客观日本

高效开发家畜繁殖技术

2011年11月22日 科技交流

1.前言

日本的畜产业是在背负着有限的天然资源、有限的土地这一不利条件的条件下运营的。为了克服这一不利条件,从二十世纪三十年代开始就致力于进行开发高效繁殖具有优秀经济遗传特征的家畜的技术。而且牛的人工受精通过1950年的家畜改良增殖法、牛冻结精液通过1961年的家畜改良增殖法、牛胚胎移植通过1983年家畜改良增殖法的修订、牛体外受精通过1982年的家畜改良增殖法的修订分别明确了生产现场中技术利用的结构,日本的这些家畜繁殖技术逐渐进行了渗透。其结果,当前对于日本约99%的母牛,利用冻结精液进行了人工受精,对于约1%的母牛实施了胚胎移植。因此,在日本通过自然交配而生产的乳牛极其稀少。本文中将对于这些繁殖技术的开发经过与技术的现状进行概述说明。

 2.人工受精

在日本最初的家畜人工受精是1896年由新山庄辅进行的马的人工受精。正式的家畜人工受精是1912年学习了伊万诺夫(俄罗斯)的技术的石川日出鹤丸在马身上实施的。其后,对于奶牛(1928)、兔(1930)、鸡(1936)、猪、山羊(1938)、羊(1939)、日本牛(1940)等各种家畜、家禽也进行了人工受精的试验。二十世纪三十年代中期,在全国范围内普及了马的人工受精。1945年以后,由于伴随着农业机械化,农耕用马减少,人工受精的主要对象从马转为牛。而且,从1954年开始了牛冻结精液的相关技术的开发。1965年设置了家畜改良事业团,整备了牛冻结精液的生产、分配体制,在日本国内迅速普及了冻结精液。

牛人工受精的增加头数每年为145万头(日本家畜人工受精师协会,2007)。冻结精液由家畜改良事业团等大范围人工受精中心(乳用牛、日本牛)或者公立机构(日本牛)等供给。从1984年开始利用牛的进口精液。

另一方面,日本的猪由于很难制作受孕性很高的冻结精液等情况,人工受精的普及率不过百分之几,可是也出现了部分地区及饲养员热心致力于人工受精的成功事例。但是,几乎未进行其他家畜、家禽的商业性人工受精。而且,在日本的赛马方面,在注册时不允许进行人工受精。

近年来,在奶牛及日本牛的经产牛中,人工受精时的受孕率不断降低(图1)。伴随着这一点,分娩间隔也不断延长。但是,未发现未经产牛中明显的受孕率降低。在美国、英国、西班牙也出现了相同的现象。

图1  日本的牛人工受精方面受孕率的发展(引自吉ZAWARA(2009))

图1 日本的牛人工受精方面受孕率的发展(引自吉ZAWARA(2009))


  3.胚胎移植

在日本的胚胎移植研究是从二十世纪四十年代开始的。杉江佶等人1964年成功地培养出来自新鲜胚胎的牛犊,而且还于1979年培养出来自冻结胚胎的牛犊。杉江等人开发出非外科性的胚胎移植与采卵技术,留下了先驱性的业绩。其后,牛胚胎移植技术通过农林水产省的工作,日本国内的国立公立机构进行了积极地努力。近年来,每年对于将近6万头受孕母牛实施了胚胎移植。其结果,2005年通过胚胎移植,生产了18,463头牛犊。当前农林水产省公布了“ET挑战50机构”。在该工作方面,2005年度完成机构有52家(表1)

ET挑战的50个达成机构

(2005年版)

 

都道府县

          实施机构名

移植头数

受胎头数

不明头数

受胎率

1

熊本县

江藤动物医院

78

54

0

69.2%

2

北海道

川俣家畜诊疗所

532

357

0

67.1%

3

北海道

全国农业合作社联合会ET中心

2,111

1,415

0

67.0%

4

北海道

北海道农业公社十胜养殖牧场

308

204

0

66.2%

5

北海道

道南NOSAI南部家畜诊疗中心

102

67

0

65.7%

6

北海道

丰西家畜诊疗所

218

143

0

65.6%

7

北海道

(有)Sebiriti信心养殖服务

477

306

0

64.2%

8

北海道

伊达市农业合作社

488

309

0

63.3%

9

鹿儿岛县

小东家畜医院

95

57

4

62.6%

10

福岛县

柳桥动物医院

111

67

1

60.9%

11

北海道

十胜农业合作社西北部家畜人工受精所

170

102

0

60.0%

12

北海道

冈本家畜人工受精所

90

54

0

60.0%

13

长崎县

南光受精卵移植研究会

129

77

0

59.7%

14

北海道

(有)High lead

123

73

0

59.3%

15

熊本县

(有)上田家畜繁殖诊疗所

227

134

1

59.3%

16

青森县

(有)小比类卷家畜诊疗服务

383

213

22

59.0%

17

新泻县

左渡农业合作社家畜诊疗所南部分所

87

51

0

58.6%

18

北海道

札内农业合作社

125

73

0

58.4%

19

北海道

(有)藤  生物  科学

275

160

0

58.2%

20

枥木县

匿名希望

485

282

0

58.1%

21

北海道

匿名希望

827

480

0

58.0%

22

北海道

大树町农业合作社

133

76

0

57.1%

23

北海道

美瑛町动物医院

166

94

0

56.6%

24

爱知县

日本胚胎研究技术中心

1,225

693

0

56.6%

25

北海道

天盐町农业合作社

230

130

0

56.5%

26

群马县

馆林市农业合作社

127

71

0

55.9%

27

北海道

钏路地区NOSAI阿寒钏路办事所

233

130

0

55.8%

28

鹿儿岛县

BIOFIX ET中心

193

106

0

54.9%

29

北海道

钏路地区NOSAI音别白糠办事处

124

68

0

54.8%

30

岐阜县

多治见市牛ET诊疗所

910

495

1

54.5%

31

京都府

京都府农业合作社乳畜业中心

263

140

0

53.2%

32

熊本县

吉川ET中心

96

51

0

53.1%

33

岩手县

岩井东农业合作社ET中心

226

120

0

53.1%

34

北海道

足寄町大型草地养殖牧场

115

61

0

53.0%

35

冲绳县

牛医院

157

83

0

52.9%

36

长野县

JA全农长野ET中心

897

466

0

52.0%

37

爱知县

爱知县乳畜业农业合作社丰桥办事处

129

67

0

51.9%

38

北海道

十胜农业合作鹿追人工受精所

130

67

1

51.9%

39

群马县

匿名希望

110

56

2

51.9%

40

北海道

钏路丹顶农业合作社

115

59

1

51.8%

41

群马县

冈田家畜人工受精所

309

160

0

51.8%

42

北海道

滨中町农业合作社

711

368

0

51.8%

43

北海道

中春别农业合作社

203

105

0

51.7%

44

长野县

笹崎兽医科医院

120

62

0

51.7%

45

长崎县

壱岐市受精卵移植研究会

122

63

0

51.6%

46

福冈县

嘉穗地区乳牛改良检定合作社家畜人工受精所

128

66

0

51.6%

47

北海道

中标津町农业合作社

554

284

0

51.3%

48

埼玉县

今井家畜诊疗所

250

128

0

51.2%

49

福岛县

福岛县乳畜业合作社县中办事所

149

76

0

51.0%

50

宫崎县

小林市受精卵移植理事会

187

95

0

50.8%

51

北海道

计跟别农业合作社

378

189

2

50.3%

52

埼玉县

埼玉县秩父高原牧场

112

56

0

50.0%

 注1:体内受精卵移植的年受胎头数50头以上、受胎率50%以上的机构

注2:妊娠不明的头数超过移植头数10%以上的机构并未登载

注3:达成目标但不希望公开的实施机构在栃木县除了上述一家还有其他

注4:上述外,作为官方试验研究机构,岐阜县畜产业研究所、山口县畜产试验场都已达成目标

注5:排名顺序是以包括小数点第2位后判定的,但小数点第2位后一样的时候名次一样。

(出典∶农林水产省资料)

另一方面,1973年由西川义正最初报告了日本的猪胚胎移植。其后,1990年小栗纪彦等人成功利用冷冻胚胎培养出乳猪。猪的胚胎移植与从研究开发的早期阶段就引入生产现场的牛不同,多作为子宫内胚胎的初期产生与妊娠成立等学术研究的方法而使用。在生产现场未引入猪的胚胎移植的原因有:①猪是多胚胎动物,且妊娠期间短,不存在过剩排卵造成的多子生产;②非外科性的猪胚胎移植技术尚未普及;③胚胎的冻结方法尚未确立等。

作为关于胚胎移植而开发的繁殖技术,有引起过剩排卵、发现发情、胚胎的体外操作、胚胎的质量评价及冻结保存等很多。这些技术多成为面向开发体外受精技术的基础。

 4.体外受精

日本的家畜体外受精的研究于二十世纪七十年代正式开始,积蓄了面向子畜生产的基础知识与技术。而且,1985年花田章等人在世界上首次成功地通过利用体外成熟卵子的体外受精培养出牛犊。其后,在花田等人的研究室中聚集了来自全国的委托研究员,向全国各地转让了牛体外受精技术。同时,通过农林水产省的研究项目等各种工作,强化了体外受精的研究基础。而且,1989年,设置了用于向全国供给来自牛体外受精的胚胎的机构家畜改良事业团·东京技术中心(现在的家畜技术中心),每年向酪农工会等提供1万个左右的来自体外受精的移植用胚胎。其结果,2006年通过体外受精,生产了2,308头乳牛。当前农林水产省公布了“IVF挑战40家完成机构”。在该工作方面,2005年度完成机构有19家(表2)

IVF挑战40达成机构

(2005年度版)

 

都道府县

实施机构名

移植头数

受胎头数

不明头数

受胎率

1

北海道

本别町农业合作社

136

82

0

60.3%

2

群马县

全农群马县本部中部乳畜中心

160

93

0

58.1%

3

千叶县

千叶县农业合作社联合会

543

300

0

55.2%

4

北海道

根室农业合作社

74

40

0

54.1%

5

岛根县

益田地区理事会

41

22

0

53.7%

6

群马县

馆林市农业合作社

104

55

0

52.9%

7

北海道

道南NOSAI东部家畜诊疗中心

116

60

0

51.7%

8

岩手县

岩手故乡农业合作社家畜人工受精所(金崎)

76

38

0

50.0%

9

长野县

南信乳牛农业合作社

151

74

0

49.0%

10

群马县

全农群马县本部中部乳畜中心

156

76

0

48.7%

11

长野县

(株)长门牧场

222

102

0

45.9%

12

千叶

南房总牛奶农业合作社

41

18

0

43.9%

13

北海道

(有)Sebiriti信心养殖

51

22

0

43.1%

14

栃木县

乳畜业栃木农业合作社

79

34

0

43.0%

15

长崎县

岛原地区乳畜农业合作社

72

30

2

42.9%

16

福冈县

嘉穗地区乳牛改良检定合作社家畜人工受精所

268

111

1

41.6%

17

北海道

中春别农业合作社

46

19

0

41.3%

18

熊本县

熊本县乳畜农业合作社联合会

2,215

903

0

40.8%

19

冈山县

冈山乳畜业合作社津山办事处

285

115

0

40.4%

 注1:体内受精卵移植的年受胎头数40头以上、受胎率40%以上的机构

注2:妊娠不明的头数超过移植头数10%以上的机构并未登载

注3:达成目标但不希望公开的实施机构在栃木县除了上述一家还有其他

注4:上述外,作为官方试验研究机构,(独)家畜改良中心熊本牧场、大阪府环境农林水产综合研究所 食及绿色综合技术中心都已达成目标

注5:排名顺序是以包括小数点第2位后判定的,但小数点第2位后一样的时候名次一样。

(出典∶农林水产省资料)

而在体外受精的乳猪生产方面,1993年吉田光敏等人在日本首次获得了成功。关于猪的体外受精,除了冻结胚胎的受孕性很低以外,由于与上述的胚胎移植相同的理由,在生产现场几乎未得到普及。但是,猪的体外受精的实验系统作为生物学的学术研究工具得到了很好的活用。

在确立体外受精技术的过程中,开发出未受精卵子的成熟、获得精子的受精能力、胚胎的培养技术等相关技术。这些技术多作为进行核移植研究时的基础技术得到了活用。

 5.核移植

在日本,通过继二十世纪八十年代的家畜胚胎移植与体外受精等的研究与农林水产省的上述努力,以国立公立机构等为中心,有很多在牛胚胎的培养、显微操作继胚胎移植方面很熟练的优秀研究人员、技术人员都注册在案。在这种情况下,角田幸雄等人在1990年成功进行了受精卵克隆牛的培养,于1998年成功进行了来自世界上第一头成牛的体细胞克隆牛的培养。以后,在日本国内,受精卵克隆牛培养了718头(43个机构)、体细胞克隆牛培养了557头(46个机构)(2008年9月30日,农林水产省资料)。但是,在克隆牛的培养方面,牛犊生产率很低,同时多次出现死产与产后立即死亡的问题也尚未解决。

在日本,克隆牛的使用根据农林水产省1999年发布的通知,受精卵克隆牛可以采用任意的标识进行出厂,体细胞克隆牛处于自行约束出厂的状态。

而对于体细胞克隆猪,2000年大西彰等人第一次成功培养出体细胞克隆猪。而且至今为止,在日本国内培养出335头(8个机构)体细胞克隆猪(2008年9月30日,农林水产省资料)。这些克隆猪中的大部分都被认为是考虑替代脏器生产与疾病类型等医学使用的基因重组猪。该倾向与几乎未包括基因重组动物的体细胞克隆牛是相对照的。

2008年4月1日,厚生劳动大臣委托内阁府食品安全委员会委员长进行“利用体细胞克隆技术培养的牛与猪以及来自其后代的食品的安全性”的相关健康影响的评价。其后,在新开发食品专业调查会之下设置工作小组,建议进行审议。而且,2009年3月12日,公布了新开发食品评价方案。其中公布了“体细胞克隆基础与其后代所产的乳肉与一般牛所产的乳肉相同”的评价方案。关于该方案,在东京(3月24日)与大阪(3月27日)由食品安全委员会主持召开了意见交流会,此外,于3月12日~14日在互联网上进行了公众说明。今后,预计将在听取国民意见的同时,做出上述健康影响评价的最终结论。

 6.结束语

在国土狭窄的日本,为了在受到制约的条件下进行高效的家畜生产,积极地进行了家畜繁殖的研究开发。其结果获得了“人工受精→胚胎移植→体外受精→受精卵克隆→体细胞克隆”这一技术开发不断发展的业绩。特别是在应用了体细胞克隆技术的牛犊、乳猪的生产方面,可以说显示出领导了世界最尖端的技术。但是,在达到体细胞克隆阶段,在国民之中出现了对利用这些家畜生产的乳肉的安全性的担心、从爱护动物的观点出发对于这些家畜生产的异议、以及来自生产现场的期待与担心等各种意见。在这种情况下,我们研究方可以做的就是向国民简单易懂且认真地介绍科学知识与进一步钻研克隆技术吧。

 

 参考文献

假屋尧由,繁殖生物工程学的概要,家畜繁殖九州研讨会演讲资料室,41-50、2001

・安倍明德,运用体外受精卵生产高品质牛肉,家畜繁殖九州研讨会演讲资料室13-20、2001

・吉泽努,平子诚,下司雅也,高桥昌志,永井卓,来自在生产现场关于受孕要素的问卷调查,2008年核移植技术全国研讨会(第13届)报告书,39-52、2009

・远藤健治,对在牛的生产现场体细胞克隆技术的思考,2008年核移植技术全国研讨会(第13届)报告书,9-18、2009

・渡边伸也,透析日本牛克隆技研究的现状与应用,TechnoInnovation、18、32-34、2009

 

渡边 伸也

独立行政法人 农业食品产业技术综合研究机构 畜产草地研究所

高度繁殖技术研究团队 首席研究员

简历

生于1961年11月。1984年毕业于东北大学农学院。农学博士。专业领域是、家畜繁殖学。长期从事雄性家畜的繁殖研究,最近,以体细胞克隆牛及其后代的健康调查为中心开展研究工作。

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