四、培育方法及注意事项 | 《实验动物科学》 |
四、培育方法及注意事项封闭群动物的培育方法较为简单,只要不引进新品种,让其自行繁殖就可以,当然要避免近亲繁殖。但是长期保持一个封闭群就必须要控制各种条件,采取一定的措施。保持封闭群的主要目的的是为了减少群体内的遗传变异,使整个群体的性状、特征能持续稳定不变,而且不产生性质不同(变异)的个体或小群体。培育时应注意下列规则: (一)群体封闭后应维持五年以上 为什么把小鼠封闭群有效时间定为五年?其理由如下。假如将两个近交系进行交配,培育出一个新的群体(杂交群)。此时,把其中一个近交系的基因型假定为A/A,另一近交系为a/a,则两者杂交以后所产生的F1基因型必定是A/a,然后让F1进行随机交配,从理论上讲,F2代基因型分离的比例A/A为25%,A/a为50%,a/a为25%。再让F2进行随机交配,生下F3,其基因型的比例和F2一样,不发生变化。但实际情况不会如此准确,因为还有其它许多因素(如繁殖率的高低)的影响,假如具a/a基因型的个体比A/A及A/a基因型的个体繁殖率低1/2的话,此时这三种基因型出现的频率就各不相同(如图5-1所示),即随着代数的增加,a/a型频率逐代减少,而A/A型的频率则逐代增加,也就是说,在起初10代(从1~10代),各基因型频率,都有变化,达到15升后才趋于稳定(几种基因型频率平行发展)。这虽然是理论的推导,但已用于实践,故目前暂定15代,也就是说经过15代后,该群体的基因型频率才能达到相对稳定。以小鼠为例,一年大约繁殖3代,要达到15代,就需要5年时间。因此,5年确定为小鼠封闭群的最低年限,但这种年限只能用之于小鼠,如豚鼠和兔等世代间隔长,封闭群达到稳定的年数,就比小鼠的更长了。 图5-1 不同繁殖率基因型个体的基因型频率变化:在A/A为35%, A/a为5%,a/a为25%的群体中a/a的繁殖率为A/A和A/a的1/2时,各基因型频率的变化。 (二)防止产生群体内的隔离状态 封闭群体,不要在隔离状态下进行繁殖(交配)。上面所讲的是随机交配时的情况。如果交配不随机(如一封闭群隔离饲养,每处的雌雄只数都不多),而是兄弟姐妹之间交配,则该封闭群就会分化为许多近交系,从而使该群体的基因型结构发生变化,结果不但破坏了封闭群固有的遗传结构,而且将使封闭群分化成几个近交系,如近交系之间再进行杂交,虽可提高该群体的繁殖率,可是封闭群原有的特点将因此丢失。 假如将某封闭群分在两个饲养间饲养,各饲养间又独立地自行保种,这样就使群体有效大小减少一半,随之近交系数也将提高,从而在这两个饲养间产生基因结构(型)变化的可能性也就大了。因为,基因结构的变化原则上趋向于不随机交配的群体一方。如果经过若干代之后就会变成两个完全不同的封闭群。即使是各饲养间的群体量很大,但相同基因结构的微小变化是不可避免的,因此经过几十年代后,这些微小差异积累起来,也同样产生上述结果。有时虽然在同一饲养的保种,但采取的方法与上述两饲养间的作法相同,结果也会产生两个封闭群。 图5-2 繁殖场较多时,为避免各繁殖之间产生隔离生产的方法 总之,若同属于一个封闭群,则留种对必须在整个群体内普遍地选择,并进行随机交配。如果繁殖场有两个以上都生产同一品系的封闭群,为避免隔离状态下的配种,可采用图5-2方式繁殖生产。即由一个种群繁殖提供雌雄种鼠,再分配给各繁殖场,进行随机交配生产,然后供应使用。 (三)“群体有效大小”应保持在50只以上 当采用图5-2这种生产方式时,应特别注意种群繁殖场的“群体有效大小”,要达到足够大。如果封闭群过小,必然引起群体内近交系数上升,而致群体内各种基因的物质纯度提高,这是与封闭群的性质所不相容的,是封闭群最忌讳的。如群体只有雌雄两只组成,就只能进行兄妹交配,结果会育成近交系。如果群体有10只组成,这时虽然1、2代不进行兄妹交配,但在2~3代后,不可避免地要进行堂兄弟和堂姐妹之间的近亲交配,从而也能使群体的近交系数上升,结果使群体内基因结构改变。为了防止这种现象出现,必须规定群体的大小。 “群体有效大小”是群体遗传学的术语,有固定的含义。即在进行动物的繁殖生产时,为表示其群体规模大小,常以雌雄种的数目来表示。这个数目,通常的含义可定义为该群体的大小,但是当考虑每代之间的遗传特性时,这种表示方法就有问题了。比如,雌雄种的数目虽然相等,但在留种时如来源分布不均时,情况就大不一样(见表5-1) 表5-1 由10对公母鼠组成的不同群体的有效大小
表中所示为10对种动物,采取A、B、C、D四种不同的留种方法。从中不难看出,四种方式虽都是在10对亲代所生的仔代中选种,但是所选出留种仔数,在A组是来自10对种鼠,B组是来自8对种鼠,C组来自5对种鼠,而D组则只是来自2和6号两对种鼠。四组选出的留种仔数分别都是20只,群体的有效大小从外观上似乎相同,但其基因结构则完全不一样。为了比较这种差异,就采用了“群体有效大小”这一标准来进行衡量。 “群体的有效大小”是指一个自然繁殖的群体所包含的雌雄动物数目,是为下一代留种时,能从中随机选种,并随机交配以繁殖后代的数目,并以此作为衡量的尺度,以计数被测群体的有效大小。表5-2的B组所列即大致与所谓理想大小接近,故其有效大小定为20,A组则为40,正好为D组的10倍,C组为12,D组为4。如果采取A组的形式进行繁殖,必须非常仔细选种才能达到,因此非常麻烦。B组实际是采服随机选择的一例,因此操作较简便,只要稍微留心选种即可,但是如果不留心,很可能会出现C组或D组那种情况,即仅仅从几只母种所生的仔代中选择,势必造成群体有效大小的变小。 降低“群体的有效大小”的另一主要原因是种鼠的雌雄数不同。雌雄鼠的性比越大,其“群体的有效大小”就变小(可见表5-2)。 表5-2 群体大小相同、雌雄种的比不同时的“群体的有效大小”
下面的公式用以计算“群体有效大小”与群体近交系数上升率之间的关系,也就是说只要进行随机交配,两者之间的关系可用下列公式计算: △F1=1/2Ne △F1:近交系数的上升率 Ne:群体的有效大小 由此公式我们可以看出,Ne越大,则△F1就越小。在封闭群的规定中,“群体的有效大小”被定为50。为什么要定为50与要成为近交系就必须兄弟姐妹交配20代一样,也就是说只在一般群体中,近交系数的上升率(△F1)等于百分之一时,群体的有效大小(Ne)恰好是50。 在一般情况下,大量生产实验动物的繁殖是用各种雌雄鼠的比例进行生产的。表5-3用以说明在不同性别比例时的情况,要达到“群体有效大小”50左右时所需的雌雄鼠数。根据表5-3,现假定如下计划生产方式,即每周用一只雄鼠与2只雌鼠进行交配,这种雌雄两性配合的比例为1:14。这样的群体,要达到有效大小50时,至少须经常保持雄鼠14只,雌鼠196只,这交不是说,只要准备好14只雄鼠和196只雌鼠就万事大吉了,而是为了在下一代留种时能从较多的种群中进行广泛选种,不致因种群数目较少而不得不进行近亲交配。因为,种雄雌鼠太少了,不知不觉地就提高了近交系数,结果就丧失了封闭群的意义。 表5-3雌雄性别比例不同的各群体要达到有效大小50以上时所需的雌雄鼠
(四)不要用人为淘汰的方式选种 所谓人为淘汰的方式选种,是把基因决定的性状引向特定方向,结果使群体内基因结构发生变化。例如在图5-3中,基因结构大体自第15代起才趋于稳定。要想增加具体a/a基因型的个体,而进行淘汰方式的选种,结果使其有a/a基因型的小鼠在全体种鼠中上升到1/2,从而使其他基因频率发生急剧变化。 图5-3所示只是一种基因型的改变所产生的结果,但即使是单基因,在实际上也伴随着许多其他遗传性状的变化。因此,在封闭群中,原则绝对上不允许进行淘汰式选种。 图5-3 自第15代起进行淘汰式选种后基因频率变化情况 但是,涉及到繁殖能力问题,可视为例外,因为作为实验动物首要的基本条件是可繁殖性,尤其是封闭群,利用杂合性提高繁殖率是其特特。人们在选种时有意无竟地都想用繁殖率高的动物作种。在群体被封闭后在5年之内,只要采用同一方法,只选择繁殖率高的留种,其基因结构几乎不会引起变化。因此育成封闭群后选种时,应挑选繁殖率高的为宜。
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