專題報導 畜產生物科技

在倫理及法律學家視借腹生子為人類科技發展的禁地時，

在人類所豢養的哺乳動物中

早已行之有年了。

若沒有借腹生子的技術，

現今胚胎工程亦無由發展，

更談不上複製技術等

尖端科技的開創。

■李善男

借腹生子不稀奇借腹生子不稀奇

胚的大量供應

生物技術已公認是二十一世紀的明星產業，它主導了國家生物尖端科技的發展。

在畜產科技應用上，胚胎工程又是生物技術領域中極為重要的一環，其應用面甚廣，

涵括胚的生產體系研發以及其應用。自從前列腺素在一九七五年由美國食品藥物管理

局批准使用後，畜牧業的胚移置技術，即於一九八○年代開始快速地發展。牛胚的生

產已是本世紀家畜繁殖的主要技術，它兼具效率高、應用廣的特性，所謂生物工廠即

指此意。

胚的生產可分為兩大體系：其一為體內生產，其二為體外生產；體內生產即一般

利用超級排卵取得胚的方式，體外生產則包含了經由屠宰場取得卵巢，或利用超音波

掃描卵巢的取卵技術經由活體取得。胚的生產系統不但為家畜的遺傳改良提供捷徑，

也為胚胎工程發展，提供了大量的研究素材。

家畜的胚移置技術已有百年歷史（兔，一八九○年），所謂借腹生子就是胚移置的

意思。一九三○年代以後，這項技術應用在許多家畜身上已獲得成功，例如綿羊、山

羊（一九四九年）、豬、牛（一九五一年）及馬等。而商業化的應用則始於一九七七

年，畜牧業先進國家的胚移置公司，有如雨後春筍般成立，其目的乃在利用優良的母

畜，大量繁衍其後代。將受精後七至八天的早期胚，移置到發情同期化，而且生理條

件一致的另一頭受胚母牛子宮角內，完成懷孕。在台灣，牛胚移置技術雖起步較晚，

也在一九八二年有了首例誕生，近年來每年仍有約百頭的胚移置小牛誕生。

胚體內生產

胚體內生產涉及的基本技術，包括超級排卵以及發情同期化。牛隻成長約七月齡

後可見第一次發情，動情周期為21天，每次發情僅排一個卵，偶有例外。由於母牛最

多僅能年產一胎，一生中的產犢數很有限，若要一次發情時能排多個卵，必須對供胚

牛進行超級排卵處理。

超級排卵是胚體內生產的關鍵技術，同時也因受到不同因素的影響而有排卵反應

的差異。其主要是利用濾泡激素來誘發，一頭牛經超級排卵處理後，平均一次可獲得

五個可供移置的優質胚，台灣的最高紀錄曾達到32個。簡言之，若將此胚同時移置到

32頭發情同期化的受胚母牛中，如果懷孕率為50％，即表示會有16頭經胚移置的小牛

同時誕生，其生產效率之高不言可喻。乳牛一生中，平均大約生產七至八胎即被淘

汰，而一頭牛一年之中可以進行三次超級排卵，每年平均可獲得15個胚，相當於可生

產七至八頭小牛，小牛產值與其一生相等。

8 科學發展 2003年12月，372期

體外受精及胚的體外培養等三大部分。早期研

究體外受精技術甚為困難，一九九○年時，美

國及加拿大經由體外受精生產的小牛，總數不

超過一百頭；台灣則在一九九八年十月九日，

誕生了第一頭經由體外受精生產的小牛。

活體取卵是近十年來新發展的技術，經過

不斷地改善，已經有商業化的儀器與設備供

應。這些設備需要超音波儀，並配備固定功率

的探頭，以及真空幫浦和採卵針。從超音波儀

看到小濾泡時，立即將採卵針刺進小濾泡，負

壓作用即將濾泡液和卵母細胞吸入離心管內。

母牛每周以採集兩次所得的卵母細胞品質較

好，數量也較多。平均每次約可收集到10個卵

胚體外生產

「體外」一詞源自拉丁文「in vitro」，其原意

就是「在試管內」。世界上第一次將精子與卵子

共置於玻璃試管或試皿內進行受精試驗，而非

在體內時，即被稱之為「in vitro」受精。

初生母牛的卵巢中，約含有十至三十萬個

卵母細胞，隨著成長過程，卵巢逐漸增大，重

量亦隨之增加。卵母細胞的來源可以經由屠宰

場取得的卵巢，採集卵巢上未成熟的卵母細

胞，經體外培養使其成熟，或應用超音波掃描

以觀察濾泡發育狀態，自活體吸取卵母細胞。

胚的體外生產系統包含：卵的體外成熟、

台灣第一頭利用

取自屠宰場母牛

卵巢，經胚體外

生產系統產生牛

胚，並完成胚移

置，成功分娩的

雜交小牛。

母細胞。

當牛隻發育成長，排卵前卵子重新進行減

數分裂，使核增大。濾泡成熟的過程，需經過

初級、次級、三級的發育階段，最後始成為成

熟濾泡，當卵子由成熟的濾泡排出時稱為排

卵。

在濾泡成熟的後期，卵母細胞也逐漸成

熟，細胞核亦進行減數分裂，達到第一次減數

分裂中期的階段，稱為初級卵母細胞。初級卵

母細胞再經一次減數分裂，即分裂為次級卵母

細胞以及一個稱為第一極體的較小細胞，此時

達到第二次減數分裂中期。細胞分裂的過程

中，當有第一極體排出時，即顯示核已達到成

熟，可以準備受精，這是重要的標記，利用立

體顯微鏡即可觀察到。發育成熟的次級卵母細

胞，經排卵並被精子受精後，再繼續完成其減

數分裂，直到排出第二極體後才會進行一般細

胞的有絲分裂，發育成為早期胚。

從屠宰場取得的卵母細胞，必須經過體外成

熟階段才能進行受精。體外成熟的培養液一般採

用組織培養液如TCM199，另外再添加胎牛血

清，它有促進卵子體外成熟及確保較佳的卵裂效

果。

精子與卵發生受精作用之前必先經過獲

能，這是一個非常複雜

專題報導

畜產生物科技

利用共培養系統經由體外培養至八細胞的早期牛胚。

李男提供

的精子生理變化過程。在體內受精情形下，精

子必須先在雌性生殖道中，經過數小時的獲能

準備才有受精的能力；在這段期間中，精子發

生的生理生化改變，包括去除精子表面附著的

抗原物質，以及進行頭帽反應，尤其是在頭帽

內至少要有四種酵素的激活和釋放。精子欲穿

過卵子的透明帶，必須要靠這些酵素來溶解卵

丘細胞團及透明帶。

體外精子獲能的方法，主要是靠添加肝素

或是咖啡因來處理。凡能促使鈣離子進入頭帽

的刺激，均可誘發獲能。

體外受精即是將已經完成獲能的精子和成

熟的卵母細胞，共同置於受精用溶液中，然後

將之靜置於二氧化碳培養箱中培養48小時。

受精完成並卵裂為二至四細胞的受精卵稱

為胚。經體外受精後的早期胚，在繼續卵裂發

育的過程中，會發生發育阻滯現象。不同的動

物出現細胞發育阻滯的時期不同，牛羊為八至

十六細胞期，豬為四細胞期，小鼠為二細胞

期。因此如何克服牛的細胞發育阻滯現象，確

保其發育能越過十六細胞期，是早期研究的重

點。最早是利用兔子的輸卵管，將受精完成並

卵裂的牛胚，移入已結紮的兔子輸卵管中，移

植後第五天，再從兔子的輸卵管回收已發育至

桑椹期或囊胚期的胚，再進行胚移置到受胚

牛。

目前用來克服早期胚在體外發生發育阻滯

的方法，是採用細胞共培養系統。將胚與卵丘

10 科學發展 2003年12月，372期

酪農利用借腹生

子技術，快速改

良乳牛品種。

細胞、輸卵管上皮細胞或子宮上皮細胞等體細

胞共同培養，即可克服發育阻滯現象，使胚能

繼續發育，直到成為桑椹期或囊胚期，再做移

置。

當母牛的生理周期與胚發育階段不一致

時，移入的胚不能順利發育，而導致懷孕失

敗，因此必須利用內泌素對牛隻進行處理，來

調整母牛的發情周期使之同期化。其目的在使

母牛於預定的時間集中發情，以便實施有計畫

的胚移置工作，提高受胎率。

同期發情處理應用的內分泌素有多種選

擇，最常用的是前列腺素；其功能是當卵巢有

黃體存在時，經注射前列腺素後即被消解，於

是在二至三天內又能誘發一個新的發情周期，

因此能掌控排卵時間及胚移置的最佳進行時

機。

當新鮮胚移置時，供胚牛與受胚牛的卵巢

和子宮生理狀態亦必須一致，才有利於未來胚

的持續發育及著床。胚在發育早期和子宮組織

間尚未建立密切的關係，此一階段的發育，基

本上是依靠本身儲存的養分，所以沖洗子宮後

取得的胚，較易存活，一旦放回與供胚牛相似

的受胚牛的子宮環境中，移置的胚即能繼續發

育。

供胚牛與受胚牛的發情同期化程度，差異

不得超過六小時，否則會降低受胎率；也就是

說，供胚牛在發情、配種後七至八天取胚，受

胚牛也應在相同時間接受移置。

在大型哺乳動物採用非手術法移置技術，

此技術從一九七六年以後即廣泛應用於牛。牛

胚移置的器材與人工授精相似，僅有口徑較小

與長度較長的差異而已。移置前，將胚放入胚

管並且裝入移置器；移置時，自生殖道插入移

置器直到子宮頸外口，另一手則深入直腸找到

子宮頸，緩緩配合將移置器送入子宮角內，並

在預定的位置將胚注入。

生物工廠的未來

乳牛利用超級排卵及胚移置等操作技術，

可在短期間內生產許多遺傳性能優異的種畜後

代，加速遺傳改進的速率。同時，胚體外生產

的科技亦提供了另一重要的胚源，這是生物工

廠的濫觴。利用胚體內與體外生產系統、胚顯

微操作等技術，與分子生物學結合，並且擴大

應用的範圍，因而促進了一系列人工生殖科技

的快速發展。

李善男行政院農業委員會畜產試驗所

專題報導

畜產生物科技

□

李男提供

李男提供