生物技术在畜牧业上中的应用

生物技术在畜牧业上中的应用

       ——生物工程以及现代饲料对畜牧业的影响

摘　要

现代生物技术发展至今仅20多年，从早期的单克隆抗体和基因剪切技术，发展到今天的基因治疗、转基因动物及生物芯片等，尽管它在生命科学研究和产业化方面产生了巨大的影响，但这也仅仅是个开始。有人预言：21世纪将是生物技术科学的世纪。

关键词：生物工程  现代饲料  畜牧业 生物技术

Summary

Modern biological technology development so far only 20 years, from the early monoclonal antibodies and gene cutting technology, to today's gene therapy, genetically modified animal and biological chip, although it in life science research and industrialization has had a huge impact, but this is just the beginning. Someone prophecy: the 21st century will be a biological science and technology of the century

Keywords: biological engineering modern feed animal husbandry biotechnology

前言

   现代生物技术包括四个方面，即基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。以重组DNA为核心现代生物技术的创立和发展，为生命科学注入了新的活力，它所提供的实验方法和手段极大地促进了传统生物学科如植物学、动物学、遗传学。生理学、生物医学等的深入研究。同时，生物技术目前也已被广泛地应用于医药、食品、化学。农业及环境等领域；为这些行业带来了一场新的技术革命。二十年来，生物技术发展形成的新工艺、新产品已经给农业和社会带来好处。从1996年到2002年，转基因农作物在全球的种植面积从170万公顷扩大到5810万公顷，即35倍，而且其中四分之一以上是在发展中国家。然而，虽然对人类的粮食、水果等转基因作物的好处已经有大量的讨论，但是，围绕转基因作物对增进食用家畜的健康的巨大作用以及它对减少家畜粪便对环境影响的效力，却缺少公共辩论。采用现代生物技术产品对于增加粮食产量、满足不断增长的人口吃饭需要具有重要意义。

一、基因工程对畜牧业的影响

基因是DNA分子上的一个特定的片段，因此基因工程又称DNA水平上的生物工程。动物基因工程在畜牧业的应用主要有：

1.对动物生长和代谢的调控，改良畜禽生产性状1985年，科学家第一次将人的生长激素基因导入猪的受精卵获得成功，转基因猪与同窝非转基因猪比较，生长速度和饲料利用效率显著提高，们体脂肪率也明显降低。此后，羊、牛和鸡等畜禽的转基因研究也相继获得成功，通过转入相应的外源基因使转基因动物提高生长速度和饲料转化率。Wieghart(1990)等用肝脏特异性大鼠磷酸烯醇内酮酸校激酶基因的4600hp的5端序列，减缓了生长激素过量表达，使猪的背脂厚度降低了40％～45％。美国盖山都公司已经用原核生物制取了牛生长激素（BST），经过十多年的试验和论证已获美国FDA批准正式用于奶牛。我国在“八五”期间，也利用基因工程的方法，制得7猪的生长激素，对猪的生长有明显的促进作用。

   2、生产非常规畜牧产品1985年，有人提出利用转基因动物乳腺生产重组蛋白质。数年间，这一近乎天方夜谭的神话已逐步变成了现实。利用转基因动物如小鼠、大鼠、家兔、绵羊、山羊、猪、牛等的加液、乳汁得到有医用价值的蛋白质药物，生产人类药用蛋白等非常规畜牧产品，是目前世界上转基因研究的热点之一。其中，通过动物浮腺生物反应器生产人类药用蛋白的研究已取得了初步成功，目前可以用动物生物反应器生产的药物蛋白质已有15种。其中又以人血红蛋白、人抗凝血酶Ⅲ、人细胞膜电位调节团子（CFTR）、人乳铁蛋白和人C蛋白最为重要。利用转基因动物生产人类药用蛋白的生物反应器研究还相继在猪、山羊等其它家畜上取得了成功，表明利用转基因动物生产人类药用蛋白等生物活性物质是可能和可行的。尽管目前利用动物生产非常规畜牧产品的投入和风险都很大，但其诱人的商业前景和潜在的巨额利润还是吸引了不少投资者和科学家。有学者预言，利用动物生产非常规畜牧产品将发展为一个新兴的产业。

   3、瘦肉型猪基因工程育种培育生长快瘦肉率高的猪新品种，是人们多年来为之奋斗的目标。近几年来，我国研究人员用基因工程技术已生产原代转基因猪72头，从中筛选增产百分十以上的转基因猪进行繁殖，获得第二、三、四代转基因猪215头。转基因猪核心群的生产水平比非转基因猪提高20％。已建立生产转基因猪的饮水体系，转基因消的王广欢半岛，处于国际先进水平。生产转基因猪技术体系的建立不仅为猪的基因工程育种打下基础，也为利用猪作为受体进行其它类型的研究打下基础。

4、动物抗病基因工程猪瘟是危害养猪业最严重的疾病之一，如果能培育出抗猪瘟的新品种，将对养猪业作出巨大的贡献。目前，已利用核酶基因得到6只转基因免和7头转基因猪，这是一项很有前途的工作。此外，对一些种属特异性的疾病，如果可以从抗该病的动物体中克隆出有关的基因，并将其转移给易感动物品种，就有希望培育出抗该病的品系。而在对基禽类病原体基因组结构进行深入研究的基础上，可洛病原体致病基因的反义基因导入畜禽细胞，使侵入畜禽机体的病原体所产生的mRNA不能表达，从而起到抗病作用。

5、提高经济动物的产量用基因工程技术改变动物的代谢途径以提高经济动物的产量是一个很有前途的方法。这种方法包括两个方向，一是重建某些丢失的代谢途径，二是导入新的目前尚未发现的代谢途径。与此有关的基因可来自其它来源，在进行加工后用于哺乳动物的表达。研究的重点是设法导入代谢途径中的关键因素。有人没想，把苏氨酸和赖氨酸在微生物中生物合成的途径导入哺乳动物，使哺乳动物自己就能合成苏氨酸和赖氨酸这样的必需氨基酸．而根本上改造了哺乳动物。用分子生物学途径大大降低畜禽日粮中必需氨基酸的需要量。也就是说，这种动物可以少吃或不吃蛋白质饲料而能正常生长。为此，有人首先研究了苏氨酸气盛氨酸在大肠杆菌中生物合成的途径,并将有关酶的基因导人动物细胞中，在缺乏苏氨酸时，对细胞进行生长能力的筛选，得到了表现两种酶活性并能在缺乏苏氨酸时正常生长的细胞克隆。这些实验表明，使用类似技术可将会成苏氨酸的能力转至动物细胞。

二、细胞工程对畜牧业的影响

细胞工程是利用细胞的全能性，采用组织与细胞培养技术对动、植物进行修饰，为人类提供优良品种、产品和保存濒危珍稀物种。细胞工程主要包括体细胞融合、核移植、细胞器摄取和染色体片段重组等。

   在细胞工程中，对动物卵细胞（胚胎）进行人工操作和改造而形成的胚胎技术（也叫胚胎工程），在畜牧业已形成较实用的技术，主要包括以下几方面：①胚胎分割技术。我国在这项技术的应用获得成功，并实现商业化生产。如在乳牛生产中用一枚胚胎经分割后可以稳定地生产两头小牛。分割后的胚胎还可以经过低温冷冻保存，解冻后仍然可用于胚胎移植，但其成活率低于新鲜胚胎。②体外受精技术。这项技术使我们能够利用屠宰场不用的卵巢分离大量未成熟的卵细胞，在试管中培育成熟，受精并培育成可供移植的胚胎。在正常情况下，每一时废弃的卵巢可以生产两头小牛，这样，从一个每年屠宰10000头母牛的小型屠宰场中收集废弃卵巢，可获得4000头小牛，创造产值2000万元。此项技术已进入中试开发阶段。③在山羊上实现连续核移植。这是胚胎工程取得的另外一项重大进展。胚胎克隆技术的应用是许多胚胎工程学家和畜牧生产者的理想，它的意义在于从一枚优良胚胎出发，将其培养到多细胞时，通过酶处理使其分成许多单细胞卵裂球，再用每一个卵裂球的细胞核为核供体，再将它们移植到去核的受体卵细胞中，使其发育成一个胚胎，由于所有胚胎的细胞核来自同一枚起治优良胚胎，它们都具有优良的潜质，经过核移植的胚胎发育成多细胞后，还可以再

次制成许多卵裂球，并再次作为核供体，生产更多的同质胚胎。如此周而复始，从一枚优良胚胎出发，理论上可以生产出无数优良胚胎，最大限度地利用特别优秀的母畜的遗传潜力。④性别鉴别技术。这在畜牧业生产上具有很大的实用价值，在上述各项技术的基础上，如果能在动物胚胎阶段鉴别名的计别。就可以根据生产的需要，有所取舍，如奶牛需要更多的雌性胚胎，可以大大减少不必要的损失，从而提高有效产值，降低成本。我国的研究处于国际先进水平，我们已经可以用PCR技术，扩增出胚胎一个细胞中的SRY基因片段，准确率达95%以上。

三、转基因作物的饲料应用于家禽饲料

对来源于转基因作物的饲料成份的科学评估，主要依靠对肉牛、猪、羊、鱼、乳牛、肉鸡、蛋鸡的分析研 究，内容包括：营养成份分析、消化率计算和牲畜表现评估。这些研究显示，来自转基因作物的饲料在营养成份上与非转基因作物饲料相同。用转基因作物饲料，如谷物、青贮饲料、饲料草等喂养的牲畜，其生长率和产奶量与用非转基因饲料喂养的牲畜一样。也有研究显示，经过基因改良的抗"玉米螟"的玉米在某些生长条件下，比较不容易受毒枝菌素──真菌或霉菌所产生的毒素──的感染，因此，用它作饲料对牲畜更为安全。

四、食品生物技术对于养殖的安全管理

评估上市新食品的安全性的做法在美国有着长期历史。对于动植物生物技术的评估是建立在科学的基础上，而且非常严格。新型动植物生物技术的发现与发展，是走向农业生物技术产品商业化的环节之一。管理程序中的一个重要内容，是检查转基因作物、转基因动物或者使用了生物技术产品(如bST)的动物的构成等同性。具有等同性将说明，经过基因改良的作物或动物没有因此发生实质上的改变。对这种对比式的安全评估效用的最好证明是，过去十年来虽然种植的转基因作物达2.23亿公顷以上，但是没有任何资料显示它们对人类、动物或环境产生了影响。同样，也没有资料显示，当今得到最迅速采用的牛饲料中的bST，给人们食用由此而来的牛奶和牛肉带来任何不良作用。

结论

现代生物技术的迅猛发展使生物科学出现了一个全新的面貌，形成了以现代生物学技术为主要标志的各生物科学的大发展，使生物科学在近20年经历了一场深刻的革命，其影响远远超出了生命科学本身。未来生物学发展的大趋势是对生物现象的研究不断深入和扩大，向宏观和微观，最基本的和最复杂的两极发展。

总之，动物生物技术正处在迅速发展阶段，微观与宏观相结合将是21世纪生物学必由之路，而未来生物学也将在微观与宏观的接合部通过现代生物技术取得许多重要的突破，它将对今后是牧业的生产带来巨大的效益。因此，我们要注重动物生物技术的研究与开发，加大投入，广泛地开展国际合作，利用我国资源的优势，在加强基础研究的同时，使一批已成熟的技术从科研院校走向市场，走向农村，加强推广的力度。相信在不远的将来，动物生物技术将在畜牧业生产中大显身手。由生物技术带来的无数手段和产品，正在使农业走入一个引人注目的科学时代，有更多的有益于食品业的生物技术产品正在发展中。这些新产品得到有力的安全评估程序的把关。至今，得到核准的转基因作物以及动物生物技术均被视为和传统产品一样安全。发展和应用新兴生物技术对于满足日益增长的全球人口对粮食的需求，同时减少对环境的影响，都具有关键意义。但是，这些技术在未来给社会带来的影响。

参考文献

1、生物工程生物技术系列生物工艺原理 贺小贤　主编/2008年01月/化学工业出版社

2、护卫生命的尊严：现代生物技术中的伦理问题研究  韩跃红 主编/2005年12月/人民出版社

3、2009中国生物技术发展报告  中国生物技术发展中心 编著/2010年07月/科学出版社

4、现代生物技术与 袁辉，李校堃 主编/2007年03月/化学工业出版社

5、动物繁殖理论与生物技术 张嘉保，田见晖　主编/2011年01月/中国农业出版社

6、生物技术与实践 （英）拉塞尔 著，肖华胜 等译/2010年05月/科学出版社

7、环境生物技术原理与应用  杨传平，姜颖，郑国香，李永峰　等编著/2010年05月/哈尔滨工业大学出版社

8、现代饲料生物技术与应用  张日俊　主编/2009年01月/化学工业出版社

9、生物化学与生物技术 （爱尔兰）沃尔什（Walsh，G） 著，王恒樑 主编/2006年03月/化学工业出版社