2015我国国家畜禽基因库的现状和前景

我国国家畜禽基因库的现状和前景

赵俊金

摘要：畜禽遗传资源是重要的生物资源，它是生物资源的重要组成部分。同时畜禽遗传多样性是生物多样性中与人类关系最为密切的部分，保护畜禽遗传资源对于促进农业可持续发展、满足人类多样化需求具有重要的意义。本文从国内外基因库发展概况介绍了基因库的基本现状和发展前景，重点以我国国家家畜基因库的建立与发展、管理模式、遗传物质保存情况、基因库保种技术情况为实例，详细阐述基因库在畜禽遗传资源保护中具有重要的实用价值。因此，基因库将会在今后畜禽遗传保种中发挥越来越重要的作用。

关键词：畜禽遗传资源; 基因库; 保存与利用

畜禽遗传资源是重要的生物资源，它是生物多样性的重要组成部分，也是生态的有机组成。同时畜禽遗传资源保护是关系到养殖业可持续发展的生物多样性的重大问题。在人类生活中，畜禽以肉、奶、蛋、毛、皮等形式提供了人类30%～40%的需求，这些都来源于40多个畜禽种类的约4500个畜禽品种，它们是人类社会现在和未来不可缺少的重要资源。全世界经报道的品种共有7616个，其中，地方品种6536个，跨境品种1080个。跨境品种中，523个是仅在一个区域分布的地区性跨境品种，557个是广泛分布的国际性跨境品种。一共有690个品种被定为灭绝品种，其中有9个是跨境品。我国于2006年全面开展了第三次全国畜禽遗传资源普查，此次畜禽资源普查共调查了1200多个畜禽品种（资源），并于2011年完成了《中国畜禽遗传资源志》的编写，其中共收录了700余个畜禽品种（见表1）。

表1 我国畜禽遗传资源概况

品种总数量地方品种培育品种引进品种

猪100 76 18 6

绵羊71 42 21 8

山羊69 58 8 3

黄牛71 53 8 10

水牛28 26 - 2

牦牛13 12 1 -

大额牛 1 1 - -

瘤牛 1 - - 1

马51 29 13 9

驴24 24 - -

双峰驼 5 5 - -

羊驼 1 1 - -

鸡116 107 4 5

鸭34 32 - 2

鹅31 30 1 -

鸽 3 2 - 1

鹌鹑 2 - - 2

火鸡 3 1 - 2

蜜蜂28 13 7 8

兔子24 - - -

鹿14 - - -

犬32 - - -

毛皮动物13 - - -

特禽13 - - -

注：表中数据来源于《中国畜禽遗传资源志》（2011）

畜禽遗传多样性是生物多样性中与人类关系最为密切的部分，保护畜禽遗传资源对于促进农业可持续发展、满足人类多样化需求具有重要的意义。畜禽遗传资源的保护日益受到国际社会和世界的普遍关注与高度重视。在1992年6月的联合国环境与发展大会上，包括中国在内的167个国家共同签署了《生物多样性公约》，畜禽遗传资源被纳入其中。FAO于1993年正式启动了动物遗传资源保护与管理全球战略。1995年粮农组织遗传资源委员会（CGRFA）成立了动物遗传资源政府间技术工作组（ITWG-AnGR）永久性政府间论坛。2007年在瑞士因特拉肯召开的第一届国际动物遗传资源技术会议，在会上正式发布世界动物遗传资源状况，同时还发布了关于动物遗传资源保护与管理的《因特拉肯宣言》以及《动物遗传资源保护与管理全球行动计划》。随着分子生物学技术的不断发展，分子生物学技术对畜禽遗传资源保种的贡献也越来越大，例如低温保种技术。除了活体保种以外，其中基因库在畜禽遗传资源保护中发挥的作用日益显著。

1 国外畜禽基因库基本概况

不同于植物的种质保存，畜禽遗传资源保存主要有4种方法：活体原位保存、配子或胚胎的超低温保存、DNA保存、体细胞保存。其中后3种保存方式均属于易位保存。活体保存是目前最实用的方法，可以在利用中动态地保存资源，但是其缺点在于一般专门设立保种群体，维持成本比较高。随着生物学技术的发展，尽管目前超低温冷冻方法保存还不能完全代替活体保种，但作为一种补充方式，仍具有很大的实用价值，特别对稀有品种、濒危品种或者携带优良性状基因的品种，利用这种保存方式可以较长时间地保存品种的基因型，避免畜禽对外界环境条件的适应性改变。因此，为了最大限度的增加畜禽遗传多样性，以基因库为载体的易位保种具有很大的升值空间。

1.1国外畜禽基因库保种概况

世界上畜禽遗传资源保护存在着两种倾向，在多数发达国家中，随着畜牧生产体系的集约化，大量饲养的只有少数经济价值高的品种和杂交种，品种数目在迅速减少；在一些发展中国家，虽然有较丰富的遗传资源，但由于保种不当和盲目引进外来品种杂交，使原有的地方品种数量大大减少，这些倾向都导致世界性的遗传资源危机。本文主要以美国、英国、法国、荷兰等发达国家和印度、巴西等发展中国家为例，简要的介绍一下各国畜禽基因库的概况。

1.1.1发达国家

在90年后期，美国政府启动了国家动物遗传资源保护项目（National Animal Germplasm Program, NAGP），通过该项目的实施，收集并冻存现存品种的遗传物质，调查各个品种种群数量变迁历史以及品种内遗传多样性情况。21世纪初，美国农业部又启动了畜禽遗传资源保存和利用项目，通过此次项目的实施，最终达到了以下目标：（1）了解每个品种的数量及地理分布信息，并获取了每个品种的外形、育种值、DNA水平的遗传信息及其对不同环境的适应性等相关数据，并把相关信息录入全美遗传资源信息网络；（2）收集和保存包括精液、胚胎、卵子和DNA在内的遗传物质(表2)，并建立了档案;(3)建立遗传材料冷冻保存的标准，对所收集的遗传物质的活力进行了评价，并将信息录入全美遗传资源信息网络；（4）在全美遗传资源系网络中创建独立的动物遗传资源计划系统，为全美畜禽遗传资源的原位和易位保种的选择提供信息支持。政府在科罗拉多大学建立了全国种质资源保护与利用中心（基因库），凡是被列入国家保种规划的畜禽品种的种质资源（包括外来品种资源）都在保

护中心得到妥善的保存。

表2 美国保存品种及种质资源名录

品种个体数量

血液数量

（个体数量）

胚胎数量（个

体数量）

精液数量（个体数

量）

其它种质资源数量

（个体数量）

奶牛6,563 - 158（27）229541（6536）229699（6563）猪1,309 261（22）452（33）199753（1254）200466（1309）肉牛4,887 13524（2112）605（108）169122（2693）183251（4887）绵羊1,836 5923（1298）458（110）45575（658）51956（1836）水生淡水鱼2,709 - - 24323（2709）24323（2709）苍蝇幼虫10 - 19350（10）- 19350（10）山羊404 740（113）254（26）8433（266）9427（404）鸡1,448 783（81）- 6154（1363）7978（1448）水生无脊椎动物215 - - 7362（215）7362（215）野牛75 - 41（11）1561（64）1631（75）水生海洋鱼类15 - - 823（15）823（15）火鸡114 - - 291（106）421（114）麋鹿 4 - - 340（4）340（4）（表中数据来源于National Animal Germplasm Program,NAGP,2012.9.20）

英国拥有丰富的畜禽品种资源，大约有超过160多种的禽、牛、羊、猪、马等。在欧盟项目“动物遗传多样性的可持续发展”的资助下，进一步加深了在分子水平上对英国绵、山羊遗传资源多样性的工作，鉴别了优异基因库，确实了保护的优先对象。法国于1999年建立了国家冷库（Cryobanque Nationale）,用来保存畜禽的精液和胚胎，该冷库收集的遗传物质主要包括以下三类：（1）濒危品种；（2）拥有优异生产性能表现的非濒危品种个体；（3）育种群的典型样本。为了避免意外，国家冷库还对保存的遗传物质进行了备份。荷兰动物遗传资源中心(Centre for Genetic Resources the Netherlands, CGN)的基因库收集了牛、猪、马、绵羊、山羊、狗等遗传物质，同时也包括稀有物种和具有优良性状的商业品种的遗传物质（见表3）。此基因库位于瓦格宁跟大学家畜研究所，而基因库的备份库位于乌特列支大学兽医学院。

表3 荷兰动物遗传资源中心基因库保存遗传物质数量（2010）

物种品种/品系数量冷冻精液剂数

牛9 4585 181753

狗 2 10 162

山羊 2 30 3820

马 5 59 10906

猪16 519 69981

家禽20 270 18827

绵羊7 228 23810

1.1.2发展中国家

巴西畜禽遗传资源的保护主要采取原位保存（核心群保种）和易位保存，易位保存由国家遗传资源与生物技术研究中心下属的动物种质库（Animal Germplasm Bank, BGA）承担，该库建于巴西利亚的Sucupira实验农场，截止2003年，动物种质库共保存有牛、山羊、绵羊、马和驴14个品种的52230剂冷冻精液和220个胚胎。

印度于1984年成立了国家动物遗传资源局（National Bureau of Animal Genetic Resources,NBAGR），负责畜禽遗传资源的鉴定、评估、品种描述、保护利用等，同时也建

立了国家动物基因库，目前共收集了31个品种的257头种公畜97835剂冷冻精液（具体数量见表4），其中品种主要包括牛、水牛、绵羊、山羊、骆驼、牦牛和马。

表4 印度国家动物基因库保存品种与冷冻精液数量

品种品种数量种公畜数量冷冻精液数量

牛16 104 39936

水牛8 76 36653

山羊 2 33 11093

马 2 6 490

绵羊 1 20 8375

骆驼 1 15 928

牦牛 1 3 360

总计31 257 97835

（表中数据来源于http://www.nbagr.res.in/GnBnk.html）

2我国国家畜禽基因库概况

我国相关部门和研究所也十分重视国家畜禽基因库的建立。根据《中华人民共和国畜牧法》、《畜禽遗传资源保种场保护区和基因库管理办法》、《国家级畜禽遗传资源保护名录》等有关规定，经书面材料审查和现场审验合格，已经确定我国第一批国家级畜禽遗传资源基因库6个，分别为国家级家畜基因库（北京）、国家级蜜蜂基因库（吉林）、国家级地方鸡种基因库（江苏）、国家级水禽基因库（江苏）、国家级地方鸡种基因库（浙江）、国家级水禽基因库（福建）。

2.1 国家家畜基因库建立与发展

中国农业科学院畜牧研究所主持完成了“牛、羊精液库的建立和应用研究”项目（1986-1990），开始了4个牛品种、3个绵羊品种的精液库的建立。“九五”至“十五”期间，由全国畜牧兽医总站畜禽牧草种质资源保存利用中心主持的“家畜品种资源保护利用技术的研究与应用”项目，以现代生物技术手段为依托，初步建立起家畜种质基因库。同时收集了牛冷冻精液和冷冻胚胎、家畜血样和DNA等遗传物质，开展了猪冷冻精液、胚胎常规冷冻方法与玻璃冷冻的比较研究，筛选出适宜的配方和冷冻处理方法，探讨了“家畜品种的濒危等级划分”规则，提出了不同层次的保种方案和措施，建立了一套家畜生物技术保种技术规程和遗传物质安全管理规范，同时建立了牛、猪、羊等家畜的DNA数据库。

2.2 管理制度和措施的完善

国家家畜基因库作为以保存畜禽遗传资源为目的肩负着历史的重任，因此，加强基因库的管理是保障生物安全的重要手段之一。国家家畜基因库建立了完善的管理制度，主要包括以下几点：（1）为了遗传物质的安全，基因库采取24小时值班制度，并配置了相应的防火、防电、防水等安全设施；（2）对相关人员进行定期培训；（3）对保存的遗传物质进行备份，并定期检测，确保其质量；（4）定期进行设备安全检修；（5）建立了遗传物质出入库管理制度和办法；（6）建立了实验室管理条例和实验室安全章程等。以上规章制度和保障措施的完善进一步确保了畜禽遗传资源的安全性。

2.3 遗传物质的保存

“中心”应用现代生物技术保存50余个国内地方牛品种、国内外羊优良品种冷冻精液16万余剂，冷冻胚胎9千余枚；10个牦牛、绵山羊品种的成纤维细胞系3000余份；收集了277个品种的猪、牛、羊、马血样和基因组DNA，共计1.5万余份遗传物质。保存的遗传物质时间跨度大、历史悠久，第一批保存的4个牛品种（秦川牛、南阳牛、延边牛、晋南牛）和3个绵羊品种（小尾寒羊、湖羊、中国美利奴羊）冷冻精液时间长达25年之久，最早制作的牛、羊冷冻胚胎已保存了10多年。其中野牦牛、天祝白牦牛、辽宁绒山羊和内蒙古绒

山羊冷冻精液，是我国乃至世界上十分宝贵的遗传资源。同时部分品种的遗传物质多次返回原产地，用于提高现有群体的品质和培育优良品种。

2.4 基因库保种技术的应用

基因库保种主要以低温保种（cryopreservation）为主要技术的一种保种措施，主要包括有冷冻精液、冷冻胚胎、冷冻体细胞、血液和DNA等形式。活的胚胎、精液、卵母细胞、体细胞系低温保存于液氮中，能较完整地长期保存一个可恢复生命的小群体，但易造成遗传漂变，有些种类的畜禽保存技术还有待于改进，虽然卵母细胞、体细胞系利用技术近几年有所改进，但利用率还有待于提高。

2.4.1 冷冻精液技术

20世纪50年代英国Simth和Polge研究牛冷冻精液保存方法获得成功后，奶牛、猪、马、绵山、山羊、家禽和野生动物冷冻精液的研究也相继开展。据估计，目前世界范围内母牛人工授精应用的冷冻精液占总数90%以上，受胎率约为75%，水牛、羊、猪冷冻精液的受胎率约为40%-50%。截止到2012年7月份，国家家畜基因库利用生物学技术现存有17万余剂冷冻精液，其中主要包括秦川牛、晋南牛、德国黄牛、德系西门塔尔牛等20个牛品种7万余份冷冻精液；长江三角洲白山羊、承德无角黑山羊、萨福克、无角道赛特等33个羊品种10万份冷冻精液；梅山猪和枫泾猪2个猪品种2000份冷冻精液；驴品种4000份冷冻精液。

2.4.2 冷冻胚胎技术

20世纪80年代，随着非手术和胚胎移植技术的日臻完善，胚胎移植技术对于畜禽遗传资源的改良起了重要作用，在保护畜禽遗传资源和挽救濒危野生动物等方面也发挥了很大作用，人工授精技术极大地提高了优秀种畜的作用，但母畜在品种改良中作用总是受产子数和世代间隔的限制，胚胎移植可充分发挥优良母畜的作用，尤其对牛羊等单胎动物而言，通过超数排卵和胚胎移植技术可使供体繁殖的后代增加7～10倍，从而加大了选择强度，加快了遗传进展。截止到2012年7月份，国家家畜基因库利用生物学技术现存有9千余枚冷冻胚胎，其中主要包括晋南牛、鲁西牛、郏县红牛、巫陵牛等11个品种1800余枚冷冻胚胎；宁夏中卫山羊、湖羊、陕西同样、内蒙乌珠穆沁羊、吕梁黑山羊、广灵大尾羊等30品种7000余枚冷冻胚胎。

2.4.3 体细胞系技术

体细胞冷冻保存与克隆技术的发展，为非生殖细胞的保种工作开拓了广阔的前景，通过构建细胞系来保存种质资源是一种具有重要价值的保种方法之一。体细胞保种优点主要为占用空间小，便于资源集中管理，保种费用较低。国家家畜基因库在2004年开展了以羊耳缘组织为材料，采用组织块贴壁培养法和细胞冷冻技术，成功建立了承德黑山山、小尾寒羊、同羊、乌珠穆沁羊、青海贵德裘皮羊、白滩羊、波尔山羊等绵、山羊350只个体，2000份样品的成纤维细胞系，通过对培养细胞进行形态学、生长动力学观察、细胞活力测定、核型分析和微生物检测，结果显示细胞群体倍增时间约为36小时，冻存前细胞活力为96.2%，解冻后细胞活力为93.6%，24小时候的贴壁率为85%。在传代8次之后，细胞染色体中二倍体占主体，约为82%～90%，细菌、真菌、病毒、支原体等检测均为阴性。该体细胞系完全可以满足保种工作需要，为保种工作提供了又一个有力的补充手段。截止到2012年7月份，国家家畜基因库利用生物学技术现存有小尾寒羊、波尔山羊、内蒙绒山羊、青海贵德裘皮羊、马头山羊等12绵山羊品种和天祝牦牛耳成纤维细胞共3600份。

成肌细胞是指胞浆中含有肌丝的肌组织前体细胞，具有自我更新和促进肌纤维再生的能力，是体外研究肌肉发育调控机理的理想载体。研究结果提示，其研究结果表明分离的羊成肌细胞具有肌源性，可分化为肌管；BTG2与BTG3两基因呈相反趋势表达，可能说明基因在肌肉发育过程中起不同作用。脂肪间充质干细胞是一类具有增殖和向脂肪细胞分化能力的特

异化了的前体细胞，目前已经建立羊脂肪间充质干细胞培养体系，并诱导其向肌细胞和脂肪分化，其结果对研究肉羊脂肪沉积与肌肉发育等相关机理具有重要意义。同时也对研究绵山羊种质资源特性有重要的意义。

2.4.4 基因组遗传信息的保存技术

基因组遗传信息的保存主要包括冷冻保存的血样，动物DNA片段和其它动物组织。这种保种实施所需的时间短，能最大数量地保存遗传信息，遗传漂变较小，保存时间长，且成本低，但建立恢复完全生命群体可能性较小。截止到2012年7月份，国家家畜基因库利用生物学技术现存有清平猪、荣昌猪等60个地方猪品种的血样；延边牛、天祝白牦牛、海子水牛、大额牛等88个地方牛品种的血样；巴音布鲁克羊、迪庆绵羊、内蒙古绒山羊、云岭山羊等74个地方羊品种的血样；蒙古马、伊犁马、百色马、太行驴、德州驴、广灵驴等55个地方马（驴）品种的血样。

2.5标准制定进展

截至目前，完成了《猪雌激素受体和卵泡刺激素亚基单倍体型检测技术规程》（NY/T 1670）、《畜禽遗传资源调查技术规范》（GB/T 27534.1-27534.8）、《畜禽微卫星DNA遗传多样性检测技术规程》（NY/T 1673）、《牛羊胚胎质量检测技术规程》（NT/T 1674）、《牛个体及亲子鉴定微卫星DNA法》（GB/T 27642）和《畜禽线粒体DNA遗传多样性检测技术规程》（NY/T 1674）、《牛隐性遗传缺陷基因检测的技术规程》（审批中）、《种羊生产性能技术规范》（审批中）、《羊冷冻精液技术生产规程》（制定中）、《家畜遗传资源保护区保护技术规范》（制定中）等15个国家标准和农业行业标准的制定。

3 我国国家畜禽基因库可持续发展策略

养殖业的持续发展不仅仅意味着产量的持续提高，也包括了为了市场对质量和品种花色的需求，更重要的是储备更多的遗传潜力以适应未来环境的变化。遗传多样性是畜禽改良的原始材料，对于不同物种不同品种的保护为以后育种提供良好的素材，对畜禽遗传资源的保护关系到我国仍至全世界畜牧业的持续发展。

畜禽保种的目的就是要保存群体的遗传多样性，以可逆的形式进行基因组合或者保存优良基因例如绵羊的Booroola基因。为了实现这些目标，有必要通过调查种公畜和种母畜的数量、育种群体总数量、亚群体的数量和群体大小的趋势等评估和监控品种实时状态。采用测定群体间的遗传距离和确定保存的品种，从而可以评估群体的基因型和表型。从理论上说，通过原位活体保种可以充分保存遗传资源，但是这种保种方式需要大的群体规模和比较高的维持费用。因此，易位保存策略主要是通过低温冷冻保存方法存储于基因库中，以此评价群体间基因流传递或者为培育新的品种品系提供重要育种材料。生物多样性协会（Convention on Biological Diversity）推荐易位保存作为原位保存的必要补充形式。为了避免近交，基因库中收集的遗传物质尽量来源于三代以上无血缘关系的种公畜和种母畜群体中。畜禽遗传资源易位保种主要集中在精子、胚胎、体细胞、睾丸和卵巢器官等遗传物质，利用这些遗传物质可以有效地延长群体中优良个体的使用期。目前，精子由于具有来源充足和应用成熟等优点已经成为最主要的收集遗传物质。保存的冷冻精液可以现在或者将来返回原有群体，同时当现有群体多样性受到威胁时，来源于具有优良性状濒危种公畜的冷冻精液可以用于人工授精或者体外繁殖有潜力保存现在群体的多样性。近几年，在大部分哺乳动物和一些鸟类中已经成功地制作了其冷冻精液，但是其它一些物种中该方法有待于进一步改进。第一次受孕率在不同品种中差异也比较大，但是在牛、猪、山羊和绵羊4个品种中平均受孕率均较高。通过冷冻胚胎保种技术可以保存包括种公畜和种母畜全部的遗传物质，从而可以最大程度地维持群体的多样性和完整性。但是相对于冷冻精液保存程序要复杂且费用高。全部哺乳动物胚胎已经成功地冷冻、解冻，并同步地移植到受体中，但是相对于牛、羊胚胎，猪和马胚胎更容易低温敏感。目前，冷冻胚胎低温保种仅在牛、绵羊和山羊中得到应

用。

2008年6月