美国猪人工授精技术最新进展

Robert V. knox

(美国伊利诺伊大学厄巴纳分校，伊利诺伊 厄巴纳 61801)

猪场简介

美国大多数商品种母猪都是通过人工授精培育的。全美有580万头繁育母猪，平均每个猪场有1 300头；超过70%的母猪饲养在环境可控制的妊娠舍内，并且大规模的人工授精技术的应用减少了技术工人的使用。美国最大的前25名商品猪场母猪存栏规模从35 000到876 000不等，总数达到300万，几乎占到全美种猪群的一半。农场的规模与人工授精技术的应用也有关系，规模超过500头的猪场约90%会使用人工授精技术，存栏超过5 000的大牧场其活产仔数比平均数更高，并且实行总的限制体系、持续流动培育、全进全出的产仔和分离生产管理，他们抓住规模优势，从事先进的疾病防控技术、品种培育、基因优势发挥和提高劳动效率。

在母猪场，断奶对母猪的繁育很重要，较大的农场，每周都安排几天时间，按照程序短奶（移走母猪，或移走仔猪等），员工的劳动强度很大。对公猪的采精及精液运送也很关键。因此，北美的母猪场和公猪站对技术员工要求很高，他们对生产起决定作用，员工需求受规模的大小和培育而定，几乎有一半的牧场，每人每周都会对负责的50头甚至100头母猪进行培育、发情检查、运动控制和饲养等。

繁殖场饲养的多数为断奶母猪。发情检查对受胎率有很大影响，70%的牧场在断奶之后1～2 d开始发情检查，一些牧场在每天早晨检查发情，一些牧场每天检查2次。较大的牧场使用公猪试情，每次使用多个公猪，或用假公猪；对每头母猪试情的时间是1～3 min。要求在75～80 mL稀释后的每份标准精液里含有30亿个活动精子；90%的母猪能接受2次人工授精。有发情表现时人工授精1次，24 h之后再进行1次。美国繁殖场使用的多数精子由公猪站生产提供；这些隔离的、专用的精子及设备均能预防疾病传染、提高精子受胎率。多数公猪站有50～500头公猪，每头公猪1周采精1次，约800亿～1 000亿个精子，这些精液根据需要，用5 d（中期）到10 d（长期）期限的稀释液进行稀释，在采集1 d内运输，第2天到达母猪场。精子在恒温箱中保存，温度控制在16～18 ℃，到母猪场也贮存在这个温度条件下。在母猪场，不管使用哪类稀释液，多数精子几乎在采精后4 d内用完。精子的需求量由农场规模大小而定，一半的大牧场每周接货2～3次，所以几乎所有的牧场每天都在订购和使用精子这样一个循环当中。美国的人工授精系统是成功的，平均产仔率83%，平均窝产数11头。

公猪的生育能力评估流程

公猪的采精能力对人工授精至关重要。每个公猪每年配种500多头母猪；母猪怀孕率、窝产数取决于精子的质量，更取决于公猪每周的采精量能否达到期望的精子数，以满足人工授精的需要。公猪的生育能力不是一成不变的，它一直处于动态变化当中。例如，在采精高峰，精子质量检测时正常精子有增有减，使得有较大潜在繁殖能力的公猪也许与员工的期望不符；同样，确定为劣质的公猪，在加强运动后可改善精子质量；所以精子评估受质量控制、先天缺陷和公猪寿命的影响。公猪的能力以产仔率和窝产数确定，这2项结合才能说明每年每头猪产仔数指标的好坏。自然受胎实验是有问题的，因它靠大数量的精子和多次授精取得高繁殖率，这些设计补偿了精子质量低下的缺陷，也掩盖了对排卵时间的掌握。在标准的商品猪生产中，为防止使用劣质猪的精子造成经济损失，常使用多个公猪采集的精子库精子。在繁殖场，精液评估是常规性的。每天在公猪站的多次采精都要快速、准确地进行精子鉴定；在公猪站使用的多数实验是做为质量控制的射精分析实验，但不用来提供真正公猪能力的信息。评估精子活力使用显微镜，以便直观看到浓度、运动力、凝固性、细菌、形态学和存活力，这些措施能提供有关射精潜能的一些信息，以评估是否可用。精子浓度一般由显微镜、光度计和计算机辅助分析法（CASA）鉴定，浓度是限定项目，且是对繁殖能力有关的低浓度、低精子数的精液质量的指标。

精子活力由显微镜和CASA决定，显微镜是主观分析，简单但准确性不够；CASA分析改善了许多主观因素，虽昂贵，但更迅速。

运动分析用来确定精子的活动好坏。射精量中必须达到＞70%的活动精子；评估公猪稀释液的样本一般在采精之后几天或在存在问题母猪的情况下进行质量控制；精子的活力与运动性关系密切，但并不是非运动精子都是死精；当活力低时，其活力靠显微镜的染料排除法决定，它是一个有价值的实验。精子形态学由固体标本在显微镜下检查，以区分它们的异常和异常发生率；精子评估包括顶体、中段和尾部的评价。一些实验能够确定与降低受胎有关的畸形精子。

精子稀释液的使用现状

贮存过程中，精子稀释液对维持受胎率起关键作用。其作用包括扩大容量、中和副性腺、稳定精子质膜、帮助精子获能、平衡渗透性和防止运输中的温度休克。稀释液可提供营养，防止细菌滋生，可改变精子正常生理过程、减少代谢活力、延长在低温状态下的寿命。正常情况下，精子在37 ℃存活仅数小时，而稀释状态下，在更低温度可生存数周。降低温度使公猪精子易造成质膜破坏、活力不稳和冷休克。因为精子在15～19 ℃时，仍能正常新陈代谢，稀释液的成分能防止精子质膜破坏和冷休克。缓冲液能防止精液pH改变，射出的精液pH值是6.8～7.2，因为精子能够分解单糖，在没有缓冲液的情况下，pH值很快降低而造成乳酸产生。缓冲液有许多种，如碳酸氢钠缓冲液、磷酸盐缓冲液和N-2-羟基乙酯呱嗪乙烷硫酸缓冲液。缓冲液能使精液pH值保持在6.5～8.0和7.0～9.0之间，当然也取决于温度。稀释液通常包含单一的能量物质，如单糖、葡萄糖和果糖。以盐形式存在的电解质可维持精子的适当渗透压；质膜的稳定性通过结合钙质，如EDTA、TRIS和柠檬酸钠等螯合剂来完成。一些诸如蛋黄、蛋白、奶蛋白和PVD的大分子能进一步稳定质膜。稀释液中通常还有抗氧化剂等其它成分。在稀释液中添加抗生素如庆大霉素、新霉素和壮观霉素也以防细菌污染。一些稀释液配方公开，新的商业稀释液的配方和配方比例享有专利。BTS是原始、标准的稀释液，它简单、价廉，归类为短期（2～3 d）稀释液。稀释液的选用主要根据1周内精液用量、运输、成本以及配种的时间而定。短期的可在采精后保存3 d的精子中使用；5 d以内用中期类稀释液，7 d以上可用长期类稀释液。低温贮存能降低精子新陈代谢、抑制细菌生长，温度在37 ℃时，精子在12 h后便会失去DNA、活性甚至死亡，而在5 ℃时，可发生不可逆转的质膜破坏。

授精时间和受胎影响因素

人工授精时间关系到产仔数的多少、经济回报和母猪的空怀数。排卵前24 h第1次人工授精，容易怀孕并且有高的产仔数；当排卵前超过24 h或排卵后超过8 h，怀孕率下降，第1次授精应尽量缩短从排卵到授精操作的间隔时间。应注意的2个特别因素，一是授精后在母猪产道内精子是否存活，二是排卵后卵子是否存活。稀释的精液的授精时间最好在24 h内，但也受精子质量、精子数、子宫的传送效率和授精方法的影响。母猪的卵子排出后3 h（卵子只有8 h受孕寿命）易受孕形成胚胎。为适应卵子的这个很短的受孕时间周期，第1次授精应在排卵前24 h，以便精子有更多的时间在子宫移动、获能并建立精子贮库。

因猪的发情时间与排卵有密切关系，在一个发情期内要有多次配种。比较多次授精来说，1次配种常造成低怀孕率，因此，目前的人工授精技术则采用每天对静立发情母猪2次配种。在一个发情期3次配种的资料显示，因频繁检查发情、掌握发情天数和存在以后的授精问题工作很难做到。也有些研究表明，考虑到人工费用和以后的配种危险，不适用这种方式。排卵超过8 h授精，容易空怀，21 d后阴道出现分泌物，说明再次发情，产仔数明显降低。因猪的发情和排卵间隔时间有个体差异，配种时间容易人为出错。后备母猪正常的发情期为1～2 d，且在发情开始后32～38 h排卵；成年母猪发情期2～3 d，在发情症状开始后38～48 h排卵。母猪的发情期长短与断奶到表现发情症状的间隔有关，一般是在仔猪断奶后3～6 d发情，发情期长短和发情到排卵的间隔时间均与断奶到发情间隔时间呈相反关系。通过对断奶到发情时间间隔和断奶到初配的间隔时间分析评估，受胎能力存在差异。

发情检查是评估母猪受胎能力和推算排卵时间的真正依据，所以改进发情检查程序是掌握人工授精与排卵时间的有力工具。为使发情检查更有效，必须做到连续、准确和敏感，增加每天的观察次数，提高准确度。如果每天早上到下午有8～10 h的操作间隔，应检查2次发情；相比较来说，每天1次公猪接触，就会存在23 h的误差，缺乏准确性。在不到8 h内接触1次，则增加怪异行为的可能，所以在每天2次授精的体制下，应做到8～12 h检查一次发情，在发情症状12～24 h后授精。更多的是在排卵前24 h内进行第1和第2次授精。

发情检查对配种时间至关重要，公猪出现时，要提供良好的光线、好的空气质量、限制风速、低噪音才能提高公猪对母猪的刺激效果；公猪从猪舍出来不能靠近母猪，避免直接或在棚栏内接触来检查发情。为避免古怪行为出现，应快速、有效检查发情，防止母猪对公猪失去性欲。值得一提的是，检查发情应每天对同一母猪在同一时间接触公猪、使用同样的方式或规定同样的时间。刺激方式包括背部按压、侧面和后部按摩。是否发情应根据背部按压和人工骑压的阳性和阴性刺激反应来决定，也包括母猪不再发出尖叫、耳根部抽动或竖耳症状。已知资料告诉我们，对于后备母猪、断奶母猪受胎能力评估要从与发情期、人工授精时间、从断奶到表现发情症状的间隔时间的记录找原因，以纠正人工授精的时间错误。人工授精技术有问题的农场应该从现代繁殖场每天2次检查发情的资料来分析，以修订人工授精的操作规程。这些资料可以对有类似发情期的母猪进行排卵时间的估算。数据显示，有65%的母猪排卵时间相同。

人工授精的操作规程和对受胎的影响

被实验和评估的新技术能改善受胎率、减少失败、降低人工成本、消除对传统技术的模仿。从实践的角度看，一旦发情被鉴定，配种计划便迅速制订，下一步就是在子宫输精的过程了。经验知道，这个过程都能成功操作，但优秀的员工能提高每年母猪窝产数的指标，否则，会降低窝产数，造成母猪流向他处。在发情期，输精器被锁定在子宫颈的第2到第3褶折处，将17 ℃的精子使用中度压力和自然重力流入。多数母猪接受背部按压以及侧面、乳头的按摩，促进荷尔蒙的释放，刺激子宫收缩，创造一个精子从输精器到母猪产道后贮存的空间。一旦精子排入子宫，靠子宫肌肉的快速持续收缩，运送到子宫前壁和子宫后壁的输卵管。子宫收缩是由荷尔蒙、脑下垂体后叶素、前列腺素和雌激素的作用和来自母猪产道感知系统刺激造成。精子在运行过程中，与子宫及输卵管液体接触而获能。输精后1 h，免疫反应提高，渗透大量的白细胞，将子宫中死精和残精清除；几个小时后，多余的精液、精子和白细胞从母猪产道回流排出。输入的数以亿计的其它精子（少于输入量1%的一半），在子宫和输卵管建立贮存，贮存的精子在排卵前24 h或者在排卵后8 h仍有受胎功能，贮存的精子被认为和输卵管的卵细胞结合，在那里等待排卵信号后，准备精卵结合。

公猪因诱发母猪释放脑下垂体后叶素刺激子宫收缩对其有性刺激。荷兰研究者发现，人工刺激和喷洒弗洛蒙而产生性诱导并不合适。人工刺激使子宫收缩、形成负压助推精子从输精管到子宫的理论是清楚的。自然交配时，公猪可诱导母猪出现静立反应；而人工授精时公猪是否在场，对性刺激没有阳性反应，因此认为公猪本身对正常发育的母猪诱发荷尔蒙分泌和刺激子宫收缩作用不大，但体况差的母猪除外。商业化猪场输精器的使用证明对母猪没有明显的刺激作用，因常用的输精器只是插到母猪子宫的第2和第3个褶折处。这个位置是子宫颈（宫颈管很小，仅容纳10 mL），而多数精液则进入到子宫体，只有旋转输精器才能比有泡沫顶端的输精器插的更深，所以这类输精器对母猪没有大的刺激作用。当然，某些输精器也有它的先天优势，这与母猪的子宫颈多变、年龄、胎次、稀释液的数量和产仔之间的间隔有关。大小适宜的输精器对精子进入子宫防止漏出有很大的帮助。流行的自动输精器对母猪的背部和侧面产生压力，能使多余的大量精液流入子宫，用此方法一个员工可以同时对多个母猪进行人工授精操作；当然输精器的卫生状况也很重要，操作时不注意消毒，使微生物进入子宫易造成阴道感染，分泌物增多。这些外来的病原体可产生免疫反应而影响受胎率。阴部潮湿、污染有粪渣均可引发母猪生殖道发生疾病而影响繁殖力。

成功授精后，有可能出现精液未能进入子宫而漏出或因子宫的影响而返流。荷兰科学家证实，输入量太少或漏出太多均影响受胎能力。精子漏出与操作技术、输精器放置以及输精速度有关。美国北卡罗来纳州立大学的研究认为，输精技术不当可降低精子的活力，对产仔率有很大的影响，但对窝产数影响不大；为预防漏出，操作人员应选择容易插入和安全锁定的输精器（塑料、泡沫或其它类）。输精器一旦感觉到阻力，说明送到位置，此时轻微调整或逆时针和顺时针旋转，或迅速移动则能完成插入。输精器能否到达位置，需有经验的人员操作，这样输入的精液才能不受妨碍流入子宫颈。精液易漏出或易贮存在阴户处的母猪应缓慢挤压输精器。因为精液漏出或贮存在阴户内，母猪容易产生反射，出现骨盆收缩，将精液挤出阴道。每头母猪应在3～5 min之内全部推入输精器内的精液。

利用弯曲的输精器拨动子宫颈15 min使子宫体很快扩张，是防止精液倒流的一个不错的尝试。如果输精后，母猪立即躺下，则易造成精液回流。

子宫内少量精液的人工授精法

猪人工授精在全球持续增温的时候，利用更少的精子能取得满意受胎率的方法应运而生。减少精子使用的人工授精技术能使优异公猪的有限精子服务更多的母猪，因为每次人工授精时精子数低于20亿或者授精次数在2次以下，受胎率则明显降低。因此母猪场总希望每个母猪能有2次配种，精子要每次保持在25亿以上。但多数研究显示，超过25亿精子的每份精液，授精2次以上并没有增加受胎率。实际情况是，公猪站提供每份精液有30亿～40亿个精子，但其真正运动、形态正常精子只有25亿。超过20亿的精子在实际操作中因掌握不好排卵时间被漏出或失去活力。

据估计，优异公猪每次射精量中有800亿个精子，其中80%是运动正常的，按照每份精液含有30亿个精子计算，可为21头母猪提供授精，如果使用每份10亿精子的低数量精液则可为64头母猪提供授精。因此产仔率和窝产数才是真正衡量人工授精成败的指标；例如，产仔率和窝产数同时降低说明精子数量少；产仔率正常而窝产数减少则表明精液中有活力的精子数减少。这是评估每份精液质量的关键。人工授精时，由于输精器放置不当，使子宫中的精液倒流到阴道。因此子宫内人工授精（IUI）是一个利用不同设备、使用少量精液的技术。此技术在美国的猪场迅速发展。新技术输精器和普通的泡沫输精器相似，普通输精器插入到子宫颈只起固定作用，新设备有一个内道管，进入子宫颈再插入2～4 cm到达子宫体内。该技术对低精子的精液有其优势，也不考虑输精的速度问题。一些研究表明：IUI技术能使10亿个精子就能达到传统人工授精2次的效果。

当然，如此的低精子量能有这样的效果还不十分清楚。就像采用IUI技术使用10亿个精子不影响产仔率，而窝产数却下降,使用5亿个精子却使产仔率和窝产数都下降的结果一样。西班牙学者的实验证明，对断奶母猪每天进行2次发情检查，只使用1次IUI，在发情后25 h再人工授精1次即可。他们认为IUI技术精液渗漏不超过20 ml,但有回流现象。同时认为，105亿或2.5亿精子的每份精液对受胎率没有影响，受胎率可超过78%；对胚胎数也没影响，可超过11个。这充分证明：低精子数的精液输精1次也能成功。同样的理论也能使公猪的精液稀释到含有少量精子。更有趣的是IUI技术可在许多动物上使用，以减少渗透、缩小精液容量、降低操作时间、减少精子需求量、降低猪的生产成本，同样能够加快猪的基因工程进展。

当然新方法配制的精液量、配种次数、授精时间和真正的精子需要量要保持在何种程度才能提高受胎率仍是考虑的问题；社会接受程度、操作过程以及设备的性能也值得注意。新技术对基因工程价值和农场效益的潜能和局限性还需进一步评估。

叶德军（译），单位：甘肃省临夏州永靖县中小企业局