實驗動物資源開發(fā)、保存和共享利用

徐 平

（中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院，上海 201615）

實驗動物科學(xué)作為在現(xiàn)代科學(xué)帶動下崛起的一門以生物學(xué)為主體，以醫(yī)學(xué)、生物學(xué)為核心的綜合性新興學(xué)科，正以異乎尋常的發(fā)展速度影響著整個生命科學(xué)的各個領(lǐng)域。實驗動物資源是生命科學(xué)研究的重要支撐條件，是一種完整的生物型研究工具和試驗對象，作為相似度高、可控性強、使用經(jīng)濟、操作簡便的有生命模型，實驗動物廣泛運用于探索生命奧秘、研究疾病機制及防治等生命科學(xué)各領(lǐng)域，成為繼試劑、儀器和信息之后，生命科學(xué)研究不可替代的第4大必備條件，已受到世界各國政府和科學(xué)家的重視，甚至作為衡量一個國家生命科學(xué)水平高低的標(biāo)志之一。因此，實驗動物資源的合理開發(fā)、安全保存和共享利用對于促進我國基礎(chǔ)生命科學(xué)的發(fā)展和生物醫(yī)藥的研發(fā)具有重要的支撐和保障作用，繼而推動我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和科技進步。

1 實驗動物資源的開發(fā)

1.1 實驗動物新資源的開發(fā)技術(shù)

依據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)，實驗動物新資源的開發(fā)途徑主要包括基因自發(fā)突變動物的培育、基因改變動物的制作、人工誘導(dǎo)模型的培育和野生動物的實驗動物化研究等4個方面。

1.1.1 基因自發(fā)突變動物的培育：即從原有的實驗動物品種或品系中再開發(fā)。主要包括兩種，一種是從大規(guī)模的繁育群體中發(fā)現(xiàn)行為異常，或肢體、器官等有突變表征，或者出現(xiàn)某些疾病癥狀、過敏性反應(yīng)、免疫性狀改變、毛色異常、血液生理生化數(shù)據(jù)大幅度改變等特征，通過對這些特異性性狀的傳代再現(xiàn)，突變基因的位點確認，最后通過近交或雜交

或回交等方式將突變基因固定，培育成新的動物模型。第二種是近交系品系內(nèi)雜交或互交的方式定向培育新的品系，如重組近交系、同類系、雜交一代等。

1.1.2 基因改變動物的制作：即利用基因操作技術(shù)培育新的實驗動物資源，包括轉(zhuǎn)基因、基因捕獲、基因打靶，基因置換等技術(shù)制作成基因改變的動物。這些基因改變動物已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究、生物醫(yī)藥的開發(fā)和新的診斷或治療手段的建立等領(lǐng)域。另一個途徑就是利用基因調(diào)控原理進行嵌合體和單親純合雙倍體動物的研究。嵌合體動物也稱異型動物或四親動物，這種動物可用于細胞譜系、實驗胚胎學(xué)、發(fā)生遺傳學(xué)以及免疫學(xué)等研究領(lǐng)域。第三個途徑就是單親純合雙倍體動物育成技術(shù)，該技術(shù)又稱為雌核發(fā)育技術(shù)，可大大加快新品種的培育。

1.1.3 人工誘導(dǎo)動物模型的培育：包括利用物理、化學(xué)、輻射、生物感染等技術(shù)制作的動物模型。根據(jù)實驗?zāi)康牡牟煌藶榈卦斐蓜游锝M織、器官或全身損傷，出現(xiàn)某些類似人類疾病的癥狀。這些人工誘導(dǎo)的模型，有的可以遺傳，如采用ENU誘導(dǎo)某個或某幾個基因突變，通過繁育技術(shù)將這些突變模型世世代代保存下來。有的是不能遺傳的，如手術(shù)模型、營養(yǎng)誘導(dǎo)模型、感染模型等。

1.1.4 野生動物的實驗動物化：野生動物或經(jīng)濟動物經(jīng)過初期的表型分析和篩選，對具有科學(xué)實驗價值的動物，經(jīng)過嚴(yán)格的馴養(yǎng)、微生物凈化、遺傳及飼養(yǎng)環(huán)境等因素的控制，按實驗要求進行培育，使之達到實驗動物的標(biāo)準(zhǔn)。我們把這種將野生動物或家畜馴化、培育成實驗動物的過程，叫做實驗動物化。

1.2 實驗動物資源開發(fā)的現(xiàn)狀

1.2.1 國際實驗動物資源開發(fā)現(xiàn)狀

自1909年C.C.Little采用近親繁殖培育成世界上第一個近交系DBA小鼠以來，目前，通過傳統(tǒng)的遺傳育種方式至少已培育了2600余種常用的實驗動物品系資源，其中近交系動物超過800種，重組近交系45種，重組近交系的培育成功是哺乳類動物遺傳學(xué)中的一個重要進展，并已廣泛用于新的多態(tài)型基因位點和新的組織相溶性位點的鑒定和多態(tài)型位點的多效性以及其連鎖關(guān)系的研究。另外還有同源近交系520余種，遠交系動物370多種，自發(fā)基因突變系500多種，雜交一代（F1）近百種，以及其他的品系（如隨機近交系、部分近交系、誘導(dǎo)突變系）數(shù)百種等。在常用的近交系動物中，近交系小鼠品系至少500余個，近交系大鼠250余個，近交系地鼠45個，近交系豚鼠15個，近交系家兔34個，近交系雞40個。

自1980年美國科學(xué)院院報（PNAS，USA）報導(dǎo)了Dr.Gozdon等人第一個生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因小鼠以來，基因工程技術(shù)的應(yīng)用如雨后春筍般發(fā)展起來，人們稱之為是一場在實驗動物上的“遺傳革命”。1993年全世界就有1000多家實驗室生產(chǎn)了轉(zhuǎn)基因小鼠，到2000年，全世界已有2500多家實驗室完成不同轉(zhuǎn)基因小鼠的研制、生產(chǎn)和使用。

2002年，由多國合作的人類基因組DNA測序順利完成，生命科學(xué)的研究熱點已快速轉(zhuǎn)入了功能基因組研究。2003年，實驗小鼠基因組DNA測序完成，在小鼠3萬多個基因中，已被證實有90％左右的基因與人類高度相似，更加快了世界各國開發(fā)實驗動物新資源的步伐。小鼠遺傳學(xué)在研究哺乳類動物尤其是人類基因組功能方面扮演著極其重要的角色。通過基因工程（如轉(zhuǎn)基因、基因剔除和基因插入等）手段使原有的小鼠品系發(fā)生變異，以此來揭示人類基因組的功能。為了加快突變小鼠模型的開發(fā)，2004年11月和2005年3月，全球主要的小鼠資源單位分別在美國Jackson實驗室和羅馬召開了代表大會，與會的代表一致同意建立國際小鼠資源聯(lián)盟（FIMRe），以加強國際間的合作、交流與資源的共享利用。其目標(biāo)是：為人類健康和疾病的遺傳解析，制作、生產(chǎn)、保存和提供相應(yīng)的小鼠模型資源。在此框架下，于2006年又成立了國際基因敲除小鼠聯(lián)盟（IKMC），其中，歐洲條件性基因突變計劃（EUCOMM）完成2.5萬小鼠基因的敲除，第一期計劃耗資1600萬美元，采用“基因捕獲”和“基因打靶”兩種不同的技術(shù)，制造出“條件性基因突變小鼠”，使得科學(xué)家能在活體中研究基因的功能，同時制作的突變小鼠能更加精確地模擬人類疾病；由美國NIH資助的基因敲除小鼠計劃（KOMP）其目標(biāo)是期望能夠敲除掉小鼠基因組中三分之一以上的基因，初期計劃是投入5000萬美元，創(chuàng)建突變細胞系和突變小鼠，完成5000個基因敲除小鼠用于功能研究，3500基因突變小鼠用于藥物篩選；北美條件性基因突變小鼠計劃（NorCOMM）則建立了從突變小鼠研發(fā)到基因功能分析，再到表型分析，最后進行疾病研究的完整的小鼠模型開發(fā)體系。另外，德克薩斯的A＆M基因研究所則提供小鼠和人類基因的信息，并進行比較研究。

亞洲各國，由日本、中國、韓國、中國臺灣、菲律賓、新加坡等國于2006年發(fā)起成立亞洲突變小鼠資源聯(lián)盟（AMMRe），其目標(biāo)是合作開展突變小鼠資源的開發(fā)、表型分析和供應(yīng)，以及建立質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和人才培訓(xùn)。

國際實驗動物資源開發(fā)研究的另一個動向是各種病理模型動物的培育。現(xiàn)已培育成功的突變系已超過500多個，包括代謝性疾病、心腦血管疾病、早衰老、眼疾、肢體殘缺、免疫缺陷等，在美國NIH就保存的不同背景的無胸腺裸鼠（大鼠和小鼠）就有20多種。由于自發(fā)性基因突變品系具有更好的模擬人類疾病的特性，日本專門成立了“疑難雜癥”疾病模型研究組織。經(jīng)全國性調(diào)查和分析，有40多種“疑難雜癥”被列入重點研究對象，并針對性地成立了專門的疾病模型研究小組。經(jīng)過幾十年的培育，已有數(shù)十種著名的疾病模型被全世界科學(xué)家使用，如中度肥胖中度高血糖的Ⅱ型糖尿病模型GK大鼠，非肥胖型II糖尿病模型KK小鼠，早衰老模型SAM小鼠、高血壓SHR大鼠模型、腦卒中SHR/sp大鼠模型等。在病理模型品系開發(fā)中，以小鼠為例，已發(fā)現(xiàn)的突變基因位點有893個，已育成與人類疾病類似的病理模型400多種。美國賓州大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院已篩選出加拿大紐芬蘭犬，能夠發(fā)生與人類先天性心臟病幾乎一樣的心臟病，并采用病理組織學(xué)，細胞遺傳學(xué)和分子生物學(xué)方法進行基因定位研究。為了清楚地知道基因突變的奧妙，他們正在探索直接測定DNA的技術(shù)。同時，這個大學(xué)的代謝研究室還采用生物化學(xué)方法篩選出具有先天性碳水化合物失調(diào)的貓，以及氨基酸代謝機能失調(diào)的家犬，這些模型與許多兒童的代謝性疾病相似。除此以外，NIH正在為老年多發(fā)病培育具有多特性、多效性的動物模型。已培育成功的有：既無胸腺、又無脾臟的動物模型；既有高血壓和糖尿病又肥胖癥的動物模型；無B細胞功能的動物模型；無K細胞功能的動物模型；無巨噬細胞功能的動物模型等。

自然資源的開發(fā)利用是實驗動物學(xué)科發(fā)展得天獨厚的優(yōu)勢，野生動物、水生動物等的實驗動物化研究一直伴隨著實驗動物學(xué)科的發(fā)展，并為實驗動物種類提供了豐富的來源和基因資源。由于動物保護運動的興起，非人靈長類、寵物等高等動物的使用受到限制，而被嚙齒類動物（小鼠、大鼠、地鼠、沙鼠等）、烏賊、斑馬魚等水生動物及豬、羊、雞等食用動物所代替。日本經(jīng)過幾十年對野生小鼠的開發(fā)，目前已培育成40多個近交系小鼠品系和遠交群小鼠品系，這些野生小鼠來自于不同國家和地區(qū)，包含了豐富的、在現(xiàn)有小鼠品系中已經(jīng)丟失了的小鼠基因，對于小鼠基因功能的研究和突變品系的開發(fā)有著積極地推動作用。

1.2.2 國內(nèi)實驗動物資源開發(fā)現(xiàn)狀

我國在實驗動物新資源開發(fā)方面雖然起步較晚，但已取得了一定的成就。在實驗動物資源再開發(fā)方面，采用人工馴化和飼養(yǎng)繁育技術(shù)，早在上世紀(jì)中后期就培育成功了低癌系津白I號（TA1，天津醫(yī)大、1955）、高癌系津白II號（TA2，天津醫(yī)大李漪，1963）和白血病試驗小鼠615（中國醫(yī)科院血液所，1961）等有重要價值的近交系小鼠，并得到國際近交系小鼠命名委員會的承認。此后，各繁育單位又相繼利用遠交群KM小鼠培育了多個近交系小鼠品系，如C-1（中國醫(yī)科院，1955）、AMMS/1（軍科院、1974）、NCPC/4（河北醫(yī)學(xué)院，1992）、SSB（上海生物制品研究所，1991）、SMMC/C（上海第二軍醫(yī)大學(xué)，1985）等，和一些具有重大應(yīng)用價值和擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的實驗動物新品種，包括：用于免疫學(xué)研究的615/PBI-Beige小鼠（中檢所）；用于出血熱疫苗研制和生產(chǎn)的長爪沙鼠（浙江醫(yī)科院）；用于II型糖尿病研究的中國地鼠近交系SYBI（山西醫(yī)大）；用于皮膚病研究或皮膚過敏試驗的豫醫(yī)無毛小鼠（河南醫(yī)大）、BALB/C無毛小鼠（北京醫(yī)大）；用于抗輻射、免疫學(xué)和腫瘤學(xué)研究的IRM-2近交系小鼠（中國醫(yī)科院放射所）；用于抗輻射、化學(xué)致癌和血液病研究的TR1津醫(yī)大鼠近交系（林炳水，1992）；用于白內(nèi)障研究的SLAC/cat小鼠（中科院實驗動物中心）等。這些新開發(fā)的資源已在生命科學(xué)研究和生物醫(yī)藥研發(fā)中起到應(yīng)用。

在基因改變動物開發(fā)方面，自上世紀(jì)八十年代后期起我國科學(xué)家開始從事基因工程動物的研究工作，并在九十年代先后開發(fā)了一批有價值的轉(zhuǎn)基因小鼠，如人突變載脂蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠高脂血癥模型、四環(huán)素調(diào)控的HCV嵌合體小鼠、hCG-PMLRARα、hCG-PLZF-RARα和hCG-NPN-RARα人白血病轉(zhuǎn)基因小鼠等。1998年上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所獲得5只轉(zhuǎn)基因山羊，其中一只奶山羊的乳汁中含有堪稱血友病人救星的藥物蛋白—有活性的人凝血因子Ⅸ，這是由中國工程院院士曾溢濤教授為首的科學(xué)家們經(jīng)過艱辛探索獲得的重大成果。在基因大規(guī)模突變方面，2005年復(fù)旦大學(xué)的許田教授和吳曉暉教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，用PB轉(zhuǎn)座因子高效插入小鼠基因組，建立了小鼠體內(nèi)直接突變基因技術(shù)，為大規(guī)模研究哺乳動物基因功能提供了解決方案。在基因功能研究和疾病模型開發(fā)方面，為了搶占基因改變小鼠研發(fā)在國際上的地位，科技部于2006立項通過科技支撐計劃設(shè)立了中國條件性突變小鼠計劃（ChCOMM），通過四年的聯(lián)合攻關(guān)，目前已完成超過150個基因敲除小鼠的研發(fā)工作，并建立從基因發(fā)現(xiàn)到基因突變小鼠研發(fā)再到保存和共享利用的疾病小鼠模型研究體系。目前，我國已形成了南京的國家遺傳工程小鼠資源庫、上海的南方模式生物研究中心兩個從事轉(zhuǎn)基因小鼠、基因剔除小鼠和模式動物技術(shù)研發(fā)、服務(wù)的專業(yè)機構(gòu)。同時，形成了具有特色的突變小鼠研發(fā)單位，如北京大學(xué)的胚胎干細胞研究，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院的LoxP和Cre工具鼠，復(fù)旦的發(fā)育生物研究所的BP轉(zhuǎn)座子定位突變基因技術(shù)，以及中科院上海生科院在免疫性疾病、代謝性疾病、傳染病模型方面的研發(fā)等。至今，全國已建立了近千種基因突變小鼠。

野生動物實驗動物化的研究也取得了可喜的進展。我國陸棲脊椎動物有2000多種，約占世界種屬的10％，兩棲類196種，爬行類315種，鳥種1187種，哺乳種414種。其中有些種屬具有很高的開發(fā)價值。例如，很早就被引入歐美的拉薩犬，早已成為世界矚目的動物資料。我國在本世紀(jì)初就把一些野生動物成功的育為生命科學(xué)研究的模型動物，有的已被國內(nèi)外科學(xué)家公認為實驗用動物，已在國際上廣泛應(yīng)用。如用于HCV發(fā)病機制研究的樹鼩（中國醫(yī)科院生物所、中科院云南動物所），對日本血吸蟲具有獨特抗性、并用于抗日本血吸蟲機制研究的東方田鼠（湖南醫(yī)大、上海實驗動物研究中心），對一些重大疫?。ㄈ缡笠?、包蟲病和黑熱病等）研究具有其他動物不可替代作用的灰倉鼠（新疆CDC），以及用于新現(xiàn)傳染?。╡merging infectious diseases，EIDs）流行規(guī)律、傳播途徑、發(fā)病機制等研究的布氏田鼠、高原鼠兔、大倉鼠等野生動物（新疆CDC、中科院動物所）等。經(jīng)過20多年的研究，已在沙鼠、樹鼩、東方田鼠、灰倉鼠、小型豬、KM小鼠、高原鼠兔、布氏田鼠、小家鼠等的實驗動物化或標(biāo)準(zhǔn)化研究上取得了重要進展，預(yù)計在十二·五期間，將有一批特有資源被開發(fā)成實驗動物。

作為一個重要的實驗材料，小型豬是我國的特色資源，我國自20世紀(jì)80年代開始對小型豬資源進行調(diào)查和實驗動物化研究。不僅利用資源優(yōu)勢培育出西雙版納小耳豬近交系、五指山小型豬近交系、廣西巴馬小型豬、貴州小型豬等獨特的小型豬品種，而且在小型豬實驗動物化研究方面也奠定了較好的基礎(chǔ)。

2 實驗動物資源的保存和共享利用

基因突變動物的產(chǎn)生，為生命科學(xué)研究和生物醫(yī)藥的研發(fā)開創(chuàng)了新紀(jì)元。小鼠遺傳學(xué)在研究哺乳類動物尤其是人類基因組功能方面扮演著極其重要的角色。通過基因工程（如轉(zhuǎn)基因、基因剔除和基因插入等）手段使原有的小鼠品系發(fā)生變異，以此來揭示人類基因組的功能。許多事實已經(jīng)證明了這些小鼠遺傳資源的潛在價值。首先，盡管小鼠的突變系目前已有10000多種，而且還在不斷增加，但實際上這些小鼠模型在哺乳類基因的總量中占不到10％的比例。因此，目前歐美日等一些發(fā)達國家正在進行一個“基因突變計劃”，將以每年開發(fā)200個品系的速度制作新的小鼠模型，以此來不斷填補這個缺口。其次，通過不斷改進和提高處理小鼠基因組的技術(shù)和方法，已產(chǎn)生了相當(dāng)數(shù)量的轉(zhuǎn)基因小鼠、KO（knock-out：基因剔除）小鼠和KI（knockin：基因?qū)耄┬∈笃废担羞@些品系都需要以某種方式加以保存，以使它們在將來的研究中仍可以被應(yīng)用。如果采用連續(xù)繁殖的方式，不僅耗費巨大的財力、人力和空間，而且還有受到繁殖失敗、死亡、疾病、火災(zāi)及基因丟失或飄變等的威脅。第三，開發(fā)新的突變系來進行各種研究，如遺傳學(xué)試驗中為得到其基因組圖需要進行大規(guī)模的回交；同時一些新開發(fā)的轉(zhuǎn)基因小鼠或基因剔除小鼠需要被擴群和被培育成純合子群體等，對所需要的動物設(shè)施都將帶來巨大的壓力。大多數(shù)實驗室除開展一些基礎(chǔ)性研究工作外，都不可能以常規(guī)方式來保存這些小鼠模型，因此需要有一種安全可靠的方法來代替，以防止突變資源的流失和重復(fù)性工作。為此，1992年在美國的冷泉港召開了“小鼠分子遺傳大會”，與會的科學(xué)家一致認為：保護、保存新的重要的高科技遺傳資源，防止流失，避免不必要的重復(fù)性工作是當(dāng)務(wù)之急。于是以來自美國Jackson實驗室的學(xué)者為首的科學(xué)家提議建立“國際小鼠品系資源（IMSR），并受到贊同。IMSR自組建以來，至今已接受了13600余種不同的誘發(fā)突變小鼠品系（包括轉(zhuǎn)基因小鼠、及化學(xué)誘變小鼠），并且正以每年增加數(shù)百種的速度發(fā)展。目前全世界實驗小鼠資源的80％以上均保持在Jackson實驗室。這些小鼠品系可利用于不同類型的癌癥、心血管疾病、神經(jīng)行為疾病、免疫系統(tǒng)疾病、發(fā)育代謝疾病、衰老性疾病等方面的研究及新藥篩選上。目前已有60個國家，近12000個實驗室使用該所提供的小鼠。這一世界上最大的變變小鼠資源庫正在生物學(xué)研究上發(fā)揮巨大作用。

繼在美國Jackson實驗室建立IMSR后，世界各國都十分關(guān)注此問題。歐盟五國在意大利建立了EMMA，計劃每年以150個的速度開發(fā)遺傳工程小鼠品系，并建立了小鼠品系活體資源庫和冷凍胚胎庫。北美在加拿大多倫多的兒童醫(yī)院聯(lián)合設(shè)立了NorCOMM計劃，其目標(biāo)是建立一個可保存10000個品系以上的遺傳性突變小鼠品系的資源庫并開展表型研究。在日本，成立于1998年的日本熊本大學(xué)動物資源開發(fā)研究中心（CARD）是日本國家動物資源開發(fā)中心之一。由文部省投資40億日元于2000年5月建成設(shè)施條件非?，F(xiàn)代化的動物資源開發(fā)研究中心大樓。其職能包括：①基因突變動物的制作、開發(fā)、保存、供應(yīng)以及數(shù)據(jù)庫的建立；②實驗動物的飼養(yǎng)管理；③實驗動物繁殖技術(shù)、感染預(yù)防的開發(fā)研究；④向國內(nèi)外研究機構(gòu)供應(yīng)基因突變小鼠；⑤胚胎操作、冷凍保存、飼養(yǎng)管理等的教育培訓(xùn)；⑥有關(guān)動物實驗的教育、啟蒙以及信息資料的提供等。目前該中心已保存了2100多種遺傳工程小鼠模型。此外，建立于2000年的日本理化研究所生物資源中心（BRC）是日本政府投資的另一個實驗小鼠資源中心，至2008年底，該中心已保存了近3400多種小鼠資源。

我國在實驗動物資源開發(fā)和共享利用方面起步較晚，但進步較快。經(jīng)過十·五和十一·五兩個5年計劃的建設(shè)，我國家實驗動物遺傳資源體系的總體框架已經(jīng)形成。1998年開始至今，國家利用不同的投資渠道，分別建成了國家嚙齒類實驗動物種子中心、國家遺傳工程小鼠資源庫、國家兔類實驗動物種子中心、國家禽類實驗動物種子中心、國家犬類實驗動物種子中心、國家非人靈長類實驗動物種子中心蘇州分中心、國家實驗動物信息庫，并立項開展了實驗用小型豬、實驗獼猴、特色動物等的實驗動物化研究和資源基地的搭建工作。集中開展實驗動物種質(zhì)資源的開發(fā)、收集、整合、保存，并開展標(biāo)準(zhǔn)化研究，以盡早實現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)化實驗動物資源的共享和利用，并保證了實驗動物資源的遺傳質(zhì)量和實驗動物種質(zhì)資源的戰(zhàn)略貯備。到2010年底，各國家級種子中心共保存了小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、兔、犬、猴、雞、鴨等10多個品種共計800多個品系的實驗動物資源，占國內(nèi)總資源量的近80％，每年向全國供應(yīng)200多萬只實驗動物；累計向全國各實驗動物繁育單位提供了20多萬只的標(biāo)準(zhǔn)化種用實驗動物（嚙齒類、犬、兔、猴）、SPF雞種蛋100余萬枚；國家遺傳工程小鼠資源庫已為20多個省市兩百多個實驗室開展轉(zhuǎn)基因小鼠和基因剔除小鼠的制作工作，并已向全國相關(guān)研究機構(gòu)供應(yīng)了10多萬只的遺傳工程小鼠。實驗材料的豐富度得到了極大的提高，資源的共享利用極大地推動了我國生命科學(xué)研究的發(fā)展。

隨著低溫生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超低溫冷凍動物的生殖細胞、生殖器官等優(yōu)越性在資源突飛猛進的今天已越來越被世界各國的科學(xué)家所重視。由于低溫保存具有：①不需要對動物進行飼育管理；②減輕動物在飼育空間上的壓力；③維持經(jīng)費大幅度減少（胚胎冷凍的維持費是常規(guī)飼育方法的1/10左右，精子冷凍是常規(guī)飼育方式的1/30左右，甚至更低）；④不會引起基因的突變或飄變；⑤因火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害引起的“全軍覆滅”的可能性很?。虎薏恍枰獡?dān)心病原體的感染等優(yōu)勢，因此它是目前為止實現(xiàn)實驗動物資源保存的最為有效的方法。世界上一些發(fā)達國家以此方法建立起了各自的實驗動物胚胎冷凍庫，Glenister和Rall的資料顯示，1999年世界各國的胚胎銀行保存了合計約2700個品系的小鼠模型的胚胎，保存的胚胎總量超過200多萬玫。僅過一年，Glenister和Thornton的報告顯示，美國的Jackson實驗室已保存了近2000個品系的小鼠模型，保存的胚胎量達到了130萬枚。2008年，Jackson實驗室冷凍保存的胚胎量已超過200萬枚，英國MRC的哺乳類遺傳學(xué)中心也已保存了近3000個品系計超過60萬枚胚胎；美國的NIH動物遺傳學(xué)資源中心（AGR NIH）與日本實驗動物中央研究所（CIEA）保存了275個品系的大鼠模型合計超過10萬枚冷凍胚胎；在日本，除日本實驗動物中央研究所外，熊本大學(xué)實驗動物資源開發(fā)研究中心（CARD）已保存了1800種小鼠品系合計80余萬枚胚胎和20000多根麥管的小鼠的精子，日本理化所的BRC則冷凍保存了2000多個品系合計超過100萬枚小鼠胚胎。此外德國的哺乳類遺傳學(xué)研究所（Institute of Mammalian Genetics：IMG），意大利、澳大利亞等國都建立了自己的資源保存中心。

我國自上世紀(jì)90年代后期開始進行實驗動物的低溫保存研究，目前已在一些主要的實驗動物資源單位建立了較為完善了實驗動物生殖工程技術(shù)和低溫生物學(xué)技術(shù)體系，在國家嚙齒類實驗動物種子中心上海分中心（NRLARSH）和國家遺傳工程小鼠資源庫（NGTMR）分別建立了兩個大型的低溫冷凍庫。其中，至2010年底已在NRLARSH保存了300多個品系的小鼠資源，合計冷凍小鼠胚胎超過15萬枚，冷凍精子6000根麥管和1000多對的小鼠卵巢。

3 實驗動物資源開發(fā)、保存和共享利用的趨勢

3.1 遺傳工程動物模型的研究開發(fā)方興未艾

2002年，由多國合作的人類基因組DNA測序順利完成，生命科學(xué)的研究熱點已快速轉(zhuǎn)入了功能基因組研究。2003年，實驗小鼠基因組DNA測序完成，在小鼠3～4萬個基因中，已被證實有90％左右的基因與人類高度相似，更加快了世界各國開發(fā)實驗動物新資源的步伐。小鼠遺傳學(xué)在研究哺乳類動物尤其是人類基因組功能方面扮演著極其重要的角色。通過基因工程（如轉(zhuǎn)基因、基因剔除和基因插入等）手段使原有的小鼠品系發(fā)生變異，以此來揭示人類基因組的功能。許多事實已經(jīng)證明了這些小鼠遺傳資源的潛在價值。盡管小鼠的突變系目前已有10000多種，而且還在不斷增加，但實際上這些小鼠模型在哺乳類基因的總量中尚不到10％。其次，由于生物體的生理功能基本上都是由蛋白質(zhì)完成的，一個基因可以編碼出多個蛋白質(zhì)，因此，要了解一個基因的功能，至少需要三個以上的基因突變小鼠。而小鼠約有3萬個基因，那么就需要制作10萬個以上的小鼠模型來解析。在基因組計劃完成后的10年中，全球約開發(fā)了1萬多個突變小鼠模型，那么要開發(fā)10萬小鼠模型，按照現(xiàn)有的技術(shù)和速度，大概需要近100年時間。因此，世界上一些發(fā)達國家以及中國等發(fā)展中國家已達成共識，合作開展一個大規(guī)模的“基因突變計劃”，將以每年開發(fā)數(shù)百個品系的速度制作新的小鼠模型，以此來不斷填補這個缺口。

由于基因功能信息與人類疾病的診斷治療、藥物研發(fā)和藥靶的發(fā)現(xiàn)等密切相關(guān)，所以發(fā)達國家紛紛加大了對人類基因組功能基因研究的投入，致使圍繞人類基因組功能基因有限知識產(chǎn)權(quán)的爭奪日趨激烈。生物技術(shù)革命像計算機技術(shù)革命的到來一樣，給全球經(jīng)濟帶來無限商機。美國工業(yè)分析家蒂姆·皮克曼認為人類基因組計劃將在今后幾年內(nèi)為醫(yī)藥制造商提供5000個新的醫(yī)療目標(biāo)。而在過去的20世紀(jì)醫(yī)學(xué)研究成果只產(chǎn)生了400類藥物。醫(yī)藥制造商們認為人類基因組計劃的完成提供了一個極大的商機。英國醫(yī)藥制造公司史密斯克萊恩公司的前首席執(zhí)行官簡·萊斯利認為遺傳革命的機會之窗只開5年至7年，不能錯過。一些英美醫(yī)藥公司和生物技術(shù)巨頭如輝瑞、默克、史密斯克萊恩、格拉克索等早已看準(zhǔn)這個巨大市場，正投入巨資、開發(fā)研究、收購技術(shù)訣竅、搶先注冊專利。有的公司已申請幾百項基因研究專利，并已有少數(shù)基因療法新藥投入臨床試驗。

3.2 自然資源和模式生物的開發(fā)利用受到重視

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會進步，延長壽命和提高生活質(zhì)量已成為人類共同關(guān)心的問題。而疾病對人類的健康和生存已構(gòu)成重大威脅，已成為目前全球性最重要的社會問題之一。盡管生物醫(yī)學(xué)已有了長足的進步和發(fā)展，但對于人類5000余種遺傳性疾病的大多數(shù)疾?。ㄈ缣悄虿?、紅斑狼瘡、血友病等），以及一些重大的感染性疾?。ǜ窝?、結(jié)核病、SARS等）、自身免疫性疾?。ò滩?、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、干燥癥等）等的發(fā)病機制還知之甚少。建立人類重大疾病的動物模型，對分析疾病的發(fā)病機制，解答特定人群對某種疾病的易感性，以及新型藥物的創(chuàng)制有重要推動作用。

盡管小鼠在現(xiàn)代生命科學(xué)研究和生物醫(yī)藥研究中扮演了一個極其重要的角色，但還存在著局限性。一是小鼠基因雖然與人類有近90％或以上的同源性。但還有10％左右的基因功能在小鼠上不能分析。二是人的堿基對約有31億，而小鼠只有23億。因此有近30％的堿基對組成的DNA序列在人體中的功能不能在小鼠上分析。三是實驗小鼠在長期的培育過程中大量基因已丟失，需要從野生小鼠或其他動物中去開發(fā)這些未知的或新的基因。

由于動物保護運動的興起，非人靈長類及犬、貓等動物的使用受到限制，逐漸被模式生物、魚類等水生動物以及豬、羊等經(jīng)濟動物所代替。開發(fā)模式生物，如線蟲、非洲爪蟾、果蠅、斑馬魚、酵母等研究人類疾病的發(fā)病機制或進行藥物篩選將成為一個重要的發(fā)展方向。

野生動物的實驗動物化也是實驗動物種類不斷增加的來源，如小型豬、樹鼩、東方田鼠、布氏田鼠、高原鼠兔等。全球目前共有4140種獸類動物，我國大約有430種，人類從近100種動物中已經(jīng)開發(fā)了1萬多個實驗動物資源。因此，如何合理開發(fā)和有效利用這些資源是擺在我們目前的一個課題。21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，誰擁有動物資源，誰就誰就占領(lǐng)生命科學(xué)研究的高地。

3.3 實驗動物資源的保存技術(shù)將不斷完善

冷凍保存技術(shù)已被證明是目前保存實驗動物資源最有效、最安全、最經(jīng)濟的手段。生物機體在低溫下能夠長期保存主要是因為低溫能抑制生物體的生化活動。生物體內(nèi)的一切新陳代謝過程中的化學(xué)變化，雖然大多數(shù)是由酶的催化而表現(xiàn)出各種特殊形式，但仍然都服從于某些共同的物理和化學(xué)規(guī)律。許多酶反應(yīng)速度、心搏速度、呼吸速度、神經(jīng)沖動傳播速度、變質(zhì)反應(yīng)速度等試驗都證明了溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響。動物胚胎和配合子的低溫保存原理就是因為低溫而降低了胚胎或配合子內(nèi)的變質(zhì)反應(yīng)速度。并且溫度越低，保存時間就越長。

通過半個多世紀(jì)的努力，實驗動物的低溫保存技術(shù)已得到了快速發(fā)展，但對一些特殊的動物品種、品系的低溫保存仍不理想，有的尚未建立相應(yīng)的技術(shù)。在業(yè)已開發(fā)的1萬多個基因工程小鼠中，以C57BL/6（B6）為背景的轉(zhuǎn)基因和基因剔除小鼠約占80％以上。但對于其精子的冷凍保存一直到2006年后才取得突破性的進展。日本科學(xué)家N.Nakagata通過對其發(fā)明的小鼠精子冷凍保護劑R18S3進行改良，新研制的抗冷凍液FERTIUP（CPA）使B6小鼠的凍融精子的體外受精（IVF）率從10％不到提高到了30％以上。但仍遠遠低于其他品系小鼠。因此，圍繞著B6小鼠的精子冷凍研究仍將是今后幾年的一個重點。另外，大鼠精子的冷凍、非人靈長類、豬等的精子冷凍保存研究國內(nèi)外都有報道，但尚未有突破性的進展。生殖器官的保存也是將來研究的一個趨勢，在實現(xiàn)小鼠卵巢冷凍和移植的基礎(chǔ)上，如何實現(xiàn)其他實驗動物資源的卵巢、睪丸、附睪等冷凍也是擺在全世界科學(xué)家目前的一個重要課題。

4 實驗動物資源開發(fā)、保存和共享利用中存在的問題與對策建議

4.1 存在的問題

（1）實驗動物品種、品系資源不足、利用率低

我國現(xiàn)有實驗動物品種資源約1000多個品系，僅占世界資源的1/10不到，常用的實驗動物主要有10多個品種近50個品系，這些動物的總使用量約占全部實驗動物用量的85％以上。自主知識產(chǎn)權(quán)動物品系（包括自發(fā)突變動物模型和基因突變動物模型）的規(guī)模性研發(fā)工作尚處于起步階段，也缺乏對動物新品種或新品系及疾病模型的評價體系，遠遠不能滿足科技發(fā)展的需要，尤其是在近年突發(fā)公共衛(wèi)生事件和人類重大疾病的研究方面表現(xiàn)更為突出。引進的實驗動物資源，由于知識產(chǎn)權(quán)保護、使用限制、研究項目上的排他性，以及保存技術(shù)的不完備等問題，因此，每年大量地重復(fù)引進所需的實驗動物品種或品系。另外，由于缺乏相關(guān)的政策法規(guī)、共享機制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面的諸多問題，使以國家投入為主研發(fā)、保存的有限實驗動物資源難以實現(xiàn)最大程度的全社會共享。

（2）實驗動物新資源開發(fā)缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃、無持續(xù)性投入

我國幅員遼闊，陸棲脊椎動物約有2137種，約占世界種屬的10.1％。雖然我國野生動物資源極為豐富，但是應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)研究中的動物種類僅為其中極少一部分，如黑線倉鼠、長爪沙鼠、鼠兔、樹鼩等。根據(jù)我國現(xiàn)有資源動物的可利用性分析，能馴化、培育成實驗動物的資源動物包括靈長類（如恒河猴的各亞種）；兔類有蒙古野兔、高原野兔、達烏爾鼠兔、高原鼠兔、中國本兔、哈白兔等；鼠類有褐色大家鼠、小家鼠、大尾黃鼠、大倉鼠、黑線倉鼠；鼢鼠有中華、東北及草原鼢鼠；沙鼠有大沙鼠、長爪沙鼠等；此外還有姬鼠、麝鼠；食蟲目有樹鼩、犰狳、刺猬、穿山甲；鳥類有鵪鶉、鴿等。我國有些種屬具有很高的開發(fā)價值。例如，很早就被引入歐美的拉薩狗，為世界所矚目；黑線倉鼠和長爪沙鼠早已被國內(nèi)外科學(xué)家公認為實驗動物。在資源動物的開發(fā)利用上，我國起步不晚，但進展不大。其主要原因是缺乏對資源動物開發(fā)重要性的認識，因此在研究經(jīng)費上缺少一個持續(xù)性的支持或因為人員的變更、資源動物的相對封閉性和獨占性等原因，致使一些具有實驗動物開發(fā)潛力的資源動物等得不到利用。其次，由于大部分的資源動物地處邊遠地區(qū)或山區(qū)的地域性分布特點，研究力量相對薄弱，沒有足夠的經(jīng)費支持，使得一些科技自然資源的開發(fā)始終處于萌芽狀態(tài)。第三是由于研究、開發(fā)和利用缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理，作為資源保存和共享還有很大的難度。

（3）資源保存缺乏戰(zhàn)略性的發(fā)展規(guī)劃和穩(wěn)定的資助

自1998年以來十多年，科技部通過項目支持已設(shè)立了嚙齒類、兔類、禽類、犬類、非人靈長類、遺傳工程小鼠等7個國家級的實驗動物資源中心和一個實驗動物數(shù)據(jù)與信息庫。為安全保存實驗動物資源、推動資源的共享利用的奠定了基礎(chǔ)。但由于缺乏資源的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和無穩(wěn)定的運行經(jīng)費支持，以及對資源中心沒有一個很好的評估淘汰機制，因此，在實驗動物資源的收集、保存等方面發(fā)展極不平衡。同時，因管理體系或部門利益，甚至出于個人利益，以各種原因和理由為資源入庫或共享設(shè)置各種障礙。一些自主開發(fā)的或引進的實驗動物資源，由于得不到有效的保護而丟失，如我國科研人員采用KM小鼠培育的數(shù)個近交系、突變品系等已基本絕種，一批在“九·五”期間獲得的動物模型已所剩無幾。由于研究工作的階段性和科研管理工作的局限性，也使得在研究工作中建立的實驗動物模型得不到有效的保存，許多有廣泛應(yīng)用價值的資源隨著課題研究的結(jié)束而丟失，這種惡性循環(huán)的“怪圈”因體制和管理等方面的問題長期以來難以打破。作為戰(zhàn)略資源，實驗動物的安全保存應(yīng)是一項社會公益性的基礎(chǔ)工作，應(yīng)該把實驗動物資源保存與共享所需經(jīng)費納入國家財政經(jīng)常性支出，代之以臨時性項目方式維持國家實驗動物資源中心的正常運轉(zhuǎn)，這與世界各國對包括實驗動物資源在內(nèi)的自然科技資源給予國家經(jīng)常性財政支出的做法差距較大。

（4）實驗動物資源共享體系尚未建立

我國還沒有專門的動物種質(zhì)資源共享的立法，只有在其它法規(guī)的條款中有零星的體現(xiàn)。關(guān)于動物種質(zhì)資源共享的相關(guān)法律法規(guī)大多數(shù)是以動物種質(zhì)資源的保護、特別是珍貴動物資源的保護為著眼點的，我國的動物種質(zhì)資源更確切地說是瀕?；蛘湎游锉Ｗo法。此外，我國大多數(shù)遺傳資源管理規(guī)定是在其它法律、法規(guī)框架下附帶提出的，內(nèi)容很不完善，也不具體，尤其是在遺傳資源的取得、惠益分享和專利制度方面基本是空白，更無從談起在此基礎(chǔ)上的資源共享。而國外發(fā)達國家的資源共享方式較多，其中大部分以公益型共享為主，但針對一些珍稀的、獨特的、有巨大研究價值的資源，不免費向國外擴散。我國也逐漸認識到并開始了立法，保護本國一些獨特的遺傳資源的所有權(quán)和共享利益的公平分配。另外，目前我國的相關(guān)法律尚未給予動物新品種、新品系以專利保護。而在美國，新品種取得專利權(quán)是非常重要的。因為專利權(quán)中有適當(dāng)?shù)臋?quán)利要求，專利品種的持有人可阻止他人以育種的目的取得種質(zhì)而去獲取商業(yè)利益。

在建立實驗動物資源共享體系的同時，自然科技資源信息共享的法律法規(guī)也迫切需要建設(shè)。國際組織和發(fā)達國家在自然科技資源信息的整合與共享方面起步較早，都已經(jīng)形成了很多共享的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)和服務(wù)平臺。經(jīng)過十年左右的建設(shè)，我國在自然科技資源數(shù)字化和信息開發(fā)利用方面有了一定的基礎(chǔ)，如國家自然科技資源信息共享平臺（簡稱e-平臺）是科技部在2003年立項開始建設(shè)，提供植物種質(zhì)資源、動物種質(zhì)資源、生物標(biāo)本資源、微生物資源、人類遺傳資源、巖礦化石資源、實驗材料資源、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)資源八大類自然科技資源信息共享服務(wù)，以信息共享最終推動實物的共享。就實驗動物資源而言，中國實驗動物信息網(wǎng)可為終端用戶提供元數(shù)據(jù)庫查詢、數(shù)據(jù)查詢等信息服務(wù)項目。但在資源信息量和資源自身的描述性數(shù)據(jù)（包括：護照數(shù)據(jù)、生理數(shù)據(jù)、生化數(shù)據(jù)、遺傳數(shù)據(jù)、免疫學(xué)數(shù)據(jù)、解剖數(shù)據(jù)、特性數(shù)據(jù)以及應(yīng)用數(shù)據(jù)）方面還有較大的欠缺。因資源信息匱乏而使得科技人員在選擇資源時不得不給予考慮，使得有限資源實現(xiàn)共享受到障礙。目前，在實驗動物資源信息共享上，目前國內(nèi)外都沒有專門的法律、法規(guī)、公約、條例等。隨著信息化的日益滲透，實驗動物資源信息逐漸在互聯(lián)網(wǎng)上整合、發(fā)布和共享，由此也會帶來諸多的問題，比如信息安全、信息的開放程度和使用權(quán)限、知識產(chǎn)權(quán)和版權(quán)問題等。實物共享已有很多法律法規(guī)、條約、公約等規(guī)范來約束、指導(dǎo)資源的共享行為，信息共享的成文法規(guī)幾乎是個空白。在這方面，我國如何建立引導(dǎo)性政策、約束性的條例，是一個具有重要意義且值得探討的課題。

4.2 對策建議

（1）組織專家對我國具有實驗動物化開發(fā)潛力的資源動物進行調(diào)研，對目前正在實驗動物化的資源動物進行評估，在此基礎(chǔ)上制定一個中長期的研究規(guī)劃，明確目標(biāo)和任務(wù)，重點支持與扶持支持相結(jié)合，對一些我國特有的、有較高應(yīng)用價值的潛在模型資源給予持續(xù)性的研究經(jīng)費支持。

（2）針對國際實驗動物新資源，尤其是大規(guī)?；蚋淖儎游锏难芯繜狳c，集中有限的財力給予重點支持。同時，積極支持生物醫(yī)藥企業(yè)在醫(yī)藥研究動物模型上的開發(fā)和利用。鼓勵創(chuàng)新性動物資源的開發(fā)和知識產(chǎn)權(quán)保護。同時制定相關(guān)的法律或政策，明確國家、單位、個人的權(quán)、責(zé)、利，形成實驗動物資源共享的前提條件和互利機制。

（3）實驗動物種質(zhì)資源建設(shè)應(yīng)以全社會共享為目標(biāo)，要達到這樣一個目的，就必須在資源共享原則（包括資源共享行為主體的責(zé)權(quán)利界定原則、資源共享分級分類原則、資源共享方式分類原則、資源共享保障原則）、資源共享機制（包括共享行為主體責(zé)權(quán)利界定規(guī)則、分級分類共享細則、資源共享保障規(guī)則）、資源共享方式（包括有償共享的定價規(guī)則和方法、資源信息數(shù)據(jù)和實物的共享方式）等方面加強研究，建立完善、有效可行、有利于資源共享和兼顧資源建設(shè)的政策保障體系。

（4）資源動物的政策和立法應(yīng)該由“重保護”向“重利用”轉(zhuǎn)變。我國擁有豐富的動物遺傳資源，這是我國生物多樣性的體現(xiàn)和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，完全禁止獲取不是維護國家利益的最佳途徑。把本國在資源動物上的潛在優(yōu)勢，通過對資源的合理開放和有效利用，可以轉(zhuǎn)化為實用的、現(xiàn)實的利益，激勵自然科技資源轉(zhuǎn)向社會共享、產(chǎn)生經(jīng)濟效益、促進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對一些目前我國的技術(shù)水平還不能完全進行自主開發(fā)利用的資源動物，在明確資源的獲取、權(quán)益歸屬和惠益分享原則的基礎(chǔ)上，可以引進發(fā)達國家的先進技術(shù)和資金，合作開發(fā)利用，以實現(xiàn)資源的價值和社會共享的最大化。

（5）在國家實驗動物資源平臺建設(shè)方面，針對目前“重建設(shè)、輕運行、無管理”的現(xiàn)狀，建議設(shè)立專項運行經(jīng)費給與各國家實驗動物種子中心運行上的保障。同時制定相關(guān)的競爭、激勵、考核、評估及退出機制。明確資源平臺的發(fā)展目標(biāo)和資源的共享利用度。促進我國實驗動物資源和數(shù)據(jù)的收集、安全保存和共享利用。

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