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母牛的生殖器官位于腹腔后部和骨盆腔内，上面为直肠，下面是膀胱。母牛的生殖器官包括卵巢、生殖道（输卵管、子宫、阴道）、外生殖器（尿生殖前庭、阴唇、阴蒂）。外开口部分叫阴门，它位于尾根和肛门下，并形成约12厘米长的细长裂缝。从阴门向里延伸的部分叫阴道，长20～30厘米。阴道通道宽，其壁由柔软而坚韧的括约肌构成。在阴道内离阴门不远处有一袋状皱褶，面朝向后，即尿道的开口，母牛通过它可以排尿。
图3－1 母牛生殖器官
越过阴道就到达子宫颈，子宫颈是一个硬的柱状软骨样器官，长约8厘米，直径3～6厘米。当然，其大小随母牛的年龄大小、品种不同而差异较大。宫颈的通道狭而不平，它由众多的叫环形环的圆形脊组成，这种环形环呈角形突出于阴道，颇像一个棘轮。并且，子宫颈还突出到阴道内，形成一个叫穹隆的皱褶。子宫颈的主要功能是保护子宫和它的内容物，它通常是关闭状态，但还没有紧到限制一根输精枪通过，子宫颈开张有两种情况，一种情况是当母牛发情时，子宫颈微开并产生大量透明黏液，在自然交配情况下，这能帮助精液进入子宫。当然这时输精枪也容易通过子宫颈。另外一种情况是在产犊时，子宫颈变得非常柔软及宽大，以使犊牛安全通过。注意，在母牛怀孕期间，子宫颈是紧紧闭合的，若此时输精枪进入子宫，可能会造成母牛流产。
连接子宫颈后部的器官叫子宫，它由子宫体（长约2厘米）和两个弯曲的子宫角（长35～40厘米）组成，形状像公羊的角。对于年轻空怀母牛而言，其整个子宫位于盆腔内并紧贴盆骨上，对于年龄较大及怀孕的母牛而言，其子宫超过盆腔而进入腹腔。其主要机能一是在母牛发情时，子宫借其平滑肌有节律地收缩，将精子运送到输卵管；在母牛分娩时阵缩排出胎儿。二是子宫内膜的分泌物和渗出物，可为精子获能提供条件，又可为胚胎提供所需营养。怀孕时子宫内膜上的子宫阜形成母体胎盘，与胎儿胎盘结合，成为胎儿与母体间交换营养和排泄废物的器官。三是发情时，如果母牛未孕，在发情周期后的一定时期，子宫内膜分泌的前列腺素对同侧卵巢的发情周期黄体有溶解作用。四是子宫颈在不同的生理状态下，有收缩和松弛的机能。子宫颈是经常关闭的，以防异物侵入子宫。发情时稍微开张，以利精子进入，妊娠时分泌黏液闭塞子宫颈管，防止感染物侵入。临近分娩时，颈管扩张，以便胎儿排出。
子宫角逐渐变细，在末端连接输卵管。输卵管是一条细而弯曲的管道，被包在输卵管系膜内，其长20～24厘米，直径1～2毫米。在输卵管末端，两个输卵管各形成一个软而薄、稳定的漏斗状体，两个漏斗各包裹着一个卵圆结构的卵巢。漏斗边缘有很多皱褶称为伞，包在卵子外面，排卵时接受排出的卵子。输卵管的前1／3部分比较粗大，为输卵管壶腹部，是卵子的受精部位。它的后口通入子宫角，为输卵管子宫口和子宫角相连处，没有明显的界线。它的功能一是接受并运输卵子。二是精子在输卵管内完成获能，精子和卵子结合受精，以及卵裂。三是具有分泌机能，分泌物为黏蛋白和黏多糖，是精子、卵子的运输工具及早期胚胎的培养液。
母牛的卵巢大小大约3厘米× 2厘米（水牛约为2厘米× 1厘米）。卵巢的组织分皮质部和髓质部，外周为皮质部，中间为髓质部，两者的基质都是结缔组织。这种结缔组织在皮质的外层形成一层膜，叫白膜。白膜外面盖有一层生殖上皮。皮质部有卵泡，卵子便在卵泡中发育。髓质部内有大量的血管、淋巴和神经。卵巢的大小及形态在性周期的不同阶段变化较大。卵巢的主要功能是产生卵子和排卵，分泌雌激素和孕酮。
母牛生长到一定年龄后，生殖器官发育完全，能产生有生殖能力的生殖细胞和分泌性激素的时间为性成熟期。母牛性成熟的年龄因牛的品种、营养情况、饲养管理、气候环境和发育状况等不同而有所差异。早熟品种性成熟较早；温暖的气候、营养丰富、发育良好的牛性成熟也较早。一般黄母牛性成熟的年龄为8～12月龄，水母牛为30～36月龄。云南本地牛种性成熟早，杂交牛和纯引入牛种性成熟晚。
母牛从性成熟后至年老性机能衰退以前，在没有妊娠时，表现出的一种周期性的性活动现象叫发情。
卵子不管是通过左卵巢还是右卵巢，母牛大约都在三个星期排卵一次。当母牛没有受孕时，它都伴有发情的特征。母畜从一个发情期开始到下一个发情期开始的间隔时间为一个发情周期。黄母牛的发情周期平均为21天（18～24天），水母牛发情周期平均为21天（16～25天）。
卵子在靠近卵巢表面充满液体的腔囊中形成，这个腔囊叫滤泡，当卵发育成熟，滤泡扩大及膨胀，在卵巢表面形成一个大水泡，最终破裂而排卵。此时输卵管的卵巢端会像漏斗一样展开，其组织紧密地包裹在卵巢周围，在其表面上纤细的指样纤毛引导卵子进入输卵管。卵子进入输卵管后，并与精子在输卵管上三分之一处受精。受精卵继续在输卵管中前进并到达子宫，最终附着在子宫壁并发育成小牛。整个过程被激素控制，它是由一些特殊的细胞制造产生的化学物质，它们被释放进入血液，然后由血液将其带入它们起特殊作用的靶器官。
根据整个生理过程，发情周期可人为划分为：发情前期、发情期、发情后期、间情期（休情期）。
1.发情前期
发情前期是卵巢上的卵泡准备发育的时期。这时卵巢上的黄体逐渐萎缩，新的卵泡开始生长，子宫腺体略有生长，母畜生殖道轻微充血肿胀，腺体活动逐步增加，母畜无性欲表现。
2.发情期
发情期为母畜的性欲表现时期。这时母畜外阴部红肿，从阴门流出透明黏液，阴道和子宫颈黏膜潮红而有光泽，黏液分泌物增多，子宫颈口开张。卵巢的卵泡发育很快。发情的持续时间也因母牛年龄、营养情况等不同而有所不同。发情持续期是指从发情开始到发情结束的这段时间，青年母牛发情持续时间平均12小时，一般经产母牛平均为18小时。黄母牛持续时间范围6～36小时；水牛为1～1. 5天。
3.发情后期
母畜由发情时的性欲激动状态逐渐转入静止状态，子宫颈、管壁逐渐增厚，子宫腺体逐渐发育，卵泡破裂排卵，排卵后6～13小时开始形成黄体。这时约50％的经产母牛和90％的青年母牛会在发情后期流血。
4.间情期
间情期，又称黄体活动期。母畜性欲完全停止，精神状态恢复正常，卵巢的黄体已发育完全母畜在发情期配种未能受胎，则间情期持续一定时间后，又进入发情前期。如母畜怀孕，无发情表现称为休情期。如母牛采取季节性配种，在非繁殖季节，无发情表现称为乏情期。