顾名思义,牛辅助繁殖技术系指人为干预牛自然生殖过程,从而达到提高牛群繁殖效率和加速遗传育种进展的目的。自1938年将人工授精这项辅助繁殖技术首次引入奶牛/肉牛生产体系以来,短短83年期间牛辅助繁殖技术取得了令人难以置信、翻天覆地般的创新进展!目前,国际动物繁殖学界一般将牛辅助繁殖技术进展划分为如下四代:
1.第一代牛辅助繁殖技术包括哪些?
“人工授精、精液冷冻、性控冻精和发情调控”均属第一代牛辅助繁殖技术;这些实用先进技术在我国养牛界获得广泛认可和普遍应用,并产生巨大经济效益。
2.第二代牛辅助繁殖技术是什么?
“超数排卵+人工授精(使用常规冻精或性控冻精)+冲胚回收”所获胚胎技术流程属第二代牛辅助繁殖技术,俗称传统胚胎移植技术或体内胚胎移植技术;这项实用先进技术在我国虽经逾40年引进、消化、吸收、应用和推广,政府也曾投入大量研发资金支持,但除少数种公牛站外,始终没有形成规模可观生产力,在全球处于落后状态。
3.第三代牛辅助繁殖技术是什么?
“活体采集卵母细胞+体外培养成熟+体外受精(使用常规冻精或性控冻精)+发育生长为囊胚或扩张囊胚”所获胚胎技术流程属第三代牛辅助繁殖技术,也称体外胚胎移植技术;这项实用先进技术我国才刚刚起步引进、消化和吸收,并期望五年内能形成规模可观生产力。我们目前对第三代牛辅助繁殖技术的理解、掌握、应用和推广,远远落后于全球其它国家和地区、甚至还不如非洲某些国家。
4.第四代牛辅助繁殖技术是什么?
牛克隆胚胎移植属第四代牛辅助繁殖技术,仅在少数发达国家尝试商业化生产;短期内尚无可能大规模应用推广。
1988年西方奶牛临床兽医首先开发出了可反复应用且损伤程度较轻的供体母牛活体卵子(卵母细胞)采集术,英文名称:Ovum Pick-Up,简称OPU(中文俗称牛活体采卵技术),从而有力推动了牛体外受精胚胎(In Vitro Fertilization; IVF)广泛商业化运作。根据美国胚胎移植协会统计数据,2019年全美共完成448826枚牛胚胎移植,其中68%是体外受精胚胎(IVF)。同年,共完成122431次OPU,回收用于IVF卵母细胞总数超过200万个。那么,究竟什么是OPU技术呢?OPU技术简单来说就是手在母牛直肠内把握着卵巢,藉助插入阴道穹窿抵住阴道壁的超声成像探头引导采卵针套内的采卵针露出针套刺穿阴道壁,并在相对固定的卵巢表面逐一刺入卵泡采集卵泡液和卵母细胞,参见图1、图2和图3。
自该项技术问世,通常每两周对供体母牛进行一次OPU;如此流程业已执行逾30年。关于应用OPU和IVF的利弊,人们提出了各种各样的问题,常常涉及有关遗传进展、操作和制造成本,依据供体母牛有无潜在损伤等诸多争论。其中普遍最关心的问题是:反复长期应用OPU流程对供体母牛繁育功能是否存在潜在负面影响。2021年4月23日美国该领域有关权威回顾既往统计数据就此问题专门做了以下针对性答复。
图1.OPU/IVF技术流程示意图
图2.左分图示带有从采卵针导向仪可伸缩的卵母细胞抽吸针(采卵针)的超声探头;右分图示将超声探头抵压在阴道穹窿位置,手在直肠内将卵巢把握固定并靠在阴道壁拟进针处。
图3.现场实施OPU流程技术部分照片:右上分图示采卵针尚未进入的2个窦腔卵泡(屏幕中2个毗邻圆形黑色区域);左下分图和右下分图示采卵针业已进入窦腔卵泡(圆形黑色区域内的白色亮点即为采卵针针尖)。
1.不言而喻,长期反复应用OPU流程,肯定会对供体母牛激素相互作用和卵巢各种组织结构产生某些潜在不利影响,包括出血、免疫细胞浸润和纤维化等。当滤泡液和卵母细胞被吸出时,某些残留滤泡细胞可能会黄体化并产生孕酮。同时卵巢周围结缔组织亦可能会增厚并变硬,这种变化最终甚至有可能导致粘连。然而,这些影响并不一定会干扰卵巢恢复正常功能,但损伤程度似乎与数周或数月内应用OPU频率高低成正比。
2. 1996年曾在肉牛青年牛供体母牛的研究表明:对3-14月龄后备牛供体母牛总共实施7次OPU流程,结果发现对这些后备牛供体母牛卵泡波活动并无影响,同时首次人工授精配种情期受胎率亦正常。
3. 2020年对奶牛供体母牛既往实施OPU-IVF流程统计数据回顾性分析发现:育成牛10.6月龄供体母牛开始OPU流程,其繁殖性能受到负面影响;相比未应用OPU流程育成牛,或传统体内冲卵育成牛供体母牛,应用OPU流程育成牛供体母牛首次人工授精配种情期受胎率会降低15%左右,但对应用OPU流程泌乳牛群供体母牛首次人工授精配种情期受胎率并无任何影响。
4.就产后肉牛供体而言,连续实施四次OPU流程,再实施定时输精配种流程,其情期受胎率并未受到显著影响。然而,应该指出的是:该研究中处理组与对照组每组均只有10头牛,尽管因样本太小统计数值不存在显著差异,但依然表明产生潜在负面影响的风险。
5.不言而喻,需要更多更广泛的研究来科学确定育成牛供体母牛或经产牛供体母牛实施长期反复应用OPU流程后对其繁育功能的影响究竟如何。然而,可以肯定地说,因在少数已经完成的研究中曾观察到应用OPU流程后,供体母牛卵巢组织结构形态发生改变,这至少可以预测存在某种程度影响以后繁育功能的风险。
6.就供体母牛活体本身而言,OPU是一种侵入性流程,新手或生手往往造成出血和感染,进而可能导致卵巢粘连后果,故而需要经验丰富技能高超和专业素养过硬兽医实施这项技术。
7.尽管OPU-IVF流程多少可能会影响供体母牛正常繁育功能,但与其带来的巨大遗传改良进展和提高生产效益相比,这种负面影响应退居次要,切忌因噎废食。而且,随着时间推移和技术持续改进,这项技术对供体母牛正常繁殖功能造成负面影响的风险会降至微不足道。
据不完整统计,我国目前具有丰富经验OPU实操技术人员如凤毛麟角,总数不会超过5名,在此领域追赶发达国家形势不容乐观,亟需采取有效措施加速培训扩充。
1.宜由从事人工授精技术工作或传统胚胎移植技术工作并熟悉超声成像诊断技术人员中遴选,被选人员至少具有前述技术工作实操经验五年以上,年龄在25-35岁之间。
2.强化反复培训OPU流程技术,每名培训学员需至少实践>100头淘汰母牛OPU流程技术,以术后无出血、无感染、无卵巢粘连和每次OPU可获得>15枚无污染卵母细胞为基准判断培训学员是否确实正确掌握了OPU流程技术要领并能独立胜任这项技术工作。发达国家培训教员一般由具有逾30年OPU流程技术经验的资深临床兽医担任,收取培训费用是每名学员23000元人民币(仅培训2.5天)。
3.格外注重配备性能可靠OPU操作系统,参见图4。
来源 | 荷斯坦杂志
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