白俊艷，楊又兵，李廣錄

（河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003）

家畜育種學(xué)是高等農(nóng)業(yè)院校動(dòng)物科學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門從理論和方法上研究如何逐代改進(jìn)家畜群體的遺傳結(jié)構(gòu)以不斷地提高其生產(chǎn)性能的一門學(xué)科。家畜育種學(xué)與遺傳學(xué)和畜牧生產(chǎn)有關(guān)的其他學(xué)科密切相關(guān)，是多學(xué)科相互滲透和彼此結(jié)合的結(jié)果。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的家畜育種學(xué)發(fā)展迅速，新理論和新研究成果不斷涌現(xiàn)，新方法和新技術(shù)在生產(chǎn)中發(fā)揮了越來(lái)越大的作用，因此家畜育種學(xué)的內(nèi)容也在不斷豐富。各個(gè)高校針對(duì)各自實(shí)際情況對(duì)家畜育種學(xué)進(jìn)行了不同程度的教學(xué)改革［1-6］，劉榜等［7］以互動(dòng)教學(xué)模式探討家畜育種學(xué)的教學(xué)方式，趙艷紅等［8］積極將家畜育種學(xué)建設(shè)為資源共享課程，白俊艷等［9］在家畜育種學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了改革實(shí)踐。但很少見到將GBS育種分析系統(tǒng)應(yīng)用到家畜育種學(xué)教學(xué)中，因此，該研究重點(diǎn)介紹在家畜育種學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何應(yīng)用GBS育種分析系統(tǒng)。

目前河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院在家畜育種學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的現(xiàn)象是：由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)較少，且學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)很少，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生的動(dòng)手操作積極性不高，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也存在抄襲現(xiàn)象。針對(duì)以上問(wèn)題，有必要對(duì)家畜育種學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革，從而提高學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)積極性。

1 種豬場(chǎng)管理與育種分析系統(tǒng)（GBS）簡(jiǎn)介

種豬場(chǎng)管理與育種分析系統(tǒng)（GBS）憑借中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)專業(yè)技術(shù)支撐，充分結(jié)合國(guó)際先進(jìn)的種豬科學(xué)管理經(jīng)驗(yàn)，遵循我國(guó)種豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，總結(jié)我國(guó)權(quán)威種豬飼養(yǎng)專家的育種養(yǎng)殖和經(jīng)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)種豬生長(zhǎng)繁育全生命周期及種豬企業(yè)日常經(jīng)營(yíng)管理的規(guī)范化、科學(xué)化、透明化。系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)功能包括：智能預(yù)警、種豬管理、生產(chǎn)性能、育種分析、商品豬管理、銷售管理、獸醫(yī)保健、物資管理等（見圖1）。針對(duì)河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院的具體情況，將GBS育種分析系統(tǒng)在家畜育種學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用，具體應(yīng)用到以下幾個(gè)方面。

圖1 GBS育種分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 GBS育種分析系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)

利用GBS育種分析系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的育種值估計(jì)或其他遺傳分析時(shí)，其數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)備也很關(guān)鍵，可以自己在“生產(chǎn)性能”（見圖1左側(cè)）里事先錄入不同個(gè)體的生產(chǎn)性能，如公豬的背膘厚、瘦肉率、目標(biāo)體重日齡、日增重，還有母豬的產(chǎn)仔數(shù)等性能也要錄入進(jìn)去，也可以直接把外面的數(shù)據(jù)資料導(dǎo)入到GBS育種分析系統(tǒng)以備后續(xù)分析用。GBS育種分析系統(tǒng)中的生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)錄入環(huán)節(jié)也可以在實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)錄入數(shù)據(jù)，但由于受到時(shí)間限制只能簡(jiǎn)單錄入少量的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生清楚生產(chǎn)性能錄入過(guò)程。后續(xù)的分析是需要大量的數(shù)據(jù)資料的，因此，可以另找時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生一次性導(dǎo)入大批數(shù)據(jù)資料，以備后續(xù)工作調(diào)用這些數(shù)據(jù)資料。

2.2 利用GBS育種分析系統(tǒng)進(jìn)行育種值估計(jì)

家畜育種值的估計(jì)在家畜育種中是最為重要的，育種值估計(jì)不準(zhǔn)確，可能會(huì)導(dǎo)致把不太優(yōu)秀的個(gè)體選為種畜，則會(huì)影響后代的生產(chǎn)性能。目前，育種值估計(jì)應(yīng)用最為廣泛的方法為BLUP法，即最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)（best linear unbiased prediction，BLUP），是在混合線性模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型育種值估計(jì)方法。

圖2 育種值估計(jì)模型的定義

圖3 GBS育種分析系統(tǒng)中育種值估計(jì)

首先要先準(zhǔn)備好進(jìn)行育種值估計(jì)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)備一般是按照個(gè)體號(hào)、父親號(hào)、母親號(hào)、固定因子（如年份、季節(jié)、性別、牧場(chǎng)等均作為固定因子）、性狀等順序排列，尤其注意的是個(gè)體號(hào)一定要按照從小到大的順序排列。其次是分析模型的定義（見圖2），不同的家畜群體其在育種值估計(jì)過(guò)程中可能應(yīng)用的模型是不同的，因此育種值估計(jì)之前還需要對(duì)模型進(jìn)行定義，如總產(chǎn)仔數(shù)模型、日增重模型等均為單性狀模型，而日齡-背膘厚兩性狀模型則主要考慮日齡和背膘厚這2個(gè)性狀。也就是說(shuō)想估計(jì)哪個(gè)性狀育種值就選哪個(gè)模型，在GBS育種分析系統(tǒng)模型定義中把豬育種中的目標(biāo)性狀都包括了，所以利用GBS育種分析系統(tǒng)進(jìn)行育種值估計(jì)更為簡(jiǎn)便。除了模型定義外，還有軟件中其他參數(shù)需要根據(jù)情況進(jìn)行定義或選擇，如收斂標(biāo)準(zhǔn)和最大的迭代次數(shù)等也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修訂，也可以默認(rèn)不做修改，這些其他參數(shù)一般軟件是自帶的。

GBS育種分析系統(tǒng)就是利用BLUP法對(duì)家畜個(gè)體育種值進(jìn)行了估計(jì)（見圖3，因此GBS育種分析系統(tǒng)可以應(yīng)用于育種學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，也可以應(yīng)用于家畜育種的理論課教學(xué)中。如圖3示，利用GBS育種分析系統(tǒng)的育種分析模塊，則會(huì)出現(xiàn)圖3話框，依次從左向右點(diǎn)擊其按鈕就可以進(jìn)行育種值的估計(jì)。對(duì)于結(jié)果可以在結(jié)果查詢中看到相應(yīng)個(gè)體的育種值，還可以得到整個(gè)家畜群體的遺傳進(jìn)展。那么育種值估算完后，還要根據(jù)育種值的高低對(duì)現(xiàn)有群體的個(gè)體進(jìn)行排序，然后從中把最優(yōu)秀的個(gè)體選留作種畜，所以在這個(gè)過(guò)程中還需要借助于Excel將導(dǎo)出來(lái)的育種值數(shù)據(jù)進(jìn)行排序等操作，最終選出優(yōu)秀的種畜。在這個(gè)育種值估計(jì)過(guò)程中，還能輸出一些其他重要的結(jié)果，如性狀的遺傳力、性狀之間的遺傳相關(guān)、性狀的加性效應(yīng)值等，對(duì)于GBS育種分析系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其統(tǒng)計(jì)和分析功能很全的。

圖4 近交系數(shù)的計(jì)算

2.3 利用GBS育種分析系統(tǒng)進(jìn)行近交系數(shù)計(jì)算

GBS育種分析系統(tǒng)在家畜育種學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用還可以用于計(jì)算個(gè)體的近交系數(shù)。在種畜的選配過(guò)程中需要盡量避免近交，近交嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致近交衰退，因此在選配前有必要先了解每個(gè)個(gè)體的近交系數(shù)。如果手動(dòng)計(jì)算個(gè)體的近交系數(shù)，則需要繪制個(gè)體的通徑鏈，然后按照計(jì)算公式代入計(jì)算，對(duì)于一個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)來(lái)說(shuō)，群體規(guī)模大，手動(dòng)計(jì)算每個(gè)家畜個(gè)體的近交系數(shù)耗時(shí)太久。GBS育種分析系統(tǒng)能提供給很簡(jiǎn)便的方法，由于編程人員已經(jīng)將近交系數(shù)計(jì)算公式嵌入到GBS育種分析系統(tǒng)，故只需要選定要計(jì)算近交系數(shù)的群體，設(shè)定好追溯系數(shù)的代數(shù)，就可以對(duì)選定群體中的每個(gè)個(gè)體近交系數(shù)進(jìn)行計(jì)算（見圖4）。GBS育種分析系統(tǒng)計(jì)算近交系數(shù)的前提是要有龐大的系譜數(shù)據(jù)資料，而且資料里面的個(gè)體編號(hào)不能有重復(fù)個(gè)體，祖代的個(gè)體編號(hào)要排在系譜資料的前面，后代的個(gè)體編號(hào)要排在系譜資料的后面。系譜資料的數(shù)據(jù)越多，近交系數(shù)計(jì)算結(jié)果越精確。

2.4 利用GBS育種分析系統(tǒng)進(jìn)行選配計(jì)劃

圖5 選配計(jì)劃

選配是動(dòng)物育種工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是人為決定公、母畜的配偶，以有目的地組合后代的遺傳基礎(chǔ)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在后備種畜中將優(yōu)秀個(gè)體選擇出來(lái)，然后根據(jù)品質(zhì)選配或親緣選配這2種選配策略讓公、母畜進(jìn)行交配。而GBS育種分析系統(tǒng)就恰好提供了這2種選配策略的計(jì)算模塊（見圖5），如果采用血統(tǒng)選配（即親緣選配）需要先計(jì)算血統(tǒng)相關(guān)系數(shù)，然后才可以進(jìn)行血統(tǒng)選配。在血統(tǒng)選配過(guò)程中選配的個(gè)體一般都有一定的親緣關(guān)系，一般選配母畜和公畜會(huì)追溯到一個(gè)共同祖先，如果到共同祖先的代數(shù)在6代以內(nèi)的，則屬于近交，一般追溯的共同祖先最好在6代以后，這樣交配雙方的親緣關(guān)系比較遠(yuǎn)，也因此避免了近交衰退的出現(xiàn)。另一種則是根據(jù)公、母畜的品質(zhì)（性狀）進(jìn)行選配，可以根據(jù)公、母畜的性狀的相同、相似或相反而進(jìn)行同質(zhì)選配或異質(zhì)選配。

3 結(jié)語(yǔ)

GBS育種分析系統(tǒng)可以在家畜育種學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，而GBS育種分析系統(tǒng)內(nèi)容龐大而豐富，因此也可以將GBS育種分析系統(tǒng)中的部分內(nèi)容應(yīng)用于家畜育種學(xué)理論教學(xué)中，教師可以在理論課堂上展示GBS育種分析系統(tǒng)的操作過(guò)程。通過(guò)將GBS育種分析系統(tǒng)在家畜育種學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增長(zhǎng)了學(xué)生的專業(yè)技能。

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