中國(guó)荷斯坦奶牛MOET育種體系的建立與實(shí)施

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中國(guó)荷斯坦奶牛MOET育種體系的建立與實(shí)施 與世界大多數(shù)國(guó)家一樣，迄今我國(guó)采用的奶牛育種方案，被稱為“人工授精育種體系”即“AI育種體系”，其主要特點(diǎn)是：大規(guī)模使用種公牛的冷凍精液在牛群中實(shí)施以獲得優(yōu)秀種公牛后代為目的的“定向選配”；有計(jì)劃地通過(guò)性能測(cè)定和后裔測(cè)定等育種措施，選育優(yōu)秀種公牛； 在育種群和生產(chǎn)群中全面使用“驗(yàn)證公?！薄＿@種育種體系的實(shí)施，可以在種公牛即“公牛父親”和種子母牛即“公牛母親”的選擇上實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的選擇強(qiáng)度，在牛群的產(chǎn)奶性狀和次級(jí)性狀上獲得較大的選擇精確性。 但AI育種體系最明顯的缺點(diǎn)是：由于大規(guī)模的后裔測(cè)定，耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，育種成本高；種牛群世代間隔拖長(zhǎng)、遺傳進(jìn)展受到限制；只能充分利用優(yōu)秀公牛的遺傳優(yōu)勢(shì)，而優(yōu)秀母牛對(duì)牛群的育種工作影響較小。 　　80年代末，我國(guó)奶牛胚胎植技術(shù)基本上達(dá)到應(yīng)用水平。若能在一個(gè)具有一定規(guī)模的高產(chǎn)母牛核心群中，科學(xué)、合理地應(yīng)用胚胎移植技術(shù)，通過(guò)提高母牛的繁殖力，獲得更多全同胞和半同胞資料，則可改變現(xiàn)行的后裔測(cè)定為主的選取種方法。從而能充分利用優(yōu)秀種牛遺傳優(yōu)勢(shì)，大大縮短世代間隔，可望超過(guò)傳統(tǒng)的AI育種體系所獲得的遺傳進(jìn)展。 　　本研究是在“七五”國(guó)家科技攻關(guān)專題《中國(guó)黑折花奶牛核心群選取育的研究》和《奶牛胚胎庫(kù)的研究》所取得的成果基礎(chǔ)上，應(yīng)用系統(tǒng)工程方法，制定“優(yōu)化”MOET（超數(shù)排卵和胚胎移植技術(shù)）核心群育種方案；并通過(guò)新的方法和高效率的MOET技術(shù)的實(shí)施，建立我國(guó)高產(chǎn)奶牛MOET核心群育種體系；通過(guò)優(yōu)化MOET育種方案的實(shí)施，選育高水平的種公牛和種母牛；并通過(guò)推廣自己培育的優(yōu)秀種牛，提高全國(guó)奶牛群的遺傳水平和育種效益。 　　1 研究?jī)?nèi)容和方法 　　本研究是“八五”國(guó)家科技攻關(guān)專題《應(yīng)用MOET技術(shù)選育高產(chǎn)黑白花奶牛的研究》的主要內(nèi)容。該攻關(guān)專題由中國(guó)奶牛協(xié)會(huì)牽頭，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)科院畜牧所、新疆畜牧科學(xué)院、北京奶牛中心和中心良種場(chǎng)等單位共同實(shí)施，20余名研人員參加了科學(xué)研究工作。研究基地選在北京奶牛育種中心良種場(chǎng)，該場(chǎng)是由國(guó)家農(nóng)業(yè)部提交，以培育優(yōu)秀種牛為主要任務(wù)的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)種畜場(chǎng)。場(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)工藝先進(jìn)，設(shè)施現(xiàn)代化，牛群質(zhì)量高，管理嚴(yán)格，為專題科技攻關(guān)提供了十分有利的條件。 　　本研究的總目標(biāo)是：研究我國(guó)奶牛MOET育種體系的理論、方法和相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，并在北京奶牛中心良種場(chǎng)實(shí)施優(yōu)化MOET核心群育種方案，一方面進(jìn)一步完善MOET育種體系，另一方面通過(guò)選育一批優(yōu)秀種牛來(lái)驗(yàn)證MOET育種體系的成效。 　　根據(jù)專題的總體目標(biāo)，研究?jī)?nèi)容主要包括： 　　1、奶牛MOET核心群育種規(guī)劃系統(tǒng)的研究； 　　2、奶牛MOET核心群生產(chǎn)性能測(cè)定和選種方法的研究； 　　3、奶牛MOET核心群中實(shí)施高效率胚胎移植技術(shù)的研究； 　　4、奶牛MOET核心群高產(chǎn)母牛飼養(yǎng)管理系統(tǒng)的研究。 　　研究方法是：以北京奶牛良種場(chǎng)牛群為主，在全市范圍選擇部分高產(chǎn)母牛，在良種場(chǎng)組成一個(gè)800頭成母牛規(guī)模的核心群。在核心群中對(duì)每一頭母牛進(jìn)行嚴(yán)格、精確、 可靠的性能測(cè)定，數(shù)據(jù)由電腦分析和管理。每年根據(jù)母牛性能測(cè)定的結(jié)果，通過(guò)育種值估計(jì)和遺傳評(píng)定， 選擇一定數(shù)量的優(yōu)秀母牛作為供體母牛，對(duì)其進(jìn)行超數(shù)排卵處理，使用優(yōu)秀的核心公?；蜻M(jìn)口的優(yōu)秀公牛精液配種， 以期每頭供體母牛獲得全年不低于12枚可用胚胎。將所有的可用胚胎向核心群內(nèi)其它母牛即受體母牛移植，每頭供體母牛得到不少于6頭ET犢牛。ET母犢牛育成后第一胎先全部作為受體母牛，經(jīng)頭胎性能測(cè)定和遺傳評(píng)定再?zèng)Q定是否選作供體牛。每一全同胞組的頭胎母牛中選留一頭最優(yōu)秀者作為核心母牛，其余的母牛經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育性能測(cè)定后， 推廣到生產(chǎn)群中。此外，ET公犢牛經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育性能測(cè)定后同樣每全同胞組留一頭，其余的可部分推廣到其它省市奶牛群體中作為種公牛用。選留下來(lái)的測(cè)驗(yàn)公牛等到其全同胞和半同胞第一泌乳期性能測(cè)定資料得到后，此時(shí)大約3.3-3.5歲，利用全同胞、半同胞資料以及其它可能利用的信息，進(jìn)行青年公牛的育種值估計(jì)， 通過(guò)遺傳評(píng)定，選擇用于MOET核心群的核心公牛和用于生產(chǎn)群的種公牛。為了使核心公牛的遺傳評(píng)定具有更高的精確性，MOET育種體系還有計(jì)劃地在核心群外組織一個(gè)較大規(guī)模的測(cè)定群。每年核心公牛在完成核心選配任務(wù)的同時(shí)，還在這個(gè)測(cè)定群中使用，并對(duì)其后代進(jìn)行性能測(cè)定，因此保證下一世代的測(cè)難公牛具有更大規(guī)模的半同胞組。 　　2 研究結(jié)果 　　根據(jù)研究的技術(shù)路線和總體規(guī)劃，來(lái)自多個(gè)單位的課題組成員緊密合作，在北京農(nóng)場(chǎng)管理局、奶牛中心和良種場(chǎng)的支持下，由1991開(kāi)始了研究工作。首先在試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)并裝備了240平方米的胚胎生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，以奶牛良種場(chǎng)牛群為主組建了遺傳素質(zhì)優(yōu)良的核心母牛群， 根據(jù)基礎(chǔ)資料研究分析了核心母牛群的生產(chǎn)性能和遺傳水平，建立了計(jì)算機(jī)育種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)， 對(duì)于核心群母牛的繁殖狀態(tài)進(jìn)行了觀測(cè)，并建立了繁殖檔案，在此基礎(chǔ)上開(kāi)始了胚胎移植技術(shù)預(yù)試驗(yàn)階段。 　　1992年初研究工作正式開(kāi)始，到1995年6月取得了以下幾項(xiàng)成果： 　　2.1 建立了MOET核心群育種規(guī)劃系統(tǒng) 　　按照系統(tǒng)工程方法，將數(shù)量遺傳學(xué)理論、育種方法和胚胎生物技術(shù)結(jié)合在一起，形成了一個(gè)定量性的MOET育種體系的育種規(guī)劃系統(tǒng)，并將此系統(tǒng)建立在計(jì)算機(jī)中。在整個(gè)攻關(guān)研究過(guò)程中，不斷地修改和完善了這個(gè)計(jì)算機(jī)優(yōu)化育種規(guī)劃系統(tǒng)。使之成為一套成熟的奶牛MOET育種規(guī)劃軟件，以此為基礎(chǔ)，可發(fā)展各種形式的應(yīng)用新生物技術(shù)的奶牛育種規(guī)劃研究。 　　在建立MOET育種規(guī)劃系統(tǒng)的同時(shí)，還研究分析了育種目標(biāo)，群體結(jié)構(gòu)、選取種方法、胚胎生物技術(shù)水平等因素對(duì)MOET核心群育種成效和影響。 　　2.2 建立了奶牛MOET核心群育種方案實(shí)施體系 　　根據(jù)優(yōu)化育種方案，在核心群中建立了生產(chǎn)性能測(cè)定制度、育種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。為了適應(yīng)MOET育種體系中需對(duì)核心群供體母牛進(jìn)行嚴(yán)格選擇的技術(shù)要求，本研究提出了在小群體中估計(jì)母牛育種植的“群內(nèi)動(dòng)物模型BLUP法”，發(fā)展了相應(yīng)的算法和計(jì)算機(jī)軟件。與一般的動(dòng)物模型BLUP法相比，使用這個(gè)方法在規(guī)模較小的群體中，母牛的遺傳評(píng)定更為精確。研究人員編制的育種數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)物模型BLUP育種值估計(jì)計(jì)算機(jī)程序，不僅應(yīng)用于MOET核心群，同時(shí)可以推廣到全國(guó)各奶牛育種場(chǎng)中。 　　2.3 探索了MOET核心群飼養(yǎng)管理工藝 　　北京奶牛良種場(chǎng)的飼養(yǎng)工藝是： 開(kāi)放式散放飼養(yǎng)、擠奶臺(tái)擠奶、性能記錄與精料分配計(jì)算機(jī)原理。在這種飼養(yǎng)管理?xiàng)l件下，如何通過(guò)人為措施使供體母牛均處在保證MOET技術(shù)實(shí)施效率的最佳狀態(tài)，同樣是MOET核心群育種系統(tǒng)中的重要方面。課題組研究了飼養(yǎng)水平對(duì)供體母牛超排效果的影響、受體母牛生殖道監(jiān)測(cè)與保健措施、受體母牛產(chǎn)期及產(chǎn)犢過(guò)程的管理措施等。現(xiàn)已形成一套比較成熟的能保證MOET核心群育種成效的飼養(yǎng)管理工藝。 　　2.4 提高了奶牛胚胎移植技術(shù)水平，達(dá)到了全面實(shí)用化 　　在本研究以前，我國(guó)大部分有關(guān)胚胎移植的科學(xué)研究，均局限在小范圍的工作中，未達(dá)到實(shí)用水平，更未見(jiàn)在育種中應(yīng)用的研究。本研究建立的MOET育種體系主要宗旨，就是將胚胎移植技術(shù)，象迄今奶牛育種中的人工受精那樣，作為一項(xiàng)重要的育種手段。MOET育種方案要求供體牛均是經(jīng)選擇的高產(chǎn)牛，每頭供體牛每年必須獲得足夠多的后代。這就給胚胎移植技術(shù)提出了新的要求，課題組深入探討了藥物劑量、超排方法、超排處理時(shí)間等因素對(duì)超排效果的作用，逐步形成了一套新的超排方法。使平均可用胚胎數(shù)由研究前的5.88枚提高到7.79枚。根據(jù)受體母牛的生理特性還摸索出一套更科學(xué)的移植技術(shù)。為了使胚胎移植技術(shù)達(dá)到廣泛的應(yīng)用程度，課題組的科研人員又研制了簡(jiǎn)易而可靠的胚胎冷凍儀， 探索了胚胎冷凍工藝，使凍胚移植成功率由30%左右提高到50%以上。 　　在執(zhí)行攻關(guān)研究計(jì)劃期間，根據(jù)優(yōu)化MOE核心群育種方案，共對(duì)144頭經(jīng)過(guò)選擇的高產(chǎn)供體母牛進(jìn)行了278頭次超數(shù)排卵處理，平均獲可用胚胎6.3枚。共移植受體母牛1214頭次，妊娠658頭次，平均妊娠率54%，其中青年受體母牛鮮胚移植343頭次，妊娠240頭次，妊娠133頭次，妊娠率53%。 　　2.5 培育了一批優(yōu)秀種牛 　 　　在實(shí)施MOET育種體系中，根據(jù)優(yōu)化MOET核心群育種方案，經(jīng)過(guò)科學(xué)的選種選配， 適當(dāng)引用了國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的種牛，充分利用了胚胎移植的優(yōu)勢(shì)，在北京奶牛良種場(chǎng)共培育了ET母牛270余頭，這批母牛經(jīng)過(guò)3年的性能測(cè)定，其總體遺傳水平顯著高于可比同類(lèi)牛群的平均水平。這批ET母牛有100多頭被選入北京市培育單產(chǎn)12 000kg的高產(chǎn)核心群。在攻關(guān)專題的招待期間先后共培育了青年公牛78頭。使用MOET育種本系的遺傳評(píng)定方法，已有18頭公牛被驗(yàn)證為優(yōu)秀種牛，作為主配公牛已經(jīng)開(kāi)始在北京公牛站使用。 　　3 社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益 　　 　　由于通過(guò)研究工作獲得的ET母牛和ET青年公牛均具有很高的遺傳水平，應(yīng)該認(rèn)為，起碼相當(dāng)于國(guó)外進(jìn)口牛的水平（實(shí)際上有相當(dāng)部分牛超過(guò)了全國(guó)迄今進(jìn)口牛的水平）。按照進(jìn)口牛價(jià)格核算，即青年母牛每頭5000美元，青年公牛每頭10000美元，則上述70頭青年公牛和270頭青年母牛的價(jià)值是1700余萬(wàn)元人民幣，種母牛、冷凍精液、胚胎的銷(xiāo)假售，核心群每年將獲600萬(wàn)元以上的直接經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)測(cè)算，以上育種材料的推廣至少覆蓋50萬(wàn)頭奶牛群，經(jīng)遺傳改進(jìn)，這些牛群可比現(xiàn)行育種方案每年多提高20-30%的遺傳進(jìn)展和25%的育種效益，經(jīng)濟(jì)效益前景十分可觀。 　　在一定的體制與機(jī)制下，在北京建立的奶牛MOET育種本系若能政黨運(yùn)轉(zhuǎn)，每年可向全國(guó)推廣20-50頭優(yōu)良奶青年公牛，10-15頭經(jīng)驗(yàn)證較優(yōu)秀的種公牛，80萬(wàn)份優(yōu)質(zhì)冷凍精液，并形成年提供2000枚以上優(yōu)質(zhì)胚胎的能力。 由于MOET育種體系的建立與實(shí)施，可基本解決我國(guó)自行培育優(yōu)秀種公牛的問(wèn)題，而不需再進(jìn)口種牛，也無(wú)需大量進(jìn)口冷凍精液，這不僅節(jié)約了大量外匯，還減少了我國(guó)奶牛群因進(jìn)口國(guó)外育種材料所帶來(lái)的新傳染病的風(fēng)險(xiǎn)，其環(huán)境效益顯而而易見(jiàn)。 　　通過(guò)近八年的科研工作，課題組實(shí)現(xiàn)了立題時(shí)的“四個(gè)一”： 　　1、發(fā)展了一套科學(xué)的現(xiàn)代化的奶牛育種理論、技術(shù)和方法，即奶牛MOET育種體系； 　　2、在北京建立了一個(gè)開(kāi)展胚胎生物技術(shù)研究，并應(yīng)用其培育優(yōu)秀種牛的育種基地； 　　3、培育了一批優(yōu)秀的種牛，為北京市乃至全國(guó)的奶牛群的遺傳改進(jìn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)； 　　4、培養(yǎng)和組建了一支應(yīng)用高新技術(shù)開(kāi)展奶牛育種研究工作的科技隊(duì)伍。 　　在八年中，專題始終得到國(guó)家科季、農(nóng)業(yè)部、中國(guó)奶牛協(xié)會(huì)和北京市農(nóng)場(chǎng)管理局領(lǐng)導(dǎo)的支持和指導(dǎo)，尤其是北京市農(nóng)場(chǎng)管理局作為試驗(yàn)基礎(chǔ)承擔(dān)者，為研究的順利進(jìn)行提供了必要的人力和物力，并承擔(dān)了大量的研究匹配經(jīng)費(fèi)，為課題組圓滿地完成科研任務(wù)、實(shí)現(xiàn)預(yù)期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)做出了重要的貢獻(xiàn)。