现代生物技术在动物育种中的应用

《现代生物技术在动物育种中的应用》

工业工程

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许凡

现代生物技术在动物育种中的应用

摘要：生物技术包括基因技术(DNA重组技术)、细胞工程(杂交瘤技术、细胞组织培养和体细胞杂交技术)、酶工程和微生物工程(发酵工业)4个分支领域。本文介绍了转基因技术、胚胎工程技术、动物克隆技术以及分子生物技术等现代生物技术在动物育种中的应用，并讨论了现代生物技术目前存在的问题以及今后的发展前景。

关键词：转基因技术；胚胎工程技术；动物克隆技术；分子生物技术；动物育种

正文

现代生物技术也称生物工程是在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物。现代生物技术综合基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、有机化学、无机化学、物理化学、物理学、信息学及计算机科学等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。随着基因组计划的成功，在系统生物学的基础上发展了合成生物学与系统生物工程学，开发生物资源，涉及农业生物技术、环境生物技术、工业生物技术、医药生物技术与海洋生物技术，乃至空间生物技术等领域，将在21世纪开发细胞制药厂、细胞计算机、生物太阳能技术等发挥关键作用。

现代生物技术在农业育种上的应用主要有：作物组织培养技术、体细胞杂交技术、农作物人工种子、转基因育种技术、分子标记育种技术等。农作物组织培养技术主要用于品种培育和良种繁育，其次用于无性繁殖作物的脱毒和快速繁育以及种质资源的保存；体细胞杂交可以创造出更有经济价值或更广泛适应性的作物新品种；人工种子可对一些自然条件下不结实或种子昂贵的作物进行繁殖，缩短育种年限，并可人为控制作物生长发育和抗性，防止种性退化；转基因育种是对农作物进行基因转移，使其获得新的优良品性，培育出具有抗寒、抗旱、抗盐、抗病虫害等抗逆特性及品质优良的作物新品系；分子标记辅助育种技术是利用与目的性状基因紧密连锁的的分子标记，鉴定和筛选具有目的性状的种质资源和育种后代，或分析和评价种质资源、亲本之间的亲缘关系的一种方法，与传统育种依表现型进行选择相比，该项技术具有选择效率高，结果准确等特点，特别是对隐性基因控制的性状选择更为有效。

现代生物技术在棉花育种中已经广泛应用。细胞工程中,通过胚珠培养、体

细胞培养等技术获得了一些新种质材料;基因工程方面,随着农杆菌介导法、基因枪轰击法及花粉管通道法等技术的突破,在棉花抗病虫害和及抗除草剂等方面的育种获得成功,相应的新品种已开始了商业化生产。我国棉花生物技术在抗棉铃虫等方面达到世界领先水平,其他方面尚有差距。

现代生物技术中的单倍体育种技术、基因工程育种、分子标记辅助育种等生物技术手段与常规育种技术的有机结合提高了玉米育种的效率,开辟了玉米育种的新途径。利用单倍体育种技术选育自交系已经成为自交系选育的重要手段、利用分子标记划分玉米杂种优势群和杂种优势模式已经得到了大家的认可并在育种实践中加以应用,转基因玉米已经逐步从实验室走向田间,并将很快实现产业化。而高成本、掌握难、重复性和通用性差等问题仍然制约着生物技术在玉米育种中应用。

转基因技术

转基因技术就是将外源基因转移到动物受精卵内组成一个新的融合基因，使其在动物体内整合和表达，产生具有新的遗传特性的动物。采用的步骤一般为：第一，外源基因的选择；第二，外源基因在宿主细胞染色体上的整合；第三，外源导入基因在宿主体内的表达；第四，对转基因动物的处理。主要方法有：第一，DNA显微注射法；第二，反转录病毒感染法；第三，胚胎干细胞(ES)介导法；第四，精子载体法；第五染色体片断注射法；第六，电转移法。其中DNA显微注射法是目前最成功的方法。

1抗病育种

利用DNA重组技术，在体外构建出编码着人们期望的有疾病抗性的嵌合基因，导入受精卵，使之在染色体上正确整合，在组织细胞中适当表达，培养出具有期望性状表型的转基因动物新品系。目前在抗病育种方面已取得了很大成就。1989年，美国生物学家用重组ALV病毒作载体，将有抗A型白血病肉瘤显示基因的外源片段导入机体内，获得了抗ALV鸡的新品系；我国工程院院士殷震等将抗病毒基因导入猪，获得抗猪瘟个体；美国研究将抗冻蛋白基因导入鲑鱼也获得表达。另外，抗口蹄疫病毒的转基因兔、抗白血病毒的转基因鸡和小鼠、抗伪狂犬病毒的转基因鼠也先后构建成功.

2生产性能的改艮

通过转基因给畜禽引入新的代谢途径，或通过转基因的产物调整动物的生长发育，改良动物的生产性能。对于奶牛产奶来说，目前转基因的主要途径是改变乳的主要成分、提高产乳量和生长速度。如牛奶中奶酪的产量与牛奶中K酪蛋白的含量直接相关，转入一个超量表达的K酪蛋白基因能够增加酪蛋白产量；在猪上，美国伊利诺斯大学研究出一种带牛生长激素的转基因猪，这种猪生长快、体大、饲料利用率高，可给养猪业带来丰厚的经济效益。[3]

此外，澳大利亚培育的转基因猪瘦肉率达75％，日增重920g；转基因山羊羊毛增产5％；转基因大马哈鱼生长速度提高11-37倍。

3生产医药制剂的基因工程

转基因动物可用来制备基因产品，此种生物叫做生物反应器。利用猪作为生物反应器已成功获得人血红蛋白，经检测发现，它与天然的人的血红蛋白性质完全相同。

由此可见，在不远的将来，人们就可以用转基因动物生产血红蛋白来辅助输血；英国苏格兰罗斯林研究院科学家在世界上首次培育出两头带有人类基因的克隆羊“莫利”和“波利”，从它们的奶中廉价地获得了大量药物或其他化合物。

胚胎工程技术

胚胎工程技术包括鲜胚和冻胚移植、胚胎分割、胚胎冷冻、体外受精、胚胎干细胞培养、分离与克隆等技术胚胎移植也称受精卵移植或简称卵移植．即将头良种母畜配种后的早期胚胎，移植到另一头同种的生理状态相同的母畜体内，使之发育成为新个体。

胚胎工程技术的产生已成为畜牧业发展的第二次革命，它以诸多优点受到世界的广泛重视。胚胎移植和胚胎冷冻技术相结合，使世界范围内的家畜良种引进过程大为简单易行，已成为国际间良种引进的主要方式。采用人工受精、胚胎体外生产、胚胎冷冻、胚胎移植等技术建立精液库、胚胎库，可大大提高纯种繁育和杂交改良的效率，短时间内增加优良品种的数量，充分发挥良种的遗传潜力和种质特性，从而降低生产成本，提高产品质量，增加市场份额。迄今为止，利用胚胎分割技术已成功获得了小鼠、山羊、绵羊、牛、马和猪的同卵双生后代，还获得了同卵三生牛和同卵双生绵羊后代；采用核移植技术获得了小鼠、绵羊、家兔、猪和山羊的克隆后代，山羊胚胎细胞核移植胚的再克隆也已成功。

克隆动物技术

所谓克隆就是无性繁殖，克隆动物就是不经过受精过程而获得新个体的方法，采用的具体操作方法是利用卵细胞和另一动物体细胞转核法，其操作步骤大体为：①取出卵细胞或受精卵的细胞核；②用微注射法注人另一动物体细胞的细胞核；

③将转核细胞置人子宫发育成熟

传统的动物育种方法是选优劣汰，以选择效应的世代积累实现动物群体的遗传改良。这种方法费时、费力、效率低，育成一个品种一般需几代到几十代。动物克隆技术避免了优良基因组合在有性繁殖过程中的分离和漂变，把核移植、ES 细胞培养与MOET育种等现代生物技术相结合，就能迅速提高优良基因及其组合在群体中的频率，扩大优良母畜的遗传贡献，从而大大加快育种进程，提高育种效率。

存在的问题与不足

现代生物技术虽然已显示出其旺盛的生命力，但其相关技术还很不完善，主要原因是相关基础理论研究十分薄弱。如体外成熟、体外受精及体外培养系统很不完善，细胞核的分离和卵母细胞的去核水平也需提高，转基因的整合机制与基因组重新编程机制尚不清楚，各种分子遗传标记在应用过程中也不够完美。因此，目前该项技术仍以实验室研究为主，要进入实用化阶段尚有漫长的路要走。发展前景

随着科技的快速发展，研究的不断深入，现代生物技术会不断完善和成熟。因此，在2l世纪以现代生物技术为核心的分子育种将成为动物育种的总趋势。

可以预见，采用这些现代生物技术育种，必将使选种的准确性更高，育种速度加快，经济性状的生产性能进一步提高，家畜的经济用途更为宽广，在畜牧业发展上作出不可估量的贡献，造福于人类。

参考文献

[1]杨章平等转基因动物研究进展[J]．畜牧与兽医，2001，33(6)：34

[2]杨凌等转基因动物研究进展[J]．畜牧与兽医，1998．30(4)：182

[3]田志华等家畜分子畜种研究进展[J]．黄牛杂志，2001，27(1)：10

[4]钱建飞等．基因工程技术在畜牧兽医上的应用及展望[J]畜牧与兽医，1999，31(I)：42

[5]阵宏现代生物技术与动物育种(J]．黄牛杂志，2000，26(41)：l—5