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奶牛胚胎移植技术的产业化前景(2)

2011-05-10 11:54

admin

未知

核心提示：

　　此外，自“九五”以来，从事奶牛胚胎生产、胚胎移植技术服务以及经营各种配套仪器设备、试剂、药品的企业纷纷诞生；国外的响应企业也看好我国这个巨大的市场，呈现出一遍繁荣景象。

　　2 目前还存在影响我国牛胚胎移植技术快速发展的几个主要问题

　　2.1 胚胎移植是充分发挥优良母畜的繁殖潜力，提高繁殖效力的新技术

因此，胚胎生产的规模决定于作供体的优良母畜的数量，由于我国优质良种母畜的不足，制约了良种奶牛胚胎的生产；

　　2.2 胚胎移植是多项生物技术综合应用的繁殖新技术，它远比人工授精复杂

需要掌握一定理论基础和实践经验的人才能胜任，而目前我国胚胎移植技术熟练的人员严重缺乏，成为影响胚胎移植技术产业化的另一个重要瓶颈；

　　2.3 胚胎移植是多项技术环节构成的复杂细致的系统工程，一个环节出问题，就将前功尽弃

如受体牛的品质（健康、营养等）以及大面积移植时受体牛发情观察的正确性，都将成为影响胚胎移植成败；

　　2.4进行胚胎移植的费用高，这是制约大面积推广应用和产业化的另一个因素

胚胎移植的成本主要由供体牛的饲养管理、人力以及药品、试剂和必要的仪器设备构成；一般情况下供体牛与人力要占到成本的70％，其它占30％；此外，进行胚胎移植所需的药品、试剂和必要的仪器设备，几乎全靠进口，也是造成其成本高的另一个因素；

　　2.5目前国内胚胎移植的市场很不规范，对进行胚胎移植技术服务的企业没有明确的要求

一些技术力量不具备的企业也纷纷上马，甚至用质量不高的母畜来作供体生产胚胎等等，这些都将对胚胎移植技术产业化的键康发展带来不利影响。

　　3 我国奶牛胚胎移植技术的发展前景

　　我国是个养牛大国，居世界第三位。2002年末，有存栏牛13084.8万头,其中：黄牛9644.5万头、奶牛687.3万头、水牛2272.4万头。在687.3万头奶牛,纯种及高代杂种荷斯坦牛仅为150余万头,年产牛奶1299.78万吨；按奶牛总数计算平均每头年产奶1891.11千克，成母牛为3500千克；全国牛奶人均占有量不到10千克。

　　目前,我国正处在由传统农业向现代农业产业化体系的过度阶段，而实现畜牧业的良种化是农业现代化的重要环节。我国是世界养牛大国，而奶牛不仅数量少、生产水平低，远不能满足人民生活水平及农业现代化发展的需要,特别是我国加入“WTO”以后，保护本身的利益特别重要。所以，改造我国养牛业现状的任务极为重要，需要大量的良种牛来改良土种牛，通过杂交改良的速度很慢；依靠进口种畜需要大量外汇。为此，国家农业部在发展规划中指出：“建立良种繁育体系，保存、培育和提高我国地方优良牛种，推广应用引进优良品种，逐步形成优势牛种的繁育体系”。同时指出，“改进引种方式，鼓励引进冻精和胚胎，利用胚胎移植、胚胎分割等先进生物技术，加快繁育改良步伐。”

　　综上所述，奶牛胚胎移植技术在我国已日趋完善，它的扩大应用定将在促进我国奶牛业发展中起到积极的推动作用。

　　4 胚移植胎技术的应用发展前景

　　4.1 体外受精技术

　　哺乳动物的正常受精和生殖过程是在自身生殖道内完成的。胚胎移植技术就是利用这个原理，采用外源激素通过超数排卵技术，从供体体内获得数倍于正常生殖所产生的胚胎；而哺乳动物的体外受精是指受精过程中的精卵结合在体外的环境下完成的。

　　早在1878年德国科学家Sehenk就开始将体内成熟的家兔、豚鼠卵子与附睾精子放入子宫液中培养，观察到第二极体的排出和卵裂现象。直到上个世纪五十年代初，华人科学家张明觉与澳大利亚科学家Austin同时发现精子的获能（Capacitation）现象，从此开创了哺乳动物体外受精技术研究的新纪元。1959年张明觉成功地获世界上第一只体外受精兔，从此哺乳动物体外受精技术才被人们接受。此后，二十余年先后在10余种动物获得成功。特别是牛的体外受精技术，自1982年美国科学家Brackett等获首例体内成熟卵母细胞经体外受精得到的犊牛之后，1986年和1988年分别报道了完全体外化的试管牛诞生。目前，牛体外生产胚胎的方法已较完整的建立起来，并开始进入商业化运作。

　　我国哺乳动物体外受精技术的研究起步较晚，但进展较快，已先后在人和7种动物上取得成功（表3）。特别是人和牛的体外受精技术的研究已达到国际先进水平，每年约有近千例试管婴儿诞生，数百头体外受精犊牛出生。

　　表3 我国试管婴儿与体外受精动物的首例纪录

种类	研究者	工作单位	时间	卵母细胞来源
小鼠	陈秀兰等	中国科学院动物所	1986	体内成熟
兔	范必勤等	江苏省农业科学院	1987	体内成熟
人	张丽珠等	北京医科大学	1988	体内成熟
绵羊	旭日干等	内蒙古大学	1989	体外成熟
牛	旭日干等	内蒙古大学	1989	体外成熟
山羊	钱菊芬等	西北农林大学	1990	体外成熟
猪	范必勤等	江苏省农业科学院	1990	体外成熟
水牛	蒋和生等	广西农业大学	1993	体外成熟

　　引自桑润滋等《动物繁殖生物技术》2002年版

　　在未来生命科学和畜牧业的发展中，配子与胚胎生物技术的应用具有举足轻重的作用。体外受精技术包含从配子的发生、体外培养、受精，直至生命的形成。所以，体外受精技术是生命科学研究的基础，也是扩大良种畜胚胎来源的一种主要手段。由于从屠宰场收集卵巢，通过体外受精技术，生产大量的廉价胚胎，降低了胚胎的生产成本，为胚胎移植技术的大面积推广创造了条件。鉴于目前我国没有大规模的良种畜可屠宰，以及体外生产胚胎移植后的成功率不高等因素，今后应该结合活体采卵技术，反复从良种母畜体内采集卵母细胞来生产体外受精胚胎。同时，应该进一步研究提高体外受精胚胎的囊胚率，解决妊娠率不高等技术问题。

　　体外受精技术不仅仅限于扩大胚胎生产，就整个配子与胚胎生物技术的发展而言，它将成为胚胎生物技术的最基本的核心关键技术。所以，随着体外受精技术和配套技术的不断完善，其应用前景十分广阔。

　　4.2 性别控制

　　自古以来,人类对控制自身和动物后代的性别有极大兴趣。早在2500年以前，古希腊的科学家就认为,右侧睾丸产生的精子的后代为雄性，左侧为雌性；也有认为左右两侧子宫角产生不同性别的后代。当时，受“迷信学说”的影响，对性别的认识可以说是稀奇古怪、五花八门。直到1902年McClung在研究蝗虫精细胞时，首先提出了染色体决定性别的理论。1959年Welshons和Jacobs等提出Y染色体决定雄性的理论，1966年Jacobs等又发现雄性决定因子位于Y染色体的短臂上。1989年，Palmer等在Y染色体的短臂上找到了性别决定区（SRY），并得出不同动物间有很强的同源性。SRY序列的发现是二十世纪生命科学的重大成果之一，为人类最终完成哺乳动物性别控制这一历史性任务奠定了理论基础。

　　目前哺乳动物性别控制的方法很多，但最主要的方法是通过分离X、Y精子和鉴别早期胚胎性别的方法来达到控制后代性别的目的。

　　4.2.1 X、Y精子的分离。在受精前对精子性别的选择是性别控制最理想的途径，因此人们对X、Y精子的分离产生浓厚的兴趣，分离方法也多种多样。当前最有效的方法是借助流式细胞分离仪。它根据X、Y精子DNA含量的差异，借助特异性染色剂染色，然后根据发出的荧光强度测定DNA含量，来分离X、Y精子。英国Cogent公司是世界上第一家将这种精子分离技术应用于奶牛业生产的，该公司目前拥有10台分离仪，每台每小时可分离X、Y精子各1200万个，每台每天按20小时计算可产X、Y精子各2.4亿个。根据母牛人工授精的要求，一般1头母牛1次输精的最低有效精子数不少于700～800万个。由于该仪器的分离效率低，以及经过染色处理精子膜表面的蛋白发生变化，使得受胎率偏低，为此还需进一步改进，才能大规模的商业应用。但分离后的精子可与胚胎移植结合起来，将分离得到的X精子用于超数排卵，生产雌性胚胎；同时，亦可采用单精显微注射技术来控制胚胎性别。

　　4.2.2 胚胎的早期性别鉴定。胚胎的性别鉴定需结合胚胎移植技术同时进行。目前最有效的方法是染色体的核型分析和SRY—PCR鉴定法。前者是通过分析少量胚胎细胞染色体的核型来确定性别，此法结果正确，但耗时长，操作复杂，并对胚胎有一定损伤。

　　SRY—PCR鉴定法：是利用Y染色体上的雄性特异性片段，通过PCR扩增少量胚胎细胞的特异性基因片段，确定胚胎性别。该法每次测定只需5—8个胚胎细胞，准确率达95％；一般取样后的胚胎鲜胚移植对妊娠无影响，而冻胚的妊娠率下降10％左右。

　　4.2.3 LAMP法。最近，日本荣研化学株式会社研制出一种简便、快速、准确的基因扩增方法。其特点是对目标基因的6个区段设定4种引物，利用链置换反应在等温条件下使其发生反应。只要把检样、引物、链置换型DNA聚合酶、基质等放在一定的保温（65℃左右）条件下，一步完成整个检测过程，全过程只需40分钟，反应物呈现白色沉淀，肉眼观察即可。同时，由于采用了雄性特异性以及雌雄共有的核酸序列的引物来进行扩增反，检出的正确率高，该方法即将应用于奶牛胚胎的性别鉴定。

　　4.3 克隆技术

哺乳动物的克隆技术亦称无性繁殖，主要包括胚胎分割和核移植技术两部分。根据细胞核的来源，又将核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，通称胚胎克隆和体细胞克隆。

　　4.3.1 胚胎分割。哺乳动物的胚胎分割是通过显微操作技术，将胚胎一分为二，一分为四，甚至更多，从而获得同卵双生或四生的一项生物技术。胚胎分割技术的应用，不仅增加了优秀遗传特性的个体；而且还可将同卵双生后代用于各种对照试验，它能最高限度的排除个体间遗传差异所造成的影响。