加快中國遺傳育種

幸運兒

加快中國奶牛群體遺傳改良需要充分利用發(fā)達國家

的優(yōu)異遺傳資源和先進的育種技術(shù)

張文燦 博士(美國Takeda 全球研發(fā)中心)

徐捷 博士(美國Evergen生物技術(shù)公司)

張廷青 博士(美國國際資源育種公司)

A．前言
A-1 放棄牛海戰(zhàn)術(shù)，提倡“牛不在多而在良”
近幾年，中國奶業(yè)繼續(xù)保持快速增長。2005年奶牛存欄總頭數(shù)達1216萬頭，比98年增長789萬頭，年平均遞增率16%；奶類總產(chǎn)量2865萬噸，比98年增長2120萬噸，年平均遞增率21%；全國人均奶類占有量達到21.7千克，比98年增長16.6千克，年平均遞增率23%。奶牛業(yè)已成為畜牧業(yè)發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)。不過，中國奶牛群體質(zhì)量差的現(xiàn)狀仍然如前，2004年平均單產(chǎn)3,645千克，分別是世界平均水平的61%和發(fā)達國家平均水平的43%。實際上中國過去幾年牛奶總產(chǎn)量的增加依然憑賴傳統(tǒng)戰(zhàn)略，即韓信點兵，多多益善，主要靠牛海戰(zhàn)術(shù)，迅速大規(guī)模擴群。如此做的結(jié)果造成有限資源大量浪費，人口密集區(qū)域環(huán)境污染嚴重，農(nóng)村奶牛業(yè)效益急劇下降。眾所周知，影響奶牛業(yè)效益有四類技術(shù)：遺傳育種、營養(yǎng)飼料、飼養(yǎng)管理和疫病防治。在這四類技術(shù)中，遺傳育種技術(shù)貢獻最大，達到了40%。其實，早在50多年前，毛主席就高瞻遠矚地認識到“種”對農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要性，親手制訂了盛極一時的農(nóng)業(yè)“八字憲法”：“水、肥、土、種、密、保、工、管”。經(jīng)過長達半個多世紀的反復實踐，現(xiàn)在仍然有其價值，特別是“種”一字。“春種一粒粟，秋收萬顆籽”和“好精一支，增奶數(shù)噸”就是廣大農(nóng)民對“種”重要性的真實評價和稱贊。中國奶牛業(yè)要進一步發(fā)展，需要借鑒發(fā)達國家的成功經(jīng)驗，即高效奶牛業(yè)，而高效奶牛業(yè)的核心則是高產(chǎn)奶牛群，創(chuàng)建高產(chǎn)奶牛群必須依靠先進的遺傳育種技術(shù)和優(yōu)良的遺傳育種物質(zhì)?？上е袊壳斑@兩條都不具備。那如何辦呢？本文作者曾在北美著名奶牛育種公司工作十數(shù)年，對北美奶牛群質(zhì)量的提高做出過顯著貢獻，有著極為豐富的奶牛育種經(jīng)驗和技術(shù)，愿在本文中，對中國奶牛群如何有效進行改良闡明自己的觀點。
A-2 中國奶牛遺傳育種系統(tǒng)的現(xiàn)狀
中國和發(fā)達國家在奶牛遺傳產(chǎn)業(yè)體系中幾乎每一環(huán)節(jié)都存在著很大距離，包括每年參加后裔測定公牛的數(shù)量和質(zhì)量、純種公母奶牛的系譜登記、牛奶質(zhì)量檢測和產(chǎn)量記錄，以及體型外貌測定等。中國目前還沒有全國性的荷斯坦奶牛數(shù)據(jù)庫，加入DHIA的母?？傤^數(shù)迄今僅8萬頭。政府部門和行業(yè)協(xié)會也沒有承擔責任。只有極小部分母牛采用驗證公牛進行繁殖，而絕大部分采用非驗證公牛精液配種。大量母牛都是與隨機的非驗證荷斯坦公牛交配，而荷斯坦品種是其唯一的選擇標準。配種目的是設法使母牛懷孕生犢，繼續(xù)產(chǎn)奶，但極少考慮后代品質(zhì)。這種隨機繁殖計劃的遺傳水平是不可靠的，系我國在過去30年里奶牛遺傳改良進展緩慢的根本原因。
基于使用公牛的遺傳水平，目前中國奶牛遺傳改良計劃可以分為3個層次或水平：
1）品種遺傳水平改良
指用荷斯坦公牛對我國土種黃牛進行改良，搞級進雜交，最終目標是將中國黃牛改良成荷斯坦奶牛，時間跨度約為10－15年。對原有荷斯坦牛群，則進行本品種繁育，目標是保持荷斯坦的“純種”水平。這些改良工作的目標只是停留在品種的平均水平，僅僅注重荷斯坦“血液”的百分比和純種化。這種手段已被證明是增加荷斯坦奶牛數(shù)量經(jīng)濟而有效的方法。然而，這種基于少量遺傳信息和僅將公牛作為繁殖工具之用的做法是非常不科學的，并不能帶來持續(xù)性的遺傳改良。在中國許多地方，仍舊使用該法去生產(chǎn)更多的奶牛。此法雖使中國奶牛數(shù)量由1978年的500,000頭增加到1996年的大約4,500,000頭，但是實際上在這段時間內(nèi)（將近30年）我國奶牛群體的遺傳水平并沒有實質(zhì)性提高。值得一提的是，所謂的品種水平也是過去幾十年的舊品種水平，業(yè)已發(fā)生了退化，而不是國外的現(xiàn)代品種水平。
2）家系遺傳水平改良

在美國和加拿大，大約有20－25％的牛群采用非驗證年輕公牛精液繁殖。這些年輕公牛擁有非常好的系譜，但是后裔測定結(jié)果還沒有出來。使用這一方法的優(yōu)點是可以提前4－5年，但是風險也不小。在過去10－15年間，中國開始從加拿大和美國引進非驗證年輕公牛。黑龍江、北京、陜西和上海等種公牛站進口了上百頭年輕公牛。它們是北美明星公牛家系的兒子，具有很好的系譜，其父母均經(jīng)過嚴格遺傳評估。由于不知道年輕公牛個體的具體基因型和育種值，所以用家系平均數(shù)作為估計值。實際上，明星公牛的兒子自己成為頂尖公牛的機會很小，因為兒子們的遺傳水平也呈正態(tài)分布。不過，這些年輕公牛比較經(jīng)濟合算，其平均遺傳水平又比中國本土生產(chǎn)的荷斯坦公牛要高出不少。另外，它們也比那些僅僅依靠品種作為選擇標準、系譜不清、父母未經(jīng)遺傳評估的公?？煽康枚?。所以，這些公牛現(xiàn)已成為現(xiàn)階段中國奶牛遺傳改良的主力軍并為中國奶牛群帶來了巨大的遺傳改良效益。
如果一頭母牛是美國名牛黑星的孫女，單憑這一點就價值不菲，但她的遺傳水平卻是很不穩(wěn)定的。因為并不知道她父親的真正遺傳水平，這要通過她父親的所有女兒的產(chǎn)奶量和體型外貌來評估。這頭女兒可以預測的育種值僅為黑星本身育種值的1/4，效率很低。當前，幾乎所有的公牛站都從美國和加拿大進口年輕公牛以出售精液，或者直接銷售進口年輕公牛精液，確實經(jīng)濟實惠。他們實際上都處于家系遺傳改良水平。
3）個體遺傳水平改良

指使用驗證公牛對牛群進行改良。因為此時這些優(yōu)秀公牛和母牛個體的遺傳潛力已經(jīng)十分清楚，奶農(nóng)可以針對自己每頭母牛的具體條件選擇不同公牛，對該母牛揚優(yōu)剔劣（如產(chǎn)奶量低、乳蛋白量差、乳房結(jié)構(gòu)和肢蹄結(jié)構(gòu)有缺陷等），培育下一代更為優(yōu)秀和理想的兒子和女兒。國外現(xiàn)已能夠做到用計算機選配，為母牛挑選最佳配偶公牛。即將母牛有關(guān)數(shù)據(jù)輸入計算機育種系統(tǒng)并給出育種目標參數(shù)，計算機再根據(jù)用戶指令在其龐大的公牛資料庫中遴選出一組與該母牛最適配的公牛。奶農(nóng)最后從中挑選中意的公牛為該母牛配種，這是電子化的選種選配。顯然，只有在這個水平上，我們才能真正將優(yōu)秀個體的基因在群體中擴散，象發(fā)達國家一樣，使群體獲得最大限度的改良。計算女兒（或兒子）育種值（BV）的簡單公式可表述如下：

女兒（或兒子）育種值=0.5父親育種值+0.5母親育種值

（a）

傳遞優(yōu)良基因最有效的方法是廣泛利用驗證公牛精液通過人工受精（AI）配種。過去，中國沒有使用此法主要是驗證公牛精液太貴，每支平均為120元，這對大部分中國農(nóng)民來講價格確實太高。他們幾乎每支只愿支付少于40元的價錢。在一些地區(qū)，每支在5元以下的精液仍被使用，很明顯其結(jié)果會很差。不過，現(xiàn)在情況已有所變化，一些奶農(nóng)已開始認識到為了得到較好的經(jīng)濟回報而使用較貴但質(zhì)量高的精液是值得的（每支120元能很容易地通過增加女兒奶產(chǎn)量來多獲得1600-2400元利潤）。2003年春天，北京奶牛中心從美國引進了兩頭驗證公牛，這標明中國已經(jīng)開始進入利用個體奶牛遺傳水平改良的新階段。
使用驗證公牛精液可知道公式（a）的公牛部分。但是，中國大部分母牛的育種值卻無法估算，因為這些母牛并沒有進行系統(tǒng)性的登記、檢測或記錄以及遺傳評估。中國要完全地使奶牛遺傳基因改良達到個體水平，還有待時日。只有滿足這兩個條件：1）驗證公牛精液廣泛使用；2）建立國家奶牛遺傳登記/評估系統(tǒng)，才有可能保證中國奶牛群遺傳育種改良可持續(xù)發(fā)展。
B．奶牛群體改良技術(shù)——公牛
B-1
公牛影響
雖然對任何單個動物來講，公牛和母牛對其后裔育種值各貢獻自身一半，但公?？山枞斯な诰c成千上萬的母牛交配，故而對群體改良影響較大。同時公牛因選擇強度大而其育種值比母牛要高，所以母牛群體遺傳改良是通過大規(guī)模使用優(yōu)秀公牛精液，即人工受精來實現(xiàn)的。
奶牛群體遺傳結(jié)構(gòu)可大致分為兩部分：一小部分用于純種繁育頂尖公母牛，其經(jīng)營目標是培育超級種公牛；另外一大部分為商業(yè)性公母牛，其經(jīng)營目標是生產(chǎn)牛奶及牛肉。這兩部分又有四條通徑組成遺傳傳遞關(guān)系。
1）父本到兒子：這是一條最重要的通經(jīng)，對群體改良貢獻為41％。奶牛遺傳公司的主要育種目標是培育種用頂尖公牛，這樣頂尖的公牛稱為兒子的父本。一個大公司3－5年才會出現(xiàn)一頭，一般來自最優(yōu)秀的譜系。這樣的公牛全世界每年也就5－10頭。這些公牛大部分用來和最優(yōu)秀的種母牛配種，精液價格也最高，每支可達500元以上。一個好兒子的父本可能有數(shù)萬個兒子，但真正的“接班人”只有一頭，于是便成為眾多同父兄弟中的一顆燦爛明星。
2）父本到女兒：那些稍微差一點的公牛便為生產(chǎn)母牛服務，它們的遺傳水平也相當高，對群體貢獻為27％。這部分公牛叫（生產(chǎn)）母牛的父本。其精液價格每支為80-360元左右。
3）母本到兒子：所有種用公牛的核心母本都叫兒子的母本，這些母牛有非常優(yōu)秀的系譜和生產(chǎn)性能，由一些專門的純種繁育者進行培育，它們的主要經(jīng)濟來源是向奶牛遺傳公司出售頂尖公牛的兒子，其中相當一部分是通過胚胎移植技術(shù)生產(chǎn)的。這部分母牛僅占到整個母牛群體的千分之一以下，對群體改良貢獻為 29％。
4）母本到女兒：這些生產(chǎn)母牛的母親大部分用于商業(yè)性牛奶生產(chǎn)，其大部分女兒用來更新生產(chǎn)群，她們是群體遺傳改良金字塔結(jié)構(gòu)中最底層的最終受益者，對群體改良貢獻為3％。

表1
不同遺傳通徑對群體改良的相對貢獻率

遺傳通徑	群體遺傳改良貢獻的%
父本到兒子（種公牛的父親到兒子）	41
父本到女兒 （生產(chǎn)母牛的父親到女兒）	27
母本到兒子（種公牛的母親到兒子）	29
母本到女兒（生產(chǎn)母牛的母親到女兒）	3

因此，公牛對牛群基因改良的直接影響為68%（41+27，表1）。雌性主要通過母親遺傳兒子的方式對牛群改良的直接影響是29%，而其直接對女兒改良的影響僅3％。很明顯，選擇和利用遺傳優(yōu)良的公牛大規(guī)模地繁殖將對牛群基因改良產(chǎn)生最大影響，同時也是中國奶業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的一項策略。
在北美，全國范圍內(nèi)的登記和記錄系統(tǒng)包括：牛群改良協(xié)會（DHIA）負責牛奶質(zhì)量測定和數(shù)量紀錄；品種協(xié)會（如美國荷斯坦協(xié)會）負責純種登記、系譜和體型外貌鑒定的數(shù)據(jù)庫及遺傳評估。
在其它方面，公牛培育包括：品種協(xié)會、牛群改良協(xié)會、人工授精組織，以及后裔鑒定和遺傳評估。驗證公牛凍精是高技術(shù)的基因材料，需要遺傳產(chǎn)業(yè)（公牛站）、奶農(nóng)、政府、院校和研究機構(gòu)的共同努力。公牛全球排名是一個國家奶業(yè)總體發(fā)展水平的綜合性反映，包括：數(shù)據(jù)分析、計算機應用技術(shù)、生物技術(shù)應用，以及奶牛遺傳繁殖系統(tǒng)。這些綜合因素造就了過去50年間奶制品生產(chǎn)大國的奶牛遺傳改良成就。
B-2
人工授精
這是增強公牛對群體遺傳影響最主要的技術(shù)，是將個體優(yōu)良基因由選擇的公牛普及到整個群體最有效的方法。一頭優(yōu)良公牛能生產(chǎn)成千上萬甚至百萬支的凍精用以配種遍及全國，有時（超級公牛）遍及全世界的牛群。
2001年，美國牛凍精總銷量超過1400萬支，其中1300多萬是荷斯坦凍精；其余約800萬是其他品種奶牛和肉牛的凍精；市場價值超過4億美元（每支15美元）。

表2
2001年美國精液銷售

	支	市場價值（百萬美元）
美國精液銷售量	14,423,416	288
荷斯坦	13,140,578	262
出口量（單位）	8,775,424	175
總計	23,198,840	463
荷斯坦	2,092,1031	417

目前美國奶牛平均單產(chǎn)超過9噸；其中注冊奶牛2001年平均單產(chǎn)從1957年的不足6噸增加到12噸。美國在過去50年內(nèi)是怎樣取得如此顯赫的成就？又是如何保持在此領(lǐng)域的領(lǐng)導地位呢？
有關(guān)資料說明：在起初20年內(nèi)（1957-1973），單產(chǎn)僅增加了1,000公斤，只作出了相對較小的改良。但在過去30年內(nèi)（從70年代后期開始）卻取得了突飛猛進的提高（增加超過5,000公斤），這主要得益于遺傳育種、營養(yǎng)飼料、飼養(yǎng)管理和疫病防治四類技術(shù)的進步，以及全國范圍內(nèi)良種登記和記錄系統(tǒng)的建立，同時能有效地選擇遺傳優(yōu)良的公牛和母牛并且廣泛應用人工授精和其它相關(guān)生殖生物技術(shù)。
B-3
品種協(xié)會
品種協(xié)會（如美國荷斯坦協(xié)會、荷斯坦加拿大）的成員由純種牛育種者和一些商業(yè)性奶牛場的農(nóng)民組成。任務為純種登記、系譜追蹤和品種體型外貌鑒定。美國存欄奶牛登記比例大約為20－25%，加拿大為50－60%。通過協(xié)會的數(shù)據(jù)庫，可以容易地在網(wǎng)上追蹤到超過5代的系譜資料，生產(chǎn)性能和體型外貌信息。品種協(xié)會也有職業(yè)體型外貌鑒定員，其足跡遍布全北美奶牛場，為客戶提供收費服務。年輕奶牛的體型外貌數(shù)據(jù)被收集在手提電腦中，并傳送到國家數(shù)據(jù)中心。美國、加拿大和歐洲國家的外貌鑒定系統(tǒng)各不相同，育種值的表達單位和遺傳基礎也不相同，但卻可相互轉(zhuǎn)化。
美國和加拿大牛奶檢測實驗室（奶牛牛群改良協(xié)會，DHIA）對牛奶成分和體細胞數(shù)量作出分析。牛奶檢測是美國和加拿大政府的一項職能，其擁有全國范圍內(nèi)最權(quán)威的牛奶質(zhì)量和數(shù)量監(jiān)測系統(tǒng)。奶牛場農(nóng)民依賴于DHIA服務進行牛群管理。DHIA提供對公牛（經(jīng)由其女兒）和母牛經(jīng)濟性狀進行遺傳評估的原始數(shù)據(jù)。在北美，這些生產(chǎn)記錄已被日積月累地使用了許多年。例如，INTERBULL（國際公牛，一個對全球種公牛進行評估和排序的國際性機構(gòu)）能提供全球遺傳評估中過去10年里出生的奶牛的生產(chǎn)性能和體型外貌資料。盡管某頭母牛可能已消亡多年，但其生產(chǎn)記錄仍可用于遺傳評估。
B-4 后裔測定
牛群遺傳改良的原動力是找出具有優(yōu)良基因組合的公牛。DNA基因重組是一個隨機過程，僅發(fā)生在受精期。公牛攜帶優(yōu)良基因的鑒定需要完善和科學的后裔測定和遺傳評估系統(tǒng)。后測公牛必須要等長達5-6年時間才能完成對其女兒懷孕、分娩和產(chǎn)奶相關(guān)資料的積累。而且，這一過程還必須在50-100個牛群實行隨機交配。為了確保精確性，通常需要大約100頭女兒的全套生產(chǎn)性能和體型外貌數(shù)據(jù)。
目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一些功能基因和遺傳標記，可以在生命的早期對年輕公牛進行遺傳鑒定。這對于毛色和有害基因是非常有效的，業(yè)已在商業(yè)上應用。另外，對于一些全同胞，因其系譜指數(shù)相同，對攜帶有利基因位點的個體可以進行早期選擇。但是，就群體水平而言，只有3-5%的遺傳變異可由這些標記基因作出解釋，而這些標記基因還不足以取代目前行之有效的后裔測定系統(tǒng)。
父母親遺傳水平、后測年輕公牛數(shù)目以及隨機取樣女兒數(shù)量關(guān)乎是否能夠成功地選擇優(yōu)異小公牛的三個主要因素；總計50多個生產(chǎn)性能和體型外貌性狀在公牛選擇過程中要進行嚴格地遺傳評估。
每年全世界范圍內(nèi)后測荷斯坦公牛超過5200頭，其中美國1550頭，加拿大600頭（表3）。后測一頭公牛在美國成本據(jù)估計為4到5萬美元。僅5%的后測公牛能夠培育成頂級公牛和選為驗證公牛，然后作為種用；剩余的95%將被屠宰。那就意味著僅僅二十分之一的公?？蛇M入“上市公牛清單”，這樣生產(chǎn)一頭驗證公牛的成本將接近于100萬美元。
B-5
遺傳評估和國際公牛服務項目
在美國，農(nóng)業(yè)部和荷斯坦協(xié)會對美國公母牛實行遺傳評估。在加拿大，對此事承擔責任的是加拿大奶牛網(wǎng)絡，這是一個非盈利性組織。
各大學都積極地參與新程序的研究和發(fā)展。由美國康奈爾大學Chuck Henderson教授和加拿大圭爾夫大學Larry Schaeffer教授率領(lǐng)的研究者們發(fā)明了最佳線性無偏估計的理論和計算方法，用于奶牛遺傳評估。
遺傳評估方法在不斷地改進，現(xiàn)在已達到了第四代：80年代早期的公牛模型，80年代末期的動物模型，90年代初期的MACE（多性狀全球跨國評估），以及新世紀的測定日模型。
表3
主要國家奶牛數(shù)量和每年后測年輕公牛數(shù)量

國家	奶牛數(shù)量（百萬）	后測小公牛數(shù)（每年）
美國	9.7	1550
加拿大	1.3	600
法國	4.6	660
德國	5.3	1100
荷蘭	1.8	350
意大利	2.3	310
英國	2.8	180
丹麥	0.7	300
新西蘭	2.6	210
總計	32.8	5260

美國、加拿大和其它國家每年4次頒布遺傳評估結(jié)果（二月，五月，八月和十一月）。全球公牛遺傳評估也由國際公牛在相同時間同步發(fā)行。由于公牛凍精在全球銷售，美國和加拿大優(yōu)良公牛的女兒和兒子遍布全世界，于是構(gòu)成了全球遺傳評估所必要的遺傳相關(guān)。國際公牛是隸屬于聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）的一個機構(gòu)，有50多個成員國。現(xiàn)在它每年進行4次全球遺傳評估，通常是各國遺傳評估頒布后一周?，F(xiàn)在可以容易地獲得全球50,000余頭荷斯坦公牛和10,000余頭其它品種公牛按照20多個主要國家的遺傳基礎和表達單位的育種值，并能直接在各國應用。每一次公牛育種值的頒布都是全球奶牛育種者、奶牛遺傳產(chǎn)業(yè)和國際營銷商人的一次重大事件。新明星公牛金榜題名，老明星黯然降序，新上市公牛清單以及新價格會帶來新的訂單和新的合同。國家和國際公牛的排序是所有這些商業(yè)活動的基礎。數(shù)十年來，美國獨領(lǐng)全球奶牛遺傳業(yè)風騷，國際公牛大部分的最高級公牛以及世界前100名頂級公牛的70%左右都在美國，其它的則是美國公牛的后代。
C、胚胎生物技術(shù)
C-1
胚胎移植
與公牛相比，母牛遺傳改良力很小，這是因為公牛一次射精可以產(chǎn)生數(shù)以億記精子，而母牛通常每21天才能產(chǎn)生1個卵子，而懷孕更需要9個多月。胚胎技術(shù)近年來發(fā)展迅速，已被廣泛應用于提高母牛的遺傳影響力，主要原理是利用超數(shù)排卵技術(shù)可使優(yōu)質(zhì)母牛一次產(chǎn)生多于一枚的卵子；使用普通母牛作為優(yōu)質(zhì)母牛胚胎的代理媽媽（即所謂“胚胎移植”）。
胚胎移植是所有胚胎技術(shù)的基礎，通過體內(nèi)、體外或者克隆等方式生產(chǎn)的胚胎被移植到同步發(fā)情處于假孕狀態(tài)的受體母牛子宮內(nèi)。這個方法在中國已經(jīng)有所推廣，借豐富的黃牛之腹，孕短缺的高產(chǎn)荷斯坦奶牛之胎，真正是‘土牛生金?！?/font>
發(fā)達國家胚胎移植已經(jīng)成為常規(guī)，但主要用來發(fā)展核心育種群，不是用來創(chuàng)造生產(chǎn)群的。以美國為例，在過去十年里每年都要進行15萬到20萬次胚胎轉(zhuǎn)移。2001年美國胚胎移植總數(shù)大約為17萬枚（表4），市場價值超過5千萬美元。中國目前每年移植數(shù)目通常低于1萬枚，而且主要是在奶牛大省如新疆和黑龍江進行。2002到2003年間，中國移植了1萬6千枚奶牛胚胎，但仍不足美國移植量的10%。

表4
2001年美國胚胎移植

	體內(nèi)胚胎	體外胚胎
胚胎移植公司數(shù)量	129
供體奶牛數(shù)量	39,728	884
生產(chǎn)胚胎（枚）	243,813	4,986
鮮胚移植	80,141	N/A
懷孕率（鮮胚）	63%	N/A
凍胚	162,750	N/A
凍胚移植	85,824	35
懷孕率（凍胚）	55%	N/A
性別鑒定胚胎移植數(shù)量	453	N/A
懷孕率（性別鑒定胚胎）	N/A	N/A

C-2
試管奶牛胚胎（In vitro Fertilization，IVF）
在試管胚胎生產(chǎn)過程中，受精發(fā)生在體外。從母牛卵巢中提取卵母細胞（通常是被屠宰的奶牛或青年牛），使用凍精在體外授精，培養(yǎng)7天達到囊胚階段后被冷凍保存，然后再進行移植。美國體外胚胎遺傳潛力一般達到9噸，因價格遠低于體內(nèi)胚，所以可在中國用來發(fā)展生產(chǎn)群。
C-3 超數(shù)排卵奶牛胚胎
是通過對優(yōu)質(zhì)純種母牛使用頂尖種公牛精液進行人工授精產(chǎn)生的。受精過程和早期胚胎發(fā)育在體內(nèi)發(fā)生；同時由于可以人為控制選擇父方和母方，所以體內(nèi)胚胎的遺傳品質(zhì)比試管胚胎高；同時有完整的系譜，適合用于生產(chǎn)育種用種牛。活體胚胎的生產(chǎn)需要大量時間和精力。超數(shù)排卵并人工授精后大約第七天，胚胎被沖出子宮，移植到受體內(nèi)或者冷凍保存。一頭母牛大約每兩個月能平均產(chǎn)生5—6枚可用胚；如果反復超排，每年可產(chǎn)生約30枚可用胚。由于超排需要高成本和大量勞力，用于生產(chǎn)群經(jīng)濟上很不合算，數(shù)量上也難滿足。
C—4
性別鑒定
當前最新的奶牛性別控制基于精子分離技術(shù)。X-精子含有比Y-精子略多一些DNA，這一差別通過流式細胞分離器可以將X－精子和Y－精子分離開，準確度達到90％以上。該技術(shù)優(yōu)勢在于性別控制在受精前就已完成，避免了雄性胚胎或小公牛的產(chǎn)生。實驗表明利用該技術(shù)生產(chǎn)的后代牛都表現(xiàn)正常。性控精液也被用于生產(chǎn)性控胚胎，其懷孕率與常規(guī)胚胎移植懷孕率也十分接近。當前中國已引進多臺XY精子分離設備和配套技術(shù)，國產(chǎn)性控精液、進口性控精液和進口性控體外胚胎亦在市場銷售和某些地區(qū)使用，取得了若干初步結(jié)果。需要保持清醒頭腦的是，這些技術(shù)尚未完全成熟，仍處在研發(fā)階段，發(fā)達國家在其遺傳改良工作中并未使用這些技術(shù)。一般說來，確有效益地使用這些技術(shù)應該滿足以下五項要求：1.必須確保母犢率超過85%以上（現(xiàn)在都能做到）；2.必須確保情期受胎率與常規(guī)凍精相同（現(xiàn)在做不到）；3.必須使用優(yōu)秀驗證公牛（現(xiàn)在做不到）；4.必須方法簡單（現(xiàn)在做不到）；5.必須能大規(guī)模應用（現(xiàn)在做不到）。
C—5胚胎低溫保存。
胚胎低溫保存技術(shù)使得胚胎的進出口成為可能。低溫保存（包括精子和胚胎低溫保存）使國際間種質(zhì)交換成為可能，并取代了傳統(tǒng)的大多數(shù)國家間活動物的進出口。胚胎能以各種方式冷凍，其解凍后移植的懷孕率已接近鮮胚受孕率（50％左右）。
C—6克隆
克隆技術(shù)在農(nóng)業(yè)醫(yī)學等領(lǐng)域有廣泛的應用價值，比如復制高品質(zhì)奶牛和可移植器官等等?？寺〖夹g(shù)的第一步是供體細胞的選擇。選定的細胞將在實驗室培養(yǎng)，作為克隆時的細胞核供體，提供胚胎的全套遺傳物質(zhì)DNA。試驗當天，用玻璃微管將卵子中的遺傳物質(zhì)DNA吸出；隨后供體細胞被移入去核卵子中；接下來是一到兩次的電擊融合，使去核卵子與供體細胞合二為一，成為可發(fā)育胚胎?？寺∨咛ソ又惑w外培養(yǎng)至囊胚期，然后移植給受體動物。這些克隆胚胎在受體子宮內(nèi)著床和發(fā)育，經(jīng)過正常懷孕期然后降生世間。克隆技術(shù)為直接復制純種母牛（公牛）提供了可能性。幾乎八年前，日本17歲的著名種公牛和牛神福耳已在美國成功地完成三代克隆，這為商業(yè)化復制全球頂尖公牛和母牛準備了技術(shù)條件。全球有影響的育種公司培育的頂尖公牛和母牛極其昂貴，通常不會輕易出售，這是因為培育者不會將他們的‘搖錢樹’轉(zhuǎn)讓外人。由于瘋牛病而封關(guān)的原因，中國目前已在源頭上難以從發(fā)達國家引進優(yōu)秀種公牛活體?？寺〖夹g(shù)將會為中國進口這些頂尖基因動物提供一種新的途徑。最近，利用克隆技術(shù)在中國復制全球100頭最優(yōu)秀公牛并以此為基本籌建新型奶牛育種中心的動議將提交權(quán)威部門研究。如獲支持，那將對推動中國奶牛業(yè)遺傳育種改良工作產(chǎn)生深遠影響。
D．加快中國奶牛群體遺傳改良
D—1進口優(yōu)秀奶牛遺傳資源
理論上，一個國家奶牛群體遺傳改良有兩種方式。一種是從其自身遺傳資源中挑選，另一種就是從擁有先進遺傳資源的國家進口。
中國奶牛遺傳基因庫非常貧乏。在這樣一個低水平上，中國自己建立獨立育種體系將是閉門造車、少慢差費和不具任何競爭力。目前中國平均奶產(chǎn)量相當于1950年美國的70%的水平。因而，如果中國要進行國內(nèi)自行培育和不借助國外遺傳資源和奶牛管理體系，那至少要花50多年時間才能趕上美國目前水平。中國、美國以及其他國家基本上用的都是同一品種奶牛（荷斯坦）來產(chǎn)奶。中國荷斯坦基因庫貧乏，這很大程度上是由于中國“閉關(guān)”的培育操作和政策限制（只間斷進口有限數(shù)量活牛作為遺傳資源）而造成的。在過去30年中，世界各發(fā)展中國家已通過持續(xù)進口精液和胚胎來豐富其遺傳物質(zhì)，從而逐步豐富其本地奶牛群基因庫。另外，雖然中國飼養(yǎng)黃牛有幾千年歷史，但對奶牛管理卻是一個新課題。因而，為迅速發(fā)展奶牛業(yè)，中國在進口優(yōu)秀奶牛遺傳資源的同時，也需要引進先進的管理方法和技術(shù)。中國同步進口國外基因和管理體系的速度將決定著中國奶牛遺傳改良進展的速度。
優(yōu)秀驗證公牛凍精是高新技術(shù)產(chǎn)物，是高智力和高投資產(chǎn)品，這與絕大多數(shù)國產(chǎn)凍精是完全不同的概念。中國眼下還不具備培育驗證公牛的能力和條件,正因為如此，應當鼓勵合資企業(yè)帶來國外遺傳資源（培育最優(yōu)秀公牛和母牛）、資金、技術(shù)和管理體制。很明顯，這些努力與進口精液和胚胎策略相輔相成，將可能會在10年內(nèi)使中國奶牛群體接近發(fā)達國家的遺傳水平，從而為中國建立一個具有國際競爭力的奶牛培育系統(tǒng)奠定基礎。到那時，中國將成為奶牛遺傳資源、技術(shù)和管理體制的出口國，而非完全被動的進口國。
對于精液和胚胎進口，最大的瓶頸就是中國目前的進出口條例，需要修改這些條例使之與國際慣例一致。進口精液可能是中國改良奶?；蜃畹土牟⑶沂亲羁斓姆绞?。中國精液進口應當以經(jīng)過驗證的基于“國際公?！迸判邪竦捻敿壒槟繕?。應該認識到，美國、加拿大和歐洲代表了奶牛業(yè)最優(yōu)良的基因資源，進口條例過于苛刻將會嚴重損害中國奶牛業(yè)的發(fā)展。任何政策和條例的制定和實施應該是以最大限度地保護中國國家利益為基本出發(fā)點，而不是相反。
實際上，中國和發(fā)達國家在奶牛遺傳水平上的差距由兩部分組成，一部分是遺傳基礎水平的差距，另一部分是改良速度的差距。連續(xù)進口是迅速彌補這兩部分差距的最有效途徑。“國際公?！睘閬碜匀蛟S多國家的60000頭“有競爭力”的育種公牛提供排序?！皣H公?！蓖ǔＲ荒觐C布4次遺傳評估結(jié)果。最好的策略就是以遺傳評估頒布相同步的速率進口精液。應根據(jù)最新信息不斷進口頂級公牛精液、年輕公母牛和胚胎。這樣，在獲取最新和最優(yōu)遺傳資源方面，中國將與世界同步。
D—2進口政策支持
精液和胚胎進口的主要瓶頸所在就是中國對這些產(chǎn)品實行無法與國際接軌的衛(wèi)生和檢疫規(guī)則。毫無疑問，精液和胚胎產(chǎn)品必須要受到嚴格的管理。中國近年來實行了遺傳物質(zhì)產(chǎn)品進口的開放政策，這是很大的進步。然而，一些不必要的，有時甚至是非常不科學的進口條例，實際上阻礙著中國和其它國家間奶牛遺傳物質(zhì)產(chǎn)品的國際交換。
例如：根據(jù)中國要求，任何單位和個人進口精液都必須將精液限制在一個隔離農(nóng)場內(nèi)使用，盡管這些精液的生產(chǎn)、檢疫和運輸過程是嚴格按照中國進出口條款中所有的要求進行的。這就產(chǎn)生了兩個問題：一是繁冗的許可申請，會打消農(nóng)民或者進口單位的念頭，而轉(zhuǎn)而使用品質(zhì)較低（落后世界頂尖水平數(shù)十年）未經(jīng)后裔測定公牛的國產(chǎn)精液。二是由于精液只限使用于隔離農(nóng)場，并且相關(guān)動物（使用精液的母牛和它們的后代）要接受動檢局不定期檢驗，這也挫傷了使用者的積極性。縱觀全世界，只有中國有這樣的規(guī)定。全球精液貿(mào)易進行了大約50多年，在這其間還沒有發(fā)現(xiàn)任何疾病是通過符合所有進出口檢驗規(guī)定的精液來傳播的。因此這一規(guī)定并沒有任何科學基礎，也就根本沒有必要。雖然對進口動物的二次隔離是必要的，但對按照條例生產(chǎn)的進口精液和胚胎進行農(nóng)場二次隔離則是不必要的，這種做法很難與國際接軌。在國際化越來越成為趨勢的今天，中國需要有一個開放和科學的態(tài)度來面對奶牛和其它動物遺傳物質(zhì)產(chǎn)品進口（以及可預見的出口）問題。確保安全并不等于增加不必要的和不科學的規(guī)則和要求，很多不必要不科學的規(guī)則使得這些條例在實踐中難以執(zhí)行，導致“因噎廢食”。“將不在勇而在謀”，毛主席在世時亦曾批評有些政府官員：“以其昏昏，使人昭昭”。如果中國決定利用進口策略來加速其奶牛基因庫的豐富和發(fā)展，相應負責官員就需要克服固執(zhí)和魯莽，通過積極學習而日益聰明，用科學思維來調(diào)整相關(guān)政策以減輕不必要的管理負擔，制定與國際慣例一致的作法。
D—3培訓和推廣
鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的技術(shù)推廣中心，應該負責收集日產(chǎn)奶量的數(shù)據(jù)。日產(chǎn)奶量數(shù)據(jù)是奶牛遺傳育種的基本數(shù)據(jù)，是選育優(yōu)秀奶牛的關(guān)鍵。沒有這些原始數(shù)據(jù)，也就沒有辦法對公牛或者母牛進行比較、統(tǒng)計分析或下有意義的結(jié)論。缺乏有效的數(shù)據(jù)收集機制實際上已經(jīng)成為中國奶牛育種的主要問題。大多數(shù)的后裔測定只在少數(shù)選定的農(nóng)場進行，因為只有這些少數(shù)的的農(nóng)場有能力每天去收集牛奶產(chǎn)量的數(shù)據(jù)；而在西方國家，后裔測定是在分布廣泛的農(nóng)場中隨機進行的。
D—4 持續(xù)的研發(fā)投入和國家奶業(yè)科技研究中心
一個可持續(xù)發(fā)展的奶業(yè)體系包含多種要求。育種體系不僅僅只是數(shù)據(jù)分析，它是建立在繁殖技術(shù)、獸醫(yī)、飼養(yǎng)和管理、奶品加工和環(huán)保等諸多學科和技術(shù)的基礎上的。例如人工授精帶來了育種業(yè)的革命，雖然過去50年尤其是近30年來導致美國奶?；蚍€(wěn)步上升，但實際上奶牛遺傳品質(zhì)的提高卻是數(shù)據(jù)記錄制度在全國范圍內(nèi)被廣泛應用之后才發(fā)生的。
為了確保奶業(yè)可持續(xù)發(fā)展，中國需要在遺傳學、飼養(yǎng)管理和和繁殖技術(shù)等領(lǐng)域進行長期不懈的研發(fā)工作?？紤]到中國研發(fā)經(jīng)費特別是在農(nóng)業(yè)方面還不充裕，特別建議中國成立一個國家奶業(yè)科技研究中心。該中心應該成為中國奶牛育種中心。在其運作初期，中央政府提供前期啟動基金。其后期基金則可以考慮由獲益的乳制品企業(yè)以會員的形式資助。會員公司有獲取該中心服務、數(shù)據(jù)和信息以及新技術(shù)的優(yōu)先權(quán)，以此來回報其捐贈給該國家中心的年費。這種模式類似于美國的國家動物育種協(xié)會和荷斯坦奶牛協(xié)會的運作方式。
該中心應負責在中國建立起國家奶牛育種體系，建立國家奶牛注冊系統(tǒng)，牛奶產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫并指導種公牛選育。中心還應該對先進的奶牛繁殖技術(shù)、奶牛飼養(yǎng)管理、環(huán)保、獸醫(yī)獸藥、疾病預防、牛奶加工、新產(chǎn)品和其它相關(guān)領(lǐng)域進行研究和推廣。該中心也應承擔起教育培訓和技術(shù)轉(zhuǎn)讓的職責，培養(yǎng)和輪訓各類專業(yè)人員來保證奶牛育種各個層次的有效實施。為確保技術(shù)上和國際接軌，該中心還應招募海內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)最優(yōu)秀的科學家和研究者。實際上，該中心將會成為吸引在西方國家學習和工作的奶牛育種專家學者們返回中國的一個平臺。
D—5政府對可持續(xù)發(fā)展的監(jiān)督服務和組織
過去10－15年以來，中國部分地區(qū)已經(jīng)初步建立了一個類似于加拿大的體系，并開始對若干母牛進行體型外貌鑒定。這些工作一般由國營奶牛場來執(zhí)行。對人工授精后裔測定公牛的遺傳評估一年進行一次，但只針對新出生的公牛。中國農(nóng)業(yè)大學利用BLUP方法來做出評估。在加拿大政府和遺傳產(chǎn)業(yè)的幫助下，中國建立了20多個牛奶測試實驗室，中國的各人工受精中心也積極參與；與此同時，也多次購買西方國家的純種小公牛、收集有限數(shù)量的小母牛的生產(chǎn)性能和體型外貌資料信息。
在過去23年中，中國對自己的后備公牛進行了后測，現(xiàn)將部分數(shù)據(jù)整理小結(jié)如表5。

表5. 中國23年來乳用種公牛后裔測定工作部分數(shù)據(jù)小結(jié)

（1983-2006）

后測總頭數(shù)	有結(jié)果數(shù)	平均女兒數(shù)	選擇比	女兒頭胎產(chǎn)奶量 (公斤)	公牛奶量育種值 (公斤)	可信度 (%)
763	219	25	1.6:1-- 4.3:1	5146-- 7881	40.1-- 225.5	24.1-- 74.5

雖經(jīng)歷23年的風風雨雨，但結(jié)果并不令人鼓舞。如參加后測頭數(shù)太少、參加評估女兒數(shù)亦不足、幾乎無選擇強度、未定義基礎值、可信度不夠和未評估體型外貌改良能力等等。所有這一切都說明中國的公牛后測工作仍遠遠落后于發(fā)達國家。需要特別指出的是，這是在世界奶牛育種大國加拿大無償援助和指導中國20多年后得到的。也許由此可以悲觀地結(jié)論：中國這個民族是無能力生產(chǎn)出國際社會認可的驗證公牛。
目前迫切需要實施和維持一個可信賴的體系，在各個省份收集并集中母牛的生產(chǎn)性能和體型外貌資料，將這些數(shù)據(jù)輸進國家數(shù)據(jù)庫，并將它與從育種協(xié)會獲得的系譜資料結(jié)合在一起。原始數(shù)據(jù)的準確性是整個育種體系的基礎。該體系是樹形結(jié)構(gòu)：國家數(shù)據(jù)處理中心是根，負責記錄和分析數(shù)據(jù)并公布評估結(jié)果；其樹枝伸入到每個單獨的奶牛場。在那兒，每天收集和記錄每頭母牛的信息并將該信息報送上去。
正如在D－4所建議的，中央和地方政府在設立這樣的體系時應有一個監(jiān)督所有育種活動的國家中心來扮演領(lǐng)導角色。在早期階段，這個體系可從較大規(guī)模的農(nóng)場或擁有良好記錄和檢測體制的農(nóng)場開始實行。
中國的母牛頭數(shù)現(xiàn)已超過美國，那么為了達到與美國同樣的遺傳水平和規(guī)模，中國每年將至少需要后測1000頭小公牛。最終，中國將建立自己的基礎設施并成為“國際公?！边@一國際家庭的一員。