影響西藏雜交改良牛泌乳性能因素的分析與建議

李昕鵬，孔小艷，黃 暢，旦增洛桑，趙 麗，次仁羅布，白瑪堅才，扎西羅布，索朗曲吉，巴桑珠扎*

(1.云南農業(yè)大學動物科學技術學院，昆明 650201；2.西藏自治區(qū)農牧科學院畜牧獸醫(yī)研究所，拉薩 850000；3.西藏自治區(qū)山南市農牧綜合服務中心，西藏，山南 856600)

西藏牛是藏區(qū)人民飼養(yǎng)的主要牛種，生活在世界上最高的高原：青藏高原，同當?shù)仃笈?、藏羊、藏豬、藏雞等家畜一樣，具有適應高寒、低氧、低壓，抗強輻射、耐粗飼等的優(yōu)良特性，這種特性是在長期的進化、馴化及日常生產中逐漸形成，具有穩(wěn)定的遺傳學特征[1]。當然，西藏牛本身也存在體型小、生長發(fā)育緩慢、生產性能低等缺點，這些不良特性大大限制了當?shù)剞r牧民對其乳、肉、皮、畜力的需求。鑒于此，從20世紀60年代開始，西藏各地展開了大規(guī)模的黃牛改良工作，經過幾十年的努力，在西藏牛改良工作中也取得一定的成果[2]。通過引進了荷斯坦牛與當?shù)攸S牛進行雜交改良，其后代泌乳量得到了提升，但隨著級進雜交代數(shù)的升高，高代次雜交牛在不同程度上表現(xiàn)出了繁殖性能下降、高原適應能力減弱等問題，這一系列的問題使得雜交后代的生存能力下降，從而對其泌乳性能產生了不同程度的影響。除了奶牛品種會造成奶牛泌乳量的差異外，環(huán)境、營養(yǎng)等因素也會對其造成不同程度的影響。本綜述針對影響藏黃牛泌乳相關的因素展開討論，以期為藏黃牛雜交改良及橫交固定工作提供參考依據(jù)。

1 藏黃牛特點

1.1 低氧適應的生理特點

西藏牛常年生活在青藏高原，適應了這里高海拔、低氧氣濃度、強紫外線輻照等高原獨特氣候和地理環(huán)境。高原低氧適應的本質是在低氧環(huán)境下最大限度的攝取和利用氧氣[3]。血紅蛋白在血液中運輸氧氣的作用在機體利用氧氣的過程中發(fā)揮著重要作用[4]。齊曉園[5]等測定并對比了低氧狀態(tài)下迪慶牛和中甸牦牛血液生理指標結果表明雖然兩種動物有著不同的適應機制，但隨著海拔的升高血紅蛋白含量也隨之增加。僅僅通過增加血紅蛋白含量來應對低氧環(huán)境是存在一定局限性的，血紅蛋白含量的增加可能會導致血液粘稠度增加進而堵塞血管，所以機體對高原低氧環(huán)境的適應是一個極其復雜的過程。世代居住在高原的動物還進化出不同適應高原低氧環(huán)境的能力，例如牦牛的被毛多為黑褐色，除了抵御寒冷外，還能減少強紫外線帶來的傷害。在組織形態(tài)上，牦牛的肺結構發(fā)達，肺動脈內皮細胞和肺小葉結構明顯，小葉間隔、肺泡隔和各級支氣管管壁等結構內含有豐富的彈性纖維，可維持肺良好的伸縮狀態(tài)[6]表明牦牛通過肺部結構特征的改變更好的適應高原低氧環(huán)境。

1.2 低氧適應能力的分子基礎

研究發(fā)現(xiàn)生活在高原的動物對低氧環(huán)境的適應并非都依賴于器官功能的改變，更多的是通過細胞代謝的調整以及多種低氧響應基因從分子水平上來進行有效的響應[7]。分子水平的研究通過基因組、轉錄組為主的組學挖掘出了許多與低氧適應相關的基因，包括低氧誘導因子(HIF)、血管內皮生長因子(VEGF)、促紅細胞生成素(EPO)和一氧化氮合酶(NO)等[8-9]。西藏牛及其它高原動物低氧適應的分子機制有待進一步的研究，近年來多組學的聯(lián)合分析也可以讓我們更加全面和深入的了解高原低氧適應背后的分子機制。

2 影響藏黃牛泌乳性能的因素及建議

2.1 生長性狀

生長性狀是指生物與生長、發(fā)育等有關的性狀，對于生物的生長具有決定性的因素，黃牛的生長性狀包括體尺、體高和體長等相關參數(shù)，直接影響肉牛的產肉能力[10]。大別山牛屬于中國黃牛的一種，趙拴平[11]等用PCR技術對大別山牛群體中PAX3基因多態(tài)性的研究中發(fā)現(xiàn)位于內含子區(qū)域的4個SNPs位點與牛群部分生長性狀有著顯著的相關性，內含子區(qū)域雖不編碼氨基酸，但可能作為轉錄調控過程中的增強子或抑制子對基因表達產生影響[12-13]。牦牛同藏黃牛一樣都生活在青藏高原上，相比于藏黃牛，牦牛有更強壯的體格，在藏區(qū)有著“高原之舟”的美譽，梁春年[14]等利用PCR-SSCP技術對5個牦牛品種LPL基因的研究中發(fā)現(xiàn)該基因外顯子7的多態(tài)性與牦牛的體重、體高和胸圍存在顯著的相關性。對肉牛生長性狀的研究對其產肉能力有著重要意義，而對奶牛生長性狀的研究主要是起到輔助提高生產性能的作用。但隨著對奶牛生長性狀的研究，發(fā)現(xiàn)奶牛生長性狀與其一些重要的經濟性狀也存在關聯(lián)性，生產性狀也成為了奶牛研究的一個重要方向[15]，馬麗琴[16]等研究結果發(fā)現(xiàn)體軀容量、肢蹄等體型外貌性狀都會對荷斯坦奶牛的泌乳量造成影響。所以在今后對藏黃牛的育種工作中也應重視對奶牛生長性狀的選擇。

2.2 雜交改良

隨著西藏乳業(yè)的不斷發(fā)展，提高藏黃牛的泌乳性能可以提升藏區(qū)對乳制品的需求，通過引入高產奶牛(荷斯坦牛)理論上可以提高藏區(qū)牛群泌乳量，但由于高產奶牛對高原低氧低溫的不適應導致其在藏區(qū)難以存活，嚴重影響了奶牛的健康和生產性能，所以對藏黃牛的改良工作勢在必行。在2001年，衛(wèi)學承[17]就藏黃牛的改良報告中指出，藏區(qū)工作者通過雜交育種的方式培育出了西藏乳用黑白花牛，其不僅能適應高原低氧環(huán)境，在提高產奶量的同時還提高了牛奶中的營養(yǎng)成分，在當年世界品種培育中取得了巨大成功。雜交育種的特點之一是可以結合父母雙方的優(yōu)良品質，如：藏黃牛與荷斯坦牛的雜交選育的優(yōu)良后代，不僅可以適應高原特殊環(huán)境，同時泌乳量也相應得到了提升。

對藏黃牛的改良工作由來已久，現(xiàn)已成為發(fā)展西藏奶產業(yè)和良種雜交育種工作的重要內容[18]。從20個世紀70年代后期，西藏山南市先后引進國外優(yōu)良高產奶牛與當?shù)攸S牛通過雜交的方法進行品種改良，到2018年山南當?shù)攸S牛同荷斯坦牛級進雜交大多數(shù)已經進入第四代，有的甚至已經進入第五代[19]。以產奶量高的中國荷斯坦牛為父本，藏黃牛為母本的雜交后代單產水平不斷提高，奶牛養(yǎng)殖效益也得到了提高，促進了當?shù)厝橹破返陌l(fā)展。雜交改良的方法雖然可以提高藏黃牛的泌乳量，但是隨著級近雜交的推進，雜交后代也逐漸凸顯出不利于生產的性狀、出現(xiàn)了犢牛出生存活率降低而死亡率升高等問題[20]。雜交改良目的是為了使西藏牛泌乳量最大化，但伴隨著雜交的推進，級進雜交后代占當?shù)匚鞑嘏５难壴絹碓缴?，表現(xiàn)出了對低氧適應能力的減弱[1]，對環(huán)境的不適應很有可能對其生產性能造成不同程度的影響，所以雜交代數(shù)并不是越高越好。同時多代級進雜交還會使得西藏黃牛特有的一些基因丟失。在開發(fā)利用遺傳資源時不能只是針對某一特性，即使雜交后代泌乳量能一直提高，但在持久的單純開發(fā)的過程中，原有物種的基因平衡性就會被打破，一些優(yōu)良的甚至是尚未發(fā)現(xiàn)的基因極大可能就會消失[21]導致該物種的種質資源遭到嚴重的破壞。因此雜交改良不能只是為了某個特性而進行無限的選擇，這是不科學的，資源的開發(fā)利用和資源保護是同樣重要的。所以選育的過程中應采取適當?shù)谋７N措施來防止藏黃牛種質資源的流失從而保護藏黃牛群體的遺傳多樣性，如建立藏黃牛遺傳資源基因庫。

2.3 功能基因

隨著高通量測序技術的發(fā)展和測序費用的降低，研究人員不再是僅僅通過對生物表型或生理數(shù)據(jù)的比較來研究某一物種的特性，而是希望通過RNA-Seq、全基因組重測序等技術挖掘出與復雜表型相關背后的分子機制。轉錄組學是在轉錄水平上對基因的表達來進行研究，基因在表達的過程中會受到內在因素和外在條件的影響，即不同細胞或者同一細胞在不同時期、不同環(huán)境下轉錄所生成的RNA是不同的。轉錄組反映的是某一特定的發(fā)育或生理階段特定的細胞或組織基因的表達情況[22]。陳一丹等[23]采用RNA-Seq技術對高產奶牛和低產奶牛的血液進行轉錄組測序分析同時進行遺傳變異的檢測，結果取差異表達基因和含有重要遺傳變異的基因的交集，在47個基因中篩選到DEFB4A、LTF、PGLYRP1、MS4A8這4個基因是與QTL數(shù)據(jù)庫中報道的與產奶性狀相關的基因。全基因組重測序技術可以測定并統(tǒng)計某一個體或群體在全基因組范圍內堿基的信息，將序列信息比對到已知的參考基因組上，根據(jù)各序列的差異性得到SNP、InDel、SV等信息，通過變異信息的注釋可以挖掘出與性狀相關的重要候選基因。劉孟超等[24]利用全基因組重測序技術對北京鴨、野鴨和部分地方鴨種進行測序，并基于遺傳分化指數(shù)Fst檢測北京鴨群體受到特意選擇的區(qū)域，結果發(fā)現(xiàn)北京鴨與野生祖先綠頭鴨相比與生長發(fā)育、羽色相關的基因受到了明顯的選擇，對這些性狀的選擇能使北京鴨更好的迎合市場的需求。同樣地利用重測序技術對高產奶牛和低產奶牛進行測序分析，可以在全基因組的水平上鑒定與奶牛泌乳量相關的功能基因，進而為奶牛品種的選育提供新的分子標記加快育種進程。

2.4 飼養(yǎng)管理

科學飼養(yǎng)奶牛同樣也是影響奶牛泌乳量和品質的一個重要因素。劉文英[25]就高產奶牛存在的飼養(yǎng)問題中指出高產奶牛除了需要高產量外，還需要產出高品質的牛奶。高品質的牛奶對人體有益而低品質的牛奶可能會對人體造成健康影響[26]。解決這個問題除了可以通過選擇優(yōu)產品種外，奶牛飼料營養(yǎng)、食欲、健康等都會對其產奶性狀造成影響。張國[27]總結了奶牛的泌乳規(guī)律，指出了在不同時期的飼喂要點。飼料的選擇也同樣重要，飼料是為奶牛提供能量的唯一有效來源[28]比如曹宏斌[29]等研究了鈣鋅混合劑對泌乳牛的影響，發(fā)現(xiàn)在奶牛全混合日糧中添加鈣鋅混合劑后有提高奶牛泌乳量的趨勢。因此選擇合適的飼喂方法以及科學的進行飼養(yǎng)才能最大限度的發(fā)揮高產奶牛高產奶量的這個優(yōu)勢。

3 展望

西藏牛作為乳肉兼用型的地方品種，其主要畜產品如乳、肉等都是藏區(qū)人民賴以生存的生活和生產資料。但西藏牛本身存在體型小、生產性能低的缺點也限制了藏區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展。對西藏牛的改良仍是發(fā)展藏區(qū)畜牧業(yè)和奶業(yè)的重要工作。雜交改良的方法仍是提高西藏牛泌乳量的重要手段，但雜交改良后代會因西藏牛血緣隨著雜交代數(shù)的推進導致其占比減少，從而對高原特殊環(huán)境適應力減弱。在今后的研究中挖掘高原動物適應性相關的基因并更加深入的了解其分子機制和調控機理，可以為雜交后代高產牛的選育和高原地區(qū)的引種提供相應的科學依據(jù)和理論基礎。