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牛人工授精处理及授精技术研究进展

2023-11-16 36 上传者：管理员

摘要：随着畜牧生产效率不断提高、遗传技术发展及畜牧业可持续发展等因素的共同影响下，人工授精技术在养牛业中占据重要的位置，具有提高繁殖效率、加速遗传改良、防止疾病传播和利于规模化养殖与繁殖管理等优势。该文就公牛人工授精处理及授精技术等方面进行综述，旨在研究牛繁殖技术的研究和应用提供理论依据和参考。

关键词：
人工授精
公牛
授精技术
研究进展
精液处理
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公牛精液处理和人工授精技术在提高母牛受孕率方面发挥关键作用。当前精液处理方式为精液解冻后避免冷热冲击，于35～37℃的恒温水中解冻至30～60 s，通常为解冻后6～8 min使用0.25 mL吸管进行人工授精。相关研究发现提高母牛妊娠率最佳授精时间为发情中期到发情结束后几小时内进行授精[1]。Diskin M G等[2]研究发现，母牛、肉牛和中等产奶母牛授精率通常在90%～100%，此外人工授精的不确定性且成功率低下是导致牛群生产效率低下和畸形犊牛扑杀的主要原因[3]，最终降低牧场经济效益。人工授精技术在确保母牛排卵时输卵管峡尾端区域有足够、有能力、可运动的精子方面起到关键作用。当前存在诸多因素影响牛的精液品质和人工授精的成功率，如精液处理、精液沉积部位、异精授精和人工授精时机等因素，通过关注这些因素并进行适当的管理，可以提高人工授精的成功率，提高整体生产效率。

1、牛的精液处理技术

1.1 精液采集

精液采集作为牛人工授精处理技术中关键环节，其目的是获取优质的精液以进行后续的处理和应用。公牛精液采集频率为每周1～2次，以保证精液质量和公牛的生殖健康，采精时间为早晨或者傍晚，避免高温环境对公牛应激和精子活力的负面影响。据相关研究可分为人工按摩法、电刺激法以及人工+电刺激结合法3种，相关研究发现使用电刺激法获得2～4岁公牛精液样本最多，显著增加精液pH值和精液体积，使用人工按摩法获得精子样本浓度最高，因此公牛采精中常推荐使用电刺激法最佳[4]。利用多头成年公牛测得每次采集精液量在5～10 mL，而精子浓度在5亿～15亿个/mL，优质公牛产生精子总数为50亿～100亿个[5]。在安静、清洁、舒适和无菌环境下进行精液采集有助于提高精液质量，间接提高人工授精成功率。

1.2 精液处理

1.2.1 精液稀释

精液处理作为牛人工授精处理技术中至关重要的环节，主要包括精液稀释、精液冷冻储存和质量检测3个方面。其中精液稀释可降低精子浓度，为其供能、保护、抗氧化、使用寿命及缓冲作用。常用于精液稀释的稀释液包括Tris稀释液、牛血清白蛋白溶液、蛋黄稀释液3种，稀释液中主要成分包括能量源（如葡萄糖、果糖）、抗氧化剂（如抗坏血酸）、离子平衡物质（如钠、钾、钙）以及稳定剂（如牛血清白蛋白、卵磷脂等）。常见精液稀释比例通常为1∶4～1∶10，稀释后的精子浓度应在2 000万～4 000万个/mL，以保证每次授精所需的最低有效精子数量。人工授精所需精子数量通常为2 000万～3 000万个/剂，稀释后的精液满足这一要求精液品质则为合格[5]。稀释后精液于4℃条件下可保存24～48 h，而在冷冻保存条件下，可保存数月甚至数年。

1.2.2 精液冷冻保存

牛人工授精精液冷冻保存可有效延长精子在体外的存活时间，精液冷冻速率应控制在每分钟-50～-20℃，冷却至-80℃时，将精液置于液氮蒸汽中静置10～20 min，使其逐渐适应更低温度。液氮冷冻是最常用的牛精液储存方法，可以长期保存精液，而不会对精子活力产生负面影响。将公牛精液冷冻于0.25 mL或0.50 mL吸管中，并储存在-196℃液氮中，使用0.25 mL吸管吸取牛精液在常温中超过3 s会损伤到精子活力。解冻精液应以最快速度进行，快速解冻可减少水再结晶和再水化过程对精子的负面影响，助于保护精子膜和细胞质的完整性，维持精子的活力和功能。冰晶形成的临界温度区在-50～0℃，通过这一温度区域的快速进展意味着精液从玻璃态转变为液态，冰晶没有足够的时间形成。相关研究发现在60～80℃环境下解冻温度下持续6～7 s可提高精子活力和生存能力[6]。

1.2.3 精液品质检测

精液品质检测是评估精液质量的重要方法，不仅用于人工授精，也用于自然受孕。评估精液质量的指标包括精子活力、精子形态、精子浓度及有害物质和微生物污染检测等方面。常见精子活力评估常采用计数板显微镜法或自动精子分析仪进行观测，活力达标的标准为大于70%。精子形态检测则通过高倍显微镜下观察精子的头部、中段、尾部等结构，判断其形态是否正常，以合格比例大于80%为判断合格标准。精子浓度则可通过计数板显微镜法、光度法或自动精子分析仪进行测量，据调查精子浓度为10亿～20亿个/mL为优质精液[7]。对精液中的有害物质和微生物污染进行检测至关重要，是确保精液安全性和提高人工授精的成功率的关键。相关研究采用细菌培养、PCR技术、ELISA等方法测得精液中的微生物数量应不超过1×103 CFU/mL为规定标准，常见测量方法还包括抗精子抗体检测、内毒素检测和杂质检测[8]。

1.3 授精剂的制备

1.3.1 剂量选择

授精剂量选择是牛人工授精处理技术的关键，直接影响到受精率和妊娠成功率。常见的授精剂剂型有玻璃管和塑料吸管，其容量为0.25 mL或0.5 mL。而授精剂选择与试验牛体重、季节、生殖状况密切相关。相关研究建议，体重在400～500 kg的母牛每支授精剂包含2 000万～3 000万个活跃精子，体重在500～600 kg的母牛每支授精剂包含3 000万～4 000万个活跃精子，体重在600 kg以上的母牛则建议每支授精剂包含4 000万～5 000万个活跃精子[9]。季节因素主要是高低温导致精液品质出现下降，因此适当增加授精剂数量。首次授精的母牛，建议使用标准剂量的授精剂，对于多次授精未果的母牛，建议适当增加授精剂的精子数量，并密切关注发情和授精时机。

1.3.2 添加剂的选择

牛人工授精处理技术中，添加剂的选择对于保护精子活力、延长精子寿命和提高受精率具有重要作用[10]。常用的添加剂包括抗氧化剂及黏稠度调节剂几种[11]。常用抗氧化剂包括抗坏血酸和硒化物，其中抗坏血酸建议添加量为1～5 mg/100 mL稀释液，可有效保护精子膜免受氧化应激的损害，提高精子活力。硒化物的建议添加量为0.1～0.5μg/100 mL稀释液，保护精子DNA免受氧化损伤，有助于提高受精能力。黏稠度调节剂主要用于增加精液的黏稠度，保护精子免受机械损伤，提高精子的活力和受精能力[12]。常用调节剂包括鸡蛋黄和明胶2种，其中鸡蛋黄建议添加量为2%～5%（体积/体积），鸡蛋黄中富含脂肪、卵磷脂、蛋白质等营养物质，能为精子提供所需的能量来源，增加精液的黏稠度，保护精子免受机械损伤。明胶由动物胶原蛋白经水解而来，建议添加量为0.5%～1%（质量/体积），可以增加精液的黏稠度，提高精子的活力和受精能力。

2、牛人工授精技术研究进展

2.1 授精时间及方法优化

牛人工授精技术的研究一直在不断地进步和发展。授精时间和方法的优化是牛人工授精技术研究的一个重要方向。研究表明，母牛受孕率与授精时间密切相关。优化授精时间可以提高受精率和妊娠成功率。常用授精时间包括固定时间授精、排卵后授精和排卵前授精[13]。其中，固定时间授精操作简便，适用于大规模养殖场和时间受限的场合；排卵后授精受精率较高，但需要进行动情和排卵时间的监测；排卵前授精受精率最高，但需要较为精确的排卵时间监测和精子冷冻保存，成本较高，适用于对繁殖效果要求较高的场合。

传统的牛人工授精方法是直肠授精法。随着技术的发展，出现细管授精、深宫授精、输卵管授精、定量授精及无创性超声授精等技术。部分研究通过比较发现细管授精法可将精液直接送至子宫颈内，相较于传统授精方法，提高受精率10%～15%[14]。利用特殊授精管将精液送至子宫近角部位，实现精子与卵子更快接触，提高受精率15%～20%[15]。通过手术或微创技术将精液直接输送至输卵管内，受精率可达85%～90%，但成本较高，适用于特殊情况[16]。利用精确的计量设备，实现每次授精所需精子数的精确控制，有助于提高受精率和降低成本[17]。利用超声引导技术进行精确授精，避免损伤生殖道，提高受精成功率[18]。

2.2 非侵入式探测技术

2.2.1 超声波技术

利用超声波技术检查牛的卵巢、子宫和输卵管等生殖器官，提高对发情和排卵的准确识别，准确率可达95%，此外该技术还用于发现子宫内膜炎、卵巢囊肿等疾病诊治，利于提前干预和治疗，提高受精率[19]。通过对卵泡的连续观察，确定排卵时间的精确性可达90%，为最佳授精时间提供依据，该研究发现，超声监测可实时发现卵泡破裂、卵子释放等过程，有助于精确控制授精时间[20]。利用超声引导技术进行精确授精，避免损伤生殖道，与常规授精方法相比较，可提高受精成功率约10%～15%。因此利于超声波技术可以准确地掌握授精时机和位置，提高受精率和妊娠成功率。

2.2.2 红外线热成像技术

红外线热成像技术在母牛生产中具有精准测量、快速高效、非侵入性和降低成本等优势，应用于母牛发情检测，通过测量牛体表温度变化、外阴部及尾根部温度变化，准确率高达80%～90%，通过对比不同时间段的红外热成像数据，可精确判断牛的发情高峰期，为最佳授精时间提供依据[21]。该技术于母牛发情初期即可准确识别，利于优化授精时间，该技术可用于监测牛在人工授精过程中的舒适度和应激反应，及时反馈，利于提高授精成功率[22]。

2.3 遗传学及生殖生物学技术应用

2.3.1 性控精液

性控精液技术是一类基于遗传学及生殖生物学的技术应用，可实现对牛胎儿性别选择，其原理是利用精子的染色体性别差异，通过离心分离或流式细胞术等方法，分离出X或Y染色体的精子，再进行人工授精，实现选择性别的目的。该技术具有提高养殖效益、遗传品质及促进畜牧业可持续发展的优势。使用性控精液技术，可以在90%以上的成功率下，实现牛胎儿性别的选择[23]。经过流式细胞术或激光显微夺取术等技术，可以实现X染色体精子和Y染色体精子的分离，排序过程中，存活精子比例可达60%～80%。相关研究发现，使用性控精液进行人工授精，受精率相较于非性控精液略有降低，一般在40%～60%，而性控精液授精后，出生犊牛性别比例达到预期的90%以上[24]。

2.3.2 胚胎移植技术

胚胎移植技术是一项具有广泛应用前景的生殖生物学技术，可将优良品种胚胎移植到母牛子宫内，实现优质种畜繁殖目的。随着生物技术的快速发展，新型胚胎质量检测技术不断涌现，如基因组学、代谢组学、蛋白质组学等技术的应用，可以更加准确地评估胚胎质量和潜在遗传品质，提高胚胎移植的成功率。随着冷冻技术的不断改进，胚胎冷冻的成功率也在不断提高，降低了胚胎移植的成本。相关研究发现，使用缓冻快速解冻方法，胚胎存活率在80%～90%[25]。此外，冷冻技术在胚胎移植领域应进一步解决一些疾病问题。相关研究发现，冷冻技术还可以配合基因编辑技术，对携带疾病基因的胚胎进行修复，进一步减少遗传疾病的发生，对提高畜牧业的整体健康水平具有重要意义[26]。

3、结束语

牛人工授精是畜牧业中的重要技术，其发展对牛的繁殖和遗传改良起到关键作用。牛人工授精的技术水平不断提高，通过研究和优化精液处理方法，可以获得高质量的冻精，提高了受胎率，这为牛的繁殖效率提供了重要支持。牛人工授精技术的研究进展为畜牧业的可持续发展提供了坚实的基础。随着技术的不断完善，可以期待在提高牛的繁殖效率、改良遗传特性和提高生产水平方面取得更多突破。

参考文献:

[8]雒亚璇.牛细管型冷冻精液品质评价及生产环节微生物污染分析[D].杨凌:西北农林科技大学,2012.

基金资助:舟曲县牛产业种畜引进项目(GNJY-ZC-2023-104);

文章来源:郭石红.牛人工授精处理及授精技术研究进展[J].现代畜牧科技,2023(11):89-92.