水平表达的变化,探索母猪卵巢囊肿发生的遗传机制。以初产母猪的囊肿卵巢和发情卵巢为研究对像,用Illumina NovaSeq 6000测序系统进行转录组测序及生物信息学分析。结果表明,构建的6个c... 详细信息

旨在系统比较初产母猪囊肿卵巢与发情卵巢的转录组水平表达的变化,探索母猪卵巢囊肿发生的遗传机制。以初产母猪的囊肿卵巢和发情卵巢为研究对像,用Illumina NovaSeq 6000测序系统进行转录组测序及生物信息学分析。结果表明,构建的6个cDNA文库中共得到46.68 Gb原始序列(Raw reads),质控处理后获得42.02 Gb纯净序列(Clean reads),各样品的Clean reads大小均达到6.74 Gb以上,与参考基因组(Sus scrofa 11.1)的比对率为97.33%~97.79%。与发情卵巢相比,从囊肿卵巢中共筛选到335个差异表达基因,其中上调表达的基因有121个,下调表达的基因有214个。另外,有4559个新转录本被发掘,与发情卵巢相比,有53个新转录本在相对表达量上存在显著差异,其中上调表达的有18个,下调表达的有35个。GO及KEGG通路分析结果显示,差异表达基因在多个与发生卵巢囊肿相关的通路中富集,如胆固醇代谢通路、Ⅰ型糖尿病通路、Ⅱ型糖尿病通路、糖尿病并发症中晚期糖基化终产物及其受体(AGE-RAGE)信号通路等。利用CytoHubba插件从差异表达基因的蛋白质-蛋白质互作(PPI)网络中筛选到10个核心节点基因,这些基因主要参与癌症通路、细胞凋亡通路、趋化因子活性通路、糖尿病并发症中AGE-RAGE信号通路,并在肿瘤发生、多囊卵巢综合征(PCOS)并发症、卵泡闭锁、卵巢老化等方面发挥作用。通路及核心基因的功能分析结果表明,糖尿病并发症中AGE-RAGE信号通路、CXCL12基因与卵巢囊肿高度相关,机体炎症和胰岛素功能异常可能是导致初产母猪卵巢囊肿病变的主要因素。研究结果可为揭示母猪卵巢囊肿的分子遗传机制提供重要理论依据,同时可为解析人类卵巢囊肿的遗传机制提供参考。

关键词：初产母猪囊肿发情卵巢转录组

基于卷积神经网络的大白母猪发情行为识别方法研究

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农业机械学报 2020年第S01期51卷 364-370页

作者：庄晏榕余炅桦滕光辉曹孟冰中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083

针对现有发情检测方法灵敏度低、识别时间长、易受外界干扰等缺点,根据大白母猪试情时双耳竖立的特征,提出一种基于卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)的大白母猪发情行为识别方法。首先通过采集公猪试情时发情大白母猪与... 详细信息

针对现有发情检测方法灵敏度低、识别时间长、易受外界干扰等缺点,根据大白母猪试情时双耳竖立的特征,提出一种基于卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)的大白母猪发情行为识别方法。首先通过采集公猪试情时发情大白母猪与未发情大白母猪的耳部图像,划分训练集样本(80%)与验证集样本(20%)用于后期训练。随后,基于AlexNet卷积神经网络构建分类模型(AlexNet_Sow),并对该模型的网络结构进行简化,简化后的模型包含2个卷积模块和2个全连接模块,选择修正线性单元(Rectified linear units,ReLU)作为激活函数,用自适应矩估计(Adaptive moment estimation,Adam)方法优化梯度下降,选择Softmax作为网络分类器,通过结合增强学习的方法对模型进行训练,得到模型应用于验证集的准确率达到99%。此外,设定了发情鉴定的时间阈值,并结合LabVIEW的Python节点用于模型应用。当公猪试情时,大白母猪双耳竖立时长达到76 s时,则可判定其为发情。该方法对大白母猪发情识别的精确率、召回率与准确率分别为100%、83.33%、93.33%,平均单幅图像的检测时间为26.28 ms。该方法能够实现大白母猪发情的无接触自动快速检测,准确率高,大大降低了猪只应激情况和人工成本。

关键词：母猪发情卷积神经网络深度学习双耳竖立

乏情和发情初产母猪下丘脑-垂体轴中miRNA表达谱比较分析

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中国畜牧兽医 2023年第11期50卷 4491-4503页

作者：任巧玲张家庆王璟陈俊峰马强高彬文刘付玖邢宝松河南省农业科学院畜牧兽医研究所河南省畜禽繁育与营养调控重点实验室郑州450002

【目的】从神经内分泌系统揭示微小RNA(microRNA,miRNA)调控初产母猪情期活动的遗传机制。【方法】利用RNA-Seq技术对乏情和发情初产母猪下丘脑-垂体轴中的small RNA进行测序,获得了母猪下丘脑和垂体miRNA表达谱,并对筛选的差异表达miRN... 详细信息

【目的】从神经内分泌系统揭示微小RNA(microRNA,miRNA)调控初产母猪情期活动的遗传机制。【方法】利用RNA-Seq技术对乏情和发情初产母猪下丘脑-垂体轴中的small RNA进行测序,获得了母猪下丘脑和垂体miRNA表达谱,并对筛选的差异表达miRNA进行GO和KEGG等功能分析。【结果】从所构建的4个文库中共鉴定出1096个miRNAs,其中已知miRNAs 364个,新预测miRNAs 732个。以发情母猪为对照,在乏情母猪的下丘脑有16个miRNAs存在差异表达,其中6个上调,10个下调;在乏情母猪垂体有9个miRNAs存在差异表达,其中2个上调,7个下调。下丘脑中16个差异表达miRNAs共预测到5212个靶基因,垂体中9个差异表达miRNAs共预测到6897个靶基因。下丘脑中靶基因主要在细胞投射组装、质膜结合的细胞投射组装、神经元投射发育的负调控、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性等GO条目及Ras信号通路、神经营养因子信号通路、ErbB信号通路、mTOR信号通路等KEGG信号通路中显著富集;垂体中靶基因主要在mRNA加工调控、Ras GTP酶结合、泛素样蛋白连接结酶活性、表皮生长因子受体结合等GO条目及蛋白激酶、鞘脂类信号通路、凋亡、ErbB信号通路、NF-κB信号通路等KEGG信号通路中显著富集。从构建的差异表达miRNAs与生殖相关功能靶基因的调控网络中,筛选的Chr3_8404_mature、ssc-miR-9和ssc-miR-34c可能在下丘脑-垂体轴中对初产母猪情期活动的调控起重要作用。下丘脑和垂体各选4个差异表达miRNAs进行实时荧光定量PCR验证,其表达趋势与测序结果基本一致。【结论】本研究成功构建了乏情和发情初产母猪下丘脑-垂体轴miRNA的表达谱,并对差异表达miRNA的功能进行了深度挖掘,筛选到了3个对初产母猪情期活动起重要作用的miRNAs,为初产母猪情期活动遗传机制的解析提供了miRNAs方面的理论依据。

关键词： miRNA 乏情发情初产母猪下丘脑-垂体轴

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基于MFO-LSTM的母猪发情行为识别

农业工程学报 2020年第14期36卷 211-219页

作者：王凯刘春红段青玲中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100083 农业农村部精准农业技术集成科学试验基地(畜牧业) 北京100083

及时准确识别母猪的发情行为可以有效增加受胎率和产仔量,对提高养殖企业的繁育水平和经济效益具有重要意义。该研究针对生猪养殖过程中母猪发情行为识别存在主观性强、智能化水平低、假警报和错误率高、识别不及时等问题,提出了一种基... 详细信息

及时准确识别母猪的发情行为可以有效增加受胎率和产仔量,对提高养殖企业的繁育水平和经济效益具有重要意义。该研究针对生猪养殖过程中母猪发情行为识别存在主观性强、智能化水平低、假警报和错误率高、识别不及时等问题,提出了一种基于飞蛾扑火算法(Moth-Flame Optimization,MFO)优化长短时记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)的母猪发情行为识别方法。利用安装在母猪颈部的姿态传感器获得母猪姿态数据,然后使用姿态数据训练MFO-LSTM姿态分类模型,将母猪姿态分为立姿、卧姿和爬跨3类。通过对姿态分类结果进行分析,确定以爬跨行为和活动量2个特征作为发情行为识别依据,使用MFO-LSTM分类算法判断母猪是否发情。以山西省太原市杏花岭区五丰养殖场的试验数据对该方法进行验证,结果表明,该方法在以30 min为发情行为识别时间时的识别效果最好,发情行为识别的错误率为13.43%,召回率为90.63%,特效性为81.63%,与已有的母猪发情行为识别方法相比错误率降低了80%以上。该方法在保证识别准确率的情况下有效降低了错误率,可满足母猪养殖生产过程中发情行为自动识别要求。

关键词：行为监测算法母猪发情长短时记忆网络飞蛾扑火算法

乏情和发情初产母猪下丘脑–垂体–卵巢轴中lincRNAs表达谱比较分析

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遗传 2020年第4期42卷 388-402页

作者：任巧玲张家庆陆东锋王璟陈俊峰马强白献晓郭红霞高彬文邢宝松河南省农业科学院畜牧兽医研究所河南省畜禽繁育与营养调控重点实验室郑州450002 河南花花牛实业总公司郑州450000

初产母猪断奶后能否正常发情对养猪生产影响重大,也是初产母猪被淘汰的主要原因。本研究以乏情和发情初产母猪为研究对象,首次利用RNA-seq技术对其下丘脑-垂体-卵巢轴中的基因间长链非编码RNAs(long intergenic noncoding RNAs,lincRNAs... 详细信息

初产母猪断奶后能否正常发情对养猪生产影响重大,也是初产母猪被淘汰的主要原因。本研究以乏情和发情初产母猪为研究对象,首次利用RNA-seq技术对其下丘脑-垂体-卵巢轴中的基因间长链非编码RNAs(long intergenic noncoding RNAs,lincRNAs)进行筛选比较,得到lincRNAs的表达图谱,并对其特征和功能进行了初步分析。结果显示,在乏情和发情初产母猪下丘脑–垂体–卵巢轴中鉴定得到3519个lincRNAs,以发情组为对照共有17个lincRNAs存在差异表达,其中12个表达上调,5个表达下调(FC≥2,P<0.05)。选择4个差异表达的lincRNAs经qRT-PCR验证,其表达水平与测序结果基本一致。对这17个差异表达的lincRNAs进行GO分析、KEGG通路分析及lincRNA-mRNA共表达网络分析,发现这些lincRNAs主要与猪卵母细胞减数分裂成熟、卵巢细胞分化及颗粒细胞凋亡等生殖活动相关。本研究结果丰富了猪lincRNAs数据资源,为进一步深入研究初产母猪的生殖机能提供了理论依据。

关键词： lincRNAs 乏情发情初产母猪下丘脑–垂体–卵巢轴

圈养雌性大熊猫发情及排卵监测方法论述及展望

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四川动物 2022年第3期41卷 348-360页

作者：杨波赖燕舞周强成美玲唐丹程建斌李果周应敏罗波张贵权黄炎中国大熊猫保护研究中心四川都江堰611830 大熊猫国家公园珍稀动物保护生物学国家林业和草原局重点实验室四川都江堰611830

国内外专家学者为监测圈养雌性大熊猫Ailuropoda melanoleuca的发情程度和排卵时间,进行了大量多学科研究,方法学的研究重点为对大熊猫的适时配种有实际指导意义。生物化学、微生物学、光谱化学和组织学等领域的研究方法,由于学科关联... 详细信息

国内外专家学者为监测圈养雌性大熊猫Ailuropoda melanoleuca的发情程度和排卵时间,进行了大量多学科研究,方法学的研究重点为对大熊猫的适时配种有实际指导意义。生物化学、微生物学、光谱化学和组织学等领域的研究方法,由于学科关联度低、研究深度不够、费用较高、测试时间较长等缺点,对实践指导作用有限,仅可作基础性研究。而行为学、细胞学和内分泌学等监测方法的应用更多、成效更高。大量实践也证实了通过发情行为、外阴形态、阴道细胞角化率和雌激素监测可以取得较高的受孕率,获得较好的监测效果。综合运用行为、外阴形态与雌激素监测是目前最常用的手段。本文旨在介绍圈养雌性大熊猫发情鉴定和排卵监测方法的研究进展,论述各方法的实践效果,并探讨新方法的研究方向,以期更好把握大熊猫发情配种时机。

关键词：大熊猫发情排卵监测方法

产后断奶时间对湖羊母羊日增质量、血清生殖激素水平和发情时间的影响

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西北农业学报 2022年第1期31卷 10-14页

作者：徐建峰王燕燕范锋郭政强董和陈万辉毛建广高博甘肃省畜牧兽医研究所甘肃平凉744000 环县毛井镇农业农村综合服务中心甘肃环县745707 华池县草畜产业示范园区管理办公室甘肃华池745699 环县环城镇动物疫病防控服务中心甘肃环县745700

为筛选适宜的湖羊母羊断奶时间,将144只湖羊母羊随机分为产后30、45、60和75d(对照)断奶组,研究断奶时间对其日增质量、血清生殖激素水平和发情时间的影响。结果表明:断奶后0~15d的日增质量,30d断奶组高于其他3组;15~30d,30d断奶组显著... 详细信息

为筛选适宜的湖羊母羊断奶时间,将144只湖羊母羊随机分为产后30、45、60和75d(对照)断奶组,研究断奶时间对其日增质量、血清生殖激素水平和发情时间的影响。结果表明:断奶后0~15d的日增质量,30d断奶组高于其他3组;15~30d,30d断奶组显著高于其他3组。30~45d,30和45d断奶组显著高于60d断奶组和对照组。断奶后0~15d的LH和E2含量,4组呈升高趋势,但以30d断奶组上升最快,对照组最慢。FSH和P4含量,30和45d断奶组先上升后下降,而60d断奶组和对照组持续下降。第15天,30d断奶组的FSH最高,P4最低,对照组反之。30d断奶组发情时间早于其他3组。综上,对湖羊母羊实施早期断奶,可以加快体况恢复,调节血清相关生殖激素水平和提前发情,且以产后30d断奶最为有利。

关键词：断奶时间生殖激素体况发情湖羊母羊

水牛发情当天乳中ω-3多不饱和脂肪酸水平与泌乳及繁殖性能的关系研究

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水牛发情当天乳中ω-3多不饱和脂肪酸水平与泌乳及繁殖性能的关系...

作者：韦可华中农业大学

学位级别：硕士

奶水牛养殖是中国政府近年来大力扶持的产业。然而,水牛发情不明显和繁殖率低的特点,一直是养殖工作者面临的难题。ω-3多不饱和脂肪酸(ω-3Polyunsaturated Fatty Acids,ω-3)是一类必需脂肪酸,参与多种重要的生物过程,主要来源于深海... 详细信息

奶水牛养殖是中国政府近年来大力扶持的产业。然而,水牛发情不明显和繁殖率低的特点,一直是养殖工作者面临的难题。ω-3多不饱和脂肪酸(ω-3Polyunsaturated Fatty Acids,ω-3)是一类必需脂肪酸,参与多种重要的生物过程,主要来源于深海鱼油、橄榄油和藻类植物。水牛乳中富含ω-3,ω-3不仅对人体健康有益,对水牛本身的泌乳和繁殖性能也有重要作用。然而,尚未有报道关于发情期水牛乳中ω-3水平与泌乳和繁殖性能的关系。为探究发情水牛乳中ω-3水平与泌乳和繁殖的关系,本试验设计在相同饲养条件下,对28头产后约50天健康的泌乳地中海水牛进行同期发情处理,即在第1天(d 0)肌肉注射促性腺激素释放激素(Gonadotropin-releasing hormone,Gn RH),第7天肌肉注射氯前列腺素(Chlorprostaglandin,PGF),第9天再次注射Gn RH,随后进行人工授精。注射PGF后,利用红外摄像头记录水牛3天内的行为(d 8-d10),用B超记录卵泡生长发育及排卵情况,配种后45天进行妊娠诊断。在观察到水牛发情时采集当天乳样和血样,比较发情当天乳中ω-3水平(相对量和绝对量)不同的水牛在泌乳和繁殖性能的差异,涉及的指标有乳成分、乳脂肪酸组成、卵泡发育、生殖激素水平、行为学和血液代谢参数。主要结果如下:(1)水牛发情当天乳中ω-3相对量与泌乳和繁殖的关系乳中ω-3相对量高的水牛,在泌乳性能上,乳蛋白产量有显著升高的趋势(0.050.05);乳中大部分脂肪酸含量显著升高(P0.05);在生殖激素上,血液雌二醇和孕酮水平没有显著变化(P>0.05);在行为学上,站立频率和站立时间显著减少(P0.05);在血液生化指标上,甘油三酯、总胆固醇、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平没有显著变化;在脂肪因子上,血液瘦素和脂联素水平没有显著变化(P>0.05)。(2)水牛发情当天乳中ω-3绝对量与泌乳和繁殖的关系乳中ω-3绝对量高的水牛,在泌乳性能上,乳糖率有显著升高的趋势(0.050.05);乳中大部分脂肪酸含量显著升高(P0.05);在行为学上,站立频率显著减少(P0.05);在血液生化指标上,甘油三酯水平有显著降低的趋势(0.050.05)。综上所述,本研究结果表明:发情当天乳中ω-3水平高的水牛,乳脂肪酸组成有一定变化,其他泌乳性能没有变化。在繁殖性能上,发情当天乳中ω-3绝对量高的水牛,排卵率升高,卵泡发育较好。在行为学上,发情当天乳中ω-3水平高的水牛,站立频率显著减少,发情行为没有显著变化。本研究丰富了水牛发情期乳中ω-3水平的研究,对进一步在水牛养殖中利用ω-3有一定的指导意义。

关键词：水牛 ω-3多不饱和脂肪酸乳成分乳脂肪酸卵泡发育发情行为