胚胎移植技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

胚胎移植技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

胎盤移植被稱為繼人工繁殖后的第二次技術(shù)革命。牛胚胎移植自Willett(1951)用手術(shù)法獲得成功,特別是Sugie開發(fā)的非手術(shù)法移植成功以來,得到較快的發(fā)展,并作為一種有效的技術(shù)應(yīng)用到畜牧業(yè)生產(chǎn)中。Wilmut用凍胚移植成功產(chǎn)犢,胚胎超低溫保存技術(shù)有了突破,使胚胎移植不受時間、地域的限制,為技術(shù)的應(yīng)用推廣提供了便利條件。由于牛的經(jīng)濟價值高,胚胎移植的研究與應(yīng)用近30年來發(fā)展最快,一些畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)70年代就進入了商業(yè)化運作階段。不少國家成立了許多商業(yè)性的胚胎移植公司,胚胎流通廣域化,技術(shù)服務(wù)和學(xué)術(shù)交流國際化。據(jù)報道,目前全世界共儲備有數(shù)十萬余枚牛凍胚供流通,年產(chǎn)胚胎移植牛已超過35萬頭,胚胎移植技術(shù)在各國牛良種擴繁、品種改良方面發(fā)揮了重要作用,并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。目前,我國奶牛胚胎生產(chǎn)和移植妊娠率等已接近或達(dá)到國際水平。全國每年移植奶牛胚胎2～3萬枚,獲移植牛1～1.2萬頭。大部分省市建立了商業(yè)性的胚胎工程中心和公司,標(biāo)志著我國的牛胚胎移植已正式進入產(chǎn)業(yè)化階段。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人工授精、胚胎移植、體外受精和性別控制被認(rèn)為是家畜育種和畜牧業(yè)生產(chǎn)所利用繁殖新技術(shù)的四大法寶。隨著技術(shù)的日趨成熟和產(chǎn)業(yè)化的不斷深入,胚胎移植技術(shù)將在養(yǎng)牛業(yè)中發(fā)揮越來越大的作用,推廣應(yīng)用胚胎移植技術(shù)也成為必然趨勢。它對良種牛的擴繁和產(chǎn)業(yè)化具有重要作用,集中表現(xiàn)在以下幾個方面。1超排一次的時間人工授精最大限度地提高了優(yōu)秀種公牛的利用率,而胚胎移植技術(shù)則充分發(fā)揮優(yōu)秀母牛的繁殖潛力,提高利用率。通過超排處理,優(yōu)良供體一次獲多枚胚胎,并可重復(fù)處理。小西等對41頭日本和牛重復(fù)處理4次,頭均可用胚數(shù)均在5.6枚以上;吳亦芳等試驗表明,荷斯坦奶牛每隔1個月超排一次,連續(xù)超排5次,平均可用胚4.7枚,與每隔2個月超排一次,連續(xù)超排3次的效果無差異;郭志勤等報道,自1988年至2001年,在新疆超排荷斯坦奶牛399頭,頭均獲可用胚5.6枚,超排肉牛407頭,頭均獲可用胚6.16枚,移植妊娠率50.11%;羅應(yīng)榮、朱化彬等報道,1996～2000年,在北京、黑龍江等地共超排荷斯坦奶牛857頭次,頭均獲可用胚5.91枚,移植妊娠率51.76%。就整體水平而言,由一頭供體通過超排回收的胚胎,經(jīng)移植獲得2～9頭犢牛。國外已利用重復(fù)超排在一年中成功地從一頭供體牛獲得60頭犢牛,國內(nèi)從一頭供體最多獲得23頭犢牛的報道。而采用傳統(tǒng)的自然交配和人工授精技術(shù),一頭優(yōu)秀母牛一生最多只能生產(chǎn)10頭左右的牛犢。因此,應(yīng)用胚胎移植技術(shù)比自然情況下能增殖若干倍,從而可極大地增加優(yōu)秀個體的后代數(shù),充分發(fā)揮優(yōu)秀母牛的遺傳和繁殖潛力。2利用優(yōu)秀科技政策驗證三公迄今為止的“AI育種體系”的主要特點是:大規(guī)模使用優(yōu)秀種公牛的冷凍精液;在牛群中實施以獲得優(yōu)秀種公牛后代為目的的“定向配種”;有計劃地通過性能測定和后裔測定等育種措施選育遺傳優(yōu)勢,而優(yōu)秀母牛對牛群的育種工作影響較小;需要大規(guī)模的后裔測定,在育種群和生產(chǎn)群中全面使用“驗證公?！?。但它具有明顯的不足:只能利用優(yōu)秀公牛世代間隔長,耗費人力、物力和財力,育種成本高,遺傳進展受到限制。通過MOET(超數(shù)排卵和胚胎移植)可使供體繁殖的后代增加7～10倍,可增加選擇強度,縮短世代間隔,從而加快遺傳進展。通過MOET可使牛生長性狀的年遺傳進展提高33%。在美、加、英、法等國近年來參加后裔測定的青年公牛中有80%以上是胚胎移植牛。在我國肉牛及良種雜交改良肉牛占10%～20%,奶牛僅占存欄牛的3.2%,采用傳統(tǒng)的級進雜交改良育成一群良種牛需要15～20年,難以在短期內(nèi)實現(xiàn)良種牛數(shù)量的增加和質(zhì)量的根本提高,牛的品種改良任務(wù)仍然艱巨。因此,在牛(特別是奶牛)育種中,根據(jù)育種和生產(chǎn)需要采用胚胎生物工程技術(shù),選擇優(yōu)良供體生產(chǎn)胚胎,利用低產(chǎn)奶牛、黃牛、雜交牛等作受體移植高產(chǎn)純種牛胚胎,生產(chǎn)后代,可在幾年時間內(nèi)實現(xiàn)提高生產(chǎn)性能和群體的遺傳品質(zhì),進而提高經(jīng)濟效益。3b生產(chǎn)多胎的方法牛是單胎動物,自然狀態(tài)下雙犢率低(Gordon等,1962;Bowman和Hendy,1971),加之牛雙犢率遺傳力僅為0.03,世代間隔長,僅靠傳統(tǒng)的遺傳選擇法等來提高牛的雙胎率是很困難的,而且經(jīng)超排后配種或人工授精生產(chǎn)多胎的方法,有諸多問題尚待解決。目前較普遍采用人工授精(AI)+胚胎移植(ET)法和ET法(移植2枚整胚或2枚分割半胚)生產(chǎn)一胎雙犢。在國內(nèi),采用在AI的第7d,移植1枚IVF鮮胚,雙胎率達(dá)65.4%;在黃牛AI的第7d移植1枚體外受精胚胎,獲AI+ET誘發(fā)黃牛一胎雙犢;移植凍胚2枚/頭,雙犢率41.4%(桑潤滋,2000)。肉牛自然交配+胚胎移植生產(chǎn)的一胎雙犢(肉牛和奶牛)獲得成功;人工授精+胚胎移植、移植2枚胚胎和移植2枚分割半胚三種方法的妊娠率達(dá)50.6%、雙胎率達(dá)48.1%。因此,通過人工誘發(fā)雙犢可增加后代數(shù)量,降低繁殖母牛飼養(yǎng)成本,提高養(yǎng)牛的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益,展示了其應(yīng)用前景。4能節(jié)約運輸費用目前從國外進口一頭種牛需要2～6萬元(包括防疫等費用)不等,如云南省從國外引進的純種婆羅門牛、西門塔爾牛的費用約5～6萬元,大批量從澳大利亞引進的荷斯坦奶牛為2.5萬元左右。而冷凍胚胎具有便于運輸與流通的優(yōu)點,使胚胎的國際貿(mào)易成為現(xiàn)實。引進優(yōu)秀母牛胚胎來代替種畜進出口,可節(jié)約購買、運輸和檢疫等費用;通過移植引進胚胎繁殖的后代,在當(dāng)?shù)厣L發(fā)育,容易適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境條件。5培育優(yōu)良性狀的基因庫應(yīng)用胚胎的冷凍技術(shù)可使優(yōu)良品種牛或特殊品種牛和野生動物胚胎長期保存,以保護良種資源,而且費用比飼養(yǎng)活牛低,需要時可及時解凍移植,簡便容易,它與冷凍精液、冷凍卵母細(xì)胞共同構(gòu)成動物優(yōu)良性狀的基因庫。許多國家通過建立動物胚胎庫的方式保存良種資源,以避免某一地區(qū)的良種一旦因遭受自然災(zāi)害等因素可能造成絕種的危險。6專作供體與正常產(chǎn)瞳有些優(yōu)良母牛容易發(fā)生習(xí)慣性流產(chǎn)或難產(chǎn),或是由于其它原因不宜負(fù)擔(dān)妊娠過程的(如年老體弱牛),可讓其專作供體,通過超數(shù)排卵或活體采卵,使之正常繁殖后代;有些母牛由于輸卵管堵塞或炎癥不能正常受胎,可用作受體,正常產(chǎn)犢。另外,通過使用激素處理,對部分繁殖障礙牛如持久黃體起到治療作用,從而提高母牛的利用率和使用年限。7對受者的影響目前世界上許多國家和地區(qū)疫情發(fā)生比較嚴(yán)重,如瘋牛病、口蹄疫等。在進行繁殖或直接進口活畜過程中,通過接觸等途徑有可能傳播傳染病,從而加大引進活畜的風(fēng)險。有試驗結(jié)果表明,牛的白血病病毒、口蹄疫病毒等并不會通過胚胎傳染給受體?；蛐律鸂倥?。同時由于胚胎的透明帶具有阻止細(xì)菌、病毒侵入的作用,只要做好以下幾點工作,可防止疾病傳播。①做好卵母細(xì)胞體外受精的質(zhì)量監(jiān)控,嚴(yán)防精液受污染和阻止病原微生物進入胚胎生產(chǎn)過程;②嚴(yán)格把握供體牛處理、胚胎收集過程的標(biāo)準(zhǔn)化程度,保護胚胎透明帶的完整性和保證胚胎洗凈,生產(chǎn)“無病原胚胎”(pathogenfreeembryos);③確保生物制品來源可靠、無污染,胚胎移植操作符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此,引進、生產(chǎn)和移植胚胎具有相對的安全性。8體外受精技術(shù)胚胎移植是研究受精生物學(xué)、遺傳學(xué)、動物育種學(xué)以及繁殖生理學(xué)等理論問題的重要手段,也是研究胚胎工程如胚胎分割、胚胎嵌合、體外受精、性別鑒定、克隆、轉(zhuǎn)基因動物等的基礎(chǔ)。胚胎移植技術(shù)的成熟與應(yīng)用,極大地促進了相關(guān)學(xué)科特別是胚胎工程生物技術(shù)的重大進展。①胚胎分割技術(shù)1982年,牛二分胚移植成功(Ozoil等和williams等)以來,各國在這方面的研究都取得了成果,我國也獲得成功。通過胚胎分割,提高了胚胎的利用率,增加每枚胚胎的后代繁殖數(shù);通過兩個半胚的移植,提高雙犢率,避免異性雙胎母犢不育的問題,具有實用價值。②體外授精技術(shù)牛體外胚胎生產(chǎn)和移植獲得成功,為胚胎工廠化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。據(jù)報道目前英國劍橋ABC公司年生產(chǎn)牛體外受精胚胎約10～16萬枚。廣西水牛研究所在水牛體外受精研究方面取得重大進展,共產(chǎn)犢成活24頭。體外受精技術(shù)的應(yīng)用大大降低了牛胚胎生產(chǎn)的成本,極大地促進了胚胎工程技術(shù)的研究、開發(fā)與推廣。③活體采卵技術(shù)Pieterse報道了利用超聲波裝置從供體?；铙w采集卵母細(xì)胞的方法。之后,活體采卵技術(shù)在國內(nèi)外得到較廣泛的研究與應(yīng)用。通過牛活體采卵技術(shù)與體外受精等技術(shù)的結(jié)合,極大地提高優(yōu)良母牛的利用率,可生產(chǎn)系譜齊全、遺傳背景清楚的胚胎及其后代。④性別鑒定與控制技術(shù)牛早期胚胎性別鑒定技術(shù)得到不斷完善和提高,日前已應(yīng)用于生產(chǎn)。X和Y精子分離技術(shù)日趨成熟,根據(jù)市場需求利用體外受精技術(shù)生產(chǎn)性別控制胚胎成為現(xiàn)實,并在生產(chǎn)實踐中逐步應(yīng)用,從而達(dá)到性控繁殖,提高養(yǎng)牛的整體經(jīng)濟