中国肉牛繁殖技术的演变

陈 宏，张博文，周 扬，黄永震（西北农林科技大学动物科技学院，陕西省农业分子生物学重点实验室，陕西杨凌712100）

论 坛

中国肉牛繁殖技术的演变

陈 宏，张博文，周 扬，黄永震
（西北农林科技大学动物科技学院，陕西省农业分子生物学重点实验室，陕西杨凌712100）

繁殖技术是肉牛产业发展的核心，其在一定程度上体现了我国不同社会发展阶段肉牛产业的发展水平。本文总结了中国肉牛发展过程中繁殖技术的发展演变，对传统的本交繁殖技术以及目前较为广泛应用的人工授精、同期发情、超数排卵和胚胎移植等繁殖技术做了系统的分析，并讨论了具有巨大应用价值的试管动物，动物克隆和转基因技术在将来中国肉牛产业中的应用。

繁殖技术；肉牛；演变

我国有着悠久的养牛历史。我国的养牛模式逐渐由分散型的农牧户饲养转向专业化、规模化的肉牛养殖场、育肥场饲养。2014年，我国黄牛实际存栏达到约6000多万头。在肉牛产业的发展过程中，繁殖技术起着关键作用。牛为单胎动物，并且繁殖周期较长，这严重制约着肉牛产业的发展。因此，繁殖技术的发展和演变在一定程度上记载了我国不同社会发展阶段肉牛业发展历程。近几十年，随着科学技术的进步，肉牛繁殖技术得到长足发展。已从传统的本交繁殖技术发展到人工授精、同期发情、超数排卵和胚胎移植及体细胞克隆等现代繁殖技术，并且随着肉牛产业发展的需求被不断的应用和创新。

1　传统的肉牛繁殖技术

在20世纪中期之前，我国生产力低下，养牛主要用来代替人力耕种，并且农牧户养牛分散，饲养数量较少，本交是唯一的牛繁殖方式。

本交是指发情母牛和公牛直接交配，繁殖能力主要取决于牛的发情周期。牛属于全年多次发情动物，平均21.9±4.9d就会发情一次［1］，其发情周期受环境的影响较大［2］，在温暖季节里，发情周期正常，发情表现显著；在寒冷地区，特别是粗放饲养情况下，发情周期也会停止。在生产力低下的情况下，恶劣的环境会严重影响母牛的发情周期和公牛的精液质量。因此，在以本交为牛主要繁殖方式的年代，牛的饲养很难形成一定的规模，并且本交繁殖技术不够规范，没有形成一定的体系，生产技术和生产力严重的限制了养牛业的发展。随着人们生活水平的提高和人们对肉类观念的改变，牛肉逐渐成为中国餐桌上的一道菜品。以放养为主的饲养方式不能够满足人们对牛数量的需求，本交繁殖技术逐渐变得规范，并形成体系。

应用本交的方法，通常采用公牛一次或多次与多头母牛配种的手段提高牛群整体的繁殖能力。受牛本身生理条件的限制，各地区每头公牛每月配种数均未超过20头。在利用本交技术进行肉牛饲养时，除了要考虑公牛精液的质量，还要考虑公牛和母牛的体格，并且在自然交配的情况下，牛的喜好也严重的限制了本交的成功率。一般情况下，一定数目的母牛就要配备一头公牛。为保证公牛品质，公牛的饲养环境要求苛刻，成本较高。对于没有公牛的饲养场，由于地域的限制其本交的成功率和成本都会受到影响。此外，本交还容易导致生殖道疾病和其它疾病的传播，这会严重影响母牛的受胎率和产仔数。

2　现代肉牛繁殖技术及发展

社会的发展推动了肉牛养殖业的进步，本交繁殖技术已经远远不能满足人们对肉牛量的需求。随着肉牛养殖规模的不断扩大，现代繁殖技术被不断创新和引入。目前常见的肉牛现代繁殖技术有：人工授精、同期发情、超数排卵和胚胎移植、体外授精和试管动物、体细胞克隆等。

2.1人工授精与冷冻精液技术

人工授精技术兴起于上世纪30年代，在60～70年代，在我国得到了广泛的推广。这种技术需要将优良公牛的精液预先储存，在母牛适配期内，利用非性交的方式，将优良公牛的精液间接的导入母牛子宫，从而达到使母牛受孕的目的。

使用人工授精技术，大大提高了优秀种公牛的使用率，这项技术使我国的肉牛繁殖能力提高到一个新的层次，其不仅适用于散户饲养，也适用于规模化的肉牛饲养，这对我国肉牛业的发展起到重要的推动作用。

人工授精技术可以提高优良种公牛的配种效能和种用价值，扩大配种母牛的头数，加速牛品种改良，促进育种工作进程；克服了公、母牛体格差异造成的交配不易，利用人工采精和输精的方式增加了公牛和母牛的选择性，在很大程度上降低了本交容易导致生殖道疾病和其它疾病传播的几率。另外，人工授精技术中的冻精技术打破了公、母牛交配所受的地域限制，增加了各个养殖场之间的交流，不但减少了公牛整体的饲养数量和费用，而且可以充分利用优良公牛的遗传资源，提高母牛的受胎率［34］。

2.2同期发情技术

同期发情又称同步发情，是人工授精技术之后，发展起来的一个新的家畜繁殖技术，该技术是利用激素制剂人为地控制并调整一群母畜的发情周期，使之在预定时间内集中发情。母牛的发情周期由多种激素相互调节控制，包括下丘脑分泌的促性腺激素释放激素（GnRH），垂体分泌的促卵泡素（FSH）和促黄体素（LH），卵巢分泌的雌激素、孕激素、抑制因子和其它的一些因子和子宫分泌的前列腺素（PG）。同期发情的处理方法主要可以分为两类，首先可以通过诱导溶黄体作用的药物（如：PG）使发情周期的黄体期缩短，促使新的卵泡出现，从而缩短发情期；另外也可以通过利用孕激素类物质处理动物延长黄体期，延长发情期［5-6］。

同期发情技术在上世纪60年代开始得到人们的认识和研究，在70年代才开始逐渐的应用于实践。当时我国的养牛业正处在从散户饲养到规模化养殖的过渡时期，同期发情技术的同期化处理使规模化养殖成为可能。同期发情技术的处理方法也在随着社会的发展不断的得到了改进和创新。目前，同期发情技术广泛应用于各大牛场。因此，可以说同期发情技术是肉牛饲养史上从散户饲养到规模化饲养转变的体现。

利用同期发情技术，可以使母牛大部分个体在预定的时间内集中发情、集中配种、集中妊娠和集中分娩，这样使母牛产下的后代年龄整齐，饲养可以实现同期化，这大大的节约了管理时间、管理人员以及管理费用。同期发情技术适用于规模化和集约化的肉牛饲养，其极大的提高了肉牛饲养的管理水平，但肉牛的繁殖能力则没有发生本质上的改善。因此，在实际肉牛饲养过程中，同期发情技术多与人工授精等技术联合使用，在提高繁殖能力的同时，对肉牛进行集中管理，增加经济效益［7-8］。

2.3超数排卵和胚胎移植技术

超数排卵技术是现代肉牛繁殖的又一新技术。这一技术在扩大优秀母畜的作用上发挥了重要作用。它是在母牛发情周期的适当时期，应用外源性促性腺激素诱发卵巢多个卵泡发育，可以促进母牛排出多个具有受精能力的卵子。但值得注意的是，牛为单胎动物，并且极易发生难产。所以在实际应用的时候并不主张通过增加母牛怀胎数目来增加牛群整体的繁殖能力，而是结合胚胎移植技术，利用优良母牛超排得到的卵子，通过受精得到的胚胎被移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内，使之继续发育为新个体。因此，超数排卵被普遍当做是胚胎移植技术中的一个必要的环节［9］。

胚胎移植技术早在1890年就在兔子上试验成功，直到1977年才开始在发达国家应用于生产。在我国肉牛饲养中，胚胎移植已经发展成熟，并逐步实现了商业化应用。相对于同期发情和人工授精技术，胚胎移植技术使人类由被动的饲养肉牛转向了主动地生产肉牛，是现代畜牧业中又一次巨大飞跃，其充分发挥优良母畜繁殖潜力，并代表了我们国家科技的发展水平［10-11］。

超数排卵和胚胎移植技术一方面人为的增加了母牛产生的可受精卵子数目，因而增加了后代群体数目；另一方面通过在体外鉴定胚胎的活性，增加了母牛的受孕率和产仔率。此外，胚胎移植还可以选择性的对一头母牛植入2颗胚胎，进一步的增加了胎儿的成活率，同时也进一步增加了母牛的产仔率［12］。

2.4胚胎切割与冷冻技术

牛的胚胎分割是牛胚胎工程技术的组成部分，是通过对胚胎显微操作，一分为二、一分为四或更多人工制造同卵双胎或同卵多胎的方法。胚胎分割是扩大胚胎来源的一条重要途径。可获得一卵双生或多生，避免牛的异性孪生不育。通过分割胚的冷冻保存，可先移植一半，另一半冷冻保存，待移植的那半胚产仔证实是优秀的个体后，再将冷冻保存的半胚解冻和移植。胚胎分割为性别鉴定也提供了可能性。通过胚胎分割而产生的同卵双生后代，四分胚在牛相继成功。

胚胎冷冻保存一般是指在干冰和液氮中保存胚胎。其最大优点是胚胎可以长期保存，而对其活力无影响。牛的胚胎冷冻技术体系已经建立，冷冻胚胎分割在牛也已取得成功。

2.5体外培养和体外受精

体外受精（IVF）技术是在人工控制的环境中完成精子和卵子的结合，从而达到使畜群迅速扩繁的目的。上世纪八十年代体外受精技术开始获得成功，其中在以牛为代表的家畜中迅速发展。体外受精不仅成本低廉，并且效果稳定。其包括卵母细胞和精液的采集、体外受精和胚胎培养等过程。由于雌性动物的特殊性，卵母细胞的采集相对比较复杂，其通常包括三种方式：超数排卵、从活体卵巢中或从屠宰后的家畜卵巢上采集卵母细胞。对于超数排卵所得到的卵母细胞不需要进一步培养就可以直接进行授精，然而对于未成熟的卵母细胞而需要进一步体外培养。精液的获得较为简单，通常在获得后用肝素和钙离子载体对其处理使精子获能，与成熟卵子共同培养使卵子受精进行后续的筛选和培养。但体外受精受外界环境影响较大，其受精效率较低；并且成熟卵子和胚胎发育的分子机制目前还不清楚。因此，对分子机制的研究以及与其它生物技术结合成为提高体外受精效率的必经之路［13-16］。

2.6性别鉴定与性别控制

家畜早期性别鉴定和性别控制在畜牧业的发展中具有重要的意义，它可以有目的的对畜群结构进行控制，减少资源浪费，因此在畜牧业中广泛应用［17～19］。早期胚胎鉴定的方法很多［20-21］，主要包括：细胞遗传学方法、生物化学方法、免疫学方法和分子生物学方法。P C R技术在早期胚胎的性别鉴定中具有重要的作用，其根据Y染色体特异序列设计引物，根据PCR扩增产物的分型状况对早期胚胎性别进行判断［22］。这种技术具有其操作简单，成本低廉，结果准确的特点。除此之外，人们可以通过对精液进行处理［23-24］，来实现对性别进行控制的目的。性控精液的出现推动了畜牧业的发展［25-26］。其结合超数排卵和胚胎移植技术，可以使畜群的遗传率提高0.4%～1.4%。对青年的母畜输入X精子可以大大的降低难产率，并且这项技术的生物安全系数较高。性控精液在奶牛产业的应用价值很高，利用这项技术可以使母牛的出生率达到90%以上，从而促进奶牛业的快速发展。

2.7人工诱导双胎技术

牛是单胎动物，在自然状态下，牛的双胎率为0.5%～4.5%，自本世纪30年代以来，国内外学者利用各种途径展开了对人工诱导母牛双胎的研究［2728］。尤其是近年来随着人们对母牛繁殖机理研究的深入和胚胎生物技术的快速发展，人工诱导母牛双胎已成为可能。在这一方面，我国的科研工作者也做了很多方面的研究与探索。杨利国等［29-30］在他们的研究中认为母牛经PMSG+ITC+HCG处理后，黄牛的受胎数和受胎率、妊娠双胎数、妊娠多胎数都明显的增加了。应用胚胎移植诱导双胎可以使一头母牛的繁殖力提高一倍，母牛产犊效率提高，降低了每头犊牛的成本，对于发展肉牛业具有重要的意义。

2.8牛的体细胞克隆技术

体细胞克隆技术是现在生物学发展的重要产物，其通过将一个二倍体细胞核移入一个去核的卵细胞，在特定的条件下进行核卵重组，然后植入代孕母体中发育成新个体。近年来，在牛体细胞克隆方面进行了大量研究［31-36］，并且将体细胞克隆技术与转基因结合起来，已取得了许多可喜的成果，生产出转基因牛，加快了牛育种的进程。由于供体细胞可以为高度分化的体细胞，体细胞克隆资源充足。但体细胞克隆对环境及生物技术要求较高，操作过程复杂，并且成本较高，很难在实际生产中实现规模化成产。2003年我国成功利用体细胞克隆技术生产了3头克隆牛，标志着我国的生物技术在畜牧业的应用登上了新的台阶［37］。但实现体细胞克隆技术在畜牧业中的广泛应用还需要对操作过程进行进一步的优化，使其适应工厂规模化的操作。

2.9干细胞与性细胞诱导技术

干细胞是没有充分分化，具有再生成各种组织器官潜能的体细胞。对于哺乳动物而言，其分为两大类：成体干细胞和胚胎干细胞。通过对干细胞和性细胞的诱导，使其按照人们的意愿进行分化和结合，并最终发育成为完整的个体，这极大地体现了人类通过生物技术对生物的调控能力。但目前，对干细胞诱导的研究还处于初步阶段。干细胞诱导分化的分子机制尚不明确，并且干细胞诱导分化的重复性差、稳定性低，对环境及诱导剂的要求较高。目前，将细胞诱导技术应用到畜牧业的生产中还很难实现。但这为畜牧业的发展提供了方向，增强了人类对畜产品需求的潜在主动性。

3　展望

胚胎生物技术是指对卵子、精子和胚胎在体外条件下进行的各种操作和处理。除上述有关精子冷冻、胚胎切割、冷冻保存外，还出现了卵子的体外培养和体外受精，性控精液，体细胞克隆等技术，这些高新技术近几年来一些已应用于肉牛的繁殖实践，一些可以最大限度地挖掘动物的繁殖潜力，可以预测这些技术的应用将为人类创造更大的效益。

我国肉牛业近几十年发展迅速，目前产肉量已经跻身世界前三，其在我国农业发展中占有重要的地位。繁殖技术作为肉牛生产的核心技术，随着社会的发展将会不断的改进和创新，将会有更多的繁殖新技术应用到肉牛生产中。从最原始的本交到目前广泛应用的人工授精、同期发情、超数排卵和胚胎移植等现代繁殖技术，逐步突破了公、母牛的生理阻隔，使肉牛的生产从被动的饲养肉牛到主动地生产肉牛。试管牛突破了体内受孕的限制，克隆牛突破了生殖细胞的限制，为肉牛的生产开辟了新的途径并提供了丰富的来源。转基因牛可以打破了个体甚至是物种的限制，为生产优良肉牛提供了又一次质的飞跃。虽然这些技术还没有充分的应用到肉牛的实际生产中，但这些技术预示着肉牛繁殖技术将在不久的将来会有一次巨大的转折，新的肉牛繁殖技术将会使肉牛产业从生产肉牛转向制造肉牛，将会对肉牛业的发展起到巨大的推动作用

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Evolution of Reproductive Technique in Chinese Beef Cattle

CHEN Hong，ZHANG Bo-wen，ZHOU Yang，HUANG Yong-zhen
（College of Animal Science and Technology，Northwest A&F University，Shaanxi Key Laboratory of Molecular Biology for Agriculture，Yangling，Shaanxi 712100，China）

Reproductive technique is the core of the development of beef cattle industry.It embodies the development level of beef cattle industry in different social stage to some extent.This article summarized the evolution of reproductive technique in the process of Chinese cattle industry development.We also systematically analyzed the traditional reproductive technique and the widely applied methods like artificial insemination， estrus synchronization，super ovulation and embryo transfer，and discussed the applications of the vitro fertilization，animal clone and gene transfer technologies in Chinese beef cattle industry in the future.

reproductive technique；cattle；evolution

S8-1

A

1001-9111（2015）06-0001-05

2015-06-20 修改日期：2015-06-22

本研究由国家肉牛牦牛产业技术体系专项（CARS-38）、国家自然科学基金项目（No.31272408），陕西省科技统筹创新工程计划项目（2015KTCL 02-08，2014KTZB 02-02-02-02）资助完成。

陈宏（1955-），男，陕西西安人，教授，博士生导师，主要从事分子遗传与家畜育种，E-mail：chenhong 1212@ 263.net