胚胎移植技术在畜牧业中的应用

胚胎移植技术在畜牧业中的应用

胎盘移植被称为继人工繁殖后的第二次技术革命。牛胚胎移植自Willett(1951)用手术法获得成功,特别是Sugie开发的非手术法移植成功以来,得到较快的发展,并作为一种有效的技术应用到畜牧业生产中。Wilmut用冻胚移植成功产犊,胚胎超低温保存技术有了突破,使胚胎移植不受时间、地域的限制,为技术的应用推广提供了便利条件。由于牛的经济价值高,胚胎移植的研究与应用近30年来发展最快,一些畜牧业发达国家早在20世纪70年代就进入了商业化运作阶段。不少国家成立了许多商业性的胚胎移植公司,胚胎流通广域化,技术服务和学术交流国际化。据报道,目前全世界共储备有数十万余枚牛冻胚供流通,年产胚胎移植牛已超过35万头,胚胎移植技术在各国牛良种扩繁、品种改良方面发挥了重要作用,并产生巨大的经济和社会效益。目前,我国奶牛胚胎生产和移植妊娠率等已接近或达到国际水平。全国每年移植奶牛胚胎2～3万枚,获移植牛1～1.2万头。大部分省市建立了商业性的胚胎工程中心和公司,标志着我国的牛胚胎移植已正式进入产业化阶段。随着科学技术的不断发展,人工授精、胚胎移植、体外受精和性别控制被认为是家畜育种和畜牧业生产所利用繁殖新技术的四大法宝。随着技术的日趋成熟和产业化的不断深入,胚胎移植技术将在养牛业中发挥越来越大的作用,推广应用胚胎移植技术也成为必然趋势。它对良种牛的扩繁和产业化具有重要作用,集中表现在以下几个方面。1超排一次的时间人工授精最大限度地提高了优秀种公牛的利用率,而胚胎移植技术则充分发挥优秀母牛的繁殖潜力,提高利用率。通过超排处理,优良供体一次获多枚胚胎,并可重复处理。小西等对41头日本和牛重复处理4次,头均可用胚数均在5.6枚以上;吴亦芳等试验表明,荷斯坦奶牛每隔1个月超排一次,连续超排5次,平均可用胚4.7枚,与每隔2个月超排一次,连续超排3次的效果无差异;郭志勤等报道,自1988年至2001年,在新疆超排荷斯坦奶牛399头,头均获可用胚5.6枚,超排肉牛407头,头均获可用胚6.16枚,移植妊娠率50.11%;罗应荣、朱化彬等报道,1996～2000年,在北京、黑龙江等地共超排荷斯坦奶牛857头次,头均获可用胚5.91枚,移植妊娠率51.76%。就整体水平而言,由一头供体通过超排回收的胚胎,经移植获得2～9头犊牛。国外已利用重复超排在一年中成功地从一头供体牛获得60头犊牛,国内从一头供体最多获得23头犊牛的报道。而采用传统的自然交配和人工授精技术,一头优秀母牛一生最多只能生产10头左右的牛犊。因此,应用胚胎移植技术比自然情况下能增殖若干倍,从而可极大地增加优秀个体的后代数,充分发挥优秀母牛的遗传和繁殖潜力。2利用优秀科技政策验证三公迄今为止的“AI育种体系”的主要特点是:大规模使用优秀种公牛的冷冻精液;在牛群中实施以获得优秀种公牛后代为目的的“定向配种”;有计划地通过性能测定和后裔测定等育种措施选育遗传优势,而优秀母牛对牛群的育种工作影响较小;需要大规模的后裔测定,在育种群和生产群中全面使用“验证公牛”。但它具有明显的不足:只能利用优秀公牛世代间隔长,耗费人力、物力和财力,育种成本高,遗传进展受到限制。通过MOET(超数排卵和胚胎移植)可使供体繁殖的后代增加7～10倍,可增加选择强度,缩短世代间隔,从而加快遗传进展。通过MOET可使牛生长性状的年遗传进展提高33%。在美、加、英、法等国近年来参加后裔测定的青年公牛中有80%以上是胚胎移植牛。在我国肉牛及良种杂交改良肉牛占10%～20%,奶牛仅占存栏牛的3.2%,采用传统的级进杂交改良育成一群良种牛需要15～20年,难以在短期内实现良种牛数量的增加和质量的根本提高,牛的品种改良任务仍然艰巨。因此,在牛(特别是奶牛)育种中,根据育种和生产需要采用胚胎生物工程技术,选择优良供体生产胚胎,利用低产奶牛、黄牛、杂交牛等作受体移植高产纯种牛胚胎,生产后代,可在几年时间内实现提高生产性能和群体的遗传品质,进而提高经济效益。3b生产多胎的方法牛是单胎动物,自然状态下双犊率低(Gordon等,1962;Bowman和Hendy,1971),加之牛双犊率遗传力仅为0.03,世代间隔长,仅靠传统的遗传选择法等来提高牛的双胎率是很困难的,而且经超排后配种或人工授精生产多胎的方法,有诸多问题尚待解决。目前较普遍采用人工授精(AI)+胚胎移植(ET)法和ET法(移植2枚整胚或2枚分割半胚)生产一胎双犊。在国内,采用在AI的第7d,移植1枚IVF鲜胚,双胎率达65.4%;在黄牛AI的第7d移植1枚体外受精胚胎,获AI+ET诱发黄牛一胎双犊;移植冻胚2枚/头,双犊率41.4%(桑润滋,2000)。肉牛自然交配+胚胎移植生产的一胎双犊(肉牛和奶牛)获得成功;人工授精+胚胎移植、移植2枚胚胎和移植2枚分割半胚三种方法的妊娠率达50.6%、双胎率达48.1%。因此,通过人工诱发双犊可增加后代数量,降低繁殖母牛饲养成本,提高养牛的生产效率和经济效益,展示了其应用前景。4能节约运输费用目前从国外进口一头种牛需要2～6万元(包括防疫等费用)不等,如云南省从国外引进的纯种婆罗门牛、西门塔尔牛的费用约5～6万元,大批量从澳大利亚引进的荷斯坦奶牛为2.5万元左右。而冷冻胚胎具有便于运输与流通的优点,使胚胎的国际贸易成为现实。引进优秀母牛胚胎来代替种畜进出口,可节约购买、运输和检疫等费用;通过移植引进胚胎繁殖的后代,在当地生长发育,容易适应当地的气候环境条件。5培育优良性状的基因库应用胚胎的冷冻技术可使优良品种牛或特殊品种牛和野生动物胚胎长期保存,以保护良种资源,而且费用比饲养活牛低,需要时可及时解冻移植,简便容易,它与冷冻精液、冷冻卵母细胞共同构成动物优良性状的基因库。许多国家通过建立动物胚胎库的方式保存良种资源,以避免某一地区的良种一旦因遭受自然灾害等因素可能造成绝种的危险。6专作供体与正常产瞳有些优良母牛容易发生习惯性流产或难产,或是由于其它原因不宜负担妊娠过程的(如年老体弱牛),可让其专作供体,通过超数排卵或活体采卵,使之正常繁殖后代;有些母牛由于输卵管堵塞或炎症不能正常受胎,可用作受体,正常产犊。另外,通过使用激素处理,对部分繁殖障碍牛如持久黄体起到治疗作用,从而提高母牛的利用率和使用年限。7对受者的影响目前世界上许多国家和地区疫情发生比较严重,如疯牛病、口蹄疫等。在进行繁殖或直接进口活畜过程中,通过接触等途径有可能传播传染病,从而加大引进活畜的风险。有试验结果表明,牛的白血病病毒、口蹄疫病毒等并不会通过胚胎传染给受体牛或新生犊牛。同时由于胚胎的透明带具有阻止细菌、病毒侵入的作用,只要做好以下几点工作,可防止疾病传播。①做好卵母细胞体外受精的质量监控,严防精液受污染和阻止病原微生物进入胚胎生产过程;②严格把握供体牛处理、胚胎收集过程的标准化程度,保护胚胎透明带的完整性和保证胚胎洗净,生产“无病原胚胎”(pathogenfreeembryos);③确保生物制品来源可靠、无污染,胚胎移植操作符合卫生标准。因此,引进、生产和移植胚胎具有相对的安全性。8体外受精技术胚胎移植是研究受精生物学、遗传学、动物育种学以及繁殖生理学等理论问题的重要手段,也是研究胚胎工程如胚胎分割、胚胎嵌合、体外受精、性别鉴定、克隆、转基因动物等的基础。胚胎移植技术的成熟与应用,极大地促进了相关学科特别是胚胎工程生物技术的重大进展。①胚胎分割技术1982年,牛二分胚移植成功(Ozoil等和williams等)以来,各国在这方面的研究都取得了成果,我国也获得成功。通过胚胎分割,提高了胚胎的利用率,增加每枚胚胎的后代繁殖数;通过两个半胚的移植,提高双犊率,避免异性双胎母犊不育的问题,具有实用价值。②体外授精技术牛体外胚胎生产和移植获得成功,为胚胎工厂化生产奠定了基础。据报道目前英国剑桥ABC公司年生产牛体外受精胚胎约10～16万枚。广西水牛研究所在水牛体外受精研究方面取得重大进展,共产犊成活24头。体外受精技术的应用大大降低了牛胚胎生产的成本,极大地促进了胚胎工程技术的研究、开发与推广。③活体采卵技术Pieterse报道了利用超声波装置从供体牛活体采集卵母细胞的方法。之后,活体采卵技术在国内外得到较广泛的研究与应用。通过牛活体采卵技术与体外受精等技术的结合,极大地提高优良母牛的利用率,可生产系谱齐全、遗传背景清楚的胚胎及其后代。④性别鉴定与控制技术牛早期胚胎性别鉴定技术得到不断完善和提高,日前已应用于生产。X和Y精子分离技术日趋成熟,根据市场需求利用体外受精技术生产性别控制胚胎成为现实,并在生产实践中逐步应用,从而达到性控繁殖,提高养牛的整体经济