中国荷斯坦奶牛MOET育种体系的建立与实施

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中国荷斯坦奶牛MOET育种体系的建立与实施 与世界大多数国家一样，迄今我国采用的奶牛育种方案，被称为“人工授精育种体系”即“AI育种体系”，其主要特点是：大规模使用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“定向选配”；有计划地通过性能测定和后裔测定等育种措施，选育优秀种公牛； 在育种群和生产群中全面使用“验证公牛”。这种育种体系的实施，可以在种公牛即“公牛父亲”和种子母牛即“公牛母亲”的选择上实现一个较高的选择强度，在牛群的产奶性状和次级性状上获得较大的选择精确性。 但AI育种体系最明显的缺点是：由于大规模的后裔测定，耗费大量的人力、物力和财力，育种成本高；种牛群世代间隔拖长、遗传进展受到限制；只能充分利用优秀公牛的遗传优势，而优秀母牛对牛群的育种工作影响较小。 　　80年代末，我国奶牛胚胎植技术基本上达到应用水平。若能在一个具有一定规模的高产母牛核心群中，科学、合理地应用胚胎移植技术，通过提高母牛的繁殖力，获得更多全同胞和半同胞资料，则可改变现行的后裔测定为主的选取种方法。从而能充分利用优秀种牛遗传优势，大大缩短世代间隔，可望超过传统的AI育种体系所获得的遗传进展。 　　本研究是在“七五”国家科技攻关专题《中国黑折花奶牛核心群选取育的研究》和《奶牛胚胎库的研究》所取得的成果基础上，应用系统工程方法，制定“优化”MOET（超数排卵和胚胎移植技术）核心群育种方案；并通过新的方法和高效率的MOET技术的实施，建立我国高产奶牛MOET核心群育种体系；通过优化MOET育种方案的实施，选育高水平的种公牛和种母牛；并通过推广自己培育的优秀种牛，提高全国奶牛群的遗传水平和育种效益。 　　1 研究内容和方法 　　本研究是“八五”国家科技攻关专题《应用MOET技术选育高产黑白花奶牛的研究》的主要内容。该攻关专题由中国奶牛协会牵头，中国农业大学、中国农科院畜牧所、新疆畜牧科学院、北京奶牛中心和中心良种场等单位共同实施，20余名研人员参加了科学研究工作。研究基地选在北京奶牛育种中心良种场，该场是由国家农业部提交，以培育优秀种牛为主要任务的国家级重点种畜场。场内生产工艺先进，设施现代化，牛群质量高，管理严格，为专题科技攻关提供了十分有利的条件。 　　本研究的总目标是：研究我国奶牛MOET育种体系的理论、方法和相关的技术问题，并在北京奶牛中心良种场实施优化MOET核心群育种方案，一方面进一步完善MOET育种体系，另一方面通过选育一批优秀种牛来验证MOET育种体系的成效。 　　根据专题的总体目标，研究内容主要包括： 　　1、奶牛MOET核心群育种规划系统的研究； 　　2、奶牛MOET核心群生产性能测定和选种方法的研究； 　　3、奶牛MOET核心群中实施高效率胚胎移植技术的研究； 　　4、奶牛MOET核心群高产母牛饲养管理系统的研究。 　　研究方法是：以北京奶牛良种场牛群为主，在全市范围选择部分高产母牛，在良种场组成一个800头成母牛规模的核心群。在核心群中对每一头母牛进行严格、精确、 可靠的性能测定，数据由电脑分析和管理。每年根据母牛性能测定的结果，通过育种值估计和遗传评定， 选择一定数量的优秀母牛作为供体母牛，对其进行超数排卵处理，使用优秀的核心公牛或进口的优秀公牛精液配种， 以期每头供体母牛获得全年不低于12枚可用胚胎。将所有的可用胚胎向核心群内其它母牛即受体母牛移植，每头供体母牛得到不少于6头ET犊牛。ET母犊牛育成后第一胎先全部作为受体母牛，经头胎性能测定和遗传评定再决定是否选作供体牛。每一全同胞组的头胎母牛中选留一头最优秀者作为核心母牛，其余的母牛经过生长发育性能测定后， 推广到生产群中。此外，ET公犊牛经过生长发育性能测定后同样每全同胞组留一头，其余的可部分推广到其它省市奶牛群体中作为种公牛用。选留下来的测验公牛等到其全同胞和半同胞第一泌乳期性能测定资料得到后，此时大约3.3-3.5岁，利用全同胞、半同胞资料以及其它可能利用的信息，进行青年公牛的育种值估计， 通过遗传评定，选择用于MOET核心群的核心公牛和用于生产群的种公牛。为了使核心公牛的遗传评定具有更高的精确性，MOET育种体系还有计划地在核心群外组织一个较大规模的测定群。每年核心公牛在完成核心选配任务的同时，还在这个测定群中使用，并对其后代进行性能测定，因此保证下一世代的测难公牛具有更大规模的半同胞组。 　　2 研究结果 　　根据研究的技术路线和总体规划，来自多个单位的课题组成员紧密合作，在北京农场管理局、奶牛中心和良种场的支持下，由1991开始了研究工作。首先在试验场建设并装备了240平方米的胚胎生物技术实验室，以奶牛良种场牛群为主组建了遗传素质优良的核心母牛群， 根据基础资料研究分析了核心母牛群的生产性能和遗传水平，建立了计算机育种数据管理系统， 对于核心群母牛的繁殖状态进行了观测，并建立了繁殖档案，在此基础上开始了胚胎移植技术预试验阶段。 　　1992年初研究工作正式开始，到1995年6月取得了以下几项成果： 　　2.1 建立了MOET核心群育种规划系统 　　按照系统工程方法，将数量遗传学理论、育种方法和胚胎生物技术结合在一起，形成了一个定量性的MOET育种体系的育种规划系统，并将此系统建立在计算机中。在整个攻关研究过程中，不断地修改和完善了这个计算机优化育种规划系统。使之成为一套成熟的奶牛MOET育种规划软件，以此为基础，可发展各种形式的应用新生物技术的奶牛育种规划研究。 　　在建立MOET育种规划系统的同时，还研究分析了育种目标，群体结构、选取种方法、胚胎生物技术水平等因素对MOET核心群育种成效和影响。 　　2.2 建立了奶牛MOET核心群育种方案实施体系 　　根据优化育种方案，在核心群中建立了生产性能测定制度、育种数据管理系统。为了适应MOET育种体系中需对核心群供体母牛进行严格选择的技术要求，本研究提出了在小群体中估计母牛育种植的“群内动物模型BLUP法”，发展了相应的算法和计算机软件。与一般的动物模型BLUP法相比，使用这个方法在规模较小的群体中，母牛的遗传评定更为精确。研究人员编制的育种数据库和动物模型BLUP育种值估计计算机程序，不仅应用于MOET核心群，同时可以推广到全国各奶牛育种场中。 　　2.3 探索了MOET核心群饲养管理工艺 　　北京奶牛良种场的饲养工艺是： 开放式散放饲养、挤奶台挤奶、性能记录与精料分配计算机原理。在这种饲养管理条件下，如何通过人为措施使供体母牛均处在保证MOET技术实施效率的最佳状态，同样是MOET核心群育种系统中的重要方面。课题组研究了饲养水平对供体母牛超排效果的影响、受体母牛生殖道监测与保健措施、受体母牛产期及产犊过程的管理措施等。现已形成一套比较成熟的能保证MOET核心群育种成效的饲养管理工艺。 　　2.4 提高了奶牛胚胎移植技术水平，达到了全面实用化 　　在本研究以前，我国大部分有关胚胎移植的科学研究，均局限在小范围的工作中，未达到实用水平，更未见在育种中应用的研究。本研究建立的MOET育种体系主要宗旨，就是将胚胎移植技术，象迄今奶牛育种中的人工受精那样，作为一项重要的育种手段。MOET育种方案要求供体牛均是经选择的高产牛，每头供体牛每年必须获得足够多的后代。这就给胚胎移植技术提出了新的要求，课题组深入探讨了药物剂量、超排方法、超排处理时间等因素对超排效果的作用，逐步形成了一套新的超排方法。使平均可用胚胎数由研究前的5.88枚提高到7.79枚。根据受体母牛的生理特性还摸索出一套更科学的移植技术。为了使胚胎移植技术达到广泛的应用程度，课题组的科研人员又研制了简易而可靠的胚胎冷冻仪， 探索了胚胎冷冻工艺，使冻胚移植成功率由30%左右提高到50%以上。 　　在执行攻关研究计划期间，根据优化MOE核心群育种方案，共对144头经过选择的高产供体母牛进行了278头次超数排卵处理，平均获可用胚胎6.3枚。共移植受体母牛1214头次，妊娠658头次，平均妊娠率54%，其中青年受体母牛鲜胚移植343头次，妊娠240头次，妊娠133头次，妊娠率53%。 　　2.5 培育了一批优秀种牛 　 　　在实施MOET育种体系中，根据优化MOET核心群育种方案，经过科学的选种选配， 适当引用了国内外优秀的种牛，充分利用了胚胎移植的优势，在北京奶牛良种场共培育了ET母牛270余头，这批母牛经过3年的性能测定，其总体遗传水平显著高于可比同类牛群的平均水平。这批ET母牛有100多头被选入北京市培育单产12 000kg的高产核心群。在攻关专题的招待期间先后共培育了青年公牛78头。使用MOET育种本系的遗传评定方法，已有18头公牛被验证为优秀种牛，作为主配公牛已经开始在北京公牛站使用。 　　3 社会效益和经济效益 　　 　　由于通过研究工作获得的ET母牛和ET青年公牛均具有很高的遗传水平，应该认为，起码相当于国外进口牛的水平（实际上有相当部分牛超过了全国迄今进口牛的水平）。按照进口牛价格核算，即青年母牛每头5000美元，青年公牛每头10000美元，则上述70头青年公牛和270头青年母牛的价值是1700余万元人民币，种母牛、冷冻精液、胚胎的销假售，核心群每年将获600万元以上的直接经济效益。经测算，以上育种材料的推广至少覆盖50万头奶牛群，经遗传改进，这些牛群可比现行育种方案每年多提高20-30%的遗传进展和25%的育种效益，经济效益前景十分可观。 　　在一定的体制与机制下，在北京建立的奶牛MOET育种本系若能政党运转，每年可向全国推广20-50头优良奶青年公牛，10-15头经验证较优秀的种公牛，80万份优质冷冻精液，并形成年提供2000枚以上优质胚胎的能力。 由于MOET育种体系的建立与实施，可基本解决我国自行培育优秀种公牛的问题，而不需再进口种牛，也无需大量进口冷冻精液，这不仅节约了大量外汇，还减少了我国奶牛群因进口国外育种材料所带来的新传染病的风险，其环境效益显而而易见。 　　通过近八年的科研工作，课题组实现了立题时的“四个一”： 　　1、发展了一套科学的现代化的奶牛育种理论、技术和方法，即奶牛MOET育种体系； 　　2、在北京建立了一个开展胚胎生物技术研究，并应用其培育优秀种牛的育种基地； 　　3、培育了一批优秀的种牛，为北京市乃至全国的奶牛群的遗传改进打下了坚实的基础； 　　4、培养和组建了一支应用高新技术开展奶牛育种研究工作的科技队伍。 　　在八年中，专题始终得到国家科季、农业部、中国奶牛协会和北京市农场管理局领导的支持和指导，尤其是北京市农场管理局作为试验基础承担者，为研究的顺利进行提供了必要的人力和物力，并承担了大量的研究匹配经费，为课题组圆满地完成科研任务、实现预期的技术经济指标做出了重要的贡献。