實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué):第二節(jié)　封閉群動(dòng)物的特點(diǎn)及應(yīng)用

一、定義和和概念

（一)定義

封閉群動(dòng)物是指一個(gè)種群在五年以上不從外部引進(jìn)新種，僅在固定場(chǎng)所的一定群體中保持繁殖的動(dòng)物群。

（二)概念

封閉群（Closed　colony)的正確概念是指引種于某親本或同源親本的動(dòng)物，讓其不以近交形式，也不與群外動(dòng)物雜交而繁衍的動(dòng)物群，目的是要求整個(gè)群體盡量防止近親交配而保持著遺傳變異，也就是說(shuō)既保持群體的一般特性，又保持動(dòng)物的雜合性。至于個(gè)體間差異的程度因引種來(lái)源的不同而有不同，如引種于一般雜種，則個(gè)體間差異就大；如果引種于有近交歷史的動(dòng)物，則個(gè)體間差異就小。

由于封閉群體本身的特點(diǎn)，加上客觀上具有各種各樣的相似存在形式，就使封閉群這個(gè)概念很混亂。有人叫“非近交群”（Non-inbred　colony)，有人叫“非近交系”或“非近交品系”（Nou-inbred)，甚至有人叫“遠(yuǎn)交系”、“遠(yuǎn)交www.gydjdsj.org.cn/zhuyuan/株”或“遠(yuǎn)交動(dòng)物”（Outbred　animals)。實(shí)際上這些叫法并不是指真正的“封閉群”，而只是通常供應(yīng)使用的、保持于各種飼養(yǎng)系統(tǒng)的非近交群體而已。特別是“遠(yuǎn)交”一詞很容易使人理解為遺傳學(xué)上的“異系交配”。因?yàn)椤斑h(yuǎn)交”在遺傳學(xué)上是指遺傳上不相關(guān)的動(dòng)植物的雜交，或沒有相近親緣關(guān)系的不同家系的兩個(gè)個(gè)體的交配，甚至把不同特種、不同變種的交配都看作是異系交配。而實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的封閉群，其個(gè)體之間并不是沒有親緣關(guān)系，甚至是很親近的或有一定的近交。所以封閉群不應(yīng)叫成上述這些名稱，它們之間更不能劃等號(hào)。

ICLA在1963年和1964年曾規(guī)定：“不從外部進(jìn)行引起的群體為封閉群”，這是最基本的。日本實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究會(huì)于1973年又進(jìn)一步規(guī)定：“五年以上不從外部引種，只在一定的群體中進(jìn)行繁殖，為經(jīng)常提供實(shí)驗(yàn)動(dòng)物而進(jìn)行生產(chǎn)的群體叫做封閉群”。

實(shí)際上對(duì)封閉群的全面理解應(yīng)該包括封閉年限、群體大小及繁殖結(jié)構(gòu)等。一般認(rèn)為封閉群是指引種于某親體或同源親本的動(dòng)物。

二、封閉群的分類

封閉群按其來(lái)源和遺傳背景不同，可分為以下兩大類：

1．來(lái)源于近交系的繁殖群及其子代，不用兄弟姐妹交配方式保種進(jìn)行生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

2．來(lái)源于非近交系，不是以培育近交系為目的而生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物群。

如系來(lái)源于近交系的封閉群，雖然對(duì)繁殖群的的大小不作特殊規(guī)定，但應(yīng)采取在群體內(nèi)不產(chǎn)生隔離狀態(tài)的方法繁殖。

如系來(lái)源于非近交系的封閉群，應(yīng)經(jīng)常保持“群體的有效大小”，一般為50只以上，同樣應(yīng)采取群內(nèi)不產(chǎn)生隔離狀態(tài)的方法繁殖。

上述兩種封閉群，除了在選擇時(shí)應(yīng)考慮繁殖力外，均不采用特殊的淘汰方法進(jìn)行選種。

三、封閉群動(dòng)物的應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用，以小鼠為例，大部分是近交系和封閉群。而從使用量上來(lái)看封閉群遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)近交系，這是因?yàn)榻�交品系繁多，又不易大量生產(chǎn)，往往僅適用設(shè)備條件較好的研究機(jī)構(gòu)或?qū)ｉT科技人員親自保種使用，大大限制了其使用范圍。而封閉群因?yàn)橛须s合子并避免了近交，故能保持相當(dāng)程度的雜合性，從而避免了近交衰退的出現(xiàn)。所以，其生活力、生育力都比近交系強(qiáng)，具有繁殖率高等遺傳學(xué)的特點(diǎn)，因此封閉群動(dòng)物可以大量生產(chǎn)，作為鑒定實(shí)驗(yàn)用。例如ddN小鼠、NIH小鼠、LACA小鼠、Wistar大鼠以及目前各研究所長(zhǎng)期自行繁殖的瑞士種小鼠、青紫蘭兔、新西蘭白兔、大耳白兔、豚鼠等均屬此類。這類動(dòng)物在生物制品和化學(xué)藥品的鑒定上，其反應(yīng)穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于市售動(dòng)物，特別是作為熱源質(zhì)試驗(yàn)的家兔更為明顯。進(jìn)行各種篩選性實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用封閉群動(dòng)物有一定優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谶@群動(dòng)物中有的可能有近親關(guān)系，有的可能沒有，而保持一定的遺傳差異。因而對(duì)各種刺激的反應(yīng)有強(qiáng)一些的，也有低一些的，但其平均的反應(yīng)性有一定穩(wěn)定性，故要觀察篩選某一藥物的初步療效時(shí)，封閉群動(dòng)物就可以反映綜合的平均療效。

然而，對(duì)于封閉群的研究，無(wú)論在理論上還是實(shí)踐上，無(wú)論在國(guó)內(nèi)或國(guó)外，都落后于近交系。其原因在于封閉群是屬于群體遺傳學(xué)理論范疇，不僅群體遺傳學(xué)本身產(chǎn)生較晚，而且該理論又不能機(jī)械地套用于封閉群。到目前為止，對(duì)封閉群動(dòng)物所進(jìn)行的研究工作幾乎都只限于小鼠和大鼠，而且報(bào)告也甚少。

四、培育方法及注意事項(xiàng)

封閉群動(dòng)物的培育方法較為簡(jiǎn)單，只要不引進(jìn)新品種，讓其自行繁殖就可以，當(dāng)然要避免近親繁殖。但是長(zhǎng)期保持一個(gè)封閉群就必須要控制各種條件，采取一定的措施。保持封閉群的主要目的的是為了減少群體內(nèi)的遺傳變異，使整個(gè)群體的性狀、特征能持續(xù)穩(wěn)定不變，而且不產(chǎn)生性質(zhì)不同（變異)的個(gè)體或小群體。培育時(shí)應(yīng)注意下列規(guī)則：

（一)群體封閉后應(yīng)維持五年以上

為什么把小鼠封閉群有效時(shí)間定為五年？其理由如下。假如將兩個(gè)近交系進(jìn)行交配，培育出一個(gè)新的群體（雜交群)。此時(shí)，把其中一個(gè)近交系的基因型假定為A/A，另一近交系為a/a，則兩者雜交以后所產(chǎn)生的F1基因型必定是A/a，然后讓F1進(jìn)行隨機(jī)交配，從理論上講，F(xiàn)2代基因型分離的比例A/A為25%，A/a為50%，a/a為25%。再讓F2進(jìn)行隨機(jī)交配，生下F3，其基因型的比例和F2一樣，不發(fā)生變化。但實(shí)際情況不會(huì)如此準(zhǔn)確，因?yàn)檫�有其它許多因素（如繁殖率的高低)的影響，假如具a/a基因型的個(gè)體比A/A及A/a基因型的個(gè)體繁殖率低1/2的話，此時(shí)這三種基因型出現(xiàn)的頻率就各不相同（如圖5-1所示)，即隨著代數(shù)的增加，a/a型頻率逐代減少，而A/A型的頻率則逐代增加，也就是說(shuō)，在起初10代（從1～10代)，各基因型頻率，都有變化，達(dá)到15升后才趨于穩(wěn)定（幾種基因型頻率平行發(fā)展)。這雖然是理論的推導(dǎo)，但已用于實(shí)踐，故目前暫定15代，也就是說(shuō)經(jīng)過(guò)15代后，該群體的基因型頻率才能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。以小鼠為例，一年大約繁殖3代，要達(dá)到15代，就需要5年時(shí)間。因此，5年確定為小鼠封閉群的最低年限，但這種年限只能用之于小鼠，如豚鼠和兔等世代間隔長(zhǎng)，封閉群達(dá)到穩(wěn)定的年數(shù)，就比小鼠的更長(zhǎng)了。

圖5-1　不同繁殖率基因型個(gè)體的基因型頻率變化：在A/A為35%，

A/a為5%，a/a為25%的群體中a/a的繁殖率為A/A和A/a的1/2時(shí)，各基因型頻率的變化。

（二)防止產(chǎn)生群體內(nèi)的隔離狀態(tài)

封閉群體，不要在隔離狀態(tài)下進(jìn)行繁殖（交配)。上面所講的是隨機(jī)交配時(shí)的情況。如果交配不隨機(jī)（如一封閉群隔離飼養(yǎng)，每處的雌雄只數(shù)都不多)，而是兄弟姐妹之間交配，則該封閉群就會(huì)分化為許多近交系，從而使該群體的基因型結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，結(jié)果不但破壞了封閉群固有的遺傳結(jié)構(gòu)，而且將使封閉群分化成幾個(gè)近交系，如近交系之間再進(jìn)行雜交，雖可提高該群體的繁殖率，可是封閉群原有的特點(diǎn)將因此丟失。

假如將某封閉群分在兩個(gè)飼養(yǎng)間飼養(yǎng)，各飼養(yǎng)間又獨(dú)立地自行保種，這樣就使群體有效大小減少一半，隨之近交系數(shù)也將提高，從而在這兩個(gè)飼養(yǎng)間產(chǎn)生基因結(jié)構(gòu)（型)變化的可能性也就大了。因?yàn)�，基因結(jié)構(gòu)的變化原則上趨向于不隨機(jī)交配的群體一方。如果經(jīng)過(guò)若干代之后就會(huì)變成兩個(gè)完全不同的封閉群。即使是各飼養(yǎng)間的群體量很大，但相同基因結(jié)構(gòu)的微小變化是不可避免的，因此經(jīng)過(guò)幾十年代后，這些微小差異積累起來(lái)，也同樣產(chǎn)生上述結(jié)果。有時(shí)雖然在同一飼養(yǎng)的保種，但采取的方法與上述兩飼養(yǎng)間的作法相同，結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)封閉群。

圖5-2　繁殖場(chǎng)較多時(shí)，為避免各繁殖之間產(chǎn)生隔離生產(chǎn)的方法

總之，若同屬于一個(gè)封閉群，則留種對(duì)必須在整個(gè)群體內(nèi)普遍地選擇，并進(jìn)行隨機(jī)交配。如果繁殖場(chǎng)有兩個(gè)以上都生產(chǎn)同一品系的封閉群，為避免隔離狀態(tài)下的配種，可采用圖5-2方式繁殖生產(chǎn)。即由一個(gè)種群繁殖提供雌雄種鼠，再分配給各繁殖場(chǎng)，進(jìn)行隨機(jī)交配生產(chǎn)，然后供應(yīng)使用。

（三)“群體有效大小”應(yīng)保持在50只以上

當(dāng)采用圖5-2這種生產(chǎn)方式時(shí)，應(yīng)特別注意種群繁殖場(chǎng)的“群體有效大小”，要達(dá)到足夠大。如果封閉群過(guò)小，必然引起群體內(nèi)近交系數(shù)上升，而致群體內(nèi)各種基因的物質(zhì)純度提高，這是與封閉群的性質(zhì)所不相容的，是封閉群最忌諱的。如群體只有雌雄兩只組成，就只能進(jìn)行兄妹交配，結(jié)果會(huì)育成近交系。如果群體有10只組成，這時(shí)雖然1、2代不進(jìn)行兄妹交配，但在2～3代后，不可避免地要進(jìn)行堂兄弟和堂姐妹之間的近親交配，從而也能使群體的近交系數(shù)上升，結(jié)果使群體內(nèi)基因結(jié)構(gòu)改變。為了防止這種現(xiàn)象出現(xiàn)，必須規(guī)定群體的大小。

“群體有效大小”是群體遺傳學(xué)的術(shù)語(yǔ)，有固定的含義。即在進(jìn)行動(dòng)物的繁殖生產(chǎn)時(shí)，為表示其群體規(guī)模大小，常以雌雄種的數(shù)目來(lái)表示。這個(gè)數(shù)目，通常的含義可定義為該群體的大小，但是當(dāng)考慮每代之間的遺傳特性時(shí)，這種表示方法就有問題了。比如，雌雄種的數(shù)目雖然相等，但在留種時(shí)如來(lái)源分布不均時(shí)，情況就大不一樣（見表5-1)

表5－1　由10對(duì)公母鼠組成的不同群體的有效大小

表中所示為10對(duì)種動(dòng)物，采取A、B、C、D四種不同的留種方法。從中不難看出，四種方式雖都是在10對(duì)親代所生的仔代中選種，但是所選出留種仔數(shù)，在A組是來(lái)自10對(duì)種鼠，B組是來(lái)自8對(duì)種鼠，C組來(lái)自5對(duì)種鼠，而D組則只是來(lái)自2和6號(hào)兩對(duì)種鼠。四組選出的留種仔數(shù)分別都是20只，群體的有效大小從外觀上似乎相同，但其基因結(jié)構(gòu)則完全不一樣。為了比較這種差異，就采用了“群體有效大小”這一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行衡量。

“群體的有效大小”是指一個(gè)自然繁殖的群體所包含的雌雄動(dòng)物數(shù)目，是為下一代留種時(shí)，能從中隨機(jī)選種，并隨機(jī)交配以繁殖后代的數(shù)目，并以此作為衡量的尺度，以計(jì)數(shù)被測(cè)群體的有效大小。表5-2的B組所列即大致與所謂理想大小接近，故其有效大小定為20，A組則為40，正好為D組的10倍，C組為12，D組為4。如果采取A組的形式進(jìn)行繁殖，必須非常仔細(xì)選種才能達(dá)到，因此非常麻煩。B組實(shí)際是采服隨機(jī)選擇的一例，因此操作較簡(jiǎn)便，只要稍微留心選種即可，但是如果不留心，很可能會(huì)出現(xiàn)C組或D組那種情況，即僅僅從幾只母種所生的仔代中選擇，勢(shì)必造成群體有效大小的變小。

降低“群體的有效大小”的另一主要原因是種鼠的雌雄數(shù)不同。雌雄鼠的性比越大，其“群體的有效大小”就變�。�可見表5-2)。

表5－2　群體大小相同、雌雄種的比不同時(shí)的“群體的有效大小”

下面的公式用以計(jì)算“群體有效大小”與群體近交系數(shù)上升率之間的關(guān)系，也就是說(shuō)只要進(jìn)行隨機(jī)交配，兩者之間的關(guān)系可用下列公式計(jì)算：

△F1=1/2Ne

△F1:近交系數(shù)的上升率

Ne：群體的有效大小

由此公式我們可以看出，Ne越大，則△F1就越小。在封閉群的規(guī)定中，“群體的有效大小”被定為50。為什么要定為50與要成為近交系就必須兄弟姐妹交配20代一樣，也就是說(shuō)只在一般群體中，近交系數(shù)的上升率（△F1)等于百分之一時(shí)，群體的有效大小（Ne)恰好是50。

在一般情況下，大量生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的繁殖是用各種雌雄鼠的比例進(jìn)行生產(chǎn)的。表5-3用以說(shuō)明在不同性別比例時(shí)的情況，要達(dá)到“群體有效大小”50左右時(shí)所需的雌雄鼠數(shù)。根據(jù)表5-3，現(xiàn)假定如下計(jì)劃生產(chǎn)方式，即每周用一只雄鼠與2只雌鼠進(jìn)行交配，這種雌雄兩性配合的比例為1：14。這樣的群體，要達(dá)到有效大小50時(shí)，至少須經(jīng)常保持雄鼠14只，雌鼠196只，這交不是說(shuō)，只要準(zhǔn)備好14只雄鼠和196只雌鼠就萬(wàn)事大吉了，而是為了在下一代留種時(shí)能從較多的種群中進(jìn)行廣泛選種，不致因種群數(shù)目較少而不得不進(jìn)行近親交配。因?yàn)�，種雄雌鼠太少了，不知不覺地就提高了近交系數(shù)，結(jié)果就喪失了封閉群的意義。

表5-3雌雄性別比例不同的各群體要達(dá)到有效大小50以上時(shí)所需的雌雄鼠

(四)不要用人為淘汰的方式選種

所謂人為淘汰的方式選種，是把基因決定的性狀引向特定方向，結(jié)果使群體內(nèi)基因結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。例如在圖5-3中，基因結(jié)構(gòu)大體自第15代起才趨于穩(wěn)定。要想增加具體a/a基因型的個(gè)體，而進(jìn)行淘汰方式的選種，結(jié)果使其有a/a基因型的小鼠在全體種鼠中上升到1/2，從而使其他基因頻率發(fā)生急劇變化。

圖5-3所示只是一種基因型的改變所產(chǎn)生的結(jié)果，但即使是單基因，在實(shí)際上也伴隨著許多其他遺傳性狀的變化。因此，在封閉群中，原則絕對(duì)上不允許進(jìn)行淘汰式選種。

圖5-3　自第15代起進(jìn)行淘汰式選種后基因頻率變化情況

但是，涉及到繁殖能力問題，可視為例外，因?yàn)樽鳛閷?shí)驗(yàn)動(dòng)物首要的基本條件是可繁殖性，尤其是封閉群，利用雜合性提高繁殖率是其特特。人們?cè)谶x種時(shí)有意無(wú)竟地都想用繁殖率高的動(dòng)物作種。在群體被封閉后在5年之內(nèi)，只要采用同一方法，只選擇繁殖率高的留種，其基因結(jié)構(gòu)幾乎不會(huì)引起變化。因此育成封閉群后選種時(shí)，應(yīng)挑選繁殖率高的為宜。

五、封閉群動(dòng)物的交配方式

主要介紹來(lái)源于非近交系封閉群的交配方式。在保持封閉群時(shí)，須注意兩點(diǎn)，第一是在群體中防止產(chǎn)生小群體（分化)；第二是不應(yīng)改變封閉群特有的雜合性。為此，決不能進(jìn)行近親交配。這里所說(shuō)的近親交配，不單是指兄弟姐妹交配。也包括父婦、母子、堂兄弟與堂姐妹間以及表親間的交配。由于進(jìn)行近親交配，即使近交數(shù)上升，導(dǎo)致群體基因純合，另一面也會(huì)丟失雜合基因，促使群體的性質(zhì)發(fā)生改變。

為了防止近效系數(shù)上升，盡量增加動(dòng)物的數(shù)量是最有效的措施，但群體動(dòng)物的數(shù)量常受人力、物力的限制，不可能太大，而且要絕對(duì)阻止近交系數(shù)上升，目前尚缺乏有力措施，故現(xiàn)在只要求每代近交系數(shù)的上升率不www.gydjdsj.org.cn超過(guò)1%。

為避免近交，封閉群應(yīng)采取隨機(jī)交配（Randommating)，避免循環(huán)式的近親交配方式。具體作法是，將群體分成若干小群，在組合下一代的交配時(shí)，有規(guī)律地把不同小群中的雌雄進(jìn)行隨機(jī)交配。小群體組數(shù)，可分成3、4或6，一般小群組數(shù)不宜太多，因組數(shù)太多，組合交配時(shí)比較困難，手續(xù)也比較繁雜，通常以3～4個(gè)組為宜。下圖是用三組（A、B、C)小群體進(jìn)行交配的方法：

由圖5-4可以看到，組成新的一代時(shí)，有三種方式從A群中挑選的種雌鼠與C群中挑選的種雄鼠組成新的B群；從B小群中挑選的種雌鼠與從A群選擇的種雄鼠組成新的C上述方法，以50只種雄鼠和300只種雌鼠進(jìn)行繁殖，其近交系數(shù)上升率，每代不會(huì)超過(guò)0.8%左右。

圖5-4用三個(gè)群（組)保持與生產(chǎn)封閉群動(dòng)物的示例