奶牛性別控制的途徑、方法和發(fā)展前景

放牧是指通過手動干預(yù)或操作，根據(jù)人們的意愿，對母牛進(jìn)行性別改造，所需的后代生物技術(shù)必須是生物技術(shù)。畜牧業(yè)生產(chǎn)中的許多重要經(jīng)濟(jì)性狀都與性別密切相關(guān),所以性別控制技術(shù)在畜牧生產(chǎn)上具有重要的意義,吸引了許多科研工作者對這項技術(shù)進(jìn)行廣泛的研究。飼養(yǎng)者都希望建立優(yōu)化商品畜群,讓特定性別的家畜發(fā)揮自己的優(yōu)勢,生產(chǎn)他們所需的畜產(chǎn)品。如飼養(yǎng)者希望母牛產(chǎn)雌性牛犢,可以增加經(jīng)濟(jì)效益。本文對奶牛性別控制的途徑、方法和發(fā)展前景進(jìn)行了綜述。1性別控制技術(shù)由于各地畜牧業(yè)發(fā)展的水平不同,當(dāng)前奶牛的繁育方式主要呈現(xiàn)3種形式:一是一些有規(guī)模的奶牛場多采用人工授精的方式;二是一些現(xiàn)代化飼養(yǎng)水平較高的奶牛場采用胚胎移植的方式;三是在我國一些畜牧業(yè)不太發(fā)達(dá)的地區(qū)仍然保持自然交配的方式。由于繁育方式的不同,性別控制技術(shù)也有3種不同的途徑:一是在人工授精前通過對X精子與Y精子分離以控制性別;二是在胚胎移植前對胚胎的性別進(jìn)行鑒定以控制性別;三是通過控制外環(huán)境來控制性別。飼養(yǎng)者可以根據(jù)自己實際情況,選擇合適的性別控制技術(shù)加以實施,以提高經(jīng)濟(jì)效益。就目前的研究內(nèi)容看最主要的指前兩條途徑。1.1x與y精子的結(jié)構(gòu)奶牛染色體的數(shù)目為60條,其中58條為常染色體,另外兩條為性染色體,即X、Y染色體,一般認(rèn)為雄性動物胚胎的性染色體為XY型,雌性動物胚胎為XX型。由于Y染色體只在公牛才含有,因此,精卵結(jié)合時精子的類別就決定了奶牛的性別。X精子與Y精子之間存在著微弱的生物學(xué)差異,如X、Y精子在體積、密度、電荷、運(yùn)動性和DNA含量、表面抗原等方面,從而為分離精子提供了理論依據(jù)。實施X和Y精子的分離再通過人工授精可以有效地達(dá)到性別控制的目的。1.2植給受體的性別在胚胎移植時,對移植前胚胎進(jìn)行性別鑒定,人為地選擇某一性別的胚胎移植給受體,可以達(dá)到性別控制的目的。奶牛的兩條性染色體的形態(tài)與常染色體不一樣,其鑒別相對容易。雄性胚胎的性染色體為XY型,雌性胚胎的性染色體則為XX型。利用特異性探針檢測法,可鑒別出胚胎的性別,再進(jìn)行移植。1.3精子在養(yǎng)牛過程中的性分布性別主要是由遺傳決定的,即由性染色體及性染色體與常染色體的對比關(guān)系決定。在自然交配的情況下,精子在母牛生殖道運(yùn)行和受精過程中,所處環(huán)境的差異將對母牛所產(chǎn)犢牛的性別產(chǎn)生一定影響。此外,性別決定機(jī)制中性染色體理論并非這個機(jī)制的全部,外界環(huán)境中的某些因素也可能不同程度地影響胚胎性別的發(fā)育,從而改變性別比。2牛性別控制的方法和現(xiàn)狀2.1精子分離技術(shù)早在1925年,Lush就試圖以離心法分離兔子的X精子和Y精子,但未成功。從那時起人們根據(jù)X精子和Y精子在物理(體積、密度、電荷、運(yùn)動性)和化學(xué)(DNA含量、表面抗原)等方面的差異,對精子分離技術(shù)進(jìn)行了各種各樣的探討和研究。目前,精子分離的方法主要是“物理分離法”,包括沉淀法、電泳法、離心法、免疫法、流式細(xì)胞光度法等等,現(xiàn)在較準(zhǔn)確、用的較多的是有流式細(xì)胞光度法和免疫法。2.1.1牛精子與精子的配比這是當(dāng)前分離X、Y精子較準(zhǔn)確的方法,它的理論基礎(chǔ)是:X精子的DNA含量比Y精子高。Garner提出在家畜中X精子的DNA含量比Y精子高出3%～4%。Johnson認(rèn)為哺乳動物X精子的DNA含量較Y精子高2.8%～7.5%。據(jù)Van等報道,牛精子的DNA含量相差3.5%～4%。此外,熒光染料Hoechst3342可以特異性地與精子DNA螺旋相結(jié)合也是這種方法的依據(jù)之一。且染料著色量與精子DNA含量成正比。因此,X精子吸收的染料就多,X精子發(fā)出的熒光就強(qiáng)。具體的做法是:先用DNA特異性染料對精子進(jìn)行活體染色,然后精子連同少量稀釋液逐個通過激光束,探測器根據(jù)精子的發(fā)光強(qiáng)度把電信號傳遞給計算機(jī),計算機(jī)指令液滴充電使發(fā)光強(qiáng)度高的液滴帶正電,弱的帶負(fù)電。即X精子帶上正電荷,Y精子帶上負(fù)電荷。當(dāng)經(jīng)過高壓電場時會向不同方向偏轉(zhuǎn),達(dá)到分離的目的。用分離后的精子進(jìn)行人工授精或體外授精對受精卵和后代的性別進(jìn)行控制。2.1.2h-y抗體檢測應(yīng)用免疫學(xué)方法分離精子是從Eichwald等發(fā)現(xiàn)H-Y抗原后逐漸發(fā)展起來的?，F(xiàn)已證明H-Y抗原被保留在整個進(jìn)化過程中,除了某些過渡品種外,在所有異型配子的性別品種的體細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)H-Y抗原存在;并且,只有Y精子才能表達(dá)H-Y抗原。因而,利用H-Y抗體檢測精子質(zhì)膜上存在的H-Y抗原,再通過一定的分離程序,就能將精子分離成為H-Y+(Y精子)和H-Y-(X精子)兩類。將所需性別的精子進(jìn)行人工授精,即可獲得預(yù)期性別的后代。H-Y+、H-Y-精子分離的主要方法有:免疫親和柱層析法、直接分離法及免疫磁力法。2.2精子的前引由于X、Y精子之間的差異不顯著,使得直接分離精子困難重重,目前較理想的性別控制途徑是進(jìn)行胚胎的性別鑒定。現(xiàn)在早期胚胎性別鑒定最有效的方法是細(xì)胞遺傳學(xué)法和PCR法。2.2.1操作過程復(fù)雜細(xì)胞遺傳學(xué)法,即通過核型分析來完成胚胎性別鑒定,這種方法鑒定胚胎性別的準(zhǔn)確率幾乎是100%,但操作過程比較繁瑣。具體做法:在牛胚胎滋養(yǎng)層上取一小部分細(xì)胞,經(jīng)Colcemid(乙酰甲基秋水仙堿)培養(yǎng)基培養(yǎng),使有絲分裂停留在中期,通過滲透壓使細(xì)胞膨脹破裂,釋放出染色體并加以固定、染色,檢查性染色體,根據(jù)染色體在細(xì)胞分裂中期的不同譜帶和Y染色體的大小、形態(tài)來判斷性別。2.2.2pcr擴(kuò)增法1990年英國的Sinclsir和Gubbay等發(fā)現(xiàn)位于染色體短臂上的決定雄性的DNA片段SRY基因,只要胚胎的染色體具有SRY基因,那么胚胎就為雄性,這一基因的發(fā)現(xiàn)為胚胎性別鑒定提供了可靠的理論基礎(chǔ)。PCR擴(kuò)增法是一種模仿體內(nèi)DNA復(fù)制的過程,它主要是針對奶牛SRY的DNA序列設(shè)計特異引物,并通過PCR擴(kuò)增胚胎SRY特異DNA序列來鑒定胚胎的性別,SRY陽性為雄性,反之為雌性。該法因有可靠的操作程序,具有高效、快速的特點(diǎn),近年來得到迅速的發(fā)展。胡明信等首次合成了牛類SRY特異引物,并通過PCR直接擴(kuò)增牛胚的SRY特異DNA序列,對牛胚的性別鑒定與分娩結(jié)果相同。3b利用流式細(xì)胞器技術(shù)分離精子畜牧業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了家畜性別控制的研究,而同時性別控制的方法應(yīng)用于實踐,對畜牧業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。在奶牛業(yè)不斷發(fā)展的過程中,人們曾嘗試用各種方法去分離X和Y精子,對胚胎進(jìn)行性別鑒定,以達(dá)到控制動物性別的目的。但是,這些方法大都缺乏可靠性、重復(fù)性和準(zhǔn)確性。目前普遍認(rèn)為,最有科學(xué)性、可靠性、重復(fù)性和準(zhǔn)確性的方法有兩種,一是以X和Y精子含有不同量DNA為基礎(chǔ)的流式細(xì)胞光度法分離精子;二是以SRY基因發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的PCR技術(shù)。應(yīng)用流式細(xì)胞器法分離精子,有準(zhǔn)確率高、對精子損傷小等很多優(yōu)點(diǎn)。但是在短時間內(nèi)很難獲得大量可用的分離精子。由于儀器或操作程序的不完善,使這項技術(shù)與實際應(yīng)用的差距還很遠(yuǎn)。PCR技術(shù)的發(fā)展是胚胎的性別控制進(jìn)入了嶄新的階段,其具有靈敏度高、準(zhǔn)確率高、速度快、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。但是只有進(jìn)一步研究簡易快速胚胎切割取樣技術(shù)、胚胎性別鑒定的PCR檢測試劑盒以及經(jīng)切割取樣性別鑒定胚