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第11章 六畜兴旺——新的绿色革命的呼唤(2)

1890年,Heape氏首次对家兔进行受精卵移植试验获得成功。及至30~40年代,各国学者又对绵羊、小鼠、山羊、猪、牛等进行试验取得成功,揭示了胚胎移植应用的远景。20世纪60年代以前,胚胎移植仅作为生物学的研究方向和手段开展工作,同时由于当时技术条件的限制,也难应用于生产。诸如牛、羊、马等单胎动物,只能在其一个发情期内采到1个卵用于移植,而且还停留于手术法操作阶段,显然达不到预期目的。60年代以来,生物学家与畜牧工作者日益认识到胚胎移植在家畜繁殖和育种工作中的重大意义,开展了大量卓有成效的研究工作,开创了人工超数排卵和同期发情技术,非手术法胚胎采集和移植也取得进展。这些配套技术的应用与完善,使胚胎移植具有很大的潜力和实用价值。

人们设想,胚胎能像精液一样长期保存起来,建立动物基因库,保存品种资源,可供随时取用。这一目的早已实现。为了挖掘母畜生殖潜力、扩大卵源,利用屠宰的老残畜或幼年母畜的卵巢卵母细胞进行体外培养和受精都已取得成功。值得注意的是近年来显微外科技术的进展,又在同卵双胎或多胎、核移植、胚胎细胞融合方面取得成功,使胚胎移植的研究又得到了进一步发展。

当前,胚胎移植的研究已经走出实验室而应用于畜牧业。

英国、加拿大、澳大利亚、美国等国成立了胚胎移植的商业性机构,从事国际间的家畜引种与改良。1975年,在美国丹佛市召开了第1届国际胚胎移植学会成立大会,确定今后每年召开1次年会,这标志着胚胎移植科学的发展已进入一个新阶段。

胚胎移植要求由良种母畜提供遗传性良好的胚胎,足够的胚胎是保证胚胎移植效果的基本条件。用于移植的胚胎,一部分靠母畜自然排卵和人工排卵;而要想获得大量胚胎则主要靠人工超数排卵。70年代中期,超数排卵技术得到更新和发展,主要由于配合应用了有溶黄体作用的前列腺素(PG)及其类似物,使超数排卵时间与卵巢机能转变更吻合,从而能更准确地控制排卵。

丰产能否丰收,取决于胚胎的采集技术。有效地回收胚胎,是保证胚胎移植和研究成功的重要环节。安全的采集操作,不会造成母畜生殖系统的损伤,能保证供体的再利用,这是生产实践所要求的。采集胚胎的传统方式是外科手术法,这种方法虽采卵简便、准确、采卵率高,但不安全,供体不能反复利用。20世纪40年代末,开始了非手术采卵的研究,直到70年代才取得较大进展,尤其在Sugie(1972)创立牛的非手术采卵法之后,采卵工具已日臻完善,效果明显提高,大有完全取代手术法之势。此技术在牛、马等大家畜的胚胎采集上广为应用。

采集到的卵胚并非都能用于移植,因此必须对其形态、受精和发育等状况进行鉴别检查。评定卵胚的常规方法是形态学法,但鉴别卵胚的质量很大程度上取决于实践经验,所以难免主观片面,对卵胚的死活难以作出准确的判别评定。80年代,虽有活体染色法、生化法、生物物理法的介绍和报导,但仍处于探索阶段。评定卵胚活力的最好方法是体外培养或异种动物体内培养,但是由于培养程序繁琐,为时过长,难以在生产实践中推广应用,迄今尚无快速有效的鉴别方法。

胚胎移植方法和胚胎采集方法一样,也有手术法和非手术法,但与采集相比,移植的操作比较简易。手术法移植存在对受体母畜有一定的损伤和对生殖管道引起刺激等缺点。早在20世纪40年代以前,就开始非手术胚胎移植的研究,直到1964年首次获得成功。非手术法移植一般在牛、马等大家畜上应用,但是由于在操作过程中胚胎易于挂失等原因,所以非手术移植胚胎的妊娠率一般要低于手术法。近年来采用凯苏输精器移植胚胎,提高了受体母畜的妊娠率。

胚胎移植能否成功的关键条件之一是供体和受体发情的同期化。同期发情技术是20世纪70年代随着畜牧业的现代化和集约化发展起来的新技术,现已日益成熟且步入实用阶段。

胚胎的冷冻保存,不仅有重大的生物学意义,而且对胚胎移植的应用前景至关重要。胚胎保存若与超数排卵技术密切配合,可以不受时空的限制进行胚胎移植,从而保证受体的质量,也会提高妊娠率。胚胎保存的其他重要意义是便于远距离运输,实现国际间优良畜种的交换,建立动物胚胎基因库,将珍稀濒危的或有价值的动物品种资源妥善保存起来。保存胚胎比保存精子的难度大得多,但各国学者对它仍然发生浓厚的兴趣并寄予极大的希望。胚胎保存的关键之一是如何选择能维持胚胎正常渗透压和生活力的保存液。60年代末,胚胎还只能常规地保存在血清、生理盐液或滤泡液中,及至70年代,选用改良的杜氏磷酸盐缓冲液低温保存各种动物胚胎,效果较好。60~70年代,曾广泛进行过小鼠、兔、牛、羊、猪的胚胎在发育温度(37℃)、常温(18℃~20℃)及低温(0℃~10℃)下的短期保存试验。也有开展异种活体保存的,例如利用结扎的兔输卵管长途运输羊、马、猪的胚胎而后移植成功。

1972年,Whittingham利用液氮超低温(-196℃)保存小鼠胚胎获得成功。此后,英国剑桥大学动物研究站进行家畜胚胎的长期保存试验,Wilnut和Rowson等(1973)最早突破了牛胚超低温保存,顺利获得2头牛犊。目前,冷冻保存技术已广泛用于哺乳动物的胚胎保存。

从实用与经济效益角度考虑,胚胎移植尚有某些不足之处,难以实现操作程序的规范化和标准化,从而不能达到比较稳定的妊娠率;超数排卵技术还不能广泛地应用;缺少一种简易快速的非手术采卵方法。此外,冻胚能否像冻精那样作长期保存目前尚难预料。

微型家畜

当前传统饲养的大家畜,如马、牛、羊等占用很多土地,而土地在发展中国家越来越珍贵。随着可耕土地面积的不断减少,从世界范围来说,下一世纪对人类构成的主要威胁之一,是粮食短缺问题。

面对粮食的短缺,要饲养庞大的牛、马等家畜,对贫困地区来说,存在着极大的困难。土地少,粮食少,饲养家畜的饲料将成为大问题。因此,就像计算机微型化一样,家畜也要小型化。

小型动物有两层含意:一类是本身体型就比较小的动物,如鸡、鸭等家禽,兔、蛙和昆虫等;另一类是指比普通的马、牛、羊、猪等同类动物个体要小的动物。

鸡、鸭和鹅等,个体小,适于在农村房前屋后饲养,这些动物自我觅食能力强,饲养它们不需要花太多的饲料,占地面积也小。鸽子可养在屋顶;鹌鹑个体小,产量高,营养也很丰富,适于在家里饲养。饲养这些小动物,占地少,用饲料少,却可提供丰富的蛋白质。

今后饲养兔子极有可能成为贫困地区增加肉食的主要途径。兔肉受到青睐,有一个重要的原因是兔肉胆固醇含量低,脂肪少。在一些国家,如法国,兔肉的价格是肉类中最贵的。

另外,我国兔毛出口量占国际市场的90%,冻兔肉出口量占国际市场的60%~70%。兔毛制成的兔绒衫,也是人们喜爱的服装。

蜜蜂是对人类有益的昆虫。蜂蜜是人们常用的滋补品,蜂王浆更是高级营养品,能增强体质,延长寿命;蜂蜡和蜂胶是轻工业的原料,蜂毒可治风湿病;另外,蜜蜂采蜜,为农作物、果树、蔬菜、牧草、油菜和中药植物等传粉受精,可提高产量。

开发微型家畜的优点

微型家畜具有许多优点和开发价值,对于规模较小的农户,饲养微型家畜具有许多优越性。

(1)设备简单,投资少;易于推广。

(2)饲养微型家畜经济风险低,一般不会遭受大的损失。

(3)微型家畜的生长期短,繁殖快,资金周转快,相对效益高。

(4)灵活性高,易调整畜群规模和结构及畜产的销售。

(5)易于饲养管理,要求条件不高。

(6)能适应恶劣的环境,有较强的抗病能力,一般很少发病。

(7)可以充分利用空间,在狭小的地方也能饲养。

(8)某些微型家畜,如兔、豚鼠、鸽等不仅具有经济价值,而且还有宠物的观赏功能。

微型家畜品种

世界上300多名动物学家在80多个国家考察研究后,提出150多种微型家畜具有开发价值。在此着重介绍几个品种。

“盆栽”婆罗门牛:它是一个典型的微型牛品种,是从450千克的巴西牛中选育出来的,它的体型很小,如同被抑制生长的“盆栽”植物一样,因而称“盆栽”婆罗门牛。其成年母牛平均体重150~180千克、公牛200~220千克,最小的母牛体高仅60厘米,体重140千克,比火鸡还矮。

Banteng牛:这种微型牛的体重在300千克以下,其适应力和抗病力很强。它在炎热、潮湿、易导致一般牛发病的地区的适应能力很强。Banteng牛小巧灵活,能在很小地块上耕作,其肉也备受人们欢迎。

短角矮牛:西非短角矮牛也是一个微型牛品种,其母牛成年体重125千克,公牛150千克。在西非潮湿炎热的气候、粗糙的植被和易发各种疾病的环境中,有很强的适应能力。

侏儒猪:这种猪原产于印度东北部,其体长60厘米,肩高25厘米,体重不到10千克。这种猪分布在喜马拉雅山南麓,现在逐渐稀少,已成为保护动物,它有很强的抗热、抗湿、抗病能力,适应小农户饲养。

墨西哥猪:这种猪成年体重12千克左右,在优良饲养条件下,生长很快,是一种很有发展前途的微型猪。

尤卡丹小型猪:原产于墨西哥炎热、干旱的尤卡丹半岛,1960年引至美国,经选育成为尤卡丹微型猪。成年猪体重30~50千克,育种计划将降到20~25千克。这种猪抗病力强,温和聪明,易于饲养,其肉和油风味极好,极受人们欢迎,很有发展前途。

香猪:我国贵州、四川、湖北、广西等地有不同的品种,一般身高45~50厘米,体重22~40千克。其肉品质极佳,颇具发展前景。

微型绵羊:微型绵羊能利用粗造的草料,并极耐干旱,抗病力极强,能抗锥虫病,不易受昆虫和寄生虫侵袭。对微型绵羊饲养得当,其肉、乳、皮、毛都有良好的用途,在亚、非、拉等地很有发展前途。纳瓦荷绵羊是一种很好的微型绵羊,引入美国后,经长期选育而成。其成年体重30千克,其毛制的地毯享有盛名。这种绵羊原产于西班牙南部干旱地区,适应炎热干旱气候,能在缺水地区生长。

微型家畜发展前景

全世界人口持续增长,土地日益减少。在粮食主产区缺乏土地,饲养大家畜有很多困难,然而饲养微型家畜占地面积不多,仍有发展的余地。发达国家的大城市今后逐渐有分散的趋势。随着微型城市的发展,微型农场、牧场将应运而生,为微型家畜发展创造了条件。今后无论在发展中国家或发达国家,随着人口增长和微型城市的发展,微型家畜都将有广阔的发展前景。

如何培育微型动物呢?科学家大胆地设想利用胚胎干细胞的方法来制造微型动物。

胚胎干细胞是由胚胎细胞在体外培养下不断分裂形成细胞系。这些细胞长期在体外培养,不发生变化,不分化,仍保持其特性,相当于未分化的细胞,当把它们导入胚胎内,可以参加胚胎的发育,形成各种器官、组织,以后生下来的后代具有其性状。

1990年科学家将破坏了一种生长因子的小鼠胚胎干细胞导入胚胎,再将胚胎移植到母体子宫中,初步得到体重只有正常小鼠60%的仔鼠。这项工作为实现培育微型动物展示了前景。

目前,真正建成细胞系的胚胎干细胞的动物只有小鼠,其他动物的胚胎干细胞系尚未建立,这方面研究前景十分诱人,但是离实现还有相当长的距离。

生物技术与动物疾病的诊断和预防

动物疾病的诊断和预防是近20年来受生物技术影响最大的领域之一。单克隆抗体技术、核酸探针技术以及以PCR为基础的体外扩增技术的建立,使动物的疾病诊断真正实现了快速化、准确化。单克隆抗体技术自1975年在英剑桥大学分子生物学实验室问世以来,在畜禽的疾病诊断和预防方面显示出强大的生命力,由于单克隆抗体具有许多常规免疫血清无法相比的优点,如对疫苗免疫动物和自然感染动物的鉴别诊断、强毒和弱毒的区分以及变导株的鉴定等方面具有独特的应用价值。

随着分子生物学的发展,核酸探针作为一种新的诊断技术在80年代中后期迅速崛起,由于它是利用探针与病原体核苷酸序列的互补关系而直接揭示病原的存在,随着非放射性标记技术的使用,核酸探针诊断技术更具有实用性。随后出现的PCR技术,其方法之简便和敏感性之高是其他方法所无法比拟的,利用PCR技术可以将被检样品中单拷贝基因序列扩增到毫克量级,目前PCR技术已被应用于检测几乎所有的常见动物传染病病原。

就预防动物传染病来说,最简便的方法首推接种疫苗,从最初的组织器官苗到细胞培养苗,危害较大的动物传染病绝大多数都有了相应的疫苗,通过接种疫苗,一些传染病得到了有效的控制或消灭。但是也有相当一部分传染病用常规疫苗不能阻止其流行,甚至由于使用了污染的疫苗导致其他病原的扩散。此外,由于自然变异株和新病原的不断出现,加之动物个体的背景越来越复杂,常规疫苗在安全和效力方面局限性愈来愈明显。因此,利用生物技术手段开发新型疫苗的研究工作方兴未艾。通常所说的基因工程疫苗就是将病原微生物的主要抗原基因克隆到一个无毒性或毒性极低的病毒载体中(如痘病毒、疱疹病毒载体等),随着载体病毒的复制,目的抗原基因不断被表达,表达的抗原不断地刺激机体产生相对应病原的免疫力,或将目的基因克隆到质粒上,在大肠杆菌中扩增表达抗原物质,提取这些物质注入动物以刺激产生相应抗体。由于基因工程疫苗建立在充分了解病原特性的基础上,因此具有针对性强、对人畜安全和宿主范围广的特点。

随着单克隆抗体技术、核酸探针技术、PCR诊断技术的不断完善和相互补充,尤其是套式PCR技术和定量PCR技术的发展,动物的疾病诊断将变得愈加简单化、微量化和定量化。

随着对病原体基因组和致病机理的深入了解,基因工程疫苗、核酸疫苗(或称之为DNA疫苗)将会有一个很大的发展,产业化进程也将大大加快,并对畜禽传染病的控制产生革命性影响。

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