家畜育种学讲稿（IV）
刘胜军
动物科技学院二00四年四月
第十章 杂种优势利用无论过去、现在还是未来，杂交都是畜牧生产中的一种主要方式。其原因是杂交可以充分利用种群间的互补效应，尤其是可充分利用杂种优势。早在2000多年前，我国劳动人民即用驴马杂交来生产骡。这种种间杂种较其亲本一驴马具有更优异的役用性能，因而即使不能繁殖也仍深受人们欢迎。对此，1400多年前的《齐民要术》已经做过总结。至于种内品种间的杂交，也在我国有着悠久历史。例如远在汉唐时代，人们就从西域引进了大宛马与本地马杂交生产优美健壮的杂种马，并总结出“既杂胡种，马乃益壮”的宝贵经验。到了近代，杂种优势利用发展更加迅速。1909年Shull首先建议在生产上利用玉米自交系杂交。1914年他又提出“杂种优势”(heterosis)这一术语。以后经过许多人的努力，玉米杂种优势利用在理论上和生产上均取得了完整的系统的成就。在玉米杂交的启示下，杂种优势利用在畜牧业中也得到了广泛普及。时至今天，在畜牧业较先进的国家，80％～90％的商品猪肉产自杂种猪，肉用仔鸡更几乎全是杂种，蛋鸡、肉牛、肉羊等也都是广泛采用杂交以利用杂种优势。但是杂种优势利用并不是只要杂交就可取得满意效果，而是一项系统工程。它既包括对杂交亲本种群的选优提纯，又包括杂交组合的选择和杂交工作的组织；既包括纯繁、又包括杂交。本章对杂种优势利用的主要环节及其相关问题做一系统介绍。
第一节 杂种优势
所谓杂种优势，亦即不同种群杂交所产生的杂种往往在生活力、生长势和卑亡些熊友更鱼二宣程度上位于匾佐朗：我们通过一个基因座的两个等位基因模型，已经知道两个种群的基因频率差异及等位基因间的显性效应是杂种优势的一个成因。历史上对杂种优势机理有许多学说。这些学说对于理解杂种优势具有很大帮助。我们在此首先介绍这些学说，然后再对杂种优势度量做一探讨，以对杂种优势同杂种生产性能乃至经济效益间的关猪业也在迅速向品系杂交过渡。品系具有下列特点,
(1)品系既可以在品种内培育，又可以在杂种基础上建立；质量要司品种全面，可以突出某些特点；头数要求不用很多，分布也不要求很广型近交问题不需过虑，因为并不希望它长期存在，有了更好的品系就可淘创的品系。这样，使得培育一个品系要比培育一个品种快得多，从而可以 到“遍地开花”，培育大量杂交用的种群，增加新的杂交组合，为不断凋的理想的杂交组合创造有利条件。
(2)品系形成快、形成多，就有可能快淘汰、多淘汰，因而遗传质胃进不仅可以通过种群内的选育而渐进，而且可以通过种群的快速周转而碉
(3)品系的范围较小，因而种群的提纯比较容易。而亲本群纯，不稠高杂种优势和杂种的整齐度，而且能够提高配合力测定的正确性和准确。
(4)品系的培育工作在一个牧场内就可进行。每个牧场可以有自己方案、选种特点和独特的饲养管理方式，从而可以充分发挥自己的积极
二、亲本群的初选
品种、品系都有很多。那么，是否这么多的品种、品系都可用于杂乒然并不如此，原因在于在杂交中，对各种群因其担负的角色不同而有不同求。根据这些要求可对需要的种群进行初步的选择。
(一)对母本群的要求母本种群应数量多、适应性强，这是因为母畜的需要量大、种问题很重要，而适应性强的家畜便于饲养管理、易于推广。
母本种群的繁殖力要高，泌乳能力要强，母性要好。这是因为彤：群既决定了一个杂交体系的繁殖成本，又作为母体效应影响着杂种后代发育。
母本种群在不影响杂种生长速度的前提下，体格不一定要求太，格太大浪费饲料。目前有些国家选用小型鸡作为杂交母本，就是这个道理。
(二)对父本群的要求
父本群的生长速度要快，饲料利用率要高，胴体品质要好。这的遗传力一般较高，故种公畜若具有这方面的优良特性，可遗传给杂种。
本群的类型应与对杂种的要求相一致。如要求生产瘦肉型猪田：应选择瘦肉型猪作父本。
三、亲本群的选育
选育主要包括选优、提纯两个方面。选优就是通过选择，选出性萨理想的个体，从而使亲本群内优良、高产的基因频率尽可能增酷通过选配，使亲本群在主要性状上纯合子的基因型频率尽可能增的差异尽可能减少。提纯的重要性并不亚于选优，因为亲本种群愈打的基因频率才能相差愈大，杂种优势才能越明显。因此，“优”医是两个不同的概念，但选优和提纯却是相辅相成的，可以同时进陡的不可截然分开的两个必要措施。陵济性状，遗传力较高，纯繁选育的效果很好，而杂种优势却往往山类性状就应该在亲本种群中选优提高。那种不以纯繁为基础的单隆是错误的。纯繁和杂交是整个杂交育种工作中两个相互促进、相为基础、互相不可替代的过程。不把亲本种群的纯繁选育工作做陛在纯繁阶段可以通过选择显著提高的性状尽量提高，就去盲目杂睡取得良好效果的。即使是那些遗传力较低的性状，个体表型选择陡，也应通过其他的选择方法，诸如同胞测验或后裔测验，来尽可与质量性状都是由基因控制的。只要合理地使用同型交配和近交敷就有可能使其基因型纯合。只是用同型交配时，因数量性状所涉敷较多，而且受环境影响大，若只根据表型值进行选配很难取得理这可以通过改用近交解决，也可在同胞测验或后裔测验时，通过注裔的变异程度以去除杂合子而解决。选育，有时还希望在选优提纯的同时能提高两个特定种群间的特卸杂种优势。所用之法为Comstock(1949)提出的正反交反复选出1recurrentselection，RRS)法。这种方法是对两个种群中的每一据正反杂交后代的表现进行评定，只有杂交后裔优越的种畜才选留攘，纯繁的后代再进行正反杂交试验，选出优秀个体。如此杂交一阪复进行，以选育出杂交效果良好的种群。不过此法究竟实效如抚定论。
第三节 杂交方式在杂种优势皖势利用当中，最终商品畜的整个生产过程可能涉及不同数量的种畜。
一、二元杂交
这种杂交方式显然比较简单，但在实际应用当中却较麻烦，因为除了杂交 以外尚需考虑两个亲本群的更新补充问题。通常人们对父本种群的公畜采取购 买的办法解决，而对母本种群的更新补充则是通过购买公畜与杂交用的母畜群 进行几个产次的纯繁解决，但是无论怎样解决，增加一个纯繁环节都显得较麻 烦。此外，这种杂交方式的最大缺点，是不能充分利用母本种群繁殖性能方面的杂种优势，因为在该方式之下，用以繁殖的母畜都是纯种，杂种母畜不再繁殖。而就繁殖性能而言，其遗传力一般较低，杂种优势比较明显。因此，不予利用将是一项重大损失。
二、三元杂交三元杂交是用两个种群杂交，所生杂种母畜再与第三个种群杂交，所生代杂种用作商品。例如，在猪的生产中，用长白猪与大白猪先行杂交，所生元杂种母猪再与杜洛克公猪杂交，所生三元杂种不论公母一律育肥出售即是一种三元杂交(图10-2)。,
这种杂交方式在对杂种优势的利用上可能要大于二元杂交。首先，的差异和三个种群的百补效府．因而在单个数量性状上的杂种优势可能更大因三；芸认； 的优势，也可以利用杂种公畜的优势。杂种公畜的优势主要表现在配种症；强、可以少养多配及使用年限长等方面。③由于大量利用杂种繁殖，纯种就可 以少养。而养纯种比养杂种成本高，特别是对近交系而言。
双杂交涉及到4个种群，因此其组织工作就更复杂一些。但在家禽中同时保持几个纯种群比较容易，所以实际采用这种杂交方式的较多。
五、轮回杂交
轮回杂交是用几个种群轮流作为父本杂交，杂交用的母本种群除第一次杂交是用几个种群中的一个之外，各代均用杂交所产生的杂种母畜，各代所产生的杂种除了部分用于继续杂交之外，其他母畜连同所有公畜一律用作商品。图0—5和图10—6是常用的二元轮回和三元轮回杂交的示意图。
这种杂交方式具有下列优点：①除第一次杂交外，母畜始终都是杂种，羽利于利用繁殖性能的杂种优势。②对于单胎家畜，繁殖用母畜需要较多，杂种母畜也需用于繁殖，采用这种杂交方式最为合适。因为二元杂交不利用杂种。
畜繁殖，三元杂交也需要经常用纯种杂交以产生新的杂种母畜，对于繁殖力严的家畜，特别是大家畜都不适宜。③这种杂交方式只需要每代引入少量纯秆三畜或利用配种站的种公畜，而不需要自己维持几个纯繁群，在组织工作上刃主得多。④由于每代交配双方都有相当大的差异，因此始终能产生一定的杂秆主势。二元轮回杂交与三元轮回杂交各代不同种群的预期基因贡献率分别刘10-1和表10-2所示。注意，二元轮回杂交不同世代对显性效应的利用程度是不同的。假设一代杂种为100％，则杂种二代因有一半基因座纯合而降为50％。当达到平衡时，大约可利用2／3的显性效应。二元轮回杂交也是逐代变化，当达到平衡时，大约可以利用86％的显性效应。但是这种杂交方式也有以下几个缺点：①代代需要变换公畜，即使发现杂苎效果好的公畜也不能继续使用。而且如果自己饲养公畜，则公畜在使用一个配种期后，要么淘汰，要么闲置几年，直到下一个轮回才能使用；因此，可能苎成较大浪费。克服的办法是使用人工授精或者几个畜场联合使用公畜。②主力测定不好做，特别是在第一轮回的杂交期间，相应的配合力测定必须在母竺杂交之前，但是这时相应的杂种母畜还没有产生，为了进行配合力的测定；早必须在一种类型的杂种母畜大量产生前，先生产少数供测定用的该类型杂种。
第十二章 家畜遗传资料多样性保护
在食品和农业生产中，家畜以肉、奶、蛋、毛、畜力和有机肥等形式提供了人类30%-40%的需求，这些都源于40多个畜禽种类的大约4500个品种，它们是人类社会现在和未来不可缺少的重要资源。不可否认，全球畜牧业商品经济的发展，以及现代家畜育种理论和方法的应用，使得家畜生产性能得到前所未有的改进。例如，现在一头奶牛的产奶量几乎是25年前的2倍，近十多年来商品猪的脂肪减少了30%多，肉鸡上市天数也缩短了近2周。但是，在取得这种辉煌成就的同时，家畜遗传资源多样性也受到严重的威胁。10000余年来人类对动物驯化、饲养、培育，演变为近代丰富的家畜品种、类群等资源，与遭到了前所未有的破坏，大量生产性能不高、具有一定特色的地方品种或类群濒临灭绝,甚至消失。据联合国农业与卫生组织（FAO）1993年统计，大约30%的家畜品种资源处于灭亡状态。这不仅是现有资源丢失的问题，同时家畜育种材料的损失，可能对未来的家畜育种带来不可预料的后果。
对家畜遗传资源的保护已得到世界各国的高度重视，1992年6月的联合国环境与发展大会，由包括中国在内的167个国家共同签署了《生物多样性公约》，到1993年底其中的30多个国家正式批准公约，截止1996年8月已有52个国家和欧共体批准执行公约。1994年我国正式颁布了《种畜禽管理条例》和《种畜禽管理条例实施细则》，1996年正式成立了国家畜禽品种遗传资源委员会和下属的各主要畜种的品种专业审定委员会，这些工作都极大地推动了对家畜遗传资源的保护。
家畜遗传多样性生物多样性（biological diversity）有非常广泛的含义，包括所有的微生物、植物、动物等物种及其所有的生态系统和它们形成的生态过程，是生命有机体的种类和变异性及其赖以存在的生态复合体。生物多样性分为3个层次，即物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性，它是所有生态系统的特征，是生物发展的安全保障，对它的破坏会导致生物发展韧性的减弱，导致整个生命系统的生命力下降。对生物多样性的保护是整个生命系统可持续发展的基础。
家畜多样性(domestic diversity)是生物多样性中一个重要、而又独特的组成成分。它在物种多样性中所占的比例很小，但是在遗传多样性中却非常重要，它是人类生活重要的生产资料，与人类社会生活关系非常密切，家畜遗传多样性的丢失甚至比野生物种多样性的丢失对人类利益的损害更大，因此它的保护对人类社会可持续发展具有更为重要的意义。同种家畜的不同品种和类型是构成家畜多样性的重要形式，一个品种中汇集了各种各样的基因,可以在一定的环境中发挥作用，从而使品种表现出各种为人类所需要的特性。一个品种就是一个相对独立的特殊基因库,是培育优良品种和利用杂种优势的良好原材料。
国内外家畜遗传多样性概况在第一章已经论述了，家畜是人类长期选择的产物，自12000余年前开始畜禽的驯化以来，已有约40多种哺乳动物和鸟类被驯化。但在世界范围内广泛饲养的畜禽只有6种哺乳动物，即水牛、黄牛、山羊、马、猪和绵羊；4种禽类动物，即鸡、鸭、鹅和火鸡，这些畜禽个体数量多，是人类社会畜牧业生产的主要家畜家禽种类，表12-1列出了1988年世界各地区和部分国家主要畜禽的群体大小。
表12-1 世界各地区和部分国家主要畜禽的群体大小地区或国家
黄牛
水牛
绵羊
山羊
马
猪
家禽
发达地区
北美美国欧洲原苏联大洋州
111 051
98 994
124 780
120 593
32 122
——
——
367
320
——
11 493
10 774
142 081
140 783
228 983
1 676
1 650
12 470 6 400
2 050
11 061
10 720
4 340
5 885
579
53 693
42 845
190 412
77 403
5 365
1 647 000
1 540 000
1 280 000
1 129 000
73 000
发展中地区
中南美洲巴西非洲亚洲印度中国
309 787
134 133
181 190
384 057
193 000
73 963
1 109
1 100
2 600
132 531
72 000
20 858
118 323
20 000
199 599
331 566
51 684
102 655
34 940
11 000
166 993
295 847
105 000
77 894
22 653
5 850
3 655
17 119
953
10 693
78 510
32 700
13 057
404 963
10 300
334 862
1 240 000
550 000
828 000
4 019 000
260 000
1 849 000
全球合计
1 263 584
136 927
1 172 828
520 376
65 292
823 403
10 216 000
除了 这些主要的畜禽种类Y，其他一些稀少畜禽的遗传多样性对人类社会生活同样具有重要的意义，如高原地区的豚鼠、羊驼、无峰驼、牦牛，沙漠地区的骆驼，北极地区的麝牛和驯鹿等，这些稀少畜禽具有在特定环境条件下的特殊产品生产能力，以及在特定社会具有传统或文化上的用途。
为了对全球现有的家畜遗传资源进行监测和管理，FAO启动了一个全球家畜多样性行动计划（initiative for Domestic Animal Diversity-iDAD），并在国际互联网上建立了一个相应的信息系统网站（iDAD-is），在全球范围内致力于保护区域性和国家级不可替换资源免受破坏的行动，推动对这些资源持续、有效、合理的利用。它是一个综合性的全球家畜遗传资源管理信息系统，在因特网上的WWW地址为http://www.fao.org/dad-is/，可以通过它直接了解在全球范围的家畜遗传资源信息、动态、开发和利用，以及相关的研究活动等。
据1995年WWL-DAD的资料表明，许多家畜品种正面临灭绝的威胁，在1433个调查品种中大约有27%处于灭绝的边缘。由此可以推测，目前全球的5000余个品种中，大约有1200~1600个品种处于危险境地，每年大约有50多个品种消失。此外，还有相当大一部分品种的数量正日益减少。
在全球家畜遗传资源宝库中，由于我国幅员辽阔、自然生态条件复杂多变，历史上形成了丰富多彩的家畜品种资源，是这一宝库的重要组成部分。这些资源大致可以分为3种类型：原由的地方品种、新培育的品种、国外引入的品种。其中地方品种和新培育的品种总数约为600个左右，数量多，而且许多品种在质量上也有独特之处。
经过70年代末和80年代初开展的全国性畜禽遗传资料普查，“七五”期间经过“同种异名”归并后，确认全国拥有畜禽品种和类群（包括地方品种、培育品种及引入品种，不包括家禽中近年引入的祖代和父母代鸡、以及兔）共596个，其中马66个、驴20个、黄牛（含奶牛）73个、水牛（类群）20个、牦牛5个、骆驼4个、绵羊79个、山羊（含奶山羊）48个、猪113个、鸡109个、鸭35个、鹅21个、火鸡3个。首批列入《中国家畜家禽品种志》的畜禽品种就有280余个，其中包含有部分培育和引入品种，这些品种、类群各有特点，特别是对产区的地理和生态条件有良好的适应性，但是近20年来相当一部分品种资源遭到严重的破坏。经过畜禽资料普查，我国有相当一部分畜禽品种处于稀少和较少状态，少量的处于基本灭绝的境地，如表12-2所示，其中相当一部分品种未能列入畜禽品种志。
表12-2 中国主要畜禽品种状况
畜 种
基本灭绝
稀 少
较 少
较 多
马驴牛
骆驼
绵羊
山羊猪鸡鸭鹅
0~数十头
4
1
4
4
1
0.05万~4.5万头
12
8
21
1
12
30
39
19
3
3
5.0万~10.0万头
5
2
8
1
3
2
16
9
2
5
11.0万头以上
9
8
30
1
19
30
17
38
20
13
在猪种方面，经过多次的资源普查和综合分析，根据来源、分布及其形态和性能等，我国的地方猪种主要可以分为6个类型：华北、华中、华南、西南、江海和高原型猪。每一类型中又有许多具有独特性能的品种，例如，高繁殖性能的太湖猪、耐寒体大的东北民猪、瘦肉率高的容昌猪、适于腌制优制火腿的金华猪、体型特小的香猪、体型长的里岔黑猪等。列如品种志的有48个地方品种、12个培育品种和6个引入品种。
在牛方面，目前我国饲养的1亿多头牛中，按牛种和生产方向可以分为6个类型：乳用牛、肉用牛、乳肉兼用牛、黄牛、水牛和牦牛。其中牦牛、黄牛、水牛等是不同种属的家畜，拥有许多著名的地方品种或类型，例如，产于呼伦贝尔盟的以乳肉兼用著称的三河牛，体高力大、步伐轻快、性情温顺的南阳牛，行动迅速、水旱两用的延边牛，以及产于湖南、江苏、四川等地的大型役用水牛等。在众多牛品种中，中国黄牛属于一种独立的类型，在全国牛存栏总数中占一半以上，几乎遍布全国，可以进一步分为北方牛、中原牛和南方牛三大类。列入品种志的牛就有34个地方品种、4个培育品种7个引入品种。
在绵羊和山羊方面，我国拥有很多世界著名的品种资源，一般根据用途将绵羊分为细毛羊、半细毛羊、粗毛羊、裘皮羊和羔皮羊，将山羊分为乳用山羊、毛用山羊、绒用山羊和皮用山羊。在这些品种中有，生态适应性非常良好的蒙古羊、哈萨克羊和藏羊，以快长速肥和“大尾”著称的乌珠穆沁羊，以独特二毛裘皮闻名的滩羊，繁殖力高、适于舍饲、羔皮品质优良的湖羊，皮优良的中卫沙毛山羊，以及著名的辽宁绒山羊和内蒙绒山羊等。列入品种志的绵羊和山羊就有35个地方品种、9个培育品种9个引入品种。
在家禽方面，仅列入品种志的地方品种就有鸡27个、鸭12个、鹅13个，主要有蛋用型、肉用型、兼用型、观赏型、药用型等。其中有蛋大、壳厚、体型较大的成都黄鸡、内蒙古边鸡、辽宁大骨鸡，骨细、肉嫩、味鲜的北京油鸡、惠阳三黄胡须鸡、清远麻鸡，体小、省料、年产蛋量200枚左右的浙江仙居鸡，丝毛、乌骨名贵药用的泰和鸡，体小、胸肌发达、能够飞翔的藏鸡，以及狼山鸡、寿光鸡、固始鸡等兼用型鸡种。还有生长快、产蛋多的北京鸭，体躯宽、生长快、产肥肝著称的建昌鸭，体型特大的狮头鹅等。这些品种大多是世界闻名的。列入品种志的家禽就有52个地方品种、9个培育品种14个引入品种，其中包含引入的火鸡品种1个。
在马和驴品种中也有不少名贵品种，例如，具有抗严寒、耐粗饲、持久力和适应性强等优点的蒙古马，体格小、精悍、灵活、善于登山涉水的建昌马，乘挽兼用的伊犁马，体型高大、良好的关中驴等。列入品种志的马品种就有15个地方品种、11个培育品种7个引入品种，以及6个改良马品种，驴品种10个。
此外，还有其他一些优良的畜禽品种，如以“王府驼绒”著称的阿拉善骆驼等。然而，由于对遗传资源保存的重视不够，措施不力，许多有特点的地方品种处于濒危状态，严重的有浙江舟山黑牛、海南高峰牛、西南地区的微型马、关中驴、湖羊等，而九斤黄鸡、浦东鸡、早胜牛、邓川牛、西藏粗毛羊等基本已经灭绝。随着畜牧业经济的快速发展，更多的性能一般的地方品种逐渐被一些性能优秀的外来品种和培育品种替代，这些丰富的遗传资源面临更加严重的威胁，需采取有效的保护措施和行动。
家畜遗传多样性保护的意义家畜遗传多样性保护就是要尽量全面、妥善地保护现有的家畜遗传资源，使之免遭混杂和灭绝，其实质就是使现有的畜禽基因库中基因资源尽量得到全面的保存，无论这些基因目前是否有利用价值。
广义而言，家畜遗传多样性保护（conservation）是指人类管理和利用这些现有资源以获得最大的持续利益，并保持满足未来需求的潜力，它是对自然资源进行保护、维持、持续利用、恢复和改善的积极措施。狭义的遗传多样性保存（preservation）是其中的一个方面，通过维持一个免受人为影响而导致遗传变化的保种群来实现，可以是原位保存（in situ），即在自然环境条件下维持一个活体家畜群体；也可以是易位保存（ex situ），即利用冷冻保存胚胎、精液、卵子、体细胞以及DNA文库等。
经过高度选育的家畜品种是现代商品畜牧业的基础，很大程度上以来少数几个性能优良的品种或类型，对大多数具有一定特色的地方品种和类型形成了极大的威胁。然而，随着人口的增长，人们生活水平不断改善和对自然资源需求的日益提高，对家畜多样性的要求也越来越迫切，如果家畜遗传多样性幅度下降，就会严重影响到未来的畜禽改良，对满足人类社会各种不可预见的需求会带来很大的限制。有许多这种不可预见的因素会改变人们对畜产品的需求，进而引起畜禽生产生产方式的改变。例如，曾经很受欢迎的脂肪型猪，随着消费者要求瘦肉多、脂肪少的食品，已被更适应市场需求的现代瘦肉型品种和杂交配套系所取代，其销售价格也随着瘦肉量的多少而定。但是，近年来人们对肉质的要求越来越高，因此在注重瘦肉率提高的同时对肉质性状，如肌间脂肪含量等，也更加重视，有可能成为新的重点改良性状。
为了满足培育新品种和杂种优势利用的需要，无论是地方品种、引入品种或新育成品种都需要认真加以保护。一些生产性能低，但抗逆性强、能适应某些特殊生态类型的原始品种，也应当妥善保存。例如，菲律宾一种本地猪，6月龄体重仅10 kg，但能够耐热、抗病，用长白和大白猪杂交后培育的新品种（定名为阿泊加），6月龄体重可以达到90?kg，而且抗病和耐热能力都超过外来品种。此外，基因的优劣是相对的，有些目前认为是没有用的基因，也许将来是有用的，最突出的例子就是鸡的矮小基因。随着人类社会经济的发展，人们对畜产品的要求是不断变化的，为了满足将来的需要，应当尽可能地保存现有的畜禽遗传资源。
总体而言，对畜禽遗传资源的保护主要有经济、科学、文化和历史等方面的意义：
⑴ 经济意义 现有的畜禽遗传资源保存具有潜在的重要经济价值是不可否认的，在过去的50年中，畜产品消费结构和生产条件的改变，畜禽生产者都能够迅速地作出相关的反应，在很大程度上是由于实际畜禽群体中存在相当广泛的可利用遗传变异。然而，对未来变化的性质和程度是难以准确预测的，因而对畜禽遗传资源保存的成本和效益进行准确分析是相当困难的，而要维持一个特定保种群的成本是非常可观的。但是，这种投入与完全忽视畜禽遗传多样性保存，从而导致对未来变化丧失应变能力所带来到损失要低得多。研究表明，冷冻保存畜禽遗传资源的费用相对来说较低，虽然胚胎、精子等的收集和处理费用可能较高，但这些投入是一次性的，而且年储存费用较低，对遗传资源保存更为有利。
⑵ 科学意义 畜禽遗传多样性是动物遗传育种研究的基础，可以利用群体间以及个体间的遗传变异来研究动物的发育和生理机制，深入了解动物驯化、迁徙进化、品种形成过程以及其他一些生物学基础问题，因而遗传多样性保存对科学研究是很有价值的。例如，澳大利亚、中国、芬兰、英国等一些不同的绵羊品种，在母羊的年产羔数方面的遗传变异很大，通过这些品种间的杂交，为从遗传上改变繁殖性能提供快捷途径，利用澳大利亚的Booroola美力奴羊为研究材料确定了绵羊排卵数主要由单个主基因控制，但对它的控制机理有待于进一步研究。一些具有特殊基因的畜禽品种更是研究的理想对象，例如，加利福尼亚大学培育的近交鸡系，被全世界广泛用于免疫学和抗病力的研究。特别是，近年来对畜禽基因图谱的研究，对特异畜禽遗传资源的需求更为迫切。
⑶文化和历史意义 畜禽品种是在特定的自然生态环境和社会历史条件下，经过人类长期驯化、培育而成的，对这些遗传资源的保存也为一个国家的文化历史遗产提供了活的见证，与建筑物和历史遗址具有地理价值一样，畜禽品种资源也同样具有一定的历史价值。例如，多米尼克鸡被认为是美国最古老的品种，羽毛黑白相间、玫瑰冠，在美国的乡村艺术、音乐和文学作品中多有描写，现仅有少量被养鸡爱好者饲养，且已经高度近交，活力下降。对这些濒危畜禽遗传资源的保存，应该像对待一个国家其他文化遗产一样给予高度的重视。
家畜遗传资源保存的主要问题尽管人们对家畜遗传资源保护的重要性和迫切性已有基本的共识，但在一些具体问题的处理上，特别是在保种的具体方法和措施方面，不同的观点是存在一些分歧的，概括起来主要有两种观点，即保存和利用。
偏重于保存观点的主要目标是长期保存遗传资源，为将来所用，要求尽可能多地保存纯种，维持高的遗传多样性，以适应未来难以预料的变化和需求。偏重于利用观点的，则直接利用现有遗传资源来改良畜群，保存一些将来有用的具有独特生物性状的后裔，只要这些品种的基因保留在商品群中即可，不十分注重品种本身的保留。
这种分歧主要体现在，对传统家畜品种和地方品种在长期遗传改良方面的重要性程度的看法不一，也有一部分研究者试图兼顾遗传资源保存的近期利益和长远利益，提出了一些具有实用价值的保重理论和方法。在实际的畜禽遗传资源保存工作中，对以下几个问题必须有明确的认识，并需要很好地协调解决。
(一)保种与选育的关系 家畜品种的改良主要是针对具有经济价值的生产性能进行的，选择的目的是要打破群体遗传结构的平衡，选择有利的基因，通过近交等手段，不断提高它在群体中的频率。而在畜禽遗传保存中，由于保种的目的在于全面地维持群体遗传结构的稳定，它与品种生产性能的选育提高是对立的。因此，一般情况下必须设立单独封闭的保种群体，在群体内需要遵循群体遗传学理论的要求，避免选择、突变、迁移、近交等系统性因素的影响，同时有尽量降低遗传漂变的作用。
由于大多数地方品种保种群的主要生产性能较低,因此长期独立维持一个家大的保种群，需要很大的资金投入作为保障。然而,如果转变传统的保重观念，是有可能将保种与选育有机地结合起来的，例如，以保存遗传特性为对象的系统保种方法，就有可能实现这一点。
(二)短期利益与长远利益的矛盾 家畜遗传资源保存的最根本目的的是为了人类社会目前和将来都能利用现有的资源，目前最主要的是保存一些生产性能较低的地方品种，以备未来的需要。因此，从短期利益看，保种是一项缺乏降级效益的工作。但是，长期的畜禽遗传改良实践已有很多的实例表明,随着人类社会的变化、生活需求的改变，以及上述的经济、科学、文化和历史等方面的因素，要求人类为了长远的可持续利用自然资源，必须对现有的宝贵遗传资源进行有效的保存。
由于对畜禽遗传资源未来的应用价值目前难以作出准确的判断，因此其长远的经济利益是粉肠模糊的.为了人类未来的共同利益，必须明确畜禽遗传资源保存工作在很大程度上是一项公益事业，需要政府和社会团体的支持，甚至全球性的国际组织和政府间的合作。否则，只为了追求短期的利益，大量的生产性能较低的地方品种都将不可避免地遭受灭绝的威胁。
(三)保种任务的区域性不平衡 现有的畜禽遗传资源是人类在各自的社会生态条件下经过长期培育形成的,在复杂多变的条件下形成了丰富的、各具特色的地方类群，然而，随着人类社会发展的区域性不平衡，商品经济化的程度不同，目前拥有的地方畜禽品种资源也有很大的差异。表现最为明显的是在经济发达国家，由于长期的时常激烈竞争，以追求高经济效益为主要目的，因此大量的性能较低的地方品种相继灭绝，逐渐被少数生产性能优秀的培育品种所取代。例如，奶牛以黑白花牛，蛋鸡以白来航,猪以长白、大白、和杜洛克等，形成了世界性的主导品种。而大多数发展中国家，由于商品话经济进程相对落后，目前仍拥有相对丰富的遗传资源，在畜禽遗传资源逐渐枯竭的今天广泛受到全球的重视，要求保存这些资源的愿望越来越强烈。
然而，应该注意到，目前在家畜遗传资源保存的研究和实际执行中，可以说大多数的理论们研究者集中在发达国家和地区，而真正承担艰巨保重任务的却是大多数发展中国家或地区。这种区域的不平衡性，导致了对家畜遗传资源难以实施有效的保存。从这一角度来说，也迫切需要国际社会的共同努力，不仅在技术上，而且在资金方面也需要大力的支持，尤其对拥有丰富畜禽遗传资源的发展中国家而言，更需要通过全球性的合作来保存人类共有的资源。
（四）保种方式的多样性 不同于植物的种质保存，畜禽遗传资源保存主要有3种方法：活体原位保存、配子或胚胎的超低温保存、DNA保存，，此外体细胞保存也是很有希望的一种方式，这些方法各有利弊，需要共同使用，互相作为一种补充。活体保存是目前最实用的方法，可以在利用中动态地保存职员，但是其弊端在于一般需要设立专门的保重群体，维持成本很高，同时管理问题以及畜群会受到各种有害因素的侵袭，例如，疾病、近交、有害基因的存在、其他畜群的污染、自然选择带来的群体遗传结构变化等。
随着生物几社的发展，尽管目前超低温冷冻方法保重还不能完全替代活畜保重，但作为一种补充方式，仍具有很大的实用价值，特别是对稀有品种或品系，利用这种保存方法可以较长时期地保存大量的基因型，免除畜群对外界环境条件变化的适应性改变。生殖细胞和胚胎的长期冷冻保存技术、费用和可靠性在不同的家畜有所不同，一般情况下，超低温冷冻保存的样本收集和处理费用并不是很高，特别是精液的采集和处理是相对容易和低廉的，而且冷冻保存的样本也便于长途运输。对生产性能低的地方品种而言，这种方式的总费用要低于活体保存。利用这种方式保存遗传资源，必须对共体样本的健康状况进行严格检查，同时做好有关的系谱和生产性能记录。
DNA基因组文库作为一种新型的遗传资源保存方法，目前基本上处于研究阶段，随着分子生物学和基因工程技术的完善，可以直接DNA分子水平上有目的地保存一些特定的性状，即基因组合，通过对独特性能的基因或基因组定位，进行DNA序列分析，利用基因克隆，长期保存DNA文库。这是一种最安全、最可靠、维持费用最低的遗传资源保存方法，可以在将来需要时，通过转基因工程，将保存的独特基因组合整合到同种、甚至异种动物的基因组中，从而使理想的性能重新回到活体畜群。
体细胞的冷冻保存可能是成本最低廉的一种方式，但是需要克隆技术作为保障。1996年英国报道成功的克隆羊“多利”，以及随后相继报道在鼠、兔、猴等动物的体细胞克隆成功事例，至少为畜禽遗传资源保存提供了一条新的途径，即利用体细胞可以长期保存现有动物的全套染色体，并且将来可以利用克隆技术完整地复制出与现有遗传素质完全同类、甚至非同类动物个体作为“载体”，来重新恢复。然而，到目前为止，这种方式还不能真正用于畜禽遗传资源的保存。
（五）保种资金的投入 由于大多数需要专门进行保护的畜禽遗传资源都是一些生产性能较低的地方品种，因此，总体而言，保种是一项耗资巨大的工作，这也是制约畜禽遗传资源保存工作最重要的因素，需要设法多渠道地筹措保种资金，才能保证有效地带站此项工作。获取保种资金的主要途径有以下4个方面：
首先上政府财政投入，它是进行畜禽遗传资源保存的基础；其次是国际社会的支持，在这方面以联合国粮食和农业组织作为全球遗传资源保护与利用的协调机构，可以进行国家间有关遗传资源保护方面的经费支持，有利于平衡区域间的矛盾，是发展中国家开展遗传资源保存工作可以利用的一个重要资金渠道；第三是社会团体或个人的赞助，利用一些社会团体，如一些畜禽遗传资源保护协会，以及热心于这项事业的个人，可以为畜禽品种保存提供部分资助；第四是遗传资源的综合开发利用，这是积极主动开展遗传资源保护的一个重要途径，对于一些具有独特性能的地方品种，通过深入研究，开发其特性的应用价值，使被动的遗传资源保存转变为良性的遗传资源开发利用。
遗传多样性保护理论的方法根据家畜遗传资源多样性在不同层次的特点，可以采取不同的措施和方法。目前，在品种水平上的几蹦保存方法是原位保存。随着分子生物学技术的进步，冷冻生殖细胞和胚胎以及DNA 文库等异位保存方法，在畜禽遗传资源保存中也越来越广泛地得到应用。除此以外，对畜禽遗传资源保存理论和方法的深入研究，针对具体的情况提出了一些新的观点和看法，为保种实践提供了新的思路。
原位保存的群体遗传学基础原位保存的传统方法要求尽量保存一个群体基因库（gene pool或gene bank）的平衡，力争使其中的每一个基因都不丢失。为此，根据群体遗传学理论，就是要求有一个大的群体，并且实行随机留种和交配，使之尽量不受突变、选择、迁移、遗传漂变等影响。然而，在实际的畜禽遗传资源保存中，许多情况下是以保种群的形式实施的，这些保种群往往是一个毕锁的有限群体，即使没有影响群体遗传结构的系统性因素存在，也会因群体小带来配子的抽样误差，造成群体基因频率的随机遗传漂变（random genetic drift），使群体中一对等位基因的纯合子频率升高、杂合子频率下降，甚至可能固定为纯合子，另一个基因消失。因此，对保种群体而言就要尽量降低这种随机遗传漂变的作用，它的大小是可以依据群体有效含量来预测的，但是其作用方向则是不定的。
为了研究群体遗传漂变的效应，需要一种理想化的群体（ideal population），这种理想群体是群体含量在世代间保持恒定，群体内个体完全随机交配，不出现世代重叠，无其他任何系统性因素影响。群体有效含量（effective population size）就是与实际群体有相同基因频率方差或相同的杂合度衰减率的理想群体含量，记为Ne，它决定了群体平均近交系数增量（）的大小，反映了群体遗传旧够中基因的平均纯合速度，当初始群体的近交系数为零时，t世代的近交系数Ft与近交系数增量的关系如下：
（12-1）
在实际的保种群体中影响近交系数增量的主要因素有：群体规模、性别比例、留种方式、亲本的贡献、交配系统、世代间群体规模的波动以及世代间隔等。
（一）群体规模 群体规模大小是影响群体平均近交系数增量最重要的因素，小群体中的遗传漂变的作用比大群体严重，对理想群体而言，两者的关系如下：
（12-2）
（二）性别比例 大多数情况下，家畜群体中种公畜的数量比母畜数量要少的很多，这使得群体有效含量比实际群体规模要小，若群体中种公、母畜分别为Nm和Nf，那么：
（12-3）
由于种公畜数远少于种母畜数，因此种公畜数量对群体有效含量的影响远大于种母畜，为了在某种群体中维持较大的群体有效含量，必须保持有一定数量的种公畜。
（三）留种方式 在实际家畜保种群体中，常用的留种方式有两种，即随机留种和各家系等量留种，不同的留种方式对保种效果影响很大。（12-4）式给出了家系等量留种条件下，群体平均近交系数增量。
（12-4）
显然，如果种母畜数与种公畜数相等，那么家系等量留种时的近交系数增量近似地只有随机留种时的一半，这时的群体有效含量近似地提高一倍。
（四）亲本的贡献 实际群体中基因的世代传递是沿着4个途径完成的，即种公畜公畜（mm）、种公畜母畜（mf）、种母畜公畜（fm）和种母畜母畜（ff）。显然，这4个途径传递的基因数目是不同的，这反映了亲本对产生下一代的贡献差异。考虑到各亲本对后代贡献上的差异，群体有效含量计算公式如下：
（12-5）
这里，、和，、和分别表示种公畜、种母畜在提供公畜和母畜后代数目上差异的方差及协方差。由此可见，群体平均近交系数增量是随上述各方差、协方差的增加而提高的。因此，设法减少种畜在提供后代数目上的变异，是降低近交系数增量的重要手段，在家畜保种中就是要要求保持各家系含量的恒定，这时可以近似地得到（12-4）式。
（五）交配系统 交配系统的作用不同于留种方式，它也是影响群体近交系数增量的一个重要因素，非同型交配系统可以保持群体的杂合性，降低近交增量。最简单的方法是在随机交配的基础上，认为地避免全同胞和半同胞等亲缘关系较近的个体间交配。有研究表明，将群体划分为几个不同的亚群，每一亚群内的个体间亲缘关系较近，不同亚群间的亲缘关系较远，在亚群间采用轮回交配，控制交配后的公、母畜在一定世代内不再交配，这种方式能够有效地控制群体平均近交系数的增长。但对长期保种的群体而言，其效果仍主要取决于群体规模的大小。
（六）世代间群体规模的波动 如果群体在不同世代的规模是变化的，那么对t各世代来说，平均的群体有效含量就是各世代群体有效含量的调和均数。假设在连续t个世代的群体有效含量分别为N1、N2、……、Nt，则有：
（12-6）
显而易见，群体平均近交系数增量主要取决于有效含量最小的世代群体规模，群体有效含量越小，它导致群体遗传漂变越严重。如果群体含量在某一世代激剧下降，它将对群体遗传结构产生深远影响，即产生所谓的瓶颈效应（bottleneck effect）。这种影响即使在群体恢复原样后仍将持续很长时间。因此，对于遗传资源保存而言，应极力避免这种瓶颈效应。
（七）世代间隔 世代间隔本身并不直接影响群体平均近交系数增量的大小，但是它与一定时间内的群体遗传结构变化速度密切相关。世代间隔的延长对长期的遗传资源保存是有利的，可以有效减缓这种群体的遗传变化。
【例12-1】在一个设计的保种群体中，有种公畜10头，种母畜50头。① 若采用完全随机留种，群体平均近交系数增量是多大？② 若采用家系等量留种，它是多大？③ 如果保持种公、母畜各30头，并且采用家系等量留种，近交增量是多大？④ 如果初始群体近交系数为零，上述第二种情况下到第5代时的群体平均近交系数分别为多大？⑤ 如果初始群体只有种公畜2头，种母畜8头，以后4个世代保持种公畜10头，种母畜50头，在随机留种情况下，平均的近交系数增量是多大？此时群体的平均近交系数是多大？⑥ 上述各种情况下的群体有效含量是多少？
利用上述公式可以计算得到：
①
②
③ （因）
④
⑤
⑥第一种情况下：
类似地可以得到其他3种情况（②、③和⑤）的Ne分别为：50、120、37。
原位保存的基本方法根据上述群体遗传学给出的基本原理，为了在整体上保存一个品种的遗传结构稳定，一般应采取以下措施：
⑴ 划定良种基地 在良种基地禁止引进其他品种的种畜，严防群体混杂，这是保种的一项重要措施。
⑵ 建立保种群 在良种基地建立足够数量的保种群。可根据畜种、资金等因素确定保重群的规模。一般地，如要求保种群在100年内近交系数不超过0.1，则猪、羊等小家畜的群体有效含量应为200头（假设世代间隔为2.5年），牛、马等大家畜的群体有效含量应为100头（假设世代间隔为5年），并且要保证有足够的公畜，以维持一定的性别比例。但是不同的学者对这一问题的看法是不完全一致的。
⑶ 实行个家畜等量留种 在每一世代留种时，实行每一公畜后代中选留一头公畜，每一母畜后代中选留相同数量的母畜，并且尽量保持每一世代的群体规模一致，减少保种群体出现“瓶颈效应”。
⑷ 制定合理的交配制度 在保种群体中实行避免全同胞、半同胞交配的不完全随机交配制度，或采取非近交的公畜轮回配种制度，可以降低群体近交系数增量。也可以采用划分亚群，并结合亚群间轮回交配的方式。
⑸ 适当延长世代间隔，也可以降低群体近交系数增量。
⑹ 外界环境条件相对稳定，控制污染源，防止基因突变。
⑺ 在保种群中一般不进行选择，在不得已的情况下，才实行保种与选育相结合的所谓“动态保种”。
显然，要满足这些要求，核心是必须有强大的财力来保证，对于拥有丰富遗传资源的发展中国家而言，这些保种措施在实际的家畜遗传资源保存中是难以付诸实践的。实际上，这些要求即使对发达国家来说，也难以在实际的家畜遗传资源保存中全面实施。
新技术在遗传多样性保护中的应用随着分子生物学、动物繁殖以及基因工程等生物技术的不断涌现和完善，为畜禽遗传资源的保存和利用创造了越来越多的新途径，至少在以下几个方面对遗传资源的保存和利用产生了重要作用：种群遗传变异分析，群体间亲缘关系的确定；分析和利用现有特殊的基因和基因组合；从保存的种质中寻找有用的基因，通过转基因等技术导入到现有的群体中；提供更有效的遗传资源易位保存方法，包括DNA文库和体细胞克隆等；提高畜禽疾病诊断和控制水平，可以大大消除遗传资源在国际间交流的障碍，从而提高保护品种的利用价值。
（一）种群遗传变异分析 作为遗传多样性保存工作的基础，首先就需要对现有畜禽遗传资源的种群内和种群间的遗传变异有了一个全面的了解。随着分子遗传学技术的发展，对遗传变异的分析已经从表型、蛋白质多态深入到DNA分子水平，利用DNA多态性可以更全面、准确地分析种群的遗传变异。例如，限制性片段长度多态（RFLP）、扩增片段长度多态（AFLP）、可变数目序列重复（VNTR）、微卫星（microsatellite）简单序列重复（SSR）、单股构象DNA多态（SSCP）、双股构象DNA多态（DSCP）等。随机扩增多态DNA（RAPD）利用随机排列的10碱基序列作为引物，通过聚合酶链式反应（PCR）对DNA序列变异进行检测，基因组上能与这种10碱基标记DNA序列结合的片段都可以得到扩增，其PCR产物一般表现为有或无，可用于检测群体内的遗传多态。对于这类可以用基因频率度量的资料，一般用杂合度（H）来度量群体内的遗传多样性。即：
（12-7）
这里n为一个复等位基因座上的等位基因数目，pi表示群体中第I个等位基因的频率。可见，H实际上是在群体随机交配情况下，一个个体的两个等位基因处于杂合状态的概率。例如，若ABO血型基因座的三个基因频率分别为0.1、0.3和0.6时，杂合率H为0.54，因而群体中在ABO基因座上大约有一半以上的个体可能是杂合型。此外，衡量群体内多样性的指标还有多态位点比例等。
利用DNA多态性还可以进行种群间亲缘关系分析，即计算种群间的遗传距离（genetic distance,D）。如果X和Y两个群体中，第I个基因座上第j个等位基因的频率分别为和，则这两个群体间的标准遗传距离为：
（12-8）
除此之外，还有一些其他的计算公式各有一定的适用范围，要根据具体的情况来确定。
（二）冷冻保存 目前超低温冷冻技术对大多数畜禽的精液进行长期保存已基本可行，特别是奶牛的精液冷冻和人工受精已经广泛使用，黄牛和水牛的冷冻精液也已经商品化，在绵羊、山羊、猪、马和家禽等的精液冷冻效果尚有待于进一步完善。冷冻精液库最好是于活体保种结合起来，以减轻自然选择、近交和遗传漂变的影响，不受群体大小的限制。但是，冷冻精液的一个重要缺陷是，如果将来想要获得与现有遗传特性基本一致的纯种，必须通过利用冷冻精液对畜群进行一系列的回交。
为了克服冷冻精液的缺陷，最好是结合冷冻胚胎来进行畜禽的易位保存，在需要纯种时可以通过适当的受体及时获得。哺乳动物的冷冻胚胎自70年代初首获成功以来，已经在20多种哺乳动物获得成功，奶牛、黄牛、山羊、绵羊、兔和小鼠等的冷冻胚胎已经得到较广泛的使用。玻璃化学说的建立，试图将胚胎迅速降温，使细胞液变成玻璃状流体，而不形成任何冰块或结晶，但在实际操作中遇到一些困难。使用抗冷冻剂，如在胚胎中加入二甲亚砜等，可以成功地冷冻胚胎，并在无毒高浓度的保护液中保存，使用时需要快速升温解冻。
（三）繁殖技术 随着各种繁殖技术的进步，在遗传资源保存中已经发挥了越来越重要的作用，如超数排卵和胚胎移植、胚胎分割和胚胎克隆等。利用超数排卵和胚胎移植（MOET）技术可以充分发挥优秀母畜的作用，通过利用生殖激素使具有所需特性的母畜同时排出多个成熟的卵子，从而获得多个胚胎，并利用胚胎移植技术将这些胚胎提供给普通的受体母畜孕育，这对低繁殖力的家畜，如牛、马、羊等是很有价值的。据报道，对黄牛利用超排技术一次可以到6~8个胚胎，鲜胚胎的受胎率可以达到60%~70%，冷冻胚胎受胎率可以达到40%~50%。
胚胎分割和克隆也已经在许多哺乳动物获得成功，而且体细胞克隆也已经有成功的报道。正常胚胎可以用机械的方法进行分割，获得遗传上完全一致的胚胎，一般在胚胎处于60~250个细胞时分割，即桑椹期至囊胚期，分割胚胎的成活率低于正常胚胎，分割后冷冻会进一步降低成活率。利用胚胎移植方法克隆动物是很有前景的技术，克隆胚胎已在牛、羊、猪、兔、等动物获得成功。
然而，从理论上，这些繁殖技术的成功应用对家畜遗传多样性保存来说，其价值是有限的，多样性保护需要在群体中保存大量的遗传变异，最好是保存一些无亲缘关系的个体基因型，而胚胎分割、克隆等本身并不增加群体中的遗传变异。
（四）基因定位和DNA文库 随着分子遗传技术的进步，一些高效率的DNA分子遗传标记将各种畜禽的遗传图谱研究推向实用化，通过基因定位将一些独特性能的基因定位于某一染色体特定区段，并测定基因在染色体上线性排列的顺序和相互间的距离。特别是90年代以来，人类基因组计划的实施，大大地推进了对高等生物的基因组作图工作，也为同步开展畜禽遗传图谱和物理图谱的构建提供了条件，并可以将两者综合起来构建综合图谱，目前已有很多报道利用各种分子遗传标记构建了家禽、猪、马、牛、羊等畜禽的连锁图谱。更重要的是，通过与畜禽生产性能密切相关的一些数量性状基因定位也取得了很大的进展，一些影响数量性状较大的QTL得到定位。
构建了基因物理图谱后，可以将一些具有特色的基因克隆出来，为基因转移奠定基础，在同一物种个体间和不同物种间都能够进行基因转移。利用基因克隆技术可以组建基因动物基因组文库，使一些独特的遗传资源得到长期的保存，在将来需要时可通过转基因技术在家畜群体中重视。但是，对遗传资源保存而言，DNA文库不是一种主要的方式，可以作为活体保存的一种辅助形式。
（五）疾病诊断和控制 家畜健康状况是遗传资源国际间交流和利用的重要限制因素之一，伴随优良种畜的引入，一些传染性疾病也有可能引进，它所进口的免疫程序非常烦琐和昂贵。精液过滤和胚胎冲洗等新技术对改善种质健康状况具有相当大的应用前景。精液免疫扩散技术是用特定的抗体处理精液，以防止疾病的扩散。胚胎冲洗技术已能成功地防止大多数病源的扩散。
这方面的技术对家畜遗传资源保护具有重要意义。因为，对于一些稀有的畜禽品种而言，不仅要保持一定的数量，并且要保持一定的质量，即种质的健康。它可以辅助活体育种，在种质的收集、保存等各个环节利用有效的疾病检测和控制技术，保证保种群能在将来满足需要。
第十三章 生物技术在家畜育种中的应用
生物技术的概念
生物技术的定义
生物技术来自英语“biotechnology”一词，在国内的一些论著中也有将其称为“生物工程”。迄今对生物工程的概念并没有一个完整的概念并没有一个十分经典的表达方式，比较常见的有两种：其一是将生物技术定义为，“那些允许人们在微观上认识和控制生物遗传于繁育过程的技术”；其二是将生物技术界定为，“能工业规模设计、经营和开发微生物、动物植物以及动植物组织、器官、细胞的生物学特性与功能，为人类提供产品和服务的新兴技术”。
生物技术的特点
生物技术是人类最古老的工程技术之一。人类在数千年前就以经掌握了人为地控制和改变生物固有的生命周期和生活规律的技术，使生物能按照人类的意愿提供产品。例如，考古工作者发现，我们的祖先在公元前几千年前就开始利用微生物发酵技术酿酒，这就是一种古老的生物技术。
生物技术又是当前产业革命和知识经济中的高新技术之一。传统的生物技术和现代生物技术之间有着发展中的联系，有着本质上的差别。例如，过去酿酒时的发酵技术属于传统的生物技术；如今使用的DNA重组技术改进曲种，从而生产高纯度的酒，则属于新生物技术范畴。
由传统生物技术到现代生物技术的飞跃，应该追溯到人类对生物遗传物质及其传递过程的深化。20世纪初，科学家们开始认识了生物遗传的基本规律，注意到了生物在个体间或种间变异的内在根源。在次基础上发展了遗传学和育种学。科技发展到了今天，人类已基本从分子水平上掌握了生命现象的规律。现在，人类可以准确地确定生物体内控制性状表现的基因，并能够将其从DNA大分子中剪切下来，按照人的要求将其接合到其他个体的DNA分子上，再通过细胞融合、转基因、胚胎移植等生物技术，创造出具有新的特殊功能的物种、品种或个体。这种新的生物技术，一方面大大提高了基因突变发生的概率，另一方面也缩短了长期的生物进化过程。
现代生物技术的优越性主要体现在，它的大部分过程都是在常温常压下进行的，可以节约资源和能源，甚至不需要大量的附加设备，因此可以节省大量的费用，减少环境污染。更重要的是生物资源具有可循环性，这对当前世界性的资源日趋枯竭，环境不断恶化的严峻形势来说，无疑是一项具有重要意义的发展战略。
生物技术主要包括四大部分，即细胞工程、基因工程、酶工程和发酵工程。近年来，随着生物技术的发展与开发，学科间相互交叉渗透更加强烈，又出现了生化工程、蛋白质工程和生物电子技术，共同构建了现代生物技术综合体系。
动物生物技术研究领域动物科学属生命科学（life science）领域，动物科学的主要任务是，研究、开发系列畜牧生产技术，使用这些技术能按照人们的愿望，影响和控制畜禽在遗传育种、营养饲料、饲养管理、防病抗病等方面的功能和状态，为人类提供量多质优的畜产品。因此，广义地说，畜牧技术也属传统的生物技术范畴。
今年来，采用现代生物技术的研究手段，在家畜遗传育种领域中，又发展出独具特色、自成体系的繁殖生物技术和分子生物技术两个领域。家畜繁殖生物技术除了已经十分成熟的人工受精技术外，还包括近年来发展起来的，已日臻成熟或即将成熟的胚胎工程技术，如超数排卵和胚胎移植、胚胎性别鉴定、体外受精、胚胎分割、科隆技术等。动物分子生物技术主要涉及基因组分析技术、DNA诊断技术、转基因技术等领域。
80年代以来，有出现了一个被称为分子数量遗传（molecular quantitative genetics）学的研究领域，它是将犯罪生物技术与数量遗传学方法相结合，研究数量性状基因座（QTL）定位与分子标记辅助选择（MAS）的理论和方法。这一学科新领域的发展，必将给家畜育种学带来一次新的飞跃。
本章将介绍动物生物技术在家畜育种应用领域中，迄今所获得的研究成果和基本知识。在此需要注意两点：其一，是由于动物生物技术是一个新兴学科领域，许多理论、方法和技术仍处在研究、发展和深化阶段，对其在家畜育种中的应用的预测，也将随之进一步延伸和扩展。因此我们在使用本教材时，应及时地吸收这一研究领域的新成果、新知识，不断完善这一部分内容。其二，时现代生物技术实际上是在传统常规技术基础上发展起来的。事实上，单凭现代生物技术的发展无法解决畜牧生产持续发展的全部问题。常规技术与现代技术是相互补充、相互促进的，只有二者共同发展，才能建立整体的现代畜牧技术体系。
繁殖生物技术在家畜育种中的应用人工受精与AI育种体系人工受精技术自从20世纪40年代问世以来，首先在奶牛生产中，其后在其他的畜种中得到广泛的应用。近几十年来，人工受精技术不断发展和完善，尤其是精液低温冷冻保存技术的成熟，使人工受精成为迄今在家畜育种中最重要的生物技术。它给家畜育种带来的效应可概括为以下几点：
⑴通过人工受精技术，可使优秀种公畜获得大量的后代，由此迅速地扩大其优良遗传特性和高产基因在群体中的影响。
⑵通过精液低温冷冻保存，使得优秀种公畜的使用不受时间和地域的限制。既可以实现优秀种公畜精液跨地区，甚至在全球任何国家和地区使用。又可以通过长期保存，使精液在任何时间使用，即使种公畜死后多年，通过它的冷冻精液照样可以在育种中起作用。因此，进一步扩大了优秀种公畜在家畜遗传改良中的作用。
⑶依靠人工受精，可使每头种公畜承担更多头母畜的配种任务。例如，一头乳用种公牛每年至少可承担1.0万～2.0万头母牛的配种。由此大大减少了种公畜的需要量，在同样的选择基础上，提高了公畜的选择强度，从而加快了群体的遗传进展。
⑷通过冷冻精液的传递，能使参加后裔测定的公畜与来自不同地区、不同群体的母畜交配，从而获得数量更多、分布范围更广泛的生产性能测定数据，使得对公畜的遗传配定更精确。
⑸采用精液长期冷冻保存技术，还可以更经济可靠地实现家畜品种资源保护。
在过去的几十年种，国内外的家畜育种工作都得到了很大的发展。导致这一快速进展的原因之一，应归结于数量遗传学方法与人工受精技术相结合形成的新育种体系。以奶牛育种为例，经过多年的研究与实践，逐渐形成一套系统地应用人工受精技术的育种方案，称之为“AI育种体系”（AI breeding system）。这个育种体系的要点是：①在畜群中广泛地应用人工受精技术，并在牛群中全部使用经过遗传评定的验证公牛（tested bulls）；②在育种群中实施大规模的、规范化的生产性能测定；③通过“定向选配”，即选择优秀的种公牛与育种值最高的种子母牛交配，又计划地培育后备公牛；④组织科学、严格的公牛后裔测定，并应用先进的数据统计分析方法估计育种值，提高选种的精确性。由于长期坚持实施“AI育种体系”，使得美国、加拿大等奶牛生产发达国家，在过去的40余年中，全国奶牛群体规模减少了1/3，而总产奶量却稳中有升。这说明奶牛的平均生产性能提高了30％以上。据1996年统计分析结果，北京市自1972年建立种公牛站，开始全面推广冷冻精液以来，奶牛的产奶量平均每年获得将近50kg的遗传进展，在过去的25年间，奶牛平均单产净增2200kg。
在欧美发达国家，人工受精技术在猪的育种中应用得也十分广泛、深入。由猪的育种协会牵头，组织实施了类似于奶牛的“AI育种体系”。即在一个育种协作地区，由育种协会组织，建立统一的育种方案，通过集中饲养和培育优秀种公猪，采用人工受精技术推广种公猪精液，在各猪场共同合作选育和使用种公猪，实施统一的育种措施。
人工控制母畜繁殖周期在畜牧生产实践中，控制母畜发情周期的技术主要采用两种方法：其一，是借助于前列腺素和类似药物来促使黄体提前消散；其二，是通过对妊娠的处理和对幼畜的提前断奶来调节黄体的功能。采用激素药物处理，既可以促进母畜及早达到性成熟的生理状态，也可以使母畜产后提前发情。可以预见，用生物技术生产的各种药物将被广泛应用。控制母畜繁殖周期技术的应用，对家畜育种工作可实现以下的效应：
⑴通过人工控制发情，可以更准确地掌握畜群中母畜的繁殖生理周期，从而实现适时输精，大大地提高了畜群的受胎率。
⑵通过成批母畜的同期发情处理，便于一些畜群遗传改良措施的实施。例如，在较短的时间内，为了对成批的受体牛进行冷冻胚胎移植工作，提前对受体牛进行同期发情是十分必要的。此外，为了实施品种改良计划，在某一地区或某一群体中，对所有母畜集中进行优良品种冷冻精液的输精工作，即所谓“冷配改良”，但此前需要对畜群进行同期发情处理。
⑶一般促进发情的药物处理还可提高母畜的排卵率，尤其对羊和猪来说，在一定程度上，可提高繁殖率，这对肉或毛的生产均是十分有利的。
⑷人工促进母畜性早熟，实现提前配种，在育种上可达到缩短世代间隔加快遗传进展的效应。
⑸产后人工催情可缩短母畜的胎间距，提高种畜的使用效率，进而提高育种效益。
三、胚胎移植与MOET核心群育种体系家畜繁殖技术研究结果表明，通过对种母畜即供体牛实施超数排卵（multiple ovulation）处理，可诱发动物更多的卵母细胞的成熟和排卵，因而可充分利用卵巢中储备的生殖细胞。这种诱发排卵是在母畜黄体期间通过注射促性腺激素和前列腺素来实现的。在完成超数排卵后，即可进行受精、采胚、胚胎检验、胚胎培养与保存，然后将发育正常的胚胎移植到发情适时的受体牛生殖道内，以期实现“借腹怀胎”的目的。在这项繁殖生物技术中，超数排卵是基础，胚胎移植（embryo transfer）是手段。但人们往往习惯于将这两项相互联系的生物技术通称为胚胎移植。
在家畜中应用胚胎移植技术，最早是在奶牛上实现的，且迄今也是应用的最为深入广泛的领域。因为牛可以实现非手术采胚和移植，操作过程较易完成。
1,胚胎移植在家畜育种中可实现的一般效应 与人工受精技术相似，通过使用胚胎移植技术，可以实现常规育种技术难于达到的效应：
⑴使优秀母畜能获得更多的后代，扩大其在畜群遗传改良中的作用，这对于低繁殖力畜种，诸如牛和羊更有意义。
⑵使用胚胎冷冻保存技术，可以用于家畜品种资源保存工作。就保种效果而言，保存胚胎的效果优于精液保存，因为胚胎使保存了完整的基因型，而精液只包含了一半的遗传物质。
⑶通过冷冻胚胎进出口，可实现更有利的种畜遗传物质的跨越国界交换。与冷冻精液相比，通过胚胎使传递种畜全部的遗传物质，而精液只能携带一半的遗传物质。与交换活畜相比，胚胎交换既经济、又几乎没有兽医防疫的风险。
⑷通过冷冻胚胎的传递，可以引进用正常手段难于实现的育种材料。例如，出于育种工作的需要，从那些出于兽医卫生上的原因而封锁的国家，引进急需的育种材料；或必须要导入含有应激敏感基因的优秀品种，而运输活畜又很难实现时，引进胚胎是最好的途径。
⑸在家畜育种种，经常会遇到一些本身遗传素质十分优秀，但因某些繁殖障碍而不能妊娠的母畜。为了尽量地延续它们在育种中的作用，会采用胚胎移植，使其获得后代。
2.奶牛MOET核心群育种体系 如前所述，应用胚胎移植技术可大大提高母牛的繁殖力。因此，在讨论其在育种中应用的策略时，人们往往首先考虑的是，通过胚胎移植扩大高产母牛在群体中的影响。但相应的育种规划研究表明，在一个实施常规AI育种方案的奶牛群体中，若应用胚胎移植技术仅旨在提高优秀母牛的繁殖力时，只能获得提高遗传进展5％～10％的育种成效。这一育种成效的改进，主要是由于种子母牛选择强度的提高所致。而实施胚胎移植技术的成本是很高的，因此，仅以母牛繁殖力或改良母牛育种环境为目的而应用胚胎移植技术策略，实际上是不现实的。
鉴于此，80年代以来，许多育种学家建议，将胚胎移植技术高效率、高强度地应用于一定规模的高产奶牛育种核心群中，通过特定育种方案的实施，在核心群中选育优秀的种公牛和种母牛，而后通过种公牛、精液、胚胎等育种材料的推广，进一步改良整个奶牛群。这个将胚胎移植技术应用于育种中的策略，可以产生很大的育种成效，与其相比，核心群中实施胚胎移植技术的成本是微不足道的。将胚胎移植技术的优势与核心群育种的特点结合为一体，就形成了一个新的育种体系，称之为MOET核心群育种体系。“MOET'’是英文超数排卵和胚胎移植的缩写，它的优势是可以提高母牛的繁殖力，这对低繁殖力的奶牛来说，具有特殊的意义。核心群育种的特点在于，育种措施主要集中在较小的高产牛群中进行，既便于严格地实施育种方案，又可实施一些在一般牛群中难于进行的育种措施，例如，某些特殊性能的测定，如采食量、挤奶性能等等。
奶牛MOET核心群育种体系的主体是建立一个高产奶牛核心群，在核心群中实施胚胎移植技术的目的在于，使供体母牛每年获得一定数量的具有全同胞关系的后代，由此在该育种体系中，不再组织耗时长的公牛后裔测定，而是利用具有全同胞和半同胞遗传关系的母牛性能记录资料，采用特定的统计推断方法，进行核心公牛和核心母牛的遗传评定。由此可缩短核心群的世代间隔，进而加快牛群的遗传进展，提高育种效益。
五、性别控制与胚胎性别鉴定无论是通过X、Y精子分离技术实现受精卵性别控制，还是通过胚胎性别诊断来确定胚胎的性别，都是为了达到人为控制畜群性比例的目的。因此该项技术在家畜育种中的意义是显而易见的：
1)性别控制对于具有限性性状的畜种，如奶牛、蛋鸡、驯鹿等，可以实现获得较多能表现经济性状的母牛、母鸡和雄鹿的愿望。而使性别影响生产性能的畜种，如猪、肉牛、马、肉鸡等能多生产雄性动物，从而提高动物生产的专门化程度和生产效率。
2)对于广泛应用人工授精技术的畜种，公畜需要量有限，则可通过性别控制增加母畜头数，从而提高母畜的选择强度，加快母畜的遗传进展。
(3)在一个杂交育种方案中，还可根据需要在育种方案的不同阶段，灵活地应用性别控制技术。例如，在肉牛杂交育种的开始阶段，通常需要更多的杂种母牛。而在横交固定阶段，则需要选育一定数量的公牛。在肉牛生产群中，需要一定数量的母牛外，需要更多的公牛进行肥育。这些不同阶段的不同，都可以通过性别控制来实现。
(4)经过性别鉴定的胚胎移植，可以广泛地实施一头受体母牛移植两枚胚胎，从而提高繁殖率，因为经过性别鉴定就不会出现异性双胞胎不育现象。
(5)胚胎克隆技术实施前，首先需要进行性别鉴定。
六、克隆技术克隆(c lone)是指用胚胎或机体的某一部分的细胞来完成衍繁后代的过程，因此属无性繁殖范畴。由克隆得到的个体在遗传上是同质的(不考虑细胞质遗传)或基本同质的(考虑细胞质遗传)，因此克隆技术只能实现基因型的复制，而并不能使一个群体的基因库得到进一步创新和扩充。克隆技术对于家畜育种工作乃至动物生产均具有重要意义。对于家畜来说，克隆可通过胚胎分割、卵母细胞中卵裂球细胞核的移植以及体细胞的核移植来实现。以下分别介绍上述3个途径实现的克隆，在家畜育种以及在其他领域中应用的意义。
1．胚胎分割 胚胎分割技术现已日臻成熟，并在牛和羊的胚胎移植中得到应用，它的意义主要体现在以下几个方面：
(1)在常规的胚胎移植中使用胚胎分割，可生产更多的可用胚胎，提高胚胎移植的效率。按照当前的技术水平，如果每次超排获得可用胚胎6枚，按常规胚胎移植最多可获3～4头后代，但经过一次胚胎分割后再移植，则可获6～7头后代，显然对MOET核心群育种体系是十分有利的。
(2)由分割胚胎产生的双胞胎均是同性别的，可确保不会出现不育现象，因此可以节省部分受体牛。
(3)由于分割后的胚胎是遗传同质的，因此是遗传学研究工作难得的试验材料。可以用来更准确地估计遗传参数，还可以用来准确地估计一些重要的遗传效应。例如，经分割的“两分胚”分别移植到不同的母牛体内妊娠，用来分析母体效应对性状表现的作用。
(4)利用同卵双生子的信息进行育种值估计，可提高其估计的准确性。
(5)应用同卵双生子可以实现一些按常规方法难于实现的生产性能测定，例如，对肉用种公牛产肉性能的测定，按常规测定方法只能进行活体估测，其准确性较差。而通过胚胎分割有了遗传同质的同卵双生子，可将其中一头肥育后进行屠宰测定，其测定结果，可准确地反映另一头牛在产肉性能上的种用价值。
2．胚胎细胞克隆 按照技术要点，胚胎克隆是将一个处于8—32细胞阶段胚胎的卵裂细胞核，移植到事先去掉细胞核的卵母细胞中，经过电融合、体外或体内培养，使其发育成一个新的胚胎。如果将一个供体胚胎的卵裂细胞逐一地完成上述核移植过程，则可得到一定数量的胚胎克隆，将这些克隆经过培养，发育到桑椹期或囊胚期的胚胎移植到受体牛体内，则可望获得一组遗传同质的个体。当然原则上对这些胚胎还可进行再克隆，也就是利用通过克隆产生的桑椹胚来获得卵裂细胞，再进行一次新的克隆，将获得规模更大的遗传同质动物组。
尽管胚胎克隆还有许多技术问题有待研究，但可预期在5—10年后，这一技术将达到应用水平。与胚胎干细胞培养、体外受精和胚胎冷冻保存等技术结合，胚胎克隆技术可为家畜育种带来很多应用的可能性，其应用的潜在领域有：
(1)与胚胎分割相比，胚胎克隆可以获得更多的胚胎，进一步提高胚胎移植和MOET核心群育种体系的效率。从理论上讲，一个32细胞期的供体胚胎经过两次克隆，可以生产1 024个胚胎，其优越性不言而喻。即使按照当前尚未完全成熟的技术水平，一次获得6枚可用胚胎的超排处理，通过胚胎克隆后再移植，至少也可获得10—11个后代，与常规的胚胎移植相比，其生物学意义和经济效益已是十分可观的了。
(2)由于通过胚胎克隆可以获得数量很大的遗传同质的同卵多胎个体，因此，其对遗传育种学研究与实践的意义，即遗传参数的估计、育种值的估计、重要遗传效应的研究等，将远大于胚胎分割所带来的效应。
(3)通过胚胎克隆技术的实施，可以在MOET核心群育种体系中，迅速地建立多个具有特定基因组合的纯系，用于品系杂交育种。
(4)将具有优良特性的胚胎克隆家畜迅速地推广到生产中去，从而提高动物生产的总体水平。其技术路线大体是，首先将来自同一供体的大部分克隆胚胎低温冷冻保存起来，仅将其中几个胚胎移植到受体母畜，以期获得克隆动物后代。然后对这些克隆后代进行严格的性能测定，当经验证这些胚胎克隆个体确实表现出良好的生产性能时，再将其他的同源冷冻胚胎推广到生产群中。
3．体细胞克隆 体细胞克隆的技术程序与胚胎细胞克隆基本相同，差别主要在于其核移植的供体不是胚胎卵裂细胞，而是体细胞。体细胞克隆的技术难度远大于胚胎克隆。尽管迄今这项技术获得成功的报道寥寥无几，而且达到应用水平的时间尚难预测，但是动物遗传育种学家们仍十分关注这项技术的进展，并在潜心研究它对未来的家畜遗传育种的发展所产生的效应。由于通过体细胞克隆可以生产已知基因型的复制品，而且核移植所需的细胞核来源不受限制，可来自机体的各个组织。因此，对于动物遗传学研究和家畜育种实践而言，体细胞克隆要比胚胎细胞克隆更具重要意义。目前至少可归纳为以下几个潜在的应用方面：
(1)通过体细胞克隆，并结合其他胚胎生物工程技术，可以建立最佳遗传资源保护模式。首先，对于那些由于种种繁殖障碍导致濒危的物种，通过体细胞克隆实现繁殖与扩群，是保持物种生存的最佳的手段。其次，对于家畜优良品种资源的保存来说，通过体细胞克隆生产胚胎并进行冷冻保存也是最佳保种方案。因为迄今所采用的保种方案均存在着缺点，“小群活体保种”方案既耗费大量的资金，又极易在保种过程中发生基因漂变；“精液冷冻保存”方案仅能保存优良基因型的一半，因而也就很难保存品种资源全部的优良特性；“胚胎冷冻保存”方案虽然保存的是基因型，但都是未经验证的未知基因型，为了尽量不丢失重要生物学特性，只好尽可能扩大保存胚胎的数量。而通过体细胞克隆进行保种，是先对现存种群的遗传结构和性能表现进行科学分析后，仅对其中最具代表性的典型个体进行克隆和保存，因此这种保种方案最为可靠、灵活、经济。再次，对于正在使用的家畜优秀品种来说，畜群中经常会出现一些出类拔萃的个体，即优秀的基因型。按照常规的育种工作程序，一经确认优秀基因型，即刻采取有力措施，使其得到充分利用。但在利用的过程中，这些基因型将分离、减半并逐渐消失，然后再去通过各种育种方法寻找或创造新的优秀基因型。如果能将来自不同世代优秀个体的基因型，通过体细胞克隆以冷冻胚胎的方式保存起来，建立一个名副其实的“基因型库”。这样既便于创造新的优秀基因型，又可以保护优良品种的遗传多样性。
(2)体细胞克隆技术对动物生产也有特殊意义，一方面通过体细胞克隆，最大限度地增加高产优秀个体在生产群中“复制品”的数量，提高畜群的总体生产水平，另一方面通过体细胞克隆建立的遗传同质群体，对饲养管理条件要求一致，便于标准化生产，充分发挥其遗传潜力。根据遗传学理论，在家畜生产性状表达过程中，或多或少地受到基因型与环境互作效应的影响，使其遗传潜力不能完全表达。当前的工厂化饲养方式，虽然尽可能地创造理想、一致的饲养管理条件，但由于家畜个体基因型不一致，总是有部分个体因基因型与环境的互作效应，而影响正常性能的发挥。因此，通过对一般个体的体细胞克隆，建立一个遗传同质的畜群，可以提高10％～15％的生产效率。
(3)通过体细胞克隆获得的遗传同质动物，是比胚胎克隆更好的遗传学研究材料。除了可以用于准确估计群体遗传参数、预测个体育种值和研究一些重要的遗传效应以外，还可用于估测群体的遗传进展。目前多采用数量遗传学方法推测群体的遗传进展，但其结果与实际实现值符合程度较差。如果按照应用体细胞克隆的试验设计，将一组体细胞克隆生产的胚胎分为两部分，其中一部分先冷冻保存待用；另一部分胚胎直接移植到受体。对直接移植获得的克隆动物按照特定的育种方案进行几个世代的选育后，再将冷冻保存的胚胎取出进行移植。将冷冻保存胚胎移植获得的动物与直接移植获得的动物经过几世代选育后的后代同时饲养在同一环境条件下。由于两组动物的初始遗传基础是相同的，只是实施的育种措施不同，因此通过两组动物在各生产性状上的差异，就可精确地计算出该群体的遗传进展。
(4)通过体细胞克隆生产的遗传同质动物，是其他学科领域，如动物营养学、基础医学、药物学等，最好的试验材料。
(5)体细胞克隆技术也为发展其他生物技术提供了最佳手段。例如，在转基因动物研究中遇到的难题之一就是繁殖接代问题，转基因动物常出现不育，也常在世代衍繁过程中将转移进去的基因丢失。而体细胞克隆是无性繁殖过程，它可以避免有性繁殖中，转基因动物在配子形成与异性配子结合时可能出现的错误。
七、转基因动物
转基因动物是指将体外重组DNA移植到胚胎细胞中，发育成动物个体，并以可遗传的方式载有被转移的基因。生产转基因动物的目的是，通过基因转移使受体的生理特征受到影响或产生新的功能。当移植的重组DNA整合到受体的基因组中，并高效表达，即能产生受体原来不出现的、或虽然出现但在质上和量上均较低的基因产物，通常为蛋白质。
由于转基因动物具有新的生物学功能，因此始终是人们最为关注的生物技术，并对其应用前景给予了很高的期望。但是近十几年来的研究实践表明，转基因动物的利用需要特定的条件。被转移的基因一般仅在一条染色体位点上稳定地整合，即对双倍体个体来说，在一个位点的两个等位基因中只有一个是转入的基因，故称此类动物为半合子转基因动物。只有将两个半合子动物成功地交配，才有可能得到纯合子转基因动物。而且还要考虑到，在将一个外源基因整合到一个位点时，如果这个位点本身是对于胚胎发育或机体功能十分重要的，由于外源基因的介入，转基因动物将部分或全部失去原来的功能，于是或得不到纯合子转基因动物，或得到的是有遗传缺陷的纯合子。此外，由于外源基因导人，还可能引起基因组的其他位置上产生突变，甚至带来有害的功能。根据遗传学原理，可用于育种的动物至少应是P3代的检测后的转基因动物，这对于猪来说，大约要10年的时间。除了需要较长的试验周期外，转基因整合和表达本来效率就很低，而且转基因动物的遗传很不稳定，因此，转基因动物的研制，仍需进行大量的基础性研究，并发展一些新的技术。
转基因动物所载有的转基因一般应具有重要的经济意义。例如，通常将可用于制药的蛋白质编码基因移植到羊或牛中，以期获得能在乳腺高效表达的“生物反应器”，再通过快速繁殖，得到足够数量的动物，用它们大量生产人们期望的高价值生物制品。通过生物反应器生产的大多是需要量较少的药物产品，因此只需要少量的转基因个体就足够了。但如果为了获得一个新品种或品系的话，例如，生长速度高的“超级猪”品系，或能生产“人体化奶”的奶牛品系，则需要很多的功能稳定并能正常繁殖和遗传的转基因动物。
转基因动物的出现打破了进化论、遗传学和育种学的现有理论体系，是对生物学科的重大突破。但其昂贵的研究成本和迄今为止极低的成功率，使许多国家降低了对其支持的强度。特别是目前世界各国对动物育种产品均没有、也很难有专利保护措施，所以许多国家的学者认为，发展昂贵的转基因动物品系或品种是不值得的。
尽管如此，我们还是有必要列举一些例证，用来说明转基因技术在改变动 物的性状或产生新的性状，从而提高转基因品系的价值，以及提高畜产品的数量和质量方面的意义：
(1)转基因动物可大大改进生长速度、饲料报酬、产奶量等生产性能。例如，通过移植生长激素基因或生长激素释放因子基因，可使猪、兔和绵羊的生长速度得到提高。
(2)通过转基因可实现抗病育种。例如，外源Mx-基因在猪体内的表达，可增强猪抗流感病毒的能力。导人乳铁蛋白基因的转基因奶牛，具有很强的乳房炎抗病力。 ·
(3)通过转基因可使动物产生新的代谢途径，从而提高其生产性能。例如，具有外源半胱胺酸生物合成基因的转基因羊，其生长速度得到大幅度提高。
(4)通过转基因还可改进动物产品的质量。例如，－乳球蛋白在奶牛和奶山羊中的表达，可改变乳蛋白的构成，从而提高奶的质量和价值。再如，一种调控蛋白结构基因的导入，可以改变羊或蚕支持蛋白的合成，进而改变羊毛或丝的成分，提高其质量。
(5)通过转基因技术，可使奶牛或奶山羊获得在乳腺中生产对合成药物有重要意义的肽和蛋白质的新功能，即乳腺生物反应器。目前研制生物反应器的主要目的基因有：人类凝血因子、抗胰蛋白酶、胰岛素、人体白蛋白、干扰素等等。
(6)通过转基因可建立毒理试验的动物模型。如生产对致癌物质、诱变剂和毒物敏感的转基因动物，从而有助于对环境中的危险因素的认识。
(7)转基因动物在人类医学研究中也有广阔的应用。例如，通过研究制备用于人类脏器移植的转基因猪。通过转基因还可为胃肠癌的研究和治疗提供动物模型系统。
在阐述转基因动物应用的意义时，我们必须负责任地指出，转基因动物可能带来的负面效应。最主要的危险来自于由外源基因整合、运用载体DNA和基因表达所带来的副作用。这些副作用包括诱发基因组多个位置上的突变，转基因整合后造成某些染色体基因的失活、致癌基因的激活。例如，在应用反转录病毒作载体时以及转基因的非生理性表达等。尤其值得注意的是，在转基因动物体内的激素超常分泌作用，例如，人类的生长激素基因在鼠中的表达，可引起鼠的生长速度提高，乳腺发育提前，母鼠繁殖力降低甚至不育等副效应。
第三节 分子遗传标记在家畜育种中的应用
近20年来，尤其是近10年来，分子遗传学和分子生物技术有了突飞猛进的发展，主要表现在：①大量DNA水平上的分子遗传标记及其检测技术；②DNA序列测定技术；③转基因技术；④核移植(体细胞克隆)技术。这种发展正在或将要对家畜育种产生巨大影响，尤其是大量的分子标记，为我们研究动物的基因组提供了非常好的信息，这些信息可用于：①QTL的检测；②标记辅助选择；③标记辅助基因导人；④标记辅助杂种优势利用；⑤标记辅助遗传资源保存；⑥研究品种起源与发展；⑦亲子鉴定………等。其中的前两项，即QTL检测和标记辅助选择是目前在家畜育种中研究得最多的内容，也是在近期内最可能在家畜育种中得到广泛应用的研究项目，下面将对这两方面的研究作一简要概述，在此之前先简要介绍分子遗传标记的基本知识。
一、分子遗传标记及其连锁图谱
(一)分子遗传标记 遗传标记(以下简称标记)是指那些可准确鉴别的能反映个体特异性的遗传特征。理想的标记应具备以下条件：①高度多态，多态是指标记在群体中有多种基因型存在，多态程度越高，个体之间在标记上就越能表现出差异，所提供的信息也就越多。②数量多，而且均匀地覆盖整个基因组。③对它的测定不受年龄、性别、环境等因素的限制。④共显性，能够准确判别所有可能的基因型。
传统的标记主要有形态学标记、细胞学标记和生化(蛋白)标记。形态学标记主要指一些具有鲜明外部特征的质量性状，并可通过表型来推断其基因型，如毛色、有无犄角等；细胞学标记是指染色体形态、数目和结构的变异，用具有异常染色体的个体与具有正常染色体的个体杂交或用染色体替换等手段，可对一些基因进行定位；生化标记是在血液或乳中的蛋白质(包括酶)的多态性，这种多态性可通过免疫反应或电泳技术反映出来，并由此判定其基因型，如血型抗原、血液蛋白、乳蛋白、同工酶等。这些传统标记的主要缺陷是多态性和数量都很有限(虽然生化标记要比前两种标记强得多)。
当我们比较同一物种的两个个体的染色体上的碱基序列时，可发现它们的大多数的碱基对是相同的。据估计，在人类大约平均每1 000个碱基对才有1个会出现差异，但没有两个个体的碱基序列是完全相同的，在某些位点(site)上，不同个体之间的DNA序列会出现差异，这些位点就可用作遗传标记，称：为分子标记或DNA标记。当这种DNA差异出现在一个基因之内，并且会影响该基因的功能，进而影响性状的表型时，称这类标记为I型标记，但大部分分子标记都与基因功能无关，称为II类标记。目前已应用的主要的分子标记类型有：
1．RFLP 限制性酶切片段长度多态性，是指用限制性内切酶酶切不同个体的基因组DNA后，所得的含有同源序列的酶切片段在长度上所存在的差异。差异的产生是由于DNA序列中个别碱基的变异而造成某个限制性内切酶酶切位点的产生或丢失。这是最早开发的DNA标记，但它只有两个等位基因(即酶切位点的有或无)，多态性不是很高，而且测定的方法比较复杂，成本较高，近年来已较少使用。
2．AFLP 扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymor—phism)，是指通过特定引物和DNA多聚酶链式反应(polymerase chain rexstction，PCR)复制并扩增不同个体基因组DNA模板后，所得扩增片段在长度上的差异。造成这种差异的原因是，由于不同个体的DNA序列存在差异，在复制特定的DNA序列时所需的引物也可能不相同，同一引物可诱导某一个体的DNA片段得以复制，而在另一个体中就可能不能诱导。测定AFLP标记的方法较RFLP简单，但需要设计和合成特定的引物。AFLP标记可能是共显性的，也可能是显性的(即不能区分纯合子和杂合子)。
3．RAPD 随机扩增多态性DNA(randomly amplified polymorphic DNA)，这也是基于PCR技术的分子标记，与AFLP不同之处在于用于扩增多态性DNA的引物不是特定的而是随机的，它是用随机序列组成的寡核苷酸作为引物，通过专门的PCR反应扩增所获得的长度不同的多态性DNA片段。由于不需特定引物，测定RAPD标记比AFLP更简单，其缺陷是受测定条件的影响较大，重复性差，而且绝大部分RAPD标记都是显性标记。
4．VNTR 可变数目串状重复(variable number tandem repeat)，在真核生物的基因组中，存在许多串状重复序列，例如CACACA……或GTGTGT'…—。由于重复单位的重复次数在个体间有很大差异，因而可作为一种遗传标记，而不同的重复次数就构成了不同的等位基因。在这种重复序列中所包含的重复单位可大可小，按重复单位的大小，可分为微卫星标记(microsatelite)和小卫星标记(minisatelite)。微卫星标记的重复单位只有1—6个碱基对，故也称为简单序列重复(simple sequence repeat，SSR)；小卫星标记的重复单位有6个以上的碱基对。对微卫星DNA的多态可根据其两端的序列设计特异的引物，再通过PCR扩增来加已鉴别。对小卫星DNA的多态性鉴别可用重复单位的同源序列作为特异性探针进行RFLP分析。
5．SNPs单核苷酸多态(single nudeotide polymorphisms)，这是指在单个。核甘酸上的突变所引起的多态，它也只有两个等位基因，虽然在单个SNP上的多态性不高，但在基因组中SNP的数量很大。例如，在人类每个核甘酸发生突变的概率为10-6左右，人类基因组大约含有30亿个碱基，因而平均每1 000个碱基就会有一个以上的SNP标记。测定SNP的方法有多种，但最近发展起来的DNA芯片技术可用于快速大规模的SNP测定。
二、数量性状基因座位家畜育种学的理论基础是数量遗传学，传统的数量遗传学是建立在微效多基因假说基础之上的。根据这个假说，数量性状的变异是由很多基因的共同作用所引起的，由于基因的数目很多，而每个基因的作用一般都较小，再加上环境因素的干扰，我们不能对每个基因单独地进行分析，而只能将所有的基因作为一个整体来考虑。这种假说在长期的育种实践中为动植物的遗传改良作出了重要贡献。但不可否认的是，这种假说并没有完全揭示数量性状的遗传本质。自20世纪70年代以来，人们在经过长期选择的群体中陆续发现了一些对数量性状有明显作用的仍然处于分离状态的单个基因。例如，影响鸡的体型大小的矮小(dwarf)基因(Meratand Ricard，1974)，影响猪的瘦肉率和肉质的氟烷(Halothane)基因(Smithand Bampton，1977；Webb et al．1982)，影响肉牛的肌肉丰满程度的双肌(double mucsling)基因(Rollinseco et al．1972)，影响羊的产羔数的Booroola基因(Piperand Bindon，1982)。人们将这些基因称为主效基因(majorgene)。在这里主效是相对于微效而言的，也就是说它们并不能决定数量性状的所有变异。一般认为如果一个基因的效应(两种纯合基因型的基因型值之差)达到0．5—1．0表型标准差时，可将其看做主效基因。这些基因的发现大多是偶然的，但它们的发现使得人们对数量性状的遗传机制有了新的认识，可以想像在其他数量性状中也完全可能存在类似的主效基因，如何主动地去发掘这些基因就成为数量遗传学和家畜育种学的新的研究课题。在80年代中期以前，人们主要借助一些统计学方法来检测主效基因，例如，多众数分布(multimodal distribution)检验法，非正态分布(non-normal distribution)检验法，杂合方差(heterogeneity Of variance)检验法，亲子相似性(off-spring-parent resemblance)检验法，复合分离分析(complex segregation analy—sis)法。遗憾的是这些方法的检测效率都较低，而且一般只能检测出是否有主效基因存在，而不能告诉我们主效基因在染色体上的位置。分子遗传标记的出现，使我们可以真正从DNA水平上对影响数量性状的单个基因或染色体片段进行分析，人们将这些单个的基因或染色体片段称为数量性状基因座(quanti—tative trait loci，QTL)。从广义上说，数量性状基因座是所有影响数量性状的基因座(不论效应大小)，但通常人们只将那些可被检测出的、通常有较大效应的基因或染色体片段称为QTL，而将那些不能检测出的基因仍当作微效多基因来对待。当一个QTL就是一个单个基因时，它就是主效基因。显然，如果我们能对影响数量性状的各单个基因都有很清楚的了解，我们对数量性状的选择就会更加有效，同时我们还可利用基因克隆和转基因等分子生物技术来对群体进行遗传改良。
目前借助分子生物学技术进行Q丁L检测的方法主要有两类，一类是标记—QTL连锁分析(marker-QTL Llinkage analysis)，也称为基因组扫描(genome scanning)；另一类是候选基因分析．(candidate gene approach)。
习题十三
1．领会生物技术的概念以及动物生物技术的主要领域。
2．从育种学的角度深入分析胚胎生物工程技术在动物育种中应用的主要途径。
