原创 张树山，张德福等 猪业科学 前天

摘 要

  猪人工授精技术体系由精液采集、保存和输精等多个技术环节构成，在提高优秀种公猪和种母猪利用效率中发挥着重要作用。过去的十年里，走向规模化、集约化的中国养猪业对猪繁殖技术和生物安全性提出了更高要求，有力促进了公猪自动化采精系统、深部位输精技术和精液保存等技术的飞速发展和广泛应用，随着量变的不断的积累，猪人工授精技术体系必将实现质的新突破，从而加快我国从养猪大国走向养猪强国的步伐。

关键词

猪；精液采集；精液保存；人工输精

  优秀种公猪是猪育种和生猪商品化生产中最重要影响因素之一。2009年起，全国性的猪遗传改良计划开始全面实施，标志着我国猪育种已开始与国际接轨。近十年来，在国家生猪良种补贴项目与国家生猪核心育种场建设等一系列措施的推动下，建设大量布局合理的以提供精液（液态保存或冷冻精液）为主的种公猪站，已明显改变了国内育种单位间遗传物质的交流及猪场的引种模式，众多养猪企业理性地根据自身育种和生产需求引进、订制种猪精液已成为当前的主流，在节省引种成本和提高猪场生物安全性等方面均有重大意义。

  作为一个系统工程，猪人工授精技术体系主要包括种公猪精液采集、稀释、保存（液态和冷冻保存）和人工输精等多个重要环节，每一个环节执行效果均对后续环节及最终人工输精效果产生重要影响。

 1   种公猪精液采集环节

  传统的手握法是过去和目前仍在使用的公猪精液采集方法。该方法有成本低、对设备要求低等优点，但采精员劳动强度大、效率较低，且精液与空气充分接触容易遭受源自环境和公猪体表的污染，但此方法目前仍在部分中小规模的猪场和农户中广泛使用。

  公猪自动采精系统。是采精人员在地坑式通道，一侧或两侧的隔栏内安装多套自动采精设备，通过与猪舍连接的可变栅栏通道将公猪驱赶至公猪自动采精架前。假台猪下方的滑轨上分别装配有一个用于固定精液收集杯的支架和一个固定假阴道的夹具。采集人员带手套握持固定假阴道，刺激公猪至其阴茎勃起、射精，待弃去第一段射出精液后，将精液收集杯固定在配备的夹具上，并与假阴道连接。假阴道能保持适宜温度和刺激压力，使公猪阴茎持续正常射精。射精结束后，采精人员撕去精液收集袋上端部分（即过滤袋），打结扎紧精液收集袋后移至保温装置中，运抵精液处理室。

  目前，公猪自动采精系统已开始在一些大、中型猪场和种公猪站广泛应用，此方法不仅能大幅度减少精液中细菌数量，还能改善采精员的工作环境并提高其工作效率，且能降低人为因素影响。

 2   种公猪精液保存环节

  目前猪精液保存方法主要有液态保存和冷冻保存。其中液态保存精液分为常温（15～17℃）和低温保存（4～5℃）两种，即精液采集后与稀释液以一定比例作等温稀释，然后缓慢降温至特定温度区间并保持恒温，液态精液使用受时间和空间限制。与液态精液保存相比，猪精液冷冻保存操作相对较复杂、费时，需要等温稀释、15～17℃条件下降温平衡、离心浓缩和添加含有甘油、OEP等冷冻保护成分的稀释液，经装管（主要有0.5、3.0和5mL等剂型）、封口、打印标记和冷冻降温等操作，最后移至液氮中长期保存，理论上可突破时间和空间限制。

2.1 猪精液液态保存研究和应用概况

  猪人工授精技术在1932年首次试验成功，从20世纪50年代开始在世界各地广泛应用，因此便产生了猪液态精液保存的需求。研究者们经过大量试验发现，精液保存温度高于18℃时，精子运动性能较强会造成其能量过度消耗，从而明显降低精子的活率（活精子百分率）；温度低于15℃时，精子容易遭受“低温打击”导致不可逆损伤；而将精液等温稀释后室温静置（22～26℃）1h后置于17℃条件下，保存效果远优于其他温度。

  随后猪常温精液开始普遍应用，种公猪站一般将稀释过的精液置于恒温箱（15～17℃，或在泡沫盒加包裹严实的冰袋）在1～2d内快递至客户，包装要密封性好、尤其要考虑降低碰撞和剧烈震荡对精液的影响，其有效利用期一般不超过5d。除适宜的保存温度外，研发安全、有效并成本适宜的稀释液，是提高猪常温精液保存效果的主要途径。

过去的几十年里，稀释液研发主要基于以下几方面：

1）缓冲成分，使精液在保存过程中pH酸碱度和渗透压不发生大幅度变化；

2）适宜的糖类可能为精子提供能量、维持精子细胞内外溶液渗透压平衡；

3）低毒的抗氧化物质，抑制活性氧（ROS）对精子质膜和顶体中的脂质氧化损伤；

4）新型抗生素或抗菌肽等，最大程度抑制精液中细菌的繁殖。卡苏（iMV）、迷尼图（Minitube）和国内一些公司已开发出众多的中效、长效和超长效稀释粉产品，用户可以根据使用时间确定采用哪种稀释粉。

  猪精液低温保存，一般指添加含有抗低温打击成分的稀释液、降温平衡至4～5℃条件下保存。与常温保存相比，低温条件下精子能保持更低的基础代谢水平和运动性能，能大幅度地延长猪液态精液使用的有效期，恒温和运输成本与常温精液相当；与冷冻保存精液相比，低温保存过程中降温平衡相对操作简单、耗时短，不用添加甘油和OEP等有毒性的冷冻保护剂，且不经历冷冻-解冻过程中对精子机械性和溶液性损伤，故其精子运动性能和精子顶体完整性等指标远高于冷冻精子，而与常温保存相比且其有效使用期限大大延长。

  普遍认为，低温保存精液能最大程度地挖掘液态保存潜力，在提高优良种公猪利用率及猪联合育种方面具有很广的应用前景。但与猪精液常温和冷冻保存相比，低温保存研究和应用报道较少。

  猪精液低温保存使用的稀释液是在常温保存稀释液基础上增加抗低温打击成分。近几年研究发现，稀释液中添加脱脂奶粉对精子的低温保护效果远优于鸡蛋卵黄和全乳，可以将液态精液的有效使用期增长至2周。由于脱脂奶粉现有生产工艺具有较好的杀菌效果，故利用市售脱脂奶粉取代鸡蛋卵黄或全乳是一个较好选择。

2.2 猪精液冷冻保存技术研究和应用概况

  猪精液冷冻保存技术一般指利用液氮（-196℃）作为冷源，经离心浓缩、添加保护成分并经过适当的降温平衡和冷冻，使精子细胞的代谢几乎完全停止，从而达到长期保存的目的。

普遍认为，猪冷冻精液意义在于：

1）使优秀种公猪的遗传资源突破时空限制；

2）通过引进冷冻液取代活体引种，能大幅度降低运输、饲养管理和免疫等成本；

3）对供种和引种猪场的生物安全性远高于液态保存精液，其价值在过去非洲猪瘟肆虐的一年多已得到体现。

  家畜精液冷冻最早在牛上获得成功，并实现冷冻精液在养牛业普遍应用。猪精液冷冻技术研究早期，主要参照牛上的方法。然而与牛相比，猪精液量较大、精子对“冷休克”敏感，需要在冷冻前离心除去大部分精浆，且对降温平衡条件要求较高，导致猪精液冷冻难度远大于牛。此外，作为多胎性家畜，猪冷冻精液能否应用取决于受胎率和窝产仔数2个指标（而牛冷冻精液仅涉及受胎率）能否被用户接受，上述两方面因素制约了猪精液冷冻保存技术研究和应用。

  一直到20世纪70年代，Polge等首次利用手术法将冷冻精液直接注入输卵管成功产下仔猪。由于冷冻细管较适于自动化、标准化生产，且不容易遭受污染、容易标记，故冷冻细管很快就取代颗粒、安瓿瓶等剂型成为家畜冷冻精液的标准剂型。1975年，猪的颗粒和细管冷冻精液开始在猪育种中得到应用，但到21世纪初使用冷冻精液的母猪数量还不到授精总量的1%。

  迄今为止，国际上已经召开了八次关于猪精液冷冻保存的大型国际会议，全世界研究者们在保存方法、精液冷冻处理程序等方面作了大量的交流工作，对猪精液冷冻保存技术的发展和应用起到了积极的推动作用。我国猪精液冷冻保存技术研究略晚于国外。从20世纪60～80年代，我国在多个省市曾经大规模展开猪冷冻精液输精试验，如广西畜禽品种改良站试验的情期受胎率和平均窝产仔数分别为75.97%和9.42头。猪冷冻精液品质较差、解冻操作相对复杂，使用常规输精方法效果远低于液态保存精液，故过去几十年猪精液冷冻保存技术一直止步于试验阶段。

  近十年来，随着可精准控制降温的专用精子冷冻仪的应用，及在配套的母猪发情鉴定和深部位输精等技术的推动下，研究者们终于探索出一套针对猪精液和精子特性的浓缩、降温平衡和解冻工艺，表明猪冷冻精液已具备商业化生产条件。自2009年起，在国家生猪良种补贴项目与国家生猪核心育种场建设等的推动下，开始建设大量以提供精液（液态保存或冷冻精液）为主的种公猪站，从而改变了国内猪场的引种模式，众多养猪企业理性地根据自身育种和生产需求引进、订制种猪精液已成为当前的主流。

  在目前非洲猪瘟形势仍不乐观的大背景下，猪冷冻精液开始受到猪育种和生产企业重视和青睐，极大地推动了其商业化生产和应用进程，部分育种企业下属种公猪站的冷冻精液已处于供不应求状态。

  家畜精液冷冻保存技术的另一个用途是遗传资源保护（即“精子库”），主要用于我国地方猪遗传资源的保护。2019年6月起，为有效应对非洲猪瘟疫情对地方猪遗传资源的威胁，我国全面启动了国家级地方猪遗传材料采集保存工作，全面采集地方猪精液并以冷冻精液的形式收入国家级家畜基因库长期保存。

2.3 猪精液保存过程中的细菌控制

  保存精液中的细菌数量由原精液、稀释液、保存时间和温度等因素决定。已证实，猪精液中含有50多种细菌微生物，如大肠杆菌、变形杆菌、沙雷菌、肠杆菌、克雷伯菌、葡萄球菌、链球菌和假单胞菌等。而精液稀释液普遍含有丰富的营养物质、适宜的pH和渗透压，是适合大多数细菌繁殖的培养液，在没有抗生素或抗生素失活情况下，细菌数量会以几何级快速增加。近几年来，随着公猪精液自动采集系统、纯水制备仪、即用型商品化稀释粉等新技术手段的逐步广泛应用，环境因素导致的细菌数量已大幅度降低。

  微生物或病原体污染的液态（4～20℃）和冷冻保存精液（-196℃）能引起母畜生殖系统疾病，甚至导致整个畜群健康状况下降。目前，抑制家畜精液中细菌微生物主要通过在稀释液中添加青、链霉素等常规和一些新型广谱抗生素。早在20世纪80年代就有人提出，考虑到青霉素和链霉素的耐药性，应该禁止在家畜精液保存使用的稀释液中添加。世界动物卫生组织（OIE）早在2013年就对牛、猪和一些小反刍动物精液保存过程中使用抗生素种类和添加量提出了规范。最近几年，人们开始将一些新型广谱抗生素低浓度结合使用（即“鸡尾酒”法）用于降低精液保存过程中的抗生素耐药性。

  近几年来，一些具有较好抗菌功能且无耐药性担忧的植物性多糖和抗菌肽开始受到重视。尤以一类广泛分布于昆虫、动植物中的抗菌肽，具有微量抗菌谱广（包括革兰阳性菌、革兰阴性菌、真菌和寄生虫）、抗带包膜病毒的作用，且大多数对正常真核细胞无毒性或低毒性，且几乎无耐药性，被认为是现有抗生素的最佳替代品。基于猪精液中也存在丰富的具有抑菌功能的抗菌肽，一些研究者通过对其进行生物合成并用于精液保存试验，取得了较好抑菌效果。

 3   人工输精环节

  在自然交配模式下，1头种公猪最多能负担30～50头母猪的配种任务，种公猪利用效率极低且易传播疾病。而人工授精技术可以以最小的有效输精量，将高倍稀释和液态保存精液或小体积的冷冻精液送到母猪子宫颈或子宫内，从而提高种公猪利用效率、突破时空限制并提高养猪业生物安全性。

3.1 配种母猪的繁殖管理

  配种母猪的繁殖管理水平是影响其人工输精效果的一个重要因素。一个猪场应该建立完善的繁殖记录制度。有条件的猪场可以应用新型的电子耳标和电子数据库，使技术员能更加方便、详细地掌握母猪群的整体和个体的健康和繁殖情况以及存在的问题。

  母猪的发情鉴定一般由经验丰富的技术员根据母猪的一些生理表现（如急躁不安、爬跨其他母猪、食欲不好和咬圈栏等，外阴部变红、发肿和黏液流出等）、手术结扎公猪试情和压背试情等方法判定。有研究者尝试利用B超观察母猪卵泡发育和排卵动态，然而经产母猪卵泡直径远大于初产母猪（发情时分别为5.23±1.36mm和3.42±1.87mm）。B超方法不好制定评价标准、设备还需改进且操作相对复杂，故B超用于母猪发情鉴定在将来一段时间难以广泛应用。

  对于乏情母猪，首先要结合记录查明不发情的母猪是否患有疾病，如营养缺乏和代谢紊乱等；其次从母猪的饲养方式着手，给母猪增加蛋白质和维生素等营养物质摄入量，保证其正常排卵和受精的营养基础；也可以通过结扎公猪爬跨、精液（或性腺分泌物）涂抹刺激及注射或口服激素、使用商品化母猪诱情剂等方法。

3.2 猪人工输精方法

  猪人工输精方法分为传统的子宫颈输精法和深部位输精法两类。传统的子宫颈输精法贯穿整个猪人工授精发展史，随着发情鉴定方法日趋完善和商业化输精器的问世，液态保存精液利用该方法可取得与自然交配相当或更高的受胎率和窝产仔数。然而，其缺点是子宫颈与受精部位距离相对较远，有效输精量较大（80mL）造成精液浪费，受季节和精液品质影响较大。

  近几年开始广泛应用的母猪深部输精法也叫子宫内授精法，采用专门设计的更长更细套管式输精器（比普通输精管长15～20cm），能通过子宫颈皱褶将精液送至子宫内，与常规输精方法相比，离受精位置更近一些，从而增加到达受精部位的有效精子数（20～40ml，2×108～10×108），明显提高母猪受胎率和窝产仔数。

  很多年前，一些研究者利用腹腔镜微创手术法极小剂量精子直接送至子宫角或输卵管，受胎率几乎接近或达到100%，并能直接看到母猪卵泡发育情况。但腹腔镜手术法需要昂贵、复杂的仪器，且母猪腹部脂肪层较厚，导致操作难度远远高于羊。目前，一方面，商品化深部位输精器成本的降低和设计日趋合理，提高了使用效果并降低了操作难度；另一方面，育种价值较高、低品质的液态保存精液与冷冻精液，及夏季高温期间人工输精需要采取深部位输精方法保持可接受的受胎率和窝产仔数。此外，高价值的精液（如性控精液或携外源基因精子）也可以采取腹腔镜微创手术法。

  然而，也有研究者认为，虽然深部输精方法取得较高的窝产仔数，但可能导致母猪子宫内胎儿间营养物质竞争更加激烈；且深部输精方法降低了母猪生殖道对精子的自然筛选强度，使一些品质较差精子有机会与卵子结合。上述两个因素可能是深部输精方法容易造成弱仔数增多的原因。尽管如此，深部输精方法仍不失为一种提高优秀种公猪和母猪利用效率的有效途径。

3.3 猪人工输精技术应用趋势

  在过去近三十年里，国外研究者将外源生殖激素用于母猪的性周期同步化处理，旨在实现母猪群体达到配种同步化的定时输精，并能促进母猪发情和排卵、提高产仔数和年产胎次。研究和实践发现，激素处理后对母猪实施定时输精，可以使管理者更精确地估计对精液的需求量、提高技术人员劳动效率和福利。

  在人工输精技术在我国养猪业普及应用背景下，通过定时输精技术促进大中型养猪企业实现母猪繁殖批次化生产管理、充分挖掘母猪生产潜能来提高猪场经济效益，已成为提高我国养猪业生产水平的必然措施。目前国内一些母猪定时输精的试验研究结果表明，母猪的发情率、妊娠率以及窝产仔数总体上高于自然发情猪群。

 4    小 结  

  祸兮福所倚。从2018年开始非洲猪瘟给我国养猪业带来的巨大冲击的同时，促进了国内猪育种单位、养猪企业之间的猪遗传物质交流模式由传统的活体引种向精液（液态和冷冻保存）交流转变，尤其推动了猪冷冻精液实现了商业化生产和销售及猪人工授精技术体系新的升级，必将最终推动我国从养猪大国走向养猪强国。

本文选自《猪业科学》2019年第12期“主题策划”栏目：P62-65（版权归《猪业科学》所有，如转载，请注明出处）。阅读更多内容可见网站：http://www.csis.cn。