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  動物繁殖技術的商業化大致可以分為兩類,其一主要是以生物醫學為目地所發展的技術,例如轉基因複製羊,在羊胚中放入特殊的蛋白質表現基因片段 (人類第8凝血因子或人類血清白蛋白),並設計使之僅在乳汁中表現出這些蛋白質,希望由乳汁中生產這些昂貴的醫療用蛋白質。然而直到現在這項技術仍無法實際落實在真正的目標上。另一類則是著重在生產與人類最基本的食物 (乳、肉) 需求上,例如後續會提到的人工授精、精子冷凍、發情同期化、卵母細胞及胚冷凍及胚移置等技術,這些技術都是為了提升動物體生產人類所需食物的效能上所進行的研究與開發。

人工授精
  山羊繁殖主要仍是以自然交配或人工授精方法完成。然而利用公畜之精液 (冷凍、冷藏或新鮮精液) 進行人工授精,改良的動力主要是依靠公羊本身所攜帶的優良基因,除非是母羊也經過性能檢定或篩選,否則在隨機配種 (羊群中雌雄個體之間無選擇地進行交配) 情況下所產生的遺傳改良通常比較緩慢。然而應用於山羊的人工輔助繁殖技術並不只有人工授精,但是相關技術的研發均是以市場和環境之需求而產生,並以提升繁殖或優良基因散佈為主要目的,同時也有著從易到難的漸進式特性。以人工授精技術的發展為例,早在1678年精子就已經被科學家所發現,過了另一個世紀,在18世紀後期的1784年,Spallanzani這位科學家首先在狗的身上實施了人工授精,並在62天後產下3隻狗崽。100年過去了,1897年一位出色的繁殖生物學家Heape出現,他成功從兔子、狗及馬身上取得精子,建立了標準化的採精程序,也因為他的研究,使得當時的英國劍橋大學躍升為世界繁殖研究的重鎮與中心 (時至今日仍為繁殖研究翹楚)。1899年,俄國科學家Inanow將人工授精於以常態化及標準化,隨後也陸續將此一技術應用於農場 (經濟) 動物中 (山羊的人工授精在1933年首次對世人發表)。然而,人工授精技術之所以真正蓬勃發展,原因是為達成乳牛產業高牛奶產量之需求,為此科學家們建立了一個標準,以篩選具有好的遺傳特性之公牛精子,為了達到可以大量及快速的將這些優良基因散佈的目的,人工授精技術因而變得炙手可熱,也成為最早商業化之人工繁殖輔助技術。

精子冷凍
  人工授精的根本是精子,然而新鮮採集到的精子無法長時間保存,優良公畜遺傳物質散佈因此受到限制。要延長儲存時間,冷凍是最直接且簡單的方法,然而精子是活的,且具有可移動的特殊性,不同於一般食物或細胞的冷凍保存單純。冷凍過程中低溫會傷害到精子的自然生理機能,嚴重甚至死亡。成功之路總是充滿荊棘,科學家們在稀釋液中添加各式各樣的成分想要精子在冷凍過程中可以避免或減少低溫所致的傷害,並於解凍後可以成功恢復生機。皇天不負苦心人,英國科學家Polge利用甘油為冷凍保護劑,成功地將雞的精子冷凍,並於1949年發表相關研究報告。隨著家禽精子成功被冷凍,市場需求更大更急的公牛精液冷凍研究也如火如荼的展開。然而,公牛冷凍精液製作並不順利,甚至Polge也沒能一舉成功。時隔6個月後 (1968) ,Polge在一個例行性試驗中成功的將公牛精子冷凍!相同的操作,相同的稀釋液配方,卻有著不同的結果,事後實驗室針對所使用的稀釋液進行成分分析,意外發現這瓶稀釋液中並沒有當時科學界經常添加於精子冷凍稀釋液中的醣類,而是含有甘油及白蛋白 (蛋白質),這顯然是個美麗的錯誤,瓶身標籤的錯置竟成就了科學界另一重要里程碑。精子冷凍技術突破後相關研究發展變得更加蓬勃。除了甘油以外,針對蛋白質 (低密度脂蛋白、高密度脂蛋白及膽固醇) 的研究亦如雨後春筍般地出現。冷凍精液製作的重點有二,第一是需要降低精子內部及環境中水的存在,第二則是小心控制冷凍程序中的降溫速率,精子內部雖然水分不多,但是稀釋液中仍有大量的水,在冷凍過程中極易產生冰晶而傷害了精子。由於精子採集及冷凍相當便利,因此也於早期便有著商業化之生產模式。

發情同期化
  反觀雌性動物所涉及之人工輔助技術則相形複雜。較為常見的技術如母羊的發情同期化、卵母細胞及胚冷凍、胚體外生產及胚移置技術。發情同期化是利用外源 (人為給予)荷爾蒙進行母羊卵巢排卵周期的控制,以達到超量及同期排卵的效果,在個體外觀行為的表現上則可以觀察到母羊發情行為集中,使得現場操作處理更加有效及便利。發情同期化的原理有可歸納為兩大類。第一類是強制終止發情周期 (縮短發情周期),使之重新開始一個新的周期,此一方法通常是利用前列腺素進行子宮角灌注或是肌肉注射,其中又以子宮角灌注的效果較佳。前列腺素在山羊發情同期化處理時需要有功能性黃體 (排卵後濾泡轉化而成) 的存在。在山羊,發情開始前5天,卵巢對前列腺素的敏感性較低 (前列腺素接受器數目較少),注射後的效過較差。在發情周情開始後9天注射之效果最佳。此外,非繁殖季節使用時效果亦不佳。若是在繁殖季節中,不能確定第一次注射時卵巢是否處於功能性黃體階段,可在第一次注射後10 - 12天進行第二次注射,羊隻通常在注射完畢後60 - 96小時發情。另一個方法則是利用助孕素進行調控,助孕素可以抑制腦下垂體前葉釋放激濾泡激素 (FSH),因此抑制了濾泡的生長。在停止助孕素給予後,血液中助孕素含量降低,對腦下垂體前葉的抑制效果消失,FSH開始分泌,濾泡快速發育而使動物發情。此一方法在繁殖季節時之處理效率極高,但是也有少數個體會出現發情行為但是濾泡不發育,沒有排卵及黃體的情況發生。

卵母細胞收集及胚移置
  卵母細胞採集通常是先使用賀爾蒙進行處理,誘發卵巢濾泡大量發育及排卵,再利用外科手術進行卵母細胞收集,收集到的卵母細胞可依照需求進行冷凍或經由體外成熟、體外授精及體外發育培養至囊胚後進行胚移置或是胚冷凍。體外生產所得到的胚,因為培養環境及營養條件不如體內環境周全,後續發育能力不如體內胚。因此此一技術通常為實驗室試驗所需,現場使用之實用性不高。胚移置技術通常會搭配賀爾蒙之超量排卵,然而與卵母細胞收集不同的是,超量排卵處理後,並不將卵母細胞取出,而是以人工授精或是自然配種的方式進行授精,受精後約第9天再利用外科手術方法將已經發育至囊胚階段的羊胚由子宮角處收集,並移置到受胚羊子宮角中繼續懷孕程序。此一技術對於畜群改良的速度快過人工授精,因為可以挑選經過性能檢定後之公羊及母羊進行配種,配種後將受精卵取出,並以性能較差的母羊為代理孕母進行胚移置,如此可以快速建立具有優良性能表現之畜群而不需如人工授精一般以漸進方式進行改良。但是此一技術所需之技術門檻較高,通常需要受過專業訓練的人員或獸醫進行,所需花費之成本亦較高。近年來此技術在經濟動物現場應用大幅增加,因為其解決活體運送的不便及疾病散布問題,亦提升了種畜優良性狀在全世界的傳遞。此外,在瀕危動物復育的特殊領域,亦極具價值。
  人工繁殖輔助技術的範疇非常廣泛,但是大多數的技術或研究仍在實驗室階段,無法實際應用於現場或可說不是以現場應用為主要研究目的。然而隨著時間空間的改變以及養羊場經營多元化,越來越多的繁殖技術被產業化,舉例說明,進冷凍羊胚進行胚移置,原先的不可能如今都已經變得不足為奇。誠如文章前述,人工繁殖技術的研發主要是依據市場和環境的需求而生,唯有產業及研究單位攜手合作才能將技術之效益最大化。

 1. 山羊胚移置   2. 玻璃化冷凍山羊胚


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