GBS育种分析系统在家畜育种学实验教学中的应用

白俊艳，杨又兵，李广录

（河南科技大学动物科技学院，河南 洛阳 471003）

家畜育种学是高等农业院校动物科学专业重要的专业基础课，是一门从理论和方法上研究如何逐代改进家畜群体的遗传结构以不断地提高其生产性能的一门学科。家畜育种学与遗传学和畜牧生产有关的其他学科密切相关，是多学科相互渗透和彼此结合的结果。近年来，国内外的家畜育种学发展迅速，新理论和新研究成果不断涌现，新方法和新技术在生产中发挥了越来越大的作用，因此家畜育种学的内容也在不断丰富。各个高校针对各自实际情况对家畜育种学进行了不同程度的教学改革［1-6］，刘榜等［7］以互动教学模式探讨家畜育种学的教学方式，赵艳红等［8］积极将家畜育种学建设为资源共享课程，白俊艳等［9］在家畜育种学的实验教学内容上进行了改革实践。但很少见到将GBS育种分析系统应用到家畜育种学教学中，因此，该研究重点介绍在家畜育种学实验教学中如何应用GBS育种分析系统。

目前河南科技大学动物科技学院在家畜育种学实验教学中普遍存在的现象是：由于实验内容相对较少，且学生的动手机会很少，实验课上学生的动手操作积极性不高，实验报告也存在抄袭现象。针对以上问题，有必要对家畜育种学实验内容进行改革，从而提高学生的动手能力和学习积极性。

1 种猪场管理与育种分析系统（GBS）简介

种猪场管理与育种分析系统（GBS）凭借中国农业大学专业技术支撑，充分结合国际先进的种猪科学管理经验，遵循我国种猪饲养标准规范，总结我国权威种猪饲养专家的育种养殖和经营管理经验，运用现代计算机技术实现种猪生长繁育全生命周期及种猪企业日常经营管理的规范化、科学化、透明化。系统的核心业务功能包括：智能预警、种猪管理、生产性能、育种分析、商品猪管理、销售管理、兽医保健、物资管理等（见图1）。针对河南科技大学动物科技学院的具体情况，将GBS育种分析系统在家畜育种学实验教学中进行应用，具体应用到以下几个方面。

图1 GBS育种分析系统结构图

2 GBS育种分析系统的应用

2.1 生产性能数据录入系统

利用GBS育种分析系统进行后续的育种值估计或其他遗传分析时，其数据资料的准备也很关键，可以自己在“生产性能”（见图1左侧）里事先录入不同个体的生产性能，如公猪的背膘厚、瘦肉率、目标体重日龄、日增重，还有母猪的产仔数等性能也要录入进去，也可以直接把外面的数据资料导入到GBS育种分析系统以备后续分析用。GBS育种分析系统中的生产性能数据录入环节也可以在实验课上进行现场录入数据，但由于受到时间限制只能简单录入少量的数据，让学生清楚生产性能录入过程。后续的分析是需要大量的数据资料的，因此，可以另找时间指导学生一次性导入大批数据资料，以备后续工作调用这些数据资料。

2.2 利用GBS育种分析系统进行育种值估计

家畜育种值的估计在家畜育种中是最为重要的，育种值估计不准确，可能会导致把不太优秀的个体选为种畜，则会影响后代的生产性能。目前，育种值估计应用最为广泛的方法为BLUP法，即最佳线性无偏预测（best linear unbiased prediction，BLUP），是在混合线性模型基础上发展起来的一种新型育种值估计方法。

图2 育种值估计模型的定义

图3 GBS育种分析系统中育种值估计

首先要先准备好进行育种值估计的数据，数据资料的准备一般是按照个体号、父亲号、母亲号、固定因子（如年份、季节、性别、牧场等均作为固定因子）、性状等顺序排列，尤其注意的是个体号一定要按照从小到大的顺序排列。其次是分析模型的定义（见图2），不同的家畜群体其在育种值估计过程中可能应用的模型是不同的，因此育种值估计之前还需要对模型进行定义，如总产仔数模型、日增重模型等均为单性状模型，而日龄-背膘厚两性状模型则主要考虑日龄和背膘厚这2个性状。也就是说想估计哪个性状育种值就选哪个模型，在GBS育种分析系统模型定义中把猪育种中的目标性状都包括了，所以利用GBS育种分析系统进行育种值估计更为简便。除了模型定义外，还有软件中其他参数需要根据情况进行定义或选择，如收敛标准和最大的迭代次数等也可以根据实际情况进行修订，也可以默认不做修改，这些其他参数一般软件是自带的。

GBS育种分析系统就是利用BLUP法对家畜个体育种值进行了估计（见图3，因此GBS育种分析系统可以应用于育种学的实验内容，也可以应用于家畜育种的理论课教学中。如图3示，利用GBS育种分析系统的育种分析模块，则会出现图3话框，依次从左向右点击其按钮就可以进行育种值的估计。对于结果可以在结果查询中看到相应个体的育种值，还可以得到整个家畜群体的遗传进展。那么育种值估算完后，还要根据育种值的高低对现有群体的个体进行排序，然后从中把最优秀的个体选留作种畜，所以在这个过程中还需要借助于Excel将导出来的育种值数据进行排序等操作，最终选出优秀的种畜。在这个育种值估计过程中，还能输出一些其他重要的结果，如性状的遗传力、性状之间的遗传相关、性状的加性效应值等，对于GBS育种分析系统来说，其统计和分析功能很全的。

图4 近交系数的计算

2.3 利用GBS育种分析系统进行近交系数计算

GBS育种分析系统在家畜育种学实验教学中的应用还可以用于计算个体的近交系数。在种畜的选配过程中需要尽量避免近交，近交严重时会导致近交衰退，因此在选配前有必要先了解每个个体的近交系数。如果手动计算个体的近交系数，则需要绘制个体的通径链，然后按照计算公式代入计算，对于一个养殖场来说，群体规模大，手动计算每个家畜个体的近交系数耗时太久。GBS育种分析系统能提供给很简便的方法，由于编程人员已经将近交系数计算公式嵌入到GBS育种分析系统，故只需要选定要计算近交系数的群体，设定好追溯系数的代数，就可以对选定群体中的每个个体近交系数进行计算（见图4）。GBS育种分析系统计算近交系数的前提是要有庞大的系谱数据资料，而且资料里面的个体编号不能有重复个体，祖代的个体编号要排在系谱资料的前面，后代的个体编号要排在系谱资料的后面。系谱资料的数据越多，近交系数计算结果越精确。

2.4 利用GBS育种分析系统进行选配计划

图5 选配计划

选配是动物育种工作的一个重要环节，它是人为决定公、母畜的配偶，以有目的地组合后代的遗传基础。简单来说，就是在后备种畜中将优秀个体选择出来，然后根据品质选配或亲缘选配这2种选配策略让公、母畜进行交配。而GBS育种分析系统就恰好提供了这2种选配策略的计算模块（见图5），如果采用血统选配（即亲缘选配）需要先计算血统相关系数，然后才可以进行血统选配。在血统选配过程中选配的个体一般都有一定的亲缘关系，一般选配母畜和公畜会追溯到一个共同祖先，如果到共同祖先的代数在6代以内的，则属于近交，一般追溯的共同祖先最好在6代以后，这样交配双方的亲缘关系比较远，也因此避免了近交衰退的出现。另一种则是根据公、母畜的品质（性状）进行选配，可以根据公、母畜的性状的相同、相似或相反而进行同质选配或异质选配。

3 结语

GBS育种分析系统可以在家畜育种学的实验教学中进行应用。由于实验时间有限，而GBS育种分析系统内容庞大而丰富，因此也可以将GBS育种分析系统中的部分内容应用于家畜育种学理论教学中，教师可以在理论课堂上展示GBS育种分析系统的操作过程。通过将GBS育种分析系统在家畜育种学实验教学中进行应用，提高了学生学习的积极性，增长了学生的专业技能。

参考文献：

［1］许金根，车传燕，李升和，等.应用型本科高校《动物育种学》课程教学改革探讨 ［J］.畜牧与饲料科学，2016，37（2）：72-75.

［2］张景锋，赵金艳，李婉涛，等.应用型本科院校《家畜育种学》课程体系的构建及实践［J］.畜牧与饲料科学，2017，38（9）：92-93.

［3］张丽，刘艳芬，贾汝敏，等.畜禽育种理论教学与学生育种实践能力培养［J］.高等农业教育，2017（1）：72-74.

［4］黄锡霞，帕尔哈提·木铁力甫，伊明·苏来曼，等.家畜应用育种学教学体系创新建设与实践［J］.黑龙江畜牧兽医，2013（9）：41-42.

［5］俞英，王雅春，孙东晓，等.动物育种学教学新体系的建立与探索［J］.教育教学论坛，2010（36）：111-112.

［6］赵永聚.动物育种学实验课程教学改革的探讨［J］.实验科学与技术，2008，6（4）：183-184.

［7］刘榜，朱猛进，赵书红，等.家畜育种学课程改革互动教学模式研究［J］.高等农业教育，2003（8）：62-63.

［8］赵艳红，李金泉，斯日古楞，等.“家畜育种学”精品课程建设及优质教学资源共享的思考［J］.内蒙古农业大学学报（社会科学版），2012，14（6）：115-116.

［9］白俊艳，杨又兵，庞有志，等.家畜育种学实验教学改革与实践［J］.黑龙江畜牧兽医，2016（9）：264-265.