三只明星羊的“前世今生”
试管羊比试管婴儿的培养过程要更为复杂,高新技术应用得更充分。近日,由河北农业大学等单位共同培育的我国首批“杜寒杂交幼羔超排试管羊”降生。这项技术可在两年时间内为一只羊培养出200多个后代,而正常母羊一生最多只能生育10个后代。
本报记者 刘青/文图
听到“杜寒杂交幼羔超排试管羊”这个长长的名字,很多人会问,那是什么奇怪的羊啊?近日,由河北农业大学等单位共同培育的我国首批这种试管羊降生,主要研究者——河北农业大学动物科技学院桑润滋教授,给这三只可爱的小羊羔分别命名为“早早”、“多多”、“优优”。
实验室里
培养出羊宝宝
三只羊宝宝是科研人员们在河北农业大学的实验室里培养出来的。桑教授说:“给小羊取这样的名字,是早生、多生、优生的意思,说明了我们搞这个实验的目的。”三只小羊一出生就成了小明星,它们的成功降生表明河北省在动物胚胎生物技术研究方面处于国内前列,对我国良种肉羊产业化的加速发展有着重要意义。
进入实验室前需要穿上白大褂,换上干净的拖鞋,在桑教授的指引下,记者参观了实验室,观看了小羊胚胎在不同时期的图像。“杜寒杂交幼羔超排试管羊”这个名字听起来复杂,其实就是利用杜泊羊和小尾寒羊杂交所生的母羔,对其进行超数排卵处理,再经过体外授精得到的一种改良的新品种。科研人员为什么要费那么大力气,给幼羔羊进行超数排卵、体外授精和胚胎培养呢?
桑教授介绍,母羊自然繁殖率低。按照羊正常繁殖规律,需在12个月左右才有繁殖下一代的能力,而且怀孕期要五个月之久,通常羊一个发情周期只能排1-2个卵子。也就是说,一只羊通常情况下怀孕5个月只能生产1—2只小羊。以这样的速度,因怀孕期占用了大量时间,母羊一生中只能繁殖七八只小羊,最多的也只能生产十只小羊,之后就因不再有生育能力而遭淘汰。我国是世界养羊大国,长期以来,却因为缺乏适合饲养的肉用绵羊品种,而导致肉羊生产水平低于世界平均水平。怎样提高母羊的产羔率,成为学界研究的热点。
三只小羊的妈妈是谁
桑教授说,从技术和医学角度讲,土种羊妈妈虽然生养了这三只小羊,但它和小羊们是没有血缘关系的,也就是说,怀孕、生产的这头土种母羊不是小羊的亲生母亲。那么,小羊真正的妈妈是谁呢?在实验室里,桑教授利用显微照相技术向记者讲解了土种羊妈妈被“借腹产子”的经过。
研究人员先找到几只纯种“杜泊羊先生”,又买来几只身体健康的“小尾寒羊小姐”,将其二者所生后代——杜寒杂交羔羊,使用超数排卵技术给其注射促卵泡素,然后给它腹部进行一个小手术,用注射器从卵巢的卵泡中将卵子取出。放在实验室内,模拟母羊的体内环境,让卵子在体外成熟,再经过体外授精,得到受精卵,将其进行体外培养后,把它移植到普通的土种母羊体内。这样,“杜寒杂交羊羔”没有经受怀孕之苦就轻轻松松做了妈妈,而土种羊妈妈则是代孕母亲。
桑教授介绍,杜泊羊是我国从南非进口的良种肉用羊,生长快,肉质好,价格昂贵。小尾寒羊则在我国有着悠久的历史,有关资料表明,小尾寒羊具有产羔多,成熟早,饲养成本低的优势。研究人员培育出来的三只羊宝宝,很好地继承了羊爸爸和羊妈妈双方的优点。虽然幼羔超排技术在国际已经试验成功,之前国内也有相关的报道,但“杜寒杂交幼羔超排试管羊”的成功培育在我国为首次,仍然意义非凡。
技术难度超过试管婴儿
令人惊讶的是,“杜寒羊小姐”并非是成年的母羊,恰恰相反,科研人员是在小杜寒羊出生只有35天的时候,利用一种生殖激素,诱导它超速排卵的。为什么要使用幼羔排卵的技术呢,按照人们通常的想法,成年羊的卵细胞不是更成熟吗?这正是JIVET技术的关键所在,其难度甚至超过了试管婴儿。
三只小羊的诞生采用的 JIVET技术,综合了羔羊的超数排卵、卵母细胞体外成熟、体外授精、胚胎体外培养和胚胎移植等技术,是生物高技术体系。而这项技术的关键就是利用幼龄羔羊进行超数排卵,然后对卵母细胞进行体外成熟培养,并用优质精液进行体外授精,受精卵进一步培养发育至囊胚,再进行胚胎移植或冷冻保存。幼羔排卵技术比从成年羊的胚胎移植达到的效果要高二三十倍。
桑教授解释说,卵母细胞在胎儿期就形成了,从理论上讲,卵巢内的卵母细胞在胎儿时期最多,随着年龄的增长,会越来越少,但胎儿期又无法获取,所以在杜寒羊一个月到两个月月龄的时候,进行超数排卵,可以获得更多的卵母细胞,培养更多优良的小羊宝宝。要是等它按照自然规律自己成熟,要12个月呢。
小羔羊的卵巢很小,像个小黄豆粒那么大,实验中,要给小羔羊身上注射促卵泡素,形成十几个到一百多个卵泡,这时,小羊的卵巢就成为比榛子稍微大一些的样子,研究人员用极细的注射针头把粒子状的卵泡取出,在实验室用体外授精的技术使之成熟。桑教授告诉记者,人工提取羔羊的卵母细胞难度是相当大的,从这个角度来说,这样培养出的试管羊难度比培养一个试管婴儿还要难。
原来试管羊并不是从试管里出生的,而是指在实验室里模拟母羊体内环境,卵子在体外成熟、体外受精、体外培养成早期胚胎,然后将其移植到受体羊的输卵管或子宫内。三只羊宝宝出生所应用的试管技术,和试管婴儿的培养有相似之处,但是并不完全一样,羊宝宝的胚胎培养过程要更为复杂,高新技术应用得更充分。
大大缩短世代间隔
桑教授所在的课题组应用幼畜超排技术之后,羊在一至两个月龄的时候就能排卵,并用来繁殖小羊,可以获得大量的后代。桑教授介绍说,一只小杜寒羊体内最多可以取得160个不成熟的卵子,从理论上讲,如果取出的卵母细胞哪怕有50%可以培养成熟,并且受精成功,妊娠达到50%,那就是40头小羊羔。依照这个速度,两年时间一只幼羔就可以培养出200多个后代。应用此技术可以将肉羊世代间隔大大缩短,加速育种进程,意味着可以在极短的时间内获得大规模优良种群。
桑教授从20世纪80年代初就开始搞奶牛胚胎的移植技术了,他最早提出把奶牛的胚胎移植到黄牛体内,实现了让黄牛“借腹怀胎”生奶牛。此后又取得奶牛胚胎冷冻和胚胎分割的成功,2001年至2005年间,该课题小组承担了“应用生物技术加快纯种或良种肉羊繁殖效率”的研究课题,主要开展了成年羊超数排卵和胚胎移植,以及成年羊体外授精技术研究。桑教授说,这些技术其中有一项突破不了,或者无论哪个环节出了问题,都完不成“杜寒杂交幼羔超排试管羊”的培育,所以前期奠定的基础非常重要。虽然成功地培育出了“早早”、“多多”、“优优”三只小羊,但该技术仍处于研究和探索阶段,待进一步成熟以后才会开始大面积推广。
让科学走进寻常生活
对未知世界探求的欲望以及技术本身的发展内在需要,使胚胎干细胞技术、转基因技术等得到了前所未有的发展,并且展现了广泛的应用前景。科研人员们孜孜不倦的追求,使人们天马行空的想象逐步接近现实。幻想中的高科技产品,与人们的现实生活距离越来越近,正在走入寻常百姓家。
课题组未来的目标是寻求生产上的最优组合,将幼畜超排的技术细化、操作规程标准化,使胚胎生产更加高效。实现“工厂化”生产体外胚胎,加快我国肉羊育种和改良进程,充分挖掘优良母羊的繁殖潜力。
采访中记者得知,三只小羊中的两只母羊已在10月31日接受了超数排卵手术,第二代小羊的出生会使该品种的血统更加纯正。采访中记者得知,目前该课题组将对奶山羊幼羔和荷斯坦犊牛进行超数排卵和体外授精实验,桑教授告诉记者,明年再来时,就可能看到“奶山羊幼羔超数排卵试管羊”宝宝的降生了。
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