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动物胚胎工程的研究进展及在畜牧业中的应用摘要：动物胚胎工程是用人工方法对动物卵母细胞或胚胎进行改造的技术。胚胎工程技术研究的目的，是对哺乳动物的胚胎在体外进行人为控制操作，让其继续发育，进而获得优良或珍稀动物个体，并应用这类技术进行基础研究和应用开发性研究。近年来动物胚胎程技术发展迅速，并逐步在畜牧业中推广运用，显示出良好的应用前景。关键词：胚胎工程；进展；胚胎移植；动物克隆；胚胎干细胞动物胚胎工程是用人工方法对动物卵母细胞或胚胎进行改造的技术，包含胚胎移植、排卵控制、胚胎冷冻保存、体外受精与显微受精、胚胎分割、胚胎性别鉴定、胚胎冷冻保存、动物克隆和转基因动物等内容[1]。目前，胚胎工程已在遗传学、医学、发育生物学、动物育种学上得到广泛应用。将动物胚胎工程技术应用于畜牧业生产，取得了巨大的经济效益与社会效益。一、动物胚胎工程技术的研究进展1、胚胎移植胚胎移植是胚胎工程的一项极其重要的基本技术，采用任何新技术所产生的胚胎，都必须通过胚胎移植才能得到后代。科学家首先成功移植了兔胚胎，随后小鼠、大鼠及多种哺乳动物的胚胎移植试验相继获得了成功。胚胎移植技术已被证实是奶牛繁育的一次重大变革，极大提高了优秀母牛的利用率，有利于产生更多优秀后备母牛和更多优质种公牛。在现场条件下，奶牛的鲜胚移植妊娠率已达到60%～85%，冻胚移植妊娠率达50%～70%。胚胎移植已在我国高技术研究和有关学科的基础研究中得到广泛的应用[2]。2、排卵控制排卵控制涉及排卵时间控制和排卵数量控制。控制排卵时间的目的是得到特定发育阶段的卵母细胞，如做微注射转基因使用的原核胚。排卵数量的控制又称为超数排卵[3]，是为了获得更多的卵子。目前在控制排卵中常用的激素有FSH、LH、PMSG、HCG和PGF2a及类似物。在正常情况下，哺乳动物一次排卵数极其有限。经超数排卵处理，排卵数则可增加数倍至10余倍。因此，在生产上或科学试验中，通过超数排卵处理可获得大量胚胎[4]。3、胚胎冷冻保存配子与胚胎的冷冻保存即是在超低温状态下贮存精子、卵子或胚胎而不丧失其活力。胚胎冷冻保存分短期低温和长期储备保存。短期低温保存时间不能太长，主要原因是在短期保存的温度条件下，细胞内成分特别是酶不稳定，但其优点是不需要经受冻—融的复杂过程。长期储备保存打破了时间和空间的限制，可随时随地移植，便于地区和国际间的品种资源交流[5]。冷冻保存的胚胎应等待受体动物生殖系统的生理状态处于与胚龄同期化时移植，以提高胚胎移植成功率。卵母细胞的冷冻保存可为体外受精、核移植、基因转移等生物技术提供充足的材料，同时也可为动物的资源保存提供可能。哺乳动物胚胎保存时间长短与保存温度有很大关系，有人用液氮保存819d的山羊胚胎，移植受体的妊娠率仍有25%。液氮保存15年的绵羊冷冻精液，解冻后输精的受胎率也可达46%[6]。4、动物克隆动物克隆即无性繁殖，是指用人工方法，取出核供体(胚胎细胞或体细胞)和核受体(去核的原核胚或成熟的卵母细胞)，进行体外重构，体外培养、胚胎移植，扩增同基因型动物。继1987年胚胎细胞核移植成功后，已重复克隆牛达6个世代，已产生第3代克隆牛，并创造由一枚胚胎克隆得到190枚克隆胚胎的记录。1997年第一例胚胎克隆绵羊——“多利”羊诞生轰动了世界，它的深远意义是体细胞克隆成功。我国也相继研制成功克隆羊，并繁殖了后代。动物克隆技术突破了传统的有性繁殖理论，该技术的应用可避免有性繁殖带来的遗传核漂变，完整地、原样地复制后代，对遗传资源的保护、优良个体的扩群具有特殊意义[7.8]。5、胚胎干细胞胚胎干细胞(ES细胞)是从附着前早期胚胎内细胞团(ICM)或附着后胚胎原始生殖细胞(PGCs)分离克隆出来的一种具无限增殖能力和全能分化能力的干细胞。ES细胞既像培养的一般细胞那样，可扩增、遗传操作选择和冻存且不失其全能性；又类似于胚胎细胞，含有正常的二倍体核型，具有发育的全能性和多能性[9]。体外培养的ES细胞并不完全等同于胚胎的内细胞团细胞，体外培养条件的改变都能影响ES细胞的分化潜能，它可以分化成多种组织细胞，但不能分化成所有组织并最终发育成个体。目前真正能从早期胚胎的内细胞团中分离并建立ES细胞株的脊椎动物仅有小鼠和人。另外，小鼠8.5日龄胚的原始生殖细胞(PGCs)在饲养细胞上，当有干细胞因子(SCF)、白血病抑制因子(LIF)和碱性纤维母细胞生长因子(bFGF)存在时，能够得到在体外传代并保持其未分化状态的细胞株。这种细胞叫胚胎生殖细胞(EGcells)。EG细胞不仅在形态上，而且当注入到囊胚中去或在体外诱导分化时具有与ES细胞类似的性质。因而在广义上这两种细胞都称为胚胎干细胞[10]。ES细胞在生命科学的各个领域都有着重要而深远的影响，尤其在克隆动物、转基因动物生产、发育生物学、药物的发现、筛选、动物和人类疾病模型、细胞组织和器官的修复和移植治疗、组织工程上有着极其诱人的应用前景[11]。6、转基因动物转基因技术的简单含义是将动物本身没有的基因整合到动物的基因组中，定向改造动物的遗传特征。其具体步骤是将外源基因转移到动物的受精卵中，形成新的融合基因，在体内整合和表达，产生新遗传特性的动物。转基因技术操作方法最常用、成功率较高的是显微注射法。除此之外,还有反转录病毒感染法、胚胎干细胞介导法、染色体片段注射法、电转移法等[12]。2009年末，我国西北农林科技大学教授张涌历时10年用体细胞克隆的方法成功得到了世界首例转人防御素基因克隆奶牛。转基因克隆奶牛的成功降生，将对我国的畜牧业发展产生重大影响。7、胚胎性别鉴定家畜的性别与其生产性能密切相关，如奶牛生产。通过对胚胎进行有效的性别控制，可大大降低繁殖成本，提高繁殖生产性能。性别控制主要分两个方面：一是精子分离；二是胚胎性别鉴定[13]。胚胎性别鉴定技术是通过分子生物学的方法识别胚胎性别，有效控制性别比例，从而提高畜禽生产力。一般有细胞遗传学分析，X-染色体关联酶测定，胚胎发育速度的差异分析，雄性特性抗原探测，Y-染色体特异性DNA探针等。使用DNA扩增技术，特别是聚合酶链式反应(PCR)技术的发展，准确率有显著提高。如利用Y染色体特异性DNA引物通过PCR技术对奶牛早期的胚胎进行胚胎性别鉴定，准确率达94%～100%。胚胎性别控制的成功，极大的增强了胚胎移植的目的性。这种随人意愿的性别鉴定技术用于动物育种和畜牧生产的意义是目前无法估计的[14]。二、动物胚胎工程在畜牧业中的应用1、有利于低产黄牛良种化我国有成千上万头黄牛，但大部分生产性能很低，基本出路在于使低产黄牛良种化。人工授精技术虽然简便易行，易于推广，但改良的世代间隔过长，按常规杂交法育成优良种牛需15~20年，采用胚胎生物技术则可大大缩短时间。2、用于发展肉牛的繁殖潜力近年来，随着人们膳食结构的改善与提高，肉牛业迅速发展。据测定，在国内培育一头种公牛到1.5岁的成本约为2万元，而直接从国外引进一头活牛需5万元左右。而我国的体外受精技术已达到实用化的水平，即采用屠宰母牛卵巢分离卵母细胞，体外培养成熟、体外受精、体外发育至桑椹胚和囊胚，经冷冻保存、解冻后用非手术移植生产“试管牛”。且国内已从国外引进利木赞、安格斯、瑞士褐牛等肉用型品种肉牛或胚胎，已有胚胎或冻精出售，省去了从国外直接引进活种畜可能带来的疾病传播及昂贵的投入。如果将动物胚胎工程技术用于扩大良种肉牛的繁殖潜力，具有良好的前景。3、进一步提高奶牛的良种覆盖率国外胚胎移植技术已应用于奶牛生产。我国胚胎移植的研究也主要是奶牛。特别是奶牛胚胎移植到奶牛子宫一年便可获得纯种奶牛。因此采用胚胎移植技术是大幅度提高良种奶牛数量的重要措施[15]。动物胚胎工程技术作为近代开展的生物技术研究，其基础理论还十分薄弱，目前仍然以实验室研究为主，离全面应用于生产还有漫长的路要走。21世纪胚胎生物工程技术领域将是最活跃、最具有实践应用价值的内容之一，将是给人类的医药卫生、家畜改良等领域带来革命性的变化，特别是在药物生产和供人类移植所用器官的生产等方面，其经济效益和社会效益是难以估量的。主要参考文献[1]范必勤.1994.实验动物胚胎工程研究进展.上海实验动物科学,14(2):111~116[2]况花荣，陈同强，刘波兰.2010.体外受精—胚胎移植技术及其进展.科技信息,17(21):555[3]王新蕾，邵义祥，王鹏.2007.动物超数排卵技术研究进展.实验动物与比较医学，27(4):280~284[4]牛华锋，张振仓，张君慧.2005.动物胚胎工程技术研究进展.畜牧兽医杂志,24(6):24~26[5]周丽颖，王树玉.2009.胚胎冷冻技术进展.中国优生与遗传杂志,17(5):14~16[6]史洪才.家畜胚胎冷冻的研究进展〔J〕草食家畜,1999,(1):31~34.[7]段诚中.畜牧高新技术的研究与应用[J].四川畜牧兽医,2004,31(2):14-16.[8]盛鹏程，苗向阳，朱瑞良.2010.哺乳动物克隆的现状和研究进展.科技导报,28(13):105~110[9]安立龙等.利用动物胚胎干细胞生产转基因动物研究进展〔J〕1黄牛杂志,2012(6):28~32.[10]华进联，窦忠英，雷安民等.2009.胚胎干细胞生物学特性及其应用前景.生物技术通报,17(1):6~10[11]于天飞,徐兴军,杨晓杰等.2011.动物胚胎工程研究进展.生物学通报，36（8）：2~4[12]李想，逍遥，张鑫.2009.转基因动物研究进展.中国奶牛,27(12):25~30[13]兰宗宝.2010.胚胎水平上动物性别控制的研究进展.广西畜牧兽医,26(2):122~124[14]郑江霞，刘永华.2004.奶牛胚胎性别鉴别技术在生产中应用的几个要点.中国乳业,11(8):32~33[15]贾福德,李喜明.胚胎工程技术在日本养牛业中应用现状[J].中国奶牛,2005(6):37-38.