中国水牛种质资源质量提升：机遇与挑战

张博 肖鹏 周金陈 尚江华，3*

（1.广西水牛遗传繁育重点实验室，广西南宁 530001；2.农业农村部水牛遗传繁育技术重点实验室，广西南宁 530001；3.中国农业科学院广西水牛研究所，广西南宁 530001）

中国畜禽遗传资源约占世界总量的1/6，是世界上畜禽遗传资源最丰富的国家。种业是国家重要战略产业，畜禽种质资源是现代畜牧产业发展的基础。中国水牛，作为一种在中国古代便被驯化并在农业领域发挥作用的家畜，是我国重要牛种资源，也是我国畜禽遗传资源的重要部分。中国是世界水牛养殖大国，水牛存栏量多年保持在2000 万头以上，水牛存栏量位居世界第三[1]。随着我国畜牧业的快速发展，人们消费水平、生活水平提高的同时，对营养价值更高的水牛奶、水牛肉的需求也在日益提升。水牛种质资源提升是我国发展水牛产业的前提和根本，是振兴我国水牛业的关键环节。

中国水牛开发利用前景广阔，在农耕领域发挥重要作用的同时，也能顺应人们对水牛奶和水牛肉的需求，因此水牛业逐渐成为我国养殖行业的发展重点。特别是在潮湿气候的南方,奶水牛产业逐渐成为畜牧业发展重点之一。在过去几十年内，中国水牛业在国家政策的指引下，取得了非常大的进步，水牛种质资源也有所提升，但是由于我国水牛业起步较晚，水牛业在国内畜牧业中所占份额较小等因素，使得我国水牛由役用转向乳用、肉用的时间跨度较长，水牛产业整体水平偏低。与水牛业发达国家相比，中国水牛业在种源数量、产业化程度、种质资源保护等方面还存在较大差距，尤其我国水牛种质资源保护相关工作不尽人意，发展速度缓慢，有些本地品种如上海水牛已经灭绝，这与中国水牛养殖大国的地位严重不符。另一方面，我国现有水牛存栏量、水牛肉及水牛奶等各种水牛产品的市场存有量逐渐不能满足人们的需求。因此，对于我国水牛业来说，解决当下中国水牛种质资源质量难题、提升中国水牛种质资源质量并开发新品种水牛的工作具有长远意义。该文概括了中国水牛繁育及水牛种质资源发展历程和现状，介绍了国内外水牛种质资源质量提升先进方法，为中国水牛种质资源质量改进和提升提供了建议。

1 中国水牛品种类型、分布特征及历史起源

水牛（Bubalus bubulbs）是偶蹄目（Artiodactyla）、牛科（Bovidae）、水牛属（Bubalus）的驯养家畜，属于大型动物，因其皮肤较厚、汗腺不发达、天气炎热时需要在水中浸泡散热而被称为“水牛”。水牛在全球各大洲都有存在，物种资源丰富，其品种可分为沼泽型和河流型。中国水牛系由亚洲野水牛驯化而来，具有耐热、适应力强、肌肉丰满；生长发育快、饲养成本低；性情温顺、易调教管理；挽力大且役力强等品种特点，故长期以来水牛在我国主要为役用。中国水牛分为沼泽型，包含滨海湖水牛、福安水牛、德昌水牛等共计14 个地方类型。另外，中国本土水牛在来源、体貌特征、生物学特性等方面都相近，因此目前尚难对中国本土水牛做出品种划分，故我国水牛只有中国水牛这一个品种[2]。

中国具有广袤的土地面积，东西、南北跨度大，中国水牛广泛分布于中国中部和南部的18 个省份，如广西、广东、湖北以及云南等，集中分布在中国西南和东南部的长江流域周围，而在中国西北部的陕西和山东两省也有少数水牛存在。就我国水田分布和各地区地势情况来看，中国水牛分布又存在南多北少、西多东少及湖区、平原多，丘陵、山区少的特征[3]。

中国驯化、饲养水牛的历史悠久，在农耕文明时期水牛就作为役用家畜在农耕领域中发挥重要作用，当前在我国一些欠发达地区及农业机械化普及程度较低的水稻种植区，水牛仍然被视为主要的农耕工具。我国考古学家已经证实，中国在旧石器时代晚期，就已经驯化出家养水牛。另外，我国曾发掘出距今300万年前新生代第四纪更新世纪的水牛化石，在河南、河北、山东等地的文化遗址中也发现了距今五六千年前的水牛骨骼，有关沼泽水牛在中国被驯化的时间，最早可追溯至七千年前中国长江流域开始发展水稻种植之后的时期[3]。这些考古学领域的发现都证实了中国具有悠久的水牛驯化、饲养历史。

2 中国水牛种质资源开发与应用历程

中国有大面积的水稻种植区，农业机械化发展、普及程度比西方农业发达国家晚，所以在二十世纪六十年代以前，中国水牛因中国农业发展现状及其腕力大、役力强等品种特性在中国的许多地区主要被视作农耕役用工具，水牛乳用、肉用性能的开发利用工作也是在近几十年来才有所发展。相比猪、鸡等家畜，水牛作为大家畜，世代间隔长，育种周期也长，这对我国水牛繁育及水牛种质资源质量提升工作来讲是很大的挑战。此外，相比我国黄牛、奶牛的养殖量及黄牛、奶牛产品的市场需求量而言，水牛养殖量与水牛产品市场需求量还存在很大的差距，水牛养殖业规模化、标准化整体水平也偏低。随着我国农业的发展，机械化逐渐在农业领域普及，加上人们生活水平的提高及水牛肉和水牛奶的营养价值逐渐被发掘，中国水牛逐渐开始了由役用向肉用和乳用的转型。但是长时间以来，我国水牛繁育方法较为传统，没有形成系统的水牛选育方法，因此也出现了一定规模的遗传漂变，使得我国本土水牛的优良性状逐渐减少，水牛种质资源质量得不到应有的保障和发展。现有水牛品种、数量所带来的水牛产品已经逐渐无法满足市场更高的需求，且有些地方品种水牛已经灭绝或是濒临灭绝。因此，建立科学高效的中国水牛繁育方法，吸收国内外水牛先进育种技术，提升中国水牛种质资源质量应是中国水牛产业当前的工作重点。

2.1 中国水牛传统育种方法

中国水牛传统育种方法依据较为简略，如通过测量水牛乳房性状指数、泌乳天数、产乳量等数据来判定水牛的乳用性能；根据水牛的体貌特征、体尺和体重、群体遗传基础等数据作为判定水牛种质特征的依据；通过统计水牛发情周期、犊牛初生重、生命周期及利用年限等数据来判定水牛繁殖性能等，并且结合以上数据对水牛品种质量做出评估。中国水牛传统繁育方法在一定程度上维持了中国水牛的种质资源的质量，过去很长一段时间内保证了中国水牛作为农耕役用工具的数量。

从整体水平看，水牛传统繁育方法较为粗放，选种及水牛种质资源质量的依据多停留在生长性能等表型数据，并没有考虑到影响水牛性状的分子、基因等更深层次的因素，使得中国水牛许多优良性状逐渐减少，水牛种质资源质量逐渐降低，水牛种质资源保护和提升工作在很长一段时间止步不前，甚至还出现了水牛数量下滑和中国水牛地方品种灭绝的情况。因基因型的缺乏，传统的繁育方法不能高质量、高效率的完成中国水牛由役用向肉用及乳用转型工作，很难满足人们日益增长的物质需求。因此，提升中国水牛种质资源质量，完成中国水牛功能性转化工作迫在眉睫。

2.2 中国水牛杂交改良之路

随着家畜繁殖育种技术的发展，传统选种选育方法逐渐不能满足提升我国水牛种质资源质量任务的要求，这使得我国逐渐开始引进国外优良品种水牛进行水牛杂交改良工作，通过杂交改良、横交固定等育种方法，逐渐培育出了乳肉兼用型杂交水牛群体。在1957 年和1974 年我国分别引进了印度摩拉水牛和巴基斯坦尼里-拉菲水牛，并与中国本地水牛进行二品种和三品种杂交改良实验。通过数十年的选育、巩固遗传性等一系列杂交改良工作，我国水牛品种改良工作取得了不错的成绩，加快了中国水牛向乳用、肉用的转化速度，中国水牛种质资源质量提升明显。例如摩杂一代、摩杂二代、尼杂一代、尼杂二代、三品杂（摩拉×尼里·拉菲×中国本地水牛）和三品杂互交子一代泌乳期产乳量要明显高于中国本地水牛，并且多个杂交水牛品种乳汁中蛋白质、干物质等成分含量均有所提升。由于杂交牛体格和体重更大，产肉性能也有不同程度的提高。在乳用性能方面，杂交改良获得三品杂和尼杂二代两类水牛群体的产乳量已经达到了引进水牛品种的水平，成为了中国水牛乳用杂交改良的主要方案。水牛杂交改良工作取得斐然成绩的同时，也为我国许多水牛养殖区带来了可观的经济效益。我国云南省德宏傣族景颇族自治州自1997 年开始，以“中国—欧盟水牛开发项目” 为契机，开展中国水牛杂交改良工作，在十年的时间内累计改良水牛近五万头，其中优质杂交水牛近两万头，由此产生的水牛奶等水牛产品的经济效益为德宏畜牧业产值做出了巨大贡献。

引进国外水牛优良品种的杂交改良工作，在一定程度上丰富了我国水牛种质资源，提升了中国水牛种质资源质量。但通过引进国外水牛来改善中国水牛品质，以实现向乳用、肉用转化的杂交改良工作也面临很大挑战。引进国外优良品种水牛进行杂交改良工作所需时间周期长，且会使我国水牛培育优良品种工作对国外核心种源依赖性强，不利于我国水牛种质资源质量的提升。另一方面，我国水牛业整体养殖水平不高，养殖环境较差，水牛缺乏适宜的养殖环境和科学的养殖方法，水牛动物疫病防控体系还未到达养猪业、养鸡业等养殖行业水平。在我国，水牛虽然抗病力较强，但也存在子宫内膜炎、腐蹄病等疫病。水牛疫病是影响我国水牛生产性能的一大难题，也是提升中国水牛种质资源质量工作必须解决的困难，长期从国外引进水牛进行杂交改良工作，国外各种水牛动物疫病传播至国内的风险也会随之上升。

2.3 家畜繁殖技术在中国水牛育种中的应用

在我国水牛杂交改良工作取得优异成绩的同时，国内水牛产业开始探索更高效的水牛种质资源质量改良方法，即采用各种家畜辅助生殖技术。家畜辅助生殖技术是一种协助家畜高效率、高质量繁育的手段，包括人工授精、精液和胚胎冷冻保存、超数排卵、胚胎移植等方法[4]。家畜辅助生殖技术的推广应用使得我们能够利用具有遗传优势的公母畜获得更多优秀品种后代，进而提升优秀公母畜的利用效率和后代种质资源数量和质量。目前，我国水牛业已经基本普及了人工授精，并逐渐推广使用同情发情、活体采卵、胚胎移植等辅助繁殖技术，提高了水牛繁育的效率和质量，但是我国早期人工授精和同期发情技术所使用的受体大多是杂交水牛或是本地水牛，很难有效提升中国水牛种质资源质量。近年来，我国利用引入的国外优秀品种水牛冻精及培育的纯种后代，结合人工授精、同情发情、活体采卵、体外受精、胚胎移植等技术来改良中国水牛品种质量，取得了不错的成效。如我国广西地区曾引用水牛冻精与原引进的本品种母水牛建立新的水牛品系，研究表明，培育的后代在成年体重、体斜长、胸围等数据指标与地方标准相比达标率高达93%，并且有些生长指标已经超过了地方标准[5]。2018 年以来，利用整合的水牛活体采卵—胚胎体外生产技术开展了较大规模的胚胎移植技术产业化应用，也取得了较好的成效。

水牛冻精、胚胎的引进和我国传统的引进国外优秀品种水牛进行中国水牛杂交改良工作本质是相同的，都是为了最终固定优良基因型，形成专门化水牛品系，区别在于胚胎和精液属于细胞水平遗传资源引入，可以减少个体引入疾病传播风险，降低运输成本。引入细胞水平优良水牛基因型，可以快速增加符合我们育种目标的基因资源，加快我国水牛种质资源快速质量提升。通过水牛胚胎的引入无疑是更直接而高效的，胚胎属于全基因组基因资源引入，就犹如携带全能性的种子一般，通过在国内进行胚胎移植后，快速扩繁不同家系、建立不同种群，快速增加我国水牛育种素材，大幅度缩短育种年限。同时根据我们的需要还可以进行胚胎性别控制，根据养殖场的需求进行不同性别水牛的扩繁，以满足我们的生产需要。在胚胎资源引入方面，广西壮族自治区做了许多工作积累，首先在水牛胚胎生物技术研发方面达到了国际领先水平，胚胎生产技术、胚胎移植技术能够实现产业化运作，为引入国外优良胚胎资源提供核心技术支持。随着“一带一路” 的发展及中巴全方位、多领域合作的深入推进，中巴经济走廊项目的实施促进了巴基斯坦优良奶水牛资源引入我国的进程，目前，中巴两国政府就水牛胚胎输华的检验检疫协定已经达成一致。中国皇氏集团子公司皇氏赛尔生物技术（广西）有限公司已经在巴基斯坦建立了水牛胚胎体外生产中心并投入使用，并将在巴基斯坦建立中巴双方认证的水牛无疫小区，为巴基斯坦良种奶水牛胚胎出口到中国做好前期工作基础。一旦巴基斯坦水牛胚胎可以批量出口到中国，将在一定程度上满足中国奶水牛产业发展的良种需求，为我国水牛种质资源质量提升提供良好的契机。

3 水牛种质资源质量提升的曙光—分子育种技术

3.1 分子育种技术的应用

家畜分子育种是一种利用分子数量遗传学理论及相关技术来改良家畜品种的技术，是家畜传统育种理论的创新发展，包括转基因育种和基因组育种两种技术手段。其中，转基因育种通过转基因技术等手段将外源基因导入到家畜基因组上，并在后代进行选种选育，直至育成转基因品系，从而达到改良家畜性状的目。与转基因育种不同，基因组育种通过基因标记技术对动物数量性状座位进行选择，或通过标记辅助来导入或清除基因，以此来高效率的改良家畜品种。随着分子遗传学、分子生物学的发展，及现代生物技术在家畜育种领域的逐渐普及，动物育种技术已经逐渐从群体水平进入分子水平，向着改变基因型的方向发展，涉及DNA 层面的分子家畜育种技术也逐渐开始崭露头角。并且随着分子育种技术在猪、鸡、牛等家畜领域应用的加深，其展现出了家畜传统育种方式所不具有的高效率性、高精准性及创新性。猪的育种技术经历了由表型选择至育种值选择再过渡到基因型选择的过程，并在分子育种技术的加持下取得了可观的进展。例如，有学者利用CRISPR/Cas9 介导的基因编辑技术对中国巴马香猪的肌肉生长抑制素基因（MSTN）进行了双等位敲出，在进行体细胞核移植之后获得了MSTN 双等位基因敲除的中国巴马香猪，为中国巴马香猪性状的快速改良及遗传资源保护奠定了基础[6]。优良品种个体的选择基于准确的育种值预测，而育种值预测又依赖于精确表示关系的谱系。有学者评估了使用单核苷酸多态性（SNP）标记校正谱系关系对肉牛对蜱抗性遗传评估准确性的影响，结果证明，使用SNP 评估双亲和后代之间的冲突增加了关系的确定性，能够提高候选肉牛育种值预测的准确性，进而能够更高效率的选择优良品种后代[7]。除了家畜领域之外，分子育种技术在许多农作物如白菜、水稻、玉米等行业也取得了瞩目的成绩，利用分子育种技术培育出的作物新品系在品质、抗逆性、产量等方面都取得了很大进步。

3.2 水牛业的分子育种技术

分子育种技术在水牛上应用主要是为了开发水牛产奶性状的遗传力，为水牛优秀品种后代的选择提供依据，随着研究的深入，迄今为止已经鉴定出五百多个与水牛产奶性状相关的候选基因。尽管我们对水牛的生产特性及水牛产奶特性的分子机制尚未完全了解，但不可否认这些产奶性状候选基因对水牛产奶性状都存在一定影响。如有研究人员对384 头水牛SCAP 基因的分子特征、表达分析以及单核苷酸多态性与产奶性状之间的关系进行了研究，在水牛SCAP基因鉴定出了11 个SNP，其中有6 个与水牛305d 的产奶量显著相关[8]，这为稳定水牛优良产奶性状奠定了基础。性别控制在家畜生产中具有重要意义，尤其是对繁育周期和时代间隔较长的水牛等大家畜而言。有学者利用CRISPR/Cas9 介导的基因编辑技术和体细胞核移植技术成功获得了Y-Chr-eGFP 转基因胎牛成纤维细胞和克隆水牛胚胎，优化了转基因BFF 细胞的制备方法，并成功地利用这些细胞作为供体产生了Y-Chr-eGFP 转基因胚胎，为水牛性别控制工作提供了便利性[9]。另一方面，随着家畜领域分子育种技术应用的不断深入，相比较传统杂交技术而言，能够更快、更简易、更廉价的对大量基因序列检测和分析的基因芯片技术也逐渐在家畜育种领域兴起[10]，基因芯片技术可以作为分子育种的有效工具使得研究人员和育种者能够将基因组序列信息付诸实践。分子育种技术的兴起为水牛遗产潜力的开发提供了强有力的支持，使水牛优良性状利用效率最大化速度加快，同时也为中国水牛种质资源质量提升工作创造了光明的前景。

3.3 中国水牛分子育种仍然处于起步阶段

毋庸置疑，家畜分子育种技术为水牛带来了更高的育种效率，缩短了育种年限，真正做到了精确育种。中国水牛分子育种研究经过多年发展，获得了许多中国水牛分子遗传特征信息，发现了一些生产性状相关的功能基因，但是由于我国水牛群体稳定性差、缺乏水牛基因组数据、对水牛产生特性尚未完全了解且对水牛产奶特性的分子机制仍不明确等原因存在，加上我国目前对水牛遗传特性的研究大多集中在血液蛋白质多态性上，对遗传物质DNA 的研究很少，中国水牛分子育种仍然处于起步阶段。目前还需要进一步加强奶水牛基因组数据库建设及中国水牛保种场建设工作，以为分子育种技术更好地开发中国水牛遗传潜力、提升中国水牛育种值、改善水牛生产性能等做准备。分子育种技术的兴起给中国水牛种质资源质量提升工作指引了一条高效率的道路，中国水牛育种应从传统的育种方式逐渐向以传统育种为基础的结合家畜辅助生殖技术发展，并逐渐引入分子育种技术的育种模式。即利用传统育种方式并结合家畜辅助生殖技术固定中国水牛优良性状，采用基因芯片等分子育种技术检测、分析、挑选水牛优良候选基因并付诸到水牛上，不断提升中国水牛遗传力，拉近中国水牛从优良基因到优良表型的距离，从而提高中国水牛育种值，扩大中国水牛遗传优势，进而逐步建立起中国奶水牛专门化品系，实现中国水牛种质资源质量提升的目标。

4 总结与展望

水牛乳含有更高的乳脂、不饱和脂肪酸、乳蛋白以及更低的磷脂和胆固醇，具有更高的营养价值。随着人们生活质量的提高，对水牛奶的需求也在不断增加。水牛作为世界第二大奶源，据FAO 最新数据（2022 年2 月17 日更新）统计表明，2020 年世界水牛奶产量（13442.52 万t）占奶类总产量（88686.18万t）的15.16%，而我国水牛奶产量（292.00 万t）仅占奶类总产量（3921.95 万t）的7.45%，远远不能满足国内需求。因此，提升中国水牛种质资源质量，完成中国水牛由役用向乳用、乳肉兼用的转化工作，应是当下中国水牛遗传改良的主要方向。我国传统育种方式，一定程度上保证了中国水牛的数量，稳定了中国水牛部分优良性状。但各地水牛也出现了不同程度的遗传漂变，使得中国水牛丢失了部分优良基因型，部分优良表型也出现了退化的现象。目前，我国主流的水牛育种方法为传统育种方式结合家畜繁殖技术，其中中国广西壮族自治区在该方面做出了出色的成绩，胚胎引进、生产、移植等技术上走在世界前列，加快了中国水牛转型速度，为中国水牛种质资源质量提升工作做出了巨大贡献。能够预见，在不远的将来分子育种技术将成为中国水牛育种的大趋势，结合传统育种方法，融入先进繁殖技术，做好个体、细胞、分子水平水牛遗传资源利用与保存，使中国水牛种质资源质量呈现出新的高度，是我们当下应该抓住的历史机遇。