育種規(guī)劃最優(yōu)化法.課件

1、育種規(guī)劃最優(yōu)化法賴松家四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院第1頁，共21頁。（一）序言概念：育種規(guī)劃最優(yōu)化根據(jù)特定的育種目標(biāo)，制定出在多項育種措施上具有不同強度的候選育種方案，通過育種成效標(biāo)準(zhǔn)，如綜合遺傳進(jìn)展、育種效益等，進(jìn)行綜合評估，應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法，科學(xué)有效地配置資源、技術(shù)、方法和措施，篩選出“最優(yōu)化”（optimization）育種方案。 第2頁，共21頁。育種規(guī)劃最優(yōu)化主要內(nèi)容：確定育種目標(biāo)；制定候選育種方案：育種規(guī)劃的模型計算，包括估計育種值、遺傳參數(shù)、經(jīng)濟學(xué)參數(shù)、生物學(xué)參數(shù)和育種效益；選擇優(yōu)化育種方案；確定新育種方案、措施的實施。 第3頁，共21頁。（二）動物育種規(guī)劃最優(yōu)化方法1、抉擇育種目

2、標(biāo)（breeding objective）確定育種目標(biāo)是育種規(guī)劃最優(yōu)化的核心工作。適宜的育種目標(biāo)對群體內(nèi)選擇、選擇品種、雜交組合、評估基因效應(yīng)和育種方案最優(yōu)化設(shè)計都十分重要。育種目標(biāo)指使動物生產(chǎn)獲得最大的經(jīng)濟效益，包括持久作用于動物生產(chǎn)有經(jīng)濟意義的生產(chǎn)性狀或與生產(chǎn)性狀相關(guān)的次級性狀（secondy traits）。那些與生產(chǎn)性能不相關(guān)的體尺外貌性狀，或一些并不妨礙使用的外貌缺陷等，在育種過程中都不加以考慮或少加以考慮，如品種的毛色等。 第4頁，共21頁。評估育種目標(biāo)最科學(xué)合理的方法是在多性狀的綜合選擇中，用經(jīng)濟評估的方法確定數(shù)量化的育種目標(biāo)，即用綜合育種值（Total Breeding Val

3、ue）來表達(dá)數(shù)量化的育種目標(biāo)。并根據(jù)各性狀的經(jīng)濟重要性分別給予加權(quán)，其一般公式為： AT=WiAi其中：AT=綜合育種值 Wi=性狀i的經(jīng)濟加權(quán)系數(shù)向量 Ai=性狀i的一般育種值向量（1）評估育種目標(biāo)的方法第5頁，共21頁。乳用性狀 泌乳量、乳脂率、乳脂量、乳蛋白率和乳蛋白量。最簡單的方法是只考慮泌乳量一個性狀，但是，泌乳量與乳脂率及乳蛋白率之間存在著負(fù)相關(guān)，若長期僅單獨選擇泌乳量，勢必影響整個育種工作達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。尤其應(yīng)該考慮在我國將逐漸地實施奶牛按質(zhì)論價，即根據(jù)各種乳成分含量綜合定價的牛奶收購方法，長期單一選擇的育種目標(biāo)將影響到牛奶生產(chǎn)的獲利性。還可以考慮使用乳脂量作為包括在育種目標(biāo)中

4、唯一的產(chǎn)奶性狀。由于乳脂量和泌乳量和乳蛋白量間均有很高的相關(guān)，因此，通過乳脂量的選擇可改善乳成分的含量。（2）育種目標(biāo)中的性狀選擇第6頁，共21頁。生長發(fā)育及肉用性狀 評定牛個體生長發(fā)育性能最重要的性狀是日增重，其次是飼料利用率。但是由于飼料利用率測定方法復(fù)雜、費用高、難于準(zhǔn)確測定，而且在計算日增重的邊際效益時就考慮到維持營養(yǎng)需要，所以可以僅考慮日增重一個性狀。作為評價肉用性能，生長能力是一個重要性狀，隨著牛只生長能力的提高，可以使肥育牛（公牛和一胎后的低產(chǎn)母牛）以及淘汰牛獲得一個較高的銷售體重或是肥育最終體重，這對于整個奶牛生產(chǎn)是不可忽視的一部分收入，將它考慮到育種目標(biāo)中是必要的。評價肉用性

5、能的另一個性狀是胴體品質(zhì)。第7頁，共21頁。次級性狀 繁殖力是重要的綜合性狀，它對于奶牛育種效益經(jīng)久地起作用，因此應(yīng)在確定奶牛育種目標(biāo)時加以考慮。選定“配妊時間”作為反映繁殖力的性狀。第二個應(yīng)該包括在育種目標(biāo)中的性狀是使用壽命（或終生胎次）。值得注意的是母牛使用壽命與泌乳期內(nèi)產(chǎn)奶性能多是拮抗關(guān)系，建議采用一個新的表達(dá)使用壽命的選擇性狀保持力。評定公牛使用壽命遺傳素質(zhì)的選擇性狀可用“保持力60”，即公牛的全部女兒中60月齡以上仍在群中生產(chǎn)牛奶的牛只比例。母牛生產(chǎn)能力作為產(chǎn)奶性能的一個間接性狀是不容忽視的，新型的乳成分自動分析儀可以測定牛奶抽樣中的體細(xì)胞數(shù)。當(dāng)每立方厘米超過500，000個體細(xì)胞時

6、，就確定為乳房炎。第8頁，共21頁。2、育種規(guī)劃中的經(jīng)濟學(xué)參數(shù)根據(jù)定量經(jīng)濟學(xué)原理，綜合育種值中的經(jīng)濟加權(quán)系數(shù)是兩個組分之積：Wi=Wi*ni其中Wi=性狀i的經(jīng)濟加權(quán)因子 Wi*=性狀i的邊際效益 ni=性狀i的性狀表現(xiàn)貼現(xiàn)值第9頁，共21頁。性狀的邊際（Marginal profit）指當(dāng)性狀超過群體均數(shù)一個計量單位時，邊際產(chǎn)出量與邊際投入量之差。邊際效益估計的方法主要有回歸法、差額法、單個場最優(yōu)化模型和區(qū)域平衡模型。差額差是對育種的邊際產(chǎn)出量和邊際投入量的實際值進(jìn)行調(diào)查并進(jìn)行經(jīng)濟學(xué)評價和計算。其計算公式為：Wi*=ARij-ACij式中ARij為性狀i的第j個邊際產(chǎn)出組分，ACij為性狀i

7、的第j個邊際投入組分。（1）性狀的邊際效益第10頁，共21頁。性狀的貼現(xiàn)量（Discount expression peranimal trait）表達(dá)了性狀在一定的規(guī)劃期內(nèi)，通過各種育種措施在育種群和生產(chǎn)群中實現(xiàn)生產(chǎn)性能提高的比例、時間和頻率。在一定時間內(nèi)性狀實現(xiàn)的比例越大、時間越早、次數(shù)越多，性狀的經(jīng)濟價值越大。采用基因流動法進(jìn)行計算，計算工作將在育種規(guī)劃計算專用程序ZPLAN支持下完成。計算公式為：nij=mjt（1+r）-t其中 nij=選擇周期j組i性狀的標(biāo)準(zhǔn)化貼現(xiàn)值 D=投資期 hi=性狀i的實現(xiàn)向量 （2）性狀的貼現(xiàn)量第11頁，共21頁。mjt= t時選擇周期j組種畜在各年齡性別

8、組家畜所占有的基因比例性狀向量 r=預(yù)算利率 t=從起始點到性狀表現(xiàn)時的時間 j=選擇周期的家畜組mjt=Rjat-1+Pmit-1 式中 Rj為第j個選擇通徑的繁殖矩陣 at為各選擇通過t時的年齡向量 P為基因傳遞矩陣 Mt=Pmt-1第12頁，共21頁。采用育種效益（breeding returns）作為育種規(guī)劃效率的評價標(biāo)準(zhǔn)，育種效益用經(jīng)濟學(xué)的術(shù)語稱作資本價值，用育種學(xué)的術(shù)語可稱作選擇反應(yīng)。一個投資對象的資本價值是在預(yù)定的投資期內(nèi)經(jīng)貼現(xiàn)后的產(chǎn)出與投入之差。計算公式為：K0=（et-at）/（1+r）t其中et=t時產(chǎn)出組分，at=t時投入組分 r=預(yù)算利率，D=投資期 K0=育種效益（3

9、）育種效益第13頁，共21頁。3、遺傳進(jìn)展的傳遞（1）遺傳進(jìn)展的傳遞模型 B B B B R R P P P PB=育種群 R=繁殖群 P=生產(chǎn)群第14頁，共21頁。模型描述的是遺傳進(jìn)展僅由種公畜（禽）從育種群帶入生產(chǎn)群，這種傳遞方式適合于一般的純種繁育方案。模型與模型表示遺傳進(jìn)展由種公畜（禽）與種母畜（禽）一起從育種群帶到生產(chǎn)群。模型表示生產(chǎn)群所需種公畜（禽）直接來自育種群。而種母畜（禽）則從繁殖群中得到。第15頁，共21頁。不同的育種規(guī)模影響育種、繁殖和生產(chǎn)群間遺傳與時間差距的大小，也會影響到累積遺傳進(jìn)展和育種效益，因此，要確定畜（禽）育種的最優(yōu)化規(guī)模。畜（禽）規(guī)?？筛鶕?jù)后一階段的畜（禽）

10、規(guī)模和所需種畜（禽）的數(shù)量來推斷前一階段規(guī)模。（2）畜（禽）最優(yōu)化規(guī)模第16頁，共21頁。模型中育種群的種畜（禽）最低要求的數(shù)量的推算公式為：NDB= 模型中，育種群規(guī)模的計算公式為：NDB=第17頁，共21頁。（3）遺傳差距與時間差距設(shè)生產(chǎn)群動物在i年出生，此時其雙親的平均年齡為TP和TP，此時其父親的遺傳水平GPi等于i- TP時育種值的遺傳水平。其母親的遺傳水平GPi等于i- TP時育種群的遺傳水平。因此時出生的生產(chǎn)群動物的平均遺傳水平為： GPi=0.5（GPi + GPi） 它與育種群的遺傳差距為： GBi-GPi=0.5（TP+ TP）Gt=TPGt第18頁，共21頁。（三）育種規(guī)劃中的育種值估計 1.育種值估計的動物模型（1）公畜模型（sire model）：一個公畜模型通常具有如下形式：y=X+Zs+e（2）公畜母畜模型（siredam model）其一般形式為： y=X+Zsus+Zdud+e （3）外祖父模型（maternal grandsire model）外祖父模型的一般形式為 y=X + + +e（4）動物模型（animal model）這類模型的一般形式為： y=第19頁，共21