长三角地区娟姗牛种质资源发掘与本土化选育研究进展

赵天奇，卢徐斌，朱 浩，姜 惠，陆体富，丁俞建，卞红春，苏衍菁，孙雨佳，毛永江，杨章平*

（1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009；2.江苏银宝光明牧业有限公司，江苏盐城 224399；3.盐城市动物疫病预防控制中心，江苏盐城 224500；4.光明牧业有限公司，上海 201103）

娟姗牛原产于英吉利海峡的娟姗岛，以“易顺产、奶质优和抗逆性强”3 大优点跻身世界五大奶牛品种，是畜牧业发达国家青睐的引种对象。近年来，我国多家奶业种业龙头企业和研究机构为促进现代畜禽种业发展，提高自身奶源竞争力，以市场为导向，广泛引进优质娟姗牛。产学研结合开展娟姗牛选育，培育本土化的奶牛新品系，丰富我国奶牛品种资源，生产高档优质奶制品，既是产业和市场的需求，也是提升我国奶牛种业核心竞争力的需要。

1 娟姗牛的引进、分布和养殖现状

目前乳制品行业的竞争方向是高端市场的持续创新，战略重点之一是奶牛品种。娟姗牛奶营养价值高，口感浓醇鲜甜，但市场供应稀缺，是目前较高端的牛奶。自2016 年起，国内多家牧场为提升自身奶源竞争力，抢占牛奶高端市场，从新西兰和澳大利亚等国家广泛引进纯种娟姗母牛，建设娟姗牛养殖基地。河北省三河市百宏牧场2022 年引进3000 多头澳大利亚娟姗牛；张掖市甘州区畜牧产业园建设万头娟姗牛牧场，2023年5 月底初具规模；燕山南麓娟姗牧场自2020年起共引进了3600 头娟姗牛；优然牧业2019 至今在内蒙古投资的3 家娟姗牛牧场皆已进入挤奶期。此外首农集团新绿洲农业循环园区二期牧场、西海大牧场、利芙德娟姗牧场等规模牧场均已投产娟姗牛，江苏、广西、广东、西藏、云南、河北、湖南等地也已建设娟姗牛奶源基地。江苏射阳银宝光明牧业有限公司所属牧场自2020年起，分批从澳大利亚和新西兰引进娟姗牛约2800 头，目前，该牧场共拥有娟姗牛近4500 头，其中产奶母牛2500 头，是国内养殖娟姗牛单体规模较大的牧场。

面对奶牛新品种娟姗牛的大批量引进，国内牧场大多延用中国荷斯坦牛与引进地娟姗牛群体的饲养管理模式，并采购美国和加拿大等国的娟姗牛冻精，进行繁殖选育。该养殖模式虽可以保证娟姗牛正常生产和繁殖，但仍出现了一些问题，例如：种源系谱不清，后续选育措施跟不上；娟姗牛营养需要和采食量不明确，牛群营养代谢疾病发生频繁，2 胎以上牛只产后代谢疾病发病率上升；泌乳曲线不规律，部分牧场娟姗牛150d 产量跌幅较大等。目前，扬州大学、广西畜牧研究所、广州奶牛研究所、中国农业大学等多家研究单位针对娟姗牛本土适应性问题和饲养管理方法展开了深入研究，近5 年发表相关研究中文期刊40 余篇，但娟姗牛在国内的本土化选育仍处于初级阶段。

2 娟姗牛种质特征分析

扬州大学牛遗传资源与健康养殖创新团队系统测定了江苏银宝光明牧业有限公司娟姗牛群体的体型外貌、生产性能和繁殖性能，比较了国内外娟姗牛生产性能差异，分析了娟姗牛品种的种质特征。

2.1 体型外貌特征

为阐明娟姗牛体型外貌特征，丰富表型测定数据，以银宝光明牧场1～3 胎娟姗母牛群体为研究对象，在产犊后30～150d 对其体躯容量、尻部、肢蹄、泌乳系统和乳用特征等5 种类型共20 个体型外貌特征进行原始数据测定和评分[1]，数据的测定由3 位专业人员同时进行，避免主观因素造成的误差（图1a、1b）。体型测定数据的描述性统计结果如表1 所示。

图1 专业人员测定娟姗牛体型外貌性状

表1 牧场1～3 胎次娟姗牛产后30～150d 体型性状描述性统计

体型外貌数据分析结果表明，娟姗牛群体体型性状遗传稳定，品种外貌特征明显。犊牛初生平均体重25.6kg，成母牛一般体高110～135cm，体深47～86cm，整体侧望呈楔形，体态紧致饱满。体躯被毛多为褐色，浅褐色居多，也有极少部分全黑和褐白花存在，嘴和眼周围多有浅色毛环绕，毛大多细短光滑，尾毛黑色居多，部分白色。娟姗牛头部轻秀，耳大而薄，额部稍凹，额顶着生鬓毛，眼大有神，颈部纤细，皱褶鲜明。中躯胸深而宽，平均胸宽26.43cm，背腰平直，颈背腰荐结合良好，四肢端正，骨骼细而有力；后躯发达，尻部饱满；蹄黑色，蹄踵小而坚实，平均蹄踵深度3.52cm，蹄角度35.23°。娟姗牛的乳房形状美观，质地柔软，乳头略小，前乳头平均长度3.97cm。一胎娟姗牛乳房发育匀称，多为盆形，乳房底部大多高于飞节，前乳房附着角度大于其他胎次娟姗牛。2 胎及以上娟姗牛乳房大而饱满，乳静脉暴露，泌乳系统较为发达。

2.2 生产性能

娟姗牛生产寿命长，乳蛋白、乳脂肪含量丰富，一般平均年产奶量4000～5500kg，乳脂率5.0%～6.0%，乳蛋白4.0%[2]。收集银宝光明牧场娟姗牛2022 年夏季至2023 年春季DHI 记录，并对原始数据进行质控（日产奶量1～50kg、乳脂率1%～10%、乳蛋白率1%～6%），分析娟姗牛主要生产性能指标，结果如表2 所示。娟姗牛平均日产奶量18.54kg，乳脂率5.42%，乳蛋白4.21%，在南方同时期娟姗牛群体中属于较高水平[3,4]。冬季，娟姗牛乳蛋白率和乳脂率最高，但产奶量属于中低水平，且每毫升牛乳的体细胞数量也相对较高，这可能与季节和泌乳阶段有关。一般来说，奶牛耐寒不耐热，当环境温度在8～20℃时，奶牛可以发挥最佳生产性能。银宝光明牧场位于盐城沿海地区，2022—2023 年冬季平均气温7℃，风速13km/h，引进娟姗牛受降雨和海风影响，部分牛有时会出现腹泻感冒等症状，对冷环境表现出一定的不适应性，体细胞数可能因此升高。银宝光明牧场娟姗牛产犊主要集中在秋冬两季，结合牧场生产信息，牧场娟姗牛泌乳天数在30～60d 时产奶量达到高峰，随后平稳下降，这与王澳等[5]拟合的北方娟姗牛泌乳曲线相似。但牧场娟姗牛泌乳天数达到150d 后，产奶量呈现较大幅度的下跌，且年产奶量低于7t。相对于高峰期后逐步降低的产奶量，娟姗牛乳脂率和乳蛋白率则呈现随泌乳天数增加小幅上升的趋势。此外，娟姗牛泌乳表现为高峰奶越高，全泌乳期产奶量越高的特点[6]，针对娟姗牛高峰奶和泌乳持续力进行选种，对提高娟姗牛的终身产奶量水平有重要意义。

表2 娟姗牛2022 年夏季至2023 年春季生产性能描述性统计

2.3 繁殖性能

娟姗牛性成熟早、受胎率高，当青年牛达体重250kg，体高116cm，月龄13 个月时适宜配种，24 月龄前产犊最为理想。目前，银宝光明牧场发情监测手段以人工观察为主，自动揭发情为辅；娟姗牛具有较长的发情持续期（12.7h）和更多的站立发情时间，现有手段虽能较为准确的鉴定发情并进行配种，但发情检测的及时性和准确性仍有提升空间。统计牧场2022 年下半年产犊的娟姗牛，青年牛平均复配指数2.33，成母牛平均为2.29，未达到加拿大娟姗牛协会公布的平均配种次数1.8 次的水平。截至2023 年4 月，牧场娟姗牛平均初产月龄26.05 个月，与巴西娟姗牛育种协会公布的平均初产月龄24.60 个月仍有一定差距[7]。有研究表明，初产月龄对娟姗牛产量、生育能力和长寿性状有显著负相关影响，初产月龄的降低会显著增加娟姗牛的终生产奶量和存活率，并缩短娟姗牛的产犊间隔，当初产月龄处于25.8 个月时，娟姗牛5 岁存活率可达45%，显著高于同期荷斯坦牛（26.8 月龄，38%存活率）[5,8]。娟姗牛一般平均产犊间隔为390～399d，牧场引进娟姗牛产犊间隔为392d，达到平均水平，并显著低于国内荷斯坦牛产犊间隔平均水平[9]，因此结合娟姗牛泌乳特征，研究并控制与娟姗牛生产水平匹配的适宜产犊间隔，对提高娟姗牛养殖经济效益具有重要实际意义[10]。

3 长三角地区娟姗牛的本土化选育进展

现有娟姗牛生产性能分析的结果表明，引进的娟姗牛群体存在生长发育、生产性能和适应性参差不齐等问题。因此，有必要通过现代育种技术手段持续开展娟姗牛良种繁育工作，加快娟姗牛的本土化选育进展。这对丰富江苏奶牛品种资源，推动江苏奶业高质量发展具有重要作用。目前，长三角地区娟姗牛本土化选育的主要目标是在保持乳品质和抗热应激及乳腺炎性能的基础上提高产奶量水平，同时进一步改进体型性状。主要育种策略是在生产性能、体型、系谱及基因组等数据采集的基础上，建立娟姗牛基因组育种数据平台，进而开展良种登记，融合基因组选择、优化选配和MOET 技术，实现整体的遗传改良，培育高产优质娟姗牛本土化新品系。

3.1 夯实了娟姗牛选育基础

长三角地区娟姗牛群体的选育虽处于起步阶段，但已具有较好的育种基础。形成了规范的DHI 数据测定系统，建立母牛体型测定标准，并定期测定，为娟姗牛生产管理和繁殖配种提供了参考依据。此外，已梳理出娟姗牛群体完整的系谱信息（图2）及与配公牛各项经济指标的估计育种值，为奶牛遗传改良技术环节中品种登记、遗传评估、科学选配、减少近交衰退等多项技术手段提供有效信息，大大提高场内娟姗牛群体的选育速度[11]。

图2 牧场牛只系谱深度图

与配公牛精液主要来自于美国和加拿大的优秀种公牛（表3），进口精液品质合格，且与牧场牛群无血缘关系，育种基础良好。外来优良血缘的引入丰富了牛群遗传资源，增加了娟姗牛优良性状的基因丰度，减少了近交衰退，提高了牛群品质。此外，为避免近交，排除5 代内有亲缘关系的牛只交配，为娟姗牛选育后期固定优良性状，选育良种公牛奠定了基础。

表3 与配娟姗牛公牛精液性状指数描述性统计（n=18）

目前场内已有200 余头F1代牛开始泌乳，截至2023 年，预计共有1000 余头自繁F1代娟姗牛进入泌乳期（F1代娟姗牛已建立完整的饲养管理及疾病繁殖记录档案）。“本土”娟姗牛的持续扩繁为本土化的持续选育提供了更为丰富的育种素材。不断补充的优质娟姗牛育种核心群，为挖掘娟姗牛产奶、体型、繁殖，健康和适应等重要性状相关的功能基因和SNP 位点，选育生产水平高、乳品质优、适应性广的娟姗牛新品系奠定了育种基础。

3.2 开展了娟姗牛群体基因型测定

基因型信息是开展品种特征分析、遗传评估、功能位点挖掘及基因组选择的重要信息来源。目前，扬州大学牛遗传资源与健康养殖创新团队已通过采集血液或尾根部毛囊样品，开展了娟姗牛群体100K 芯片基因分型检测、1×基因组低覆盖测序和20×基因组测序等。所有测序数据下机后，使用NGSQCToolkit 和BWA 软件进行原始过滤，参考基因组索引，建立数据库，接着利用samtools 软件进行文件格式转换，并使用picard 软件将bam 文件进行重排序，并标记完全相同的reads，同时基于bam 格式文件生成新的索引。最后，使用GATK 软件进行VCF 文件生成及SNP 捕获，运行分为4 步：①生成原始vcf 文件；②SNP 选择；③索引选择；④SNP 过滤。基因型数据的统计结果见表4 所示。接着，将娟姗牛基因组信息与江苏荷斯坦牛群体的基因组数据开展选择信号分析（图3），挖掘一批娟姗牛品种形成的特有功能基因及SNP 位点（表4）。下一步，团队计划根据CattleGTEx 提供的参考面板为模板将所有基因型数据填充到全基因组测序水平，并通过全基因组关联分析鉴定进一步挖掘一批与产奶、体型、繁殖和健康相关的功能基因和SNP 位点（表5）。

图3 娟姗牛与荷斯坦牛群体分化指数分析（FST）

表4 娟姗牛群体基因型数据统计

表5 娟姗牛品种特异性SNP 位点及功能基因的GO 分析

3.3 落地了娟姗牛本土化选育方案

目前扬州大学牛遗传资源与健康养殖创新团队联合江苏银宝光明牧业有限公司，将培育具有自主知识产权的优质、高产、适应性广的本土化娟姗牛新品系确定为长三角地区娟姗牛群体选育目标，并以此设计选育方案，大致分为5 个步骤：①完善娟姗牛群体的生产性能测定流程，持续采集娟姗牛体型及系谱等数据信息，以此确定娟姗牛各项性状的遗传特征，并基于此制定奶牛娟姗牛品种标准及体型测定标准，规范表型信息的采集；②建立娟姗牛基因组数据库，估计乳脂率、乳蛋白率、体细胞评分、305d 产奶量、初产日龄、产犊间隔和体况评分等性状的遗传参数，评估群体现有育种水平；③结合娟姗牛的现有育种水平及本土化选育目标，制定娟姗牛群体选择指数，进而评估出所有青年母牛个体的综合育种值，选留高产奶量、高乳脂率、高乳蛋白和适应性广的娟姗牛群体；④结合超数排卵和胚胎移植技术，进一步加快群体的选择进展；⑤持续开展选种选配，控制近交系数，研发娟姗牛饲养管理，繁殖配种、疾病防控等信息化智能管理体系，集成娟姗牛高产高效繁育饲养管理体系，实现娟姗牛在长三角地区的高水平本土化。

目前，团队已采集长三角地区1630 头娟姗牛群体的体型线性评分数据及2022 年至今的DHI 数据，制定了娟姗牛品种标准及体型测定标准，组建了1600 头的参考群体。同时选取了2000 头以上有完整DHI 记录（每胎记录数不小于6 次）和系谱记录（可追溯至少3 代）的娟姗牛，采集其血液或尾根部毛囊样品进行100K 芯片基因分型检测、1×基因组低覆盖测序、20×基因组测序和RNA-seq 分析，初步构建了娟姗牛育种平台，并完成了所有牛群的各项经济性状的育种值评估，划分良种群体600 头。后续将以CattleGTEx 提供的参考面板为模板将低覆盖度测序数据和SNP 芯片数据填充到全基因组测序水平，并通过全基因组关联分析及比较基因组学等手段，鉴定并挖掘一批与产奶、体型、繁殖和健康等重要经济性状的分子调控元件，加强创新利用，并探究关键位点优化基因组预测的新算法，为后续育种选择提供技术支撑。

4 小结

奶牛良种是奶业生产的根基，直接影响到行业的核心竞争力。长三角地区娟姗牛群体的良种选育需瞄准长三角奶业发展和市场需求，充分发挥引进品种娟姗牛适应性强、生乳品质高的特点，制定科学有效的育种方案。探究娟姗牛现有群体的种质性能，研发基于基因组选择的育种技术，开展本土化选育，对实现长三角地区娟姗牛品种的遗传改良和种质资源创新利用具有重要意义，也将为我国奶牛核心种源自主培育提供技术支撑。