中國荷斯坦奶牛MOET育種體系的建立與實施

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中國荷斯坦奶牛MOET育種體系的建立與實施 與世界大多數(shù)國家一樣，迄今我國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”，其主要特點是：大規(guī)模使用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“定向選配”；有計劃地通過性能測定和后裔測定等育種措施，選育優(yōu)秀種公牛； 在育種群和生產群中全面使用“驗證公牛”。這種育種體系的實施，可以在種公牛即“公牛父親”和種子母牛即“公牛母親”的選擇上實現(xiàn)一個較高的選擇強度，在牛群的產奶性狀和次級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是：由于大規(guī)模的后裔測定，耗費大量的人力、物力和財力，育種成本高；種牛群世代間隔拖長、遺傳進展受到限制；只能充分利用優(yōu)秀公牛的遺傳優(yōu)勢，而優(yōu)秀母牛對牛群的育種工作影響較小。 　　80年代末，我國奶牛胚胎植技術基本上達到應用水平。若能在一個具有一定規(guī)模的高產母牛核心群中，科學、合理地應用胚胎移植技術，通過提高母牛的繁殖力，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，大大縮短世代間隔，可望超過傳統(tǒng)的AI育種體系所獲得的遺傳進展。 　　本研究是在“七五”國家科技攻關專題《中國黑折花奶牛核心群選取育的研究》和《奶牛胚胎庫的研究》所取得的成果基礎上，應用系統(tǒng)工程方法，制定“優(yōu)化”MOET（超數(shù)排卵和胚胎移植技術）核心群育種方案；并通過新的方法和高效率的MOET技術的實施，建立我國高產奶牛MOET核心群育種體系；通過優(yōu)化MOET育種方案的實施，選育高水平的種公牛和種母牛；并通過推廣自己培育的優(yōu)秀種牛，提高全國奶牛群的遺傳水平和育種效益。 　　1 研究內容和方法 　　本研究是“八五”國家科技攻關專題《應用MOET技術選育高產黑白花奶牛的研究》的主要內容。該攻關專題由中國奶牛協(xié)會牽頭，中國農業(yè)大學、中國農科院畜牧所、新疆畜牧科學院、北京奶牛中心和中心良種場等單位共同實施，20余名研人員參加了科學研究工作。研究基地選在北京奶牛育種中心良種場，該場是由國家農業(yè)部提交，以培育優(yōu)秀種牛為主要任務的國家級重點種畜場。場內生產工藝先進，設施現(xiàn)代化，牛群質量高，管理嚴格，為專題科技攻關提供了十分有利的條件。 　　本研究的總目標是：研究我國奶牛MOET育種體系的理論、方法和相關的技術問題，并在北京奶牛中心良種場實施優(yōu)化MOET核心群育種方案，一方面進一步完善MOET育種體系，另一方面通過選育一批優(yōu)秀種牛來驗證MOET育種體系的成效。 　　根據(jù)專題的總體目標，研究內容主要包括： 　　1、奶牛MOET核心群育種規(guī)劃系統(tǒng)的研究； 　　2、奶牛MOET核心群生產性能測定和選種方法的研究； 　　3、奶牛MOET核心群中實施高效率胚胎移植技術的研究； 　　4、奶牛MOET核心群高產母牛飼養(yǎng)管理系統(tǒng)的研究。 　　研究方法是：以北京奶牛良種場牛群為主，在全市范圍選擇部分高產母牛，在良種場組成一個800頭成母牛規(guī)模的核心群。在核心群中對每一頭母牛進行嚴格、精確、 可靠的性能測定，數(shù)據(jù)由電腦分析和管理。每年根據(jù)母牛性能測定的結果，通過育種值估計和遺傳評定， 選擇一定數(shù)量的優(yōu)秀母牛作為供體母牛，對其進行超數(shù)排卵處理，使用優(yōu)秀的核心公牛或進口的優(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，經頭胎性能測定和遺傳評定再決定是否選作供體牛。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，其余的母牛經過生長發(fā)育性能測定后， 推廣到生產群中。此外，ET公犢牛經過生長發(fā)育性能測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。選留下來的測驗公牛等到其全同胞和半同胞第一泌乳期性能測定資料得到后，此時大約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，進行青年公牛的育種值估計， 通過遺傳評定，選擇用于MOET核心群的核心公牛和用于生產群的種公牛。為了使核心公牛的遺傳評定具有更高的精確性，MOET育種體系還有計劃地在核心群外組織一個較大規(guī)模的測定群。每年核心公牛在完成核心選配任務的同時，還在這個測定群中使用，并對其后代進行性能測定，因此保證下一世代的測難公牛具有更大規(guī)模的半同胞組。 　　2 研究結果 　　根據(jù)研究的技術路線和總體規(guī)劃，來自多個單位的課題組成員緊密合作，在北京農場管理局、奶牛中心和良種場的支持下，由1991開始了研究工作。首先在試驗場建設并裝備了240平方米的胚胎生物技術實驗室，以奶牛良種場牛群為主組建了遺傳素質優(yōu)良的核心母牛群， 根據(jù)基礎資料研究分析了核心母牛群的生產性能和遺傳水平，建立了計算機育種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)， 對于核心群母牛的繁殖狀態(tài)進行了觀測，并建立了繁殖檔案，在此基礎上開始了胚胎移植技術預試驗階段。 　　1992年初研究工作正式開始，到1995年6月取得了以下幾項成果： 　　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)量遺傳學理論、育種方法和胚胎生物技術結合在一起，形成了一個定量性的MOET育種體系的育種規(guī)劃系統(tǒng)，并將此系統(tǒng)建立在計算機中。在整個攻關研究過程中，不斷地修改和完善了這個計算機優(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，可發(fā)展各種形式的應用新生物技術的奶牛育種規(guī)劃研究。 　　在建立MOET育種規(guī)劃系統(tǒng)的同時，還研究分析了育種目標，群體結構、選取種方法、胚胎生物技術水平等因素對MOET核心群育種成效和影響。 　　2.2 建立了奶牛MOET核心群育種方案實施體系 　　根據(jù)優(yōu)化育種方案，在核心群中建立了生產性能測定制度、育種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。為了適應MOET育種體系中需對核心群供體母牛進行嚴格選擇的技術要求，本研究提出了在小群體中估計母牛育種植的“群內動物模型BLUP法”，發(fā)展了相應的算法和計算機軟件。與一般的動物模型BLUP法相比，使用這個方法在規(guī)模較小的群體中，母牛的遺傳評定更為精確。研究人員編制的育種數(shù)據(jù)庫和動物模型BLUP育種值估計計算機程序，不僅應用于MOET核心群，同時可以推廣到全國各奶牛育種場中。 　　2.3 探索了MOET核心群飼養(yǎng)管理工藝 　　北京奶牛良種場的飼養(yǎng)工藝是： 開放式散放飼養(yǎng)、擠奶臺擠奶、性能記錄與精料分配計算機原理。在這種飼養(yǎng)管理條件下，如何通過人為措施使供體母牛均處在保證MOET技術實施效率的最佳狀態(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)水平對供體母牛超排效果的影響、受體母牛生殖道監(jiān)測與保健措施、受體母牛產期及產犢過程的管理措施等。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水平，達到了全面實用化 　　在本研究以前，我國大部分有關胚胎移植的科學研究，均局限在小范圍的工作中，未達到實用水平，更未見在育種中應用的研究。本研究建立的MOET育種體系主要宗旨，就是將胚胎移植技術，象迄今奶牛育種中的人工受精那樣，作為一項重要的育種手段。MOET育種方案要求供體牛均是經選擇的高產牛，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、超排處理時間等因素對超排效果的作用，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的移植技術。為了使胚胎移植技術達到廣泛的應用程度，課題組的科研人員又研制了簡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)行攻關研究計劃期間，根據(jù)優(yōu)化MOE核心群育種方案，共對144頭經過選擇的高產供體母牛進行了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 　 　　在實施MOET育種體系中，根據(jù)優(yōu)化MOET核心群育種方案，經過科學的選種選配， 適當引用了國內外優(yōu)秀的種牛，充分利用了胚胎移植的優(yōu)勢，在北京奶牛良種場共培育了ET母牛270余頭，這批母牛經過3年的性能測定，其總體遺傳水平顯著高于可比同類牛群的平均水平。這批ET母牛有100多頭被選入北京市培育單產12 000kg的高產核心群。在攻關專題的招待期間先后共培育了青年公牛78頭。使用MOET育種本系的遺傳評定方法，已有18頭公牛被驗證為優(yōu)秀種牛，作為主配公牛已經開始在北京公牛站使用。 　　3 社會效益和經濟效益 　　 　　由于通過研究工作獲得的ET母牛和ET青年公牛均具有很高的遺傳水平，應該認為，起碼相當于國外進口牛的水平（實際上有相當部分牛超過了全國迄今進口牛的水平）。按照進口牛價格核算，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頭青年母牛的價值是1700余萬元人民幣，種母牛、冷凍精液、胚胎的銷假售，核心群每年將獲600萬元以上的直接經濟效益。經測算，以上育種材料的推廣至少覆蓋50萬頭奶牛群，經遺傳改進，這些牛群可比現(xiàn)行育種方案每年多提高20-30%的遺傳進展和25%的育種效益，經濟效益前景十分可觀。 　　在一定的體制與機制下，在北京建立的奶牛MOET育種本系若能政黨運轉，每年可向全國推廣20-50頭優(yōu)良奶青年公牛，10-15頭經驗證較優(yōu)秀的種公牛，80萬份優(yōu)質冷凍精液，并形成年提供2000枚以上優(yōu)質胚胎的能力。 由于MOET育種體系的建立與實施，可基本解決我國自行培育優(yōu)秀種公牛的問題，而不需再進口種牛，也無需大量進口冷凍精液，這不僅節(jié)約了大量外匯，還減少了我國奶牛群因進口國外育種材料所帶來的新傳染病的風險，其環(huán)境效益顯而而易見。 　　通過近八年的科研工作，課題組實現(xiàn)了立題時的“四個一”： 　　1、發(fā)展了一套科學的現(xiàn)代化的奶牛育種理論、技術和方法，即奶牛MOET育種體系； 　　2、在北京建立了一個開展胚胎生物技術研究，并應用其培育優(yōu)秀種牛的育種基地； 　　3、培育了一批優(yōu)秀的種牛，為北京市乃至全國的奶牛群的遺傳改進打下了堅實的基礎； 　　4、培養(yǎng)和組建了一支應用高新技術開展奶牛育種研究工作的科技隊伍。 　　在八年中，專題始終得到國家科季、農業(yè)部、中國奶牛協(xié)會和北京市農場管理局領導的支持和指導，尤其是北京市農場管理局作為試驗基礎承擔者，為研究的順利進行提供了必要的人力和物力，并承擔了大量的研究匹配經費，為課題組圓滿地完成科研任務、實現(xiàn)預期的技術經濟指標做出了重要的貢獻。