“试管奶牛”破品种改良“缺芯之痛”

在接连突破了全基因组选择、遗传缺陷基因检测、奶牛活体采卵、体外受精、体外胚胎保存和胚胎移植等6项核心技术之后，山东省农业科学院奶牛研究中心、山东奥克斯畜牧种业公司与跨国企业神州澳亚现代牧场有限公司三者合作推动的我国“试管奶牛”技术首次迈入产业化轨道。

日前，在山东济南召开的奶牛体外胚胎产业化技术成果发布会上，这项技术正式向社会公布。专家认为，“试管奶牛”技术产业化，为大幅度提升我国奶牛种质遗传水平开辟了新途径，也标志着我国奶牛优秀种质快繁技术进入“5G”时代、奶牛品种改良有了“国产芯片”。

自主培育种公牛不足20%

奶牛种业位于养殖产业链条的最上游，决定了养殖链条的生产效率，是科技创新的主要载体。优秀核心种质是奶牛业未来发展的关键，是实现奶牛养殖方式成功转型的决定因素。

农业农村部种业管理司副巡视员孙好勤介绍，自2008年以来，我国就瞄准突破奶牛产业“缺芯之痛”，启动实施了奶牛群体遗传改良计划。十年来，初步形成了全基因组选择精准化、普及化，生产性能测定标准化、规范化，种公牛后裔测定企业化、联合化，遗传评估统一化、权威化的奶牛育种格局。2018年，我国奶牛平均单产达到7.4吨，比2008年提高了54%，进入10吨俱乐部的主体超过45家。

成绩来之不易，但存在的问题也不容忽视。

据不完全统计，我国进口冻精的年销售量约在400万剂以上，已占据冻精市场的半壁江山且市场份额逐渐扩大。在种质培育方面，国内的种公牛大部分是通过胚胎或活体引进的，自主培育的种公牛不足20%。此外，有专家认为频繁引种也带来了疫病风险。

“我国奶牛核心种源自给率较低，对外依存度依然较高。国内存栏乳用种公牛主要来源于活体引进和进口胚胎，优质冻精也以进口为主。从深层次分析，主要原因是育种机制发展滞后，缺乏持续有效的育种组织体系，联合育种推进缓慢，育种企业上下游联合与模向联合的育种机制不健全，育种素材交流难，资源共享难，基础工作不扎实。”孙好勤表示。

也就是说，奶牛育种和繁殖技术融合度不够、集成创新能力不足是制约奶牛群体快速改良的瓶颈因素之一。

中国农业大学研究员戴蕴平认为，核心技术是买不来的。不自主研发，我国与国际的差距会越来越大。他希望有好种的单位和有技术的单位结合起来，自主创新，实现由中国繁育到中国培育的转变。

而对于此次成果的发布，戴蕴平认为，科研院所、种业企业和生产企业，瞄准行业发展关键瓶颈，开展联合攻关，释放出“1+1+1>3”的巨大能量，取得了重大突破。

产学研“1+1+1>3”

以往的遗传改良工作只是借助于种公牛的优势对既有母牛进行改良，但如果母牛遗传基础较差，经过3~4代改良后，后代单产也不过提高1000千克左右。

选择一头优秀的母牛，从它的卵巢内提取出卵母细胞，之后放入试管内与冷冻精子进行受精；将胚胎冷冻保存，或将胚胎移植到适合的母牛体内。这便完成了“试管奶牛”的操作。

体外胚胎生产技术（即“试管奶牛”）充分利用优秀的种子母牛和种公牛资源，生产体外胚胎，大量移植到生产水平较低的牛群中，经过一代改良，后代的生产性能即可达到胚胎母牛的遗传水平，大大加快奶牛场的遗传进展，提高养殖效益。

之前，我国“试管奶牛”技术处于研发阶段，如今正式迈入产业化轨道，这背后有一支三方团队的坚持。

2013年，山东省农业科学院奶牛研究中心、山东奥克斯畜牧种业有限公司、东营神州澳亚现代牧场有限公司正式签订战略合作协议，构建奶牛优秀种质自主创新平台。山东省农科院奶牛中心负责前端研究，新技术研发、后裔测定评估、特色种质选育；奥克斯负责应用研究，OPU-IVP（活体采卵—体外受精）、种公牛培育、优良种质推广；澳亚牧场负责落地实践，种子母牛群建设及优质种质快速扩繁。

“为加快优质奶牛扩繁，谋求良种产业发展，我们在国内率先开展奶牛体外胚胎生产技术（OPU-IVP）研究与应用，集成全基因组选择、特异基因检测、基因编辑、活体采卵—体外受精、XY精子分离等奶牛繁育高新技术，形成奶牛商业化育种产业链条，升级了现代奶牛育种关键技术体系，让奶牛育种激发新的魔力。”山东省农业科学院奶牛研究中心副主任黄金明告诉《中国科学报》。

2018年，他们在东营神州澳亚牧场通过体外胚胎技术成功培育出17头后备公牛和优秀母牛；2019年，在现代牧业（商河）有限公司进行产业化探索，生产体外性控胚胎1312枚，移植胚胎688枚，受胎率达到42%。

专家表示，该项技术国内领先，达到国际先进水平，是继人工授精、超数排卵后，奶牛扩繁技术的又一次革命。

“芯片”注入核心力量

山东奥克斯畜牧种业有限公司董事长高运东介绍，选择繁殖性能良好的种子母牛群或商业牧场前5%的高产核心群作为供体母牛，利用OPU-IVP技术生产体外胚胎，移植到低产牛群，一方面快速改良牧场的低产牛群，另一方面提供商业牧场优质、低成本的胚胎，打造奶牛的“生产配套系”，提高我国奶牛养殖竞争力。

新技术的出现为现代奶牛育种的未来创造无限可能。那么，项目团队取得了哪些重大突破？

首先，率先建立了现代奶牛育种技术体系。创建了国际一流的种子母牛群300头，开启我国优秀奶牛种质自主培育的新纪元。累计培育优秀后备公牛463头，培育出全国排名第一、第二的种公牛，部分种质水平遗传品质达到国际水平；目前奥克斯已发展成为全国奶牛育种行业领军企业，综合实力全国排名第二；累计推广冻精1600余万剂，荷斯坦牛种质冻精山东省市场占有率48%、全国占有率15%，位居同行第一。

其次，育种技术及优良种质的推广，加快了奶牛群体遗传改良步伐，促进山东省奶牛平均单产从6吨提高到7.6吨，对山东省乃至全国奶业发展作出了积极贡献。

“体外胚胎生产技术可最大限度挖掘优秀母牛的遗传和繁殖潜力，加速优秀种公牛培育进程，有望引领全国奶牛种质创新和利用的发展方向，应用前景十分广阔。”黄金明表示。

中国农业大学教授张胜利表示，育种与繁殖密不可分，OPU技术与全基因组选择技术等现代育种技术结合，可充分发挥优秀种质的遗传优势，“在遗传基因上为提高生产性能打好基础”。

项目团队正是这样做的。应用全基因组选择技术，结合母牛系谱、生产性能、体型成绩，以及种公牛育种值，对胚胎供体母牛和公牛进行选择，保证新生胚胎后代的基因组选择指数（GTPI）达到2500以上，胚胎后代的单产达12吨以上，逐步组建奶牛场育种核心群。同时，通过体外胚胎生产技术，年自主培育后备公牛100头，全部参加全基因组选择。

“接下来，该项目还将更进一步地优化奶牛育种与高效繁殖技术平台，加强特色优异种质的创新和自主培育及国际交流。”黄金明说。