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                綿羊胚胎移植關鍵技術

                編輯:  時間:2017-07-14   瀏覽:
                胚胎移植也稱受精卵移植(簡稱卵移植)。就是將一頭良種母畜配種后的早期胚胎取出,移植到另一頭同種生理狀態相同的母畜體內,使之繼續發育成新的個體。1890年,英國劍橋大學Walfer Heape第一次獲得兔受精卵移植成功,開創了胚胎移植技術史上的先河。以后許多動物的胚胎移植都相繼獲得成功,其中綿羊(1934),山羊自身移植(1934),使得這一技術跨入了具有生產意義的畜牧業領域,被認為是畜牧業發展史上就有重大應用前景和實用價值的新技術革命。20世紀70年代,胚胎移植技術在我國應運而生,1974年,在中國科學院遺傳所首例綿羊胚胎移植獲得成功。以后,綿羊、奶牛等胚胎低溫、超低溫及胚胎分割技術相繼獲得成功,不僅奠定了國際綿羊良種交流的基礎,也加快了胚胎移植技術由試驗階段向生產實用階段轉化的步伐。目前,我國許多省、自治區都已大規模啟動羊胚胎移植工程。據不完全統計,綿羊鮮胚胎移植妊娠率達54.4%~60%,高達70.8%(趙有璋,2003),雙胎率33.3%,冷凍半胚移植妊娠率52.4%,雙胎率30.6%;山羊鮮胚移植妊娠率達75%,凍胚移植妊娠率平均達60%左右(劉學峰,彭光,2002;王志軍,李華,1999;張海燕,李俊,2001)。綿羊胚胎移植關鍵技術包括同期發情、超數排卵、胚胎采集、胚胎保存、胚胎分割、胚胎性別鑒定等。

                1 綿羊同期發情與超數排卵

                綿羊同期發情是利用某些外源激素人為地控制并調整一群母羊發情周期的過程。其藥物機理一是對群體母羊同時使用某種激素,抑制卵巢上卵泡的生長發育,經過一定的時間后停藥,使卵巢機能恢復正常,引起同期發情。其實質是延長了發情周期,推遲了發情期。二是使用性質完全不同的另一種激素,抑制黃體,加速其消退,縮短黃體期,為卵泡期提前到來創造條件。黃體退化將導致母畜發情。其實質是縮短了發情周期,使發情期提前到來。

                通常使用氟孕酮陰道海綿栓埋植或埋植CIDR,被認為是控制母羊同期發情最可靠、最準確的方法。到目前為止,同期發情技術在國內外都已經是一項非常成熟的技術,在大規模的生產實踐中普遍能達到90%~100%的同期發情率。

                超數排卵是在母羊發情周期的適當時間,注射外源促性腺激素,使卵巢比在自然狀態下有更多的卵泡發育并排卵的技術。應用超派技術可使羊每次排卵由1~4個增加到10~20個或者更多。1978年,全國綿羊受精卵移植座談會中提出超排的理想指標是:超排卵12個(10~14),回收卵10個(8~12),受精卵8個(6~10),產羔6只(4~8)(徐剛毅,1988)。目前所獲得的超排卵數和回收卵數基本能達到甚至超過上述指標。常用的激素有FSH、LH、LRH、PMSG、抗PMSG、PGF2α等,不同的生產或科研單位會根據自己的試驗研究選擇不同的藥物(國產或進口),并使用不同的超排程序。常規操作是在供體羊發情后12~13天開始肌肉注射FSH,早晚各一次,間隔12小時分3~4天減量或恒量注射促超排藥物,供體羊一般在開始注射后的第3~4天表現發情,可在發情后立即肌肉或靜脈注射LH75~100IU,或促性腺激素類似物50~75ug,也可在超排期間注射PMSG1~2次,都能達到很好的超排效果。

                2 胚胎采集

                采集胚胎時所使用的液體即為沖胚液(沖卵液)。常用杜氏液(PBS液)或改進的PBS液;布林斯特液、SOF液、惠屯氏液、Hum’sF-10液及TCM199等,在使用時一般需含1%~5%的犢牛血清或0.3%~1%的牛血清白蛋白。若條件允許,可直接用加拿大、澳大利亞、新西蘭等國家生產的成品。

                以發情日為0天,于第6~7.5天或2~3天分別從子宮和輸卵管采集胚胎。一般選擇乳房前腹中線部(在兩條乳靜脈之間)或后肢股內側鼠蹊部。由于胚胎移植要進行腹腔手術,子宮、輸卵管及卵巢必然外露,經常發生出血感染而粘連,使供體、受體母羊的重復利用率降低,據報導,發生感染的母羊最多利用2~3次就出現了繁殖機能障礙。因而,許多研究者試圖通過非外科手術法進行采卵、移植以減少損失。成充等(1985)通過非手術法從綿羊子宮沖卵,采卵率30.4%,非手術移植的妊娠率22.7%。1989年,羅成浩做類似試驗,移植妊娠率為16.7%。隨著綿羊胚胎的試驗還在不斷進行,試圖做到在盡可能不影響綿羊繁殖性能條件下,又能夠獲得較高的采卵率及胚胎移植成功率。目前規模化的羊胚胎移植生產中還以手術操作為主,但腹腔鏡技術在胚胎移植上的應用,使供、受體手術的操作程序更為方便、快捷,大大縮短了手術時間。常用的手術沖胚法有:

                1)輸卵管沖胚法 供體羊發情后2~3天,就可采用輸卵管沖胚法。將沖胚管一端由輸卵管傘部喇叭口插入約2~3㎝深處(打活結或用鈍圓的夾子固定),另一側接集卵皿。用注射器吸取37℃的沖卵液5~19ml,在子宮角靠近輸卵管的部位,將針頭朝輸卵管方向扎入,一只手的手指在針頭后方捏緊子宮角,另一只手推注射器,沖卵液由宮管結合部流入輸卵管,經輸卵管流入集卵皿。此法胚胎回收率高,沖卵液用量少,檢卵省時間。但容易造成輸卵管及傘部粘連。

                2)子宮沖法 供體發情后6~7.5天,采用子宮法采卵。將子宮暴露于創口表面后,用套有膠管的腸鉗夾在子宮角分叉處,注射器吸入沖卵液20~30ml(一側用50~60ml),沖卵針頭(鈍形)從子宮角尖端插入,當確認針頭在官腔內,進退通暢時,將硅膠管連接于注射器上,推注沖卵液。當子宮角膨脹時,將回收卵針頭從腸鉗基部的上方迅速扎入,沖卵液經硅膠管收集于集卵皿內,最后用兩手指拇指和食指將子宮捋一遍。另一側子宮角用同樣的方法沖胚。進針時避免損傷血管,推注沖卵液時力度和速度不宜太快。子宮法對輸卵管損傷很小,但回收率較輸卵管法低,用液較多,檢卵時用的時間較多。

                3)沖卵管法 將子宮取出后,在子宮體上扎孔,將沖卵管插入,使氣球在子宮角分叉處,使沖卵管尖端靠近子宮角前端,用注射器注入8~10ml氣體,然后進行灌流,分次沖洗子宮角,每次灌注10~20ml,一側用液50~60ml,沖完后,氣球放氣,用同樣方法沖洗另一側。

                3 胚胎保存

                3.1 胚胎常規保存

                采集到的胚胎,如果不能立即移植給受體羊,可經短期或長期保存。生產上進行鮮胚移植時,一般上午采集的胚胎,下午移植,或將胚胎凈化后,在胚胎保存液(國產或進口)中室溫條件下短期培養4~5天對胚胎的存活影響不大。據報導,將綿羊胚胎在0~13℃、保存10天仍然能移植成功(譚麗玲,1978),在冰箱中4~6℃的條件下保存4天,胚胎存活率也很理想(丁紅,1995)。

                3.2 胚胎的冷凍保存

                “冷”處理對“細胞”生命活動影響的報導最早始于1776年的Spallanzani對精子的冷凍保存試驗。1972年,Whittinghan用快速冷凍法成功地保存了小鼠胚胎,隨后用慢速冷凍法冷凍牛胚胎也獲得成功。Rall和Fehy于1985年發明了玻璃化冷凍胚胎法。目前應用胚胎冷凍技術已經能夠長期保存綿羊胚胎,并向著實用易行的方向發展。

                冷凍劑的種類是影響胚胎冷凍解凍后存活率的重要因素之一。冷凍劑的種類很多,低分子量可滲透性保護劑,如甘油、乙二醇、丙二醇、二甲基亞砜、乙烯醇、乙烯胺及甲醇等;低分子不可滲物質如,海藻糖、半乳糖、葡萄糖、蔗糖等;大分子保護劑如,聚乙烯吡咯烷酮、左旋糖苷、白蛋白等。在最初的研究中一般使用一種保護劑,隨著研究的深入,發現混合保護劑能有效提高胚胎冷凍存活率及移植受胎率。低溫保護劑的基礎液大多用PBS緩沖液配制,根據不同試驗需求加丙酮酸、鈉、血清、白蛋白等(L.J.Maclellan,et al 2001),有的直接采用H-SOF培養液(N.Oberstein,et al.2001)。常用的綿羊胚胎冷凍方法有:

                1)慢速冷凍法 這是一種較傳統的哺乳動物胚胎冷凍法,使用滲透較慢的低溫保護劑。可分為慢速冷凍、慢速解凍和慢速冷凍、快速解凍法。前種方法脫水完全,細胞內形成冰晶較少,但耗時間長,且解凍時細胞內易出現重結晶現象,損傷細胞。后者可防止解凍時細胞內發生重結晶,但由于溫度恢復過快,細胞內外滲透壓急劇變化,易引起胚胎細胞破裂死亡(Whitting ham DG,1972;Fridler S et al,1988;rayos AA et al,1992)。

                2)快速冷凍法 這是將胚胎部分脫水后,以高于1250℃/min的速度快速冷凍胚胎的方法。胚胎在高濃度的低溫保護劑中平衡,但細胞內外水分都要結晶,另外短暫的平衡過程,細胞脫水并不完全,易在細胞內形成冰晶,導致胚胎發生物理損傷(嚴云謹,1995)。

                3)一步細管法 將冷凍液(1.5M甘油)和稀釋液(0.5~1.0M蔗糖)裝在同一細管中,中間用氣泡隔開,解凍后,搖動細管使冷凍液和稀釋液混合,胚胎處于蔗糖溶液中,因為蔗糖是不可滲的,所以甘油和水滲出細胞。胚胎收縮,胚胎移入受體子宮后子宮液中的水分滲入細胞,又使胚胎恢復原來的體積。

                4)玻璃化冷凍 在急速降溫的過程中,抗凍液變得粘稠,形成無晶的玻璃化狀態Rall和Fahy(1985)最初用20.5%DMSO-15.5%乙酸胺-10%丙二醇-6%聚乙二醇作為玻璃化冷凍液冷凍小鼠胚胎,獲得了87.7%的冷凍存活率。但用DMSO/乙酰胺/丙二醇/聚乙二醇等作為抗凍劑,溶液的毒性較大,胚胎需在低溫下多步平衡后,才能投入液氮中保存,且結果不穩定。近年來對玻璃化胚胎冷凍研究趨向于向冷凍保護劑添加各種物質,如糖類、抗凍蛋白、透明質酸、松馳素、鹽等以提高冷凍效果(L.J.Maclellan,et al 2001)。

                5)三步平衡冷凍法 冷凍液保存液為10%的甘油及改進的PBS混合液。將胚胎分別在3%、6%、10%的甘油冷凍液中浸5min,并按一定順序裝入吸管,封好,直接進入冷凍儀的酒精槽內,以1℃/min速度從室溫至-6℃~-7℃,停5min后植冰,在停10min,以0.3℃/min降至-36℃(李成,王健,2002;張海燕,李俊,2001),再以0.1℃/min的速度降至-38℃,直接投入液氮長期保存(郭志勤,1998)。

                6)胚胎解凍 取出胚胎,迅速將試管投入38℃水浴中浸10s。胚胎凍存液一旦溶解后,要盡快棄除冷凍保護液,防止冷凍保護劑對胚胎產生毒性,如可分別在含6%、3%和0%甘油的蔗糖PBS解凍液中放置5min,最后移至PBS液中待檢(郭志勤,1998)。也有的分別在1M、0.5M的蔗糖液中分別停留5min,再用20%血清的PBS液沖洗2~3次(石國慶,劉守仁,2001)。

                4 胚胎分割

                胚胎分割是指用人工方法將一枚植入前的胚胎分割成兩個或多個部分,每一部分移植后可發育成一個正常個體。最早Tarkowsi(1959)就發現一半卵裂球已被破壞的2-細胞小鼠胚胎可以發育成囊胚,并出生了小鼠,表明早期胚胎的每個卵裂球均具有發育的全能性,即發育成正常的個體。Willadsen(1980)用瓊脂包埋分割的綿羊2、4、8-細胞期的胚胎,使半胚在中間受體內發育時受到保護,并防止其內的卵裂球分散,取得了近似正常的妊娠率(66%)。采用此法,Matsumoto K等(1989)就在綿羊上得到了較高的半胚發育率,出生了同卵雙生的綿羊。常用的胚胎分割方法有:

                1)直接分割法 該法多用于晚期桑椹胚或胚泡期的胚胎分割。用顯微手術刀或玻璃針將整個胚胎分割為二。也可先在培養皿上輕輕劃一痕跡,將胚胎移至劃線中部,用刀片在胚胎中部從上至下將胚胎一分為二,再將半胚移入干凈液滴中沖洗,裝管移植。此法簡便易行,無需專門儀器,但需防止胚胎污染。

                2)徒手分割法 一般在胚胎分割前,先用0.25%鏈霉素蛋白酶軟化1min,用2%FCS的PBS洗2次,用成0.2ml的小液滴,使用專用小刀片徒手將胚胎一分為二,或直接切割胚胎為二分胚。

                3)微吸管吹吸法 在顯微下,把胚胎用微吸管吸引固定,用微細玻璃針穿透明帶,再用一根尖端僅允許單卵裂球通過的吸管輕輕吹吸,將卵裂球分離成半。此法多用于分割綿羊大鼠的2、4、8-細胞期胚胎。

                4)除此之外,還有酶軟化透明帶后玻璃針分割法、酶消化去透明帶后分割法等,需要用0.25%~0.50%的鏈霉素蛋白酶軟化或去掉胚胎透明帶,或再經過無鈣、鎂的平衡鹽溶液中處理,然后進行切割或吹吸,對綿羊胚胎進行分割。

                5 胚胎性別鑒定

                胚胎的早期性別鑒定和控制對綿羊育種、生產和遺傳疾病的防治具有非常重要意義。從二十世紀以來,人們對性別決定機理的研究已經由形態水平發展到分子水平,大量的研究都表明,哺乳動物性別決定依賴于Y染色體上的SRY基因。其他研究,在X染色體和一些常染色體上也存在一些與性別決定相關的基因(Bardon B et al,1994),如威爾氏瘤抑制基因-WTL(Hastie N D,1992;Kent J,et al,1995),抗牟勒管激素基因-MIS/mis(Luox I Keday,et al,1994),SF-1基因(Giuli G,et al,1997),DAX-1/dax-1基因(Zarnaria E,Muscatellif,Bardoni B,et al,1994),以及SRY相關基因SOX3(Steranovic M,et al,1994;Griffith S R,1991;McEcreavas K,et al,1993),SOX9(Foster J W,et al,1994)等。雄性動物以SRY為核心,但在決定性別發育過程中都或多或少地與上述基因相關聯。

                最初用于胚胎性別鑒定的方法由細胞遺傳學鑒定方法、免疫學方法(H-Y抗原法)、X染色體相關酶法、Y-染色體特異性DNA探針雜交法等,但這些方法在生產上的應用還有一定的局限性,雄性特異性基因(SRY)的發現和PCR技術的廣泛應用,使性別控制在生產中應用成為可能(Sinclair A H et al,1990)。

                使用多聚酶鏈反應(PCR)法原理是:因為SRY是性別決定基因,只要有SRY存在,無論在Y染色體還是在X染色體,胚胎都將發育成雄性,否則發育為雌性。通過合成SRY基因或其它Y-染色體上的特異性片段的部分序列作為引物,在一定條件下進行PCR擴增,能擴增出特異性雄性目標片段的為雄性胚胎。此法準確率達95%~100%,速度快,靈敏度高,但在操作過程中要防止污染以避免出現假陽性帶(Pearu T,Hyttinen J,et al,1991)。常用引物有牛的BRY4a1139-1178T和1439-1459、牛的DRY11-21和281-301(Pecura T et al,1992)、SRY基因引物等。

                6 胚胎移植

                受體羊的手術部位、方法與采卵時相同。移植分為輸卵管移植和子宮移植兩種。移植部位:一般把受精卵和桑椹胚移植到輸卵管,把致密桑椹胚階段以后的胚胎移植到子宮角前1/3處。每只受體移植胚胎數鮮胚1~2枚,解凍胚3~4枚,觀察受體卵,把胚胎移入有黃體一側的子宮角。

                7 妊娠診斷

                通過妊娠診斷,對未能繼續妊娠的受體羊及時用優良種羊進行配種,生產雜種,與讓其空懷相比,同樣能增加生產效益。最簡單、經濟的確定胚胎移植受體是否妊娠的方法是胚胎移植后經過兩個情期的觀察不返情,則判斷為妊娠(趙霞,達來,2002)。也可于胚胎移植后14~16天取晨尿,檢查HCG,如果為陽性則于2~3周后進行超聲檢查。

                B型超聲波在綿羊胚胎發育和妊娠診斷方面的應用非常廣泛。據陳兆英(1996)報道,B超診斷綿羊妊娠的最早時間為18~20天,19天即可看到胎體,20天以后即可看到其胎心搏動,33天能隱約區分胎頭(李小慧,楊利國,2002)。妊娠陽性可以妊體,胎體或子葉為依據,準確率高達90.5%~100%(郭志勤,1998)。

                8 影響胚胎移植的主要因素

                8.1 超排技術

                超數排卵是胚胎移植的關鍵技術之一,可以為胚胎移植受體提供優質、豐富的胚源,保證優良母羊發揮最大的繁殖潛能。但影響超排的因素很多,如超排使用的藥物種類,來源,生產廠家,使用劑量,操作程序等。

                8.2 移植胚胎的質量

                胚胎質量的好壞是胚胎移植能否成功的關鍵因素。通過胚胎鑒定,要選擇具有形態結構完整緊湊、輪廓清楚、呈球形、分裂球大小均勻、色調和透明度適中及無附著的細胞和液泡等特征的一級(A級)、或二級(B級)胚胎進行移植。

                8.3 供體、胚胎與受體的同期化程度

                供、受體之間的子宮內膜要與胚胎的發育相同步,這是胚胎從體外培養環境到體內并發生妊娠必須具備的重要條件之一。這就要求供體與受體在發情時間上要同期,或移植的胚胎日齡與受體發情時間是同步,一般供、受體發情同步差為±1天以內最理想。同步差月小,越有利于胚胎的發情,移植成功率越大。

                8.4 移植胚胎的數目

                一般認為,妊娠率與移植高質量的胚胎數成正相關,移植1枚、2枚和3枚胚胎受體的妊娠率差異不顯著,但產羔率卻一次增加。也有研究報道,當移植胚胎數超過6枚時,妊娠率反而下降。據研究單側移植2~3枚效果最佳,進行大規模的胚胎移植時,還要考慮受體羊的體況、產羔時繁重的接羔任務及產后受體羊的哺乳能力等。

                8.5 操作技術

                胚胎移植的每個操作環節在實際操作中都十分復雜,都直接影響胚胎移植的成敗。尤其手術操作要求熟練、穩重、輕巧、速度適宜。向宮腔內注入移植液和胚胎時速度不能過快,否則胚胎會隨移植液進入輸卵管而發生異位妊娠;如果速度太慢,子宮、輸卵管等暴露于空氣時間過長,增加污染率,同時也增加了胚胎的損傷率。術者手、臂、手術器械等對子宮的強烈刺激,對輸卵管進行強拉硬拽都會產生不良影響。

                8.6 其它

                受體本身的黃體發育與孕酮含量、解凍劑與脫防凍劑的類型、胚胎移植的季節、供體年齡及營養狀況等因素都不同程度影響胚胎移植的成功率。

                9 小結

                隨著胚胎移植技術的日臻完善,綿羊胚胎移植技術的研究已經逐步由試驗研究向商業化生產階段轉變。這一技術在生產中的廣泛應用,充分發揮了優良綿羊品種的遺傳優勢,較快地實現在短時間內提高綿羊的良種化程度,不僅促進養羊業的發展,也為當地經濟繁榮帶來廣闊前景。對綿羊胚胎移植產業化進行研究,必將對肉羊新品種的引進和肉羊生產開發產生積極的推動作用。

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