Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. Некоторые аспекты использования генетико-популяционных методов при разведении свиней по линиям 8
1.1.1 Основные этапы совершенствования селекции животных в свиноводстве 8
1.1.2 Наследуемость и изменчивость селекционируемых признаков 20
1.1.3 Краткая характеристика использования методов отбора и подбора в животноводстве 26
1.2 Использование информационных технологий и автоматизированных систем в свиноводстве 34
2. Материал и методы исследований 42
2.1 Материал и схема исследований 42
2.2 Формирование баз и банка данных по разводимым породам свиней 44
2.3 Методы вычисления биометрических параметров 46
2.4 Эффективность селекции и разработка целевых стандартов отбора 47
3. Результаты исследований 49
3.1 Создание локальной системы чистопородного разведения и гибридизации в свиноводстве Республики Мордовия 49
3.1.1 Базы и банк данных (БД) по породам свиней, разводимым в селекционно-гибридном центре ЗАО «Мордовский бекон» 53
3.1.2 Принципы построения информационной системы для управления банком данных 55
Совершенствование «материнских» и «отцовских» линий свиней с использованием методов внутрипопуляционной селекции 56
Генетико-математический анализ показателей продуктивности селекционируемых линий свиней 64
Количественная оценка репродуктивных показателей свиноматок исходных популяций, прогнозирование эффекта селекции и целевых стандартов отбора 65
Анализ репродуктивных качеств свиноматок селекционируемых «материнских» и «отцовских» специализированных линий свиней 71
Оценка и прогнозирование откормочных и мясных качеств свиней селекционируемых «материнских» и «отцовских» линий 83
Количественная оценка откормочных и мясных качеств селекционируемых линий свиней первого поколения в сравнении с родительским и теоретически-расчетными показателями 90
Взаимосвязь между основными селекционируемыми признаками «материнских» и «отцовских» линий свиней 97
Обсуждение результатов исследований 102
Выводы
Предложения производству 114
Список используемой литературы
- Основные этапы совершенствования селекции животных в свиноводстве
- Использование информационных технологий и автоматизированных систем в свиноводстве
- Формирование баз и банка данных по разводимым породам свиней
- Принципы построения информационной системы для управления банком данных
Введение к работе
Диссертационная работа является итогом научно-исследовательских изысканий в области селекции в свиноводстве, использования информационных технологий в селекционно-племенной работе, применения методов по-пуляционной генетики для качественного совершенствования популяции свиней. Исследования выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой «Проведение исследований и разработка новых методов оценки племенных и продуктивных качеств создаваемых и существующих линий, типов и пород свиней на основе использования генетического мониторинга, усовершенствованных способов воспроизводства стада и информационных систем управления селекцией в свиноводстве» и тематическим планом НИР лаборатории информационного обеспечения в селекции и разведении свиней ВНИИплем за период с 2002 по 2006 годы.
Актуальность темы. В структуре мирового производства мяса в настоящее время свинина занимает доминирующее положение. Увеличение производства свинины и снижение ее себестоимости должно происходить на основе дальнейшей интенсификации отрасли и повышения продуктивности свиней, перевода свиноводства на промышленную основу с применением прогрессивных технологий производства в т.е. его комплексной механизации и автоматизации.
Конкурентоспособность свиноводства в решении мясной проблемы находится в прямой зависимости от рационального использования отечественного и зарубежного генофонда свиней в системах чистопородного разведения и гибридизации, наряду с созданием устойчивой кормовой базы и улучшением технологии содержания свиней.
Интенсификация селекционного процесса требует научно обоснованных подходов при проведении племенного отбора. Теоретической основой племенной работы в современных условиях является генетика популяций, направленная на изучение процессов наследуемости и изменчивости в рамках
отдельных стад или пород сельскохозяйственных животных. Необходимым условием повышения эффективности племенного отбора является изучение генетических параметров популяции, степени взаимосвязи признаков, структуры генотипической изменчивости и ряда других показателей, однако определяющим фактором является точность оценки племенных качеств особи.
Интенсивная эксплуатация свиней в условиях круглогодового безвыгульного содержания в закрытых помещениях оказалась эффективной только при условии комплектования ферм конституционально крепкими животными, обладающими высокой естественной резистентностью и наследственно устойчивыми показателями по хозяйственно-полезным признакам. А это, в свою очередь, привело к необходимости разработки систем разведения свиней, рационально объединяющих работу хозяйств различной направленности. В связи с тем, что современные системы разведения преследуют широкое использование эффекта гетерозиса, возникла потребность создания различных разобщенных групп свиней как на внутрипородной, так и межпородной основе.
Исходя из этого, создание крупных массивов свиней с устойчивой высокой продуктивностью в хозяйствах различного типа и их использование по заранее разработанной программе (системе) разведения, является одной из центральных проблем селекционной работы на современном этапе. В этом заключается актуальность работы.
Цель исследований состоит в разработке научно-обоснованной системы разведения свиней, позволяющей создание племенной базы в ЗАО «Мордовский бекон» для обеспечения племенным молодняком товарного свиноводства республики. Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
совершенствовать продуктивные качества разводимых пород свиней на основе использования современных методов популяционной генетики;
создать базы и банк данных по породам свиней на основании использования информационных технологий;
создать генеалогическую структуру разводимых пород свиней (крупной белой, ландрас и дюрок) в условиях племенных ферм;
сформировать заводскую структуру специализированных, разобщенных «материнских» линий свиней крупной белой породы и «отцовских» пород ландрас и дюрок для разведения «в себе» на основе методов внутрипопуляционнои селекции;
оценить репродуктивные, откормочные и мясные качества исходных групп животных, отобранных для формирования «материнских» и «отцовских» линий и разработать теоретический прогноз целевых стандартов отбора для последующих генераций;
оценить воспроизводительные, откормочные и мясные качества свиней промежуточных генотипов (Fi, F2) и степень их соответствия прогнозируемым целевым стандартам отбора;
Научная новизна результатов исследований состоит в том, что впервые в условиях селекционно-гибридного центра ЗАО «Мордовский бекон» сформированы и совершенствуются специализированные по различным направлениям продуктивности «материнские» и «отцовские» линии свиней с использованием методов внутрипопуляционнои селекции, основанных на принципах популяционной генетики и компьютерных технологий.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. На базе пород свиней крупной белой, ландрас и дюрок, разводимых в ЗАО «Мордовский бекон», создан селекционно-гибридный центр, в котором осуществляется совершенствование племенных, продуктивных качеств свиней и реализация племенного молодняка товарным хозяйствам для использования в региональной системе гибридизации.
Результаты исследований использованы при разработке «локальной системы чистопородного разведения и гибридизации свиней в условиях Республики Мордовия» и «планов селекционно-племенной работы с породами свиней».
Основные положения, выносимые на защиту:
обоснование создания селекционно-гибридного центра ЗАО «Мордовский бекон» и формирование племенной базы для региональной системы чистопородного разведения и гибридизации в свиноводстве республики;
технология формирования баз и банка данных по породам свиней, разводимым в условиях Республики Мордовия;
генеалогическая структура специализированных линий свиней пород крупной белой, ландрас и дюрок на основе использования методов внутри-популяционной селекции;
оценка воспроизводительных, откормочных и мясных качеств исходных родительских форм и разработка теоретического прогноза целевых стандартов отбора при формировании последующих генераций;
оценка «материнских» линий крупной белой породы (Свата и Леопарда) и «отцовских» линий пород ландрас (Лебедя) и дюрок (Интера) по воспроизводительным, откормочным и мясным качествам в трех генерациях (Р, Fi, F2) в сравнении с теоретически разработанными целевыми стандартами;
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на:
ученых советах ВНИИплем (2003-2005 гг.);
научно-техническом совете МСХиП Республики Мордовия (2003-2004 гг.);
Всероссийском совещании по координации селекционно-племенной работы в породах сельскохозяйственных животных (Москва, 2005 г.);
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 научные статьи.
Объем работы. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований, обсуждение результатов исследований, выводов, предложений производству. Список используемой литературы содержит 192 источников, в том числе 45 на иностранных языках. Работа иллюстрирована 38 таблицами и 5 схемами.
Основные этапы совершенствования селекции животных в свиноводстве
В настоящее время с определенной долей убежденности можно утверждать, что времена, когда селекция считалась искусством, а неудачи оправдывались неблагоприятным стечением обстоятельств, ушли в прошлое. Это не означает, что ныне от селекционера не требуется наблюдательность, чувство гармонии и должная интуиция. Учитывая сложность живых систем и трудности количественной оценки многих особенностей живого организма, элементы творчества всегда будут играть важную роль в работе селекционера. Селекция конца XX века существенно отличается от селекции прошлого большей научной обоснованностью и предсказуемостью ожидаемых результатов, благодаря ряду объективных причин. Во-первых, изменилась ее научная база. Бурное развитие претерпели общая и популяционная генетика, биологическая статистика, генетика количественных признаков и теория отбора. Место традиции, личного опыта и эмпирических правил, часто недостаточно обоснованных, заняла полноценная теория селекции. Возможно, она еще далека от совершенства, но уже позволяет в определенной степени оптимизировать селекционный процесс и избегать многих ошибочных решений.
Во-вторых, практическая селекция перестает быть делом одиночек. Селекционные программы обычно осуществляются большим коллективом. Прямо или косвенно на разных этапах в их выполнение могут вовлекаться тысячи работников разного профиля: от специалистов, ученых в области теории отбора, до рядовых практических работников на местах.
Для успешного решения задач экспериментальных и теоретических исследований различного вида преобразований требуется дальнейшая разработка методик постановки опытов и способов моделирования селекционных процессов в популяциях.
Не касаясь выше указанных задач, рассмотрим теоретические основы селекции в эволюционной теории на примере искусственного отбора.
Давно известно, что новые формы растений и животных, в том числе и домашних, возникают в результате скрещивания. Еще Линей обнаружил много гибридных форм у растений, которым он впервые дал названия например, гималайские кролики получены от скрещивания шиншилловых кроликов с серебристо-серыми. Известно также, что многие породы произошли от одного предка: домашние куры - от дикой индийской курицы, голуби - от дикого скалистого голубя, все породы свиней - от европейского дикого кабана. В каждой из таких монофолетических (происходящих только от одного предка) групп имеется большое многообразие пород (Э.Майэр, 1974; Н.В.Тимофеев-Лисовский, Н.Н.Воронцов, А.В.Яблоков,1977).
Имеются факты, подтверждающие происхождение домашних форм в результате "внезапного порождения" (Г.Фрид, 1912). Цитируя Дарвина, Б.М.Медников (1975) обсудил это явление. В стаде мериносных овец одного американского фермера родился ягненок с удлиненным телом и укороченными ногами. Названные признаки устойчиво передавались потомству. В результате "внезапного и значительного изменения в строении", писал Дарвин, возникла исходная форма для выведения породы анконских овец. Аналогично была создана мошанская порода овец с длинной шерстью, некоторые породы собак (такса, кривоногий терьер, бульдог).
Однако использование в практической селекции скачкообразных изменений признаков ограничено прежде всего потому, что резкие уклонения в строении организмов происходят довольно редко. Кроме того, многие из них не представляют интереса для человека, например, бесхвостые жеребята или однокопытные свиньи.
Рассмотренные особенности домашних животных - множество форм, различия между формами и отличие от общего признака, а также невозможность объяснить возникшие многообразия пород только, методом гибридизации, скрещиванием или "внезапным порождением" - послужили основными аргументами для поиска других причин направленного происхождения новообразований.
Естественно, в первую очередь, здесь необходимо указать, что основным фактором эволюции или новообразования домашних форм животных является изменчивость. При всем кажущемся однообразии особей одной породы, наблюдаются индивидуальные различия, вследствие изменчивости родительских признаков (П.Морган, 1973).
Селекционер, может различить выдающееся животное даже в большом по численности стаде.
Известно, что различия возникают в результате совместного действия двух причин: влияния внешних условий и природы самого организма. Причем определяющее воздействие на характер изменчивости оказывает вторая причина, поскольку один и тот же фактор внешней среды может вызывать разные изменения у одного организма (G.E.Dicherson, 1952; Y.Yamada, 1962; Л.Митлер, Т.Грегг, 1972).
Причина генетической изменчивости с учетом известных законов наследования совершенно очевидна. Я.Мацеевский, Н.Земба (1988) указывают на то, что сегрегация хромосом в ходе гаметогенеза и последующая рекомбинация их при оплодотворении создают огромные возможности для возникновения разнообразных генотипов. В результате появление в стаде двух одинаковых особей практически невероятно даже при применении очень тесного инбридинга. Так, например, при 100 парах генов число всевозможных комбинаций может быть выражено последовательностью из 48 цифр.
Использование информационных технологий и автоматизированных систем в свиноводстве
Вопросам использования информационных технологий в селекционном процессе свиноводства России длительное время уделялось недостаточное внимание. Предпринимались лишь попытки автоматизации вычисления всевозможных популяционно-генетических параметров и на их основе построить и испытать систему племенной работы, то есть, они сводились к автоматизации решения частных селекционных задач без увязки с базой и банком данных. Это связано с тем, что освоение вычислительной техники в решении селекционных задач не имело характера целенаправленной разработки программных средств по формированию баз данных (БД) на популяционном уровне с учетом показателей продуктивности каждого животного и на их основе разработки информационно-селекционных программ анализа, контроля и прогнозирования продуктивных качеств животных и в целом популяции.
В современных условиях необходима четкая координация и организация системы управления селекционно-племенной работой в свиноводстве, которая включала бы в себя четыре уровня управления - племхоз, район, регион, федерация (И.М.Дунин, В.А.Епишин, В.В.Гарай и др., 1998; И.М.Дунин, В.В.Гарай, С.В.Шарапова и др., 2006). Информатизация относится к сфере материального производства и в настоящее время занимает лишь незначительную долю в структуре общественного производства (В.В.Гарай, В.А.Епишин, Н.В.Сазонова, 1999; Л.А.Ившина, Н.А.Мальцев, А.И.Ажмяков и др., 2002).
Программы совершенствования племенных и продуктивных качеств линий, типов и пород свиней должны, в первую очередь, обеспечить высокий эффект, типизацию животных и сочетаемость их между собой и с другими линиями и породами. Выполнение этих задач возможно при полной информатизации племенной службы всех уровней (В.В.Гарай, 2001; Н.А.Мальцев, Л.А.Ившина, А.И.Ажмяков, 2002).
Развитие автоматизированных систем обработки информации сопровождается разработкой специальных программных комплексов управления данными на ЭВМ. Программные системы, выполняющие функции формирования и ведения баз данных, получили название "системы управления базами данных".
Система Управления Базами Данных (СУБД) FoxPro фирмы Microsoft является профессиональной СУБД, относящейся к классу СУБД, для создания локальных баз данных на средних и крупных предприятиях. Верхний уровень этих систем характеризуется объемом данных в десятки мегабайт и количеством пользователей до нескольких десятков. Совершенствуется инструмент разработки программ, реализуются современные технологии Microsoft, направленные на создание сложных, многокомпонентных систем.
Головной информационно-селекционный центр в животноводстве осуществляет информационное и научно-методическое обеспечение селекционно-племенной работы в свиноводстве.
Основными задачами информатизации племенного свиноводства являются (И.М.Дунин, В.В.Гарай, В.А.Епишин, Н.П.Захарова, 1998; Н.А.Мальцев, Л.А.Ив-шина, А.И.Ажмяков и др., 2002; В.В.Гарай, С.В.Шарапова, Т.Н.Бурлакова, 2005): координация разработок и ведения селекционных программ по породам свиней с целью повышения качественного уровня племенной работы; осуществление системного анализа селекционно-генетических процессов в популяциях и породах свиней; координация и непосредственное участие в разработке информационных технологий в свиноводстве на всех уровнях селекции; переход к использованию новейшей информационной техники и технологии в сфере управления путем внедрения электронных средств связи, локальных сетей, применения математических методов и моделей при принятии решений, создание автоматизированных систем управления нового поколения; совершенствование научно-методического базиса на основе методов системного анализа, информатики, математического моделирования и широкого использования ЭВМ в научных исследованиях.
Формирование баз и банка данных по разводимым породам свиней
Модель данных, отражающая зоотехнический документооборот в свиноводстве, строилась на основании следующих принципов построения реляционных баз данных: - каждый «файл» содержит только один тип записи; - каждый тип записи имеет фиксированное число типов полей; - каждый экземпляр записи имеет уникальный идентификатор; - внутри «файла» экземпляры записи имеют либо неизвестный пользователю порядок, либо они упорядочены согласно значениям, содержащимся внутри этих экземпляров.
В реляционной модели допускали только нормализованные отношения, то есть только те, которые удовлетворяли следующие условия: - каждое значение в отношении является неделимым (атомарным); -любое ненормализованное отношение приводит к эквивалентной нор мализованной форме.
Программное обеспечение по формированию баз данных в племенном свиноводстве проводилась в шесть этапов: анализ требований, предъявляемых к системе; определение спецификаций; проектирование; кодирование; тестирование; эксплуатация и сопровождение.
На каждом этапе предполагалось выполнение определенных действий, которые в совокупности способствовали достижению основной цели: созданию информационно-вычислительной системы, которая отвечает всем требованиям качественного программного комплекса - правильности, точности, совместимости, надежности, универсальности, защищенности, полезности, эффективности, проверяемости и адаптируемости. Расшифровывая требования программного комплекса, следует указать, что программа является: - правильной, если она функционирует в соответствии с техническим заданием; - точной, если выдаваемые ею числовые данные имеют допустимые отклонения от аналогичных результатов, полученных с помощью идеальных математических зависимостей; - совместимой, если она работает должным образом не только автономно, но и как составная часть всего программного комплекса, осуществляющего обработку информации; - надежной, если она при всех условиях обеспечивает полную повторяемость результатов; - универсальной, если она правильно работает при любых допустимых вариантах исходных данных, обеспечивая целостность системы; - защищенной, если она сохраняет работоспособность при возникновении сбоев; - полезной, если задача, которую она решает, представляет практическую ценность; - эффективной, если объем требуемых для ее работы ресурсов ЭВМ не превышает допустимого предела; - проверяемой, если ее качества могут быть продемонстрированы на практике; - адаптируемой, если она допускает быструю модификацию с целью приспособления к изменяющимся условиям функционирования.
При вычислении биометрических параметров, характеризующих изменчивость и наследственность продуктивных признаков животных, были использованы методы, описанные Н.А. Плохинским (1980), Д.С. Фолконером (1985), Е.К. Меркурьевой (1983).
В формулах использовались следующие символы и обозначения: X - отдельное наблюдение в популяции или выборке; XX - сумма всех наблюдений в популяции или выборке; X - средняя выборки; о - стандартное отклонение популяции; s - стандартное отклонение выборки; s - дисперсия выборки; Cv - коэффициент вариации; h - коэффициента наследуемости; а2н - генотипическая варианса; а - фенотипическая варианса.
Принципы построения информационной системы для управления банком данных
Каждая порода представляет собой многочисленную группу животных, полученных при разведении «в себе» без вынужденного инбридинга. Племенные и продуктивные качества породы и ее "чистоту" поддерживают с помощью внутрипородной структуры, основными частями которой являются внутрипо-родные и заводские типы, генеалогические и заводские линии и семейства.
Разведение по линиям - это способ превращения наиболее выдающихся индивидуальных качеств отдельных, особенно, ценных племенных особей в признаки, свойственные достаточно большой группе животных. Сущностью разведения по линиям является проблема использования выдающегося индивидуума. Таким образом, под разведением по линиям понимают одну из форм родственного разведения, обеспечивающую сходство большей части потомков с выдающимся предком - родоначальником линии.
Каждая порода и ее генеалогические структуры имеют свою специфику и назначение. Современные породы по своей структуре складываются из линий, которые делятся на заводские, генеалогические, специализированные, а - также из заводских типов.
Потомство выдающегося родоначальника, типизированное целенаправленным отбором в ряде поколений и отличающееся характерными для линии племенными и продуктивными качествами, называется заводе к ойлин и е й. Заводская линия "живет" 5-6 поколений. За это время тип родоначальников в линии теряется, затухает, "уходит в матки". На смену ей создаются новые заводские линии, животные которых более продуктивны. Конец формирования и творческого использования заводских линий ведет, как правило, к вымиранию породы. Заводская линия должна иметь целевой стандарт и структуру, при которой в нее входить не менее четырех ветвей (потомство сыновей родоначальников линии), четырех семейств, трех поколений потомков родоначальника. В теории и практике животноводства вопрос о роли заводской линии в совершенствовании пород и стад разработан достаточно полно.
Потомство выдающегося родоначальника, объединенное родственными связями на протяжении многих поколений и типизированное на родоначальника, называется генеалогической линией. Такие линии не имеют специфики и используются обычно для насыщения породы высокопродуктивными потомками выдающегося родоначальника и предупреждения от бессистемного инбридинга. Как правило, генеалогические линии используются там, где работа с заводскими линиями проводится неудовлетворительно. Преобладание генеалогических линий по сравнению с заводскими указывает на ухудшение племенных и продуктивных качеств животных, а также - на угасание породы.
Специализирован н аяли н ия- ограниченная группа выдающихся животных, имеющих специфические особенности (узкий целевой стандарт). Племенные и продуктивные качества животных такой линии поддерживаются на определенном уровне в ряде поколений без применения тесного инбридинга путем ротации родственных групп (ветвей) линии, или их реципрокного подбора по селекционному ключу (порядок чередования ветвей при подборе) при замкнутой селекции. Каждая специализированная линия должна иметь 4-8 ветвей.
Специализированные линии, называемые еще замкнутыми, характеризуются следующим образом: замкнутая линия - это генетическая самостоятельная часть породы, насчитывающая не менее четырех фенотипически выровненных и генетически объединенных "ветвей", позволяющих поддерживать постоянный прогресс данной линии, неприбегая к вынужденному инбридингу при внутрилинеином разведении.
Замкнутая линия должна представлять собой группу животных, разводимых не менее, чем в трех-четырех поколениях, изолированных от остального массива породы. Она должна обладать определенным направлением, уровнем и стабильностью продуктивности. Разведение таких линий можно назвать методом разведения закрытых популяций, при котором ближайшая задача племенной работы сводится к созданию консолидированных, специализированных групп животных, обеспечивающих гетерозис при скрещивании между собой.
Разведение свиней по линиям, специализируемых в определенном направлении продуктивности, возможно только при создании неродственных между собой ветвей, количество которых должно обеспечить внутрилиней-ный подбор без тесного автоматического инбридинга.
Исходя из теоретических обоснований в условиях СГЦ «Мордовский бекон» были сформированы специализированные линии свиней для разведения «в себе» с использованием метода внутрипопуляционной селекции при наличии их неродственных ветвей (схема 5).
