公豬繁殖性能評定

曹婷婷 ，鄧 亮 ，朱 琳 ，趙云翔 ＊

（1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 佛山 528000；2.廣西揚翔股份有限責(zé)任公司，廣西 貴港 537100）

隨著養(yǎng)豬業(yè)的不斷發(fā)展，人工授精技術(shù)不斷推廣。在我國，養(yǎng)豬主產(chǎn)區(qū)人工授精率達(dá)85%以上[1]。在歐洲，2017年有超過1 210萬頭母豬和18萬頭公豬用于人工授精，超過93%的養(yǎng)豬企業(yè)使用人工授精。通常情況下，如果每份精液劑量有30億～35億有效精子，1頭公豬每年可生產(chǎn)1 500～1 750份精液[2]。而隨著豬子宮內(nèi)輸精技術(shù)的推廣，有效降低了單頭母豬每次人工授精的精子使用量[3]，從而相對提高了公豬精液產(chǎn)量，提升了公豬利用率。保證優(yōu)良精液品質(zhì)應(yīng)用，充分利用優(yōu)良公豬是保證人工授精提高豬場經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。因此準(zhǔn)確評價公豬繁殖能力，及時發(fā)現(xiàn)問題采取相應(yīng)舉措是種公豬管理的重要措施。筆者認(rèn)為，目前對公豬繁殖能力評定可以分為以下幾個方面：體外受精能力評定即細(xì)胞水平評定[4]、人工授精后繁殖能力評定、分子水平評定以及其他標(biāo)記物評定。文章對目前及今后公豬繁殖性能評價的一些方法做一綜述。

1 細(xì)胞水平評定

細(xì)胞水平評定，即目前養(yǎng)豬生產(chǎn)過程中使用的精液品質(zhì)評定，這也是對公豬繁殖性能常規(guī)評價中是最直觀最快速的評定方法。精子的活力和正常形態(tài)率與公豬的生育能力存在著相關(guān)性[5-6]。因此，公豬精液生產(chǎn)過程中常規(guī)的衡量性狀為：精液量、活力、密度、畸形率、顏色、氣味等。精液量一般根據(jù)精液重量，按照水的密度1 g/mL換算為體積，公豬射精過程一般7～15 min，分2～3個射精階段，精液量一般在150～300 mL，量大者甚至能達(dá)1 000 mL。活力指在37 ℃下呈直線運動精子占總精子數(shù)的百分率，一般認(rèn)為直線運動的精子新陳代謝正常，膜未受損。密度即每mL精液中精子數(shù)量，公豬一次射精的精子總數(shù)可達(dá)100億～1 000億，密度一般在1.5億～3億/mL。畸形率即畸形精子占精子總數(shù)的百分率，畸形精子種類較多，一般分為頭部畸形、中段異常、尾部畸形和原生質(zhì)滴畸形，畸形精子不具有受精能力，畸形精子通常在公豬產(chǎn)生應(yīng)激或者損失后出現(xiàn)。公豬精液的顏色一般為乳白色或淺灰色，與精子濃度有關(guān)，濃度越高精液顏色越深；異常顏色有紅色或者黃綠色，為混有血液或尿液。豬精液正常氣味為略帶腥味，混有尿液或者存在炎癥后會有尿臊味或腥臭味。

精液各性狀的檢測評定方法因不同的時期、不同的使用單位、不同的需求而有所差異，同時也在不斷進(jìn)步。國家2010年正式發(fā)布《種豬常溫精液國家標(biāo)準(zhǔn)》，在該標(biāo)準(zhǔn)中檢測法是使用顯微鏡觀測精子活力，血球計數(shù)板法測定直線前進(jìn)運動精子數(shù)，吉姆薩染色法測定畸形率。該方法雖然計數(shù)準(zhǔn)確，但是在實際生產(chǎn)中費時費力。生產(chǎn)中可以使用分光光度計測定精子密度，利用波長為550 nm光線照射精液，根據(jù)精液對光的吸收程度換算精液的密度。目前國內(nèi)各大公豬站普遍使用計算機(jī)輔助精液分析系統(tǒng)（Computer aimed sperm assay,CASA）對精液品質(zhì)進(jìn)行檢測分析。CASA采用先進(jìn)的動態(tài)圖像處理技術(shù)、計算機(jī)視頻處理技術(shù)自動完成對精子的計數(shù)、活力分析、精子運動軌跡等進(jìn)行統(tǒng)計分析，并輸出精液質(zhì)量檢測報告（圖1）。趙鵬等[7]對比發(fā)現(xiàn)，CASA可以準(zhǔn)確測定精子活力、直線前進(jìn)運動精子數(shù)等。現(xiàn)代的CASA系統(tǒng)除分析精子運動參數(shù)外，可以評估濃度、形態(tài)和活力，分析精子的運動軌跡和運動路徑。此外，Androvision、IVOS、CEROS、SCA和Isa具有特定的公豬精子分析程序[8]。使用CASA進(jìn)行分析，相對于人工檢測更加客觀、準(zhǔn)確、快速，它能夠揭示出肉眼無法察覺的運動能力的細(xì)微差別。根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，CASA儀器的迭代也是迅速和正在進(jìn)行的。在商業(yè)公豬精液生產(chǎn)中，對正常精液的要求通常是：活力≥70%，畸形率≤18%，總精子數(shù)30億～35億，劑量80～100 mL[9]。

2 人工授精效果評價

人工授精后的公豬的繁殖能力評定主要是根據(jù)母豬的受胎及分娩情況，以及后代的生產(chǎn)繁殖情況對公豬繁殖性能進(jìn)行衡量。該數(shù)據(jù)在實際生產(chǎn)中獲取較為容易，但是需要的時期較長。在試驗分析中，國外數(shù)據(jù)多用60 d非復(fù)配率及窩均產(chǎn)總仔數(shù)衡量精液對人工授精效果的影響[10]，國內(nèi)一般是分析精液或公豬對人工授精后母豬的受胎率、分娩率、產(chǎn)仔數(shù)及繁殖效率（頭/胎，單頭公豬參配母豬產(chǎn)仔數(shù)總和與該公豬配種母豬總胎數(shù)的比值）等情況[11]。

在目前使用的豬場管理軟件主要是針對母豬群進(jìn)行管理，針對公豬管理的軟件相對較少，多數(shù)管理軟件支持?jǐn)?shù)據(jù)的錄入及導(dǎo)出，以及一些簡單的分析，但是主要是針對豬只個體的配種受胎情況。一般CASA分析里面會有公豬管理系統(tǒng)，但是一般是針對個體年齡分布及精液品質(zhì)分析預(yù)警等，但是對于配種情況無法跟蹤。筆者認(rèn)為，各規(guī)模豬場的管理軟件需要加大對公豬繁殖性能的分析，例如采精情況（包括采精間隔、使用日齡，精液體積、密度、活力、畸形率）及配種分娩情況（配種頭數(shù)、妊檢異常率、受胎率、分娩窩數(shù)、分娩率、窩產(chǎn)仔數(shù)情況等），一般分品種、批次、時間段等分析，或?qū)€體進(jìn)行追蹤分析。

急需通過大數(shù)據(jù)分析及人工智能平臺的整合，使公豬個體信息與精液檢測數(shù)據(jù)、精液生產(chǎn)數(shù)據(jù)、配種數(shù)據(jù)及分娩數(shù)據(jù)整合分析，以便

追蹤分析公豬繁殖性能，更有利于提高母豬的產(chǎn)仔和生產(chǎn)成績，進(jìn)而提高豬場經(jīng)濟(jì)效益。更有利于產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，加快科研步伐，利用科研力量解決生產(chǎn)實際問題，三者相互促進(jìn)。

3 分子水平評定

精液檢測常規(guī)衡量并不總是與公豬生育能力成正相關(guān)[12]，通過對精子形態(tài)、精子活力、精子濃度和精液體積等經(jīng)典參數(shù)的評價可以識別出低生育力公豬的精液，但是不能有效預(yù)測實際的公豬生育能力。

因此，近年來實施的新技術(shù)，提出并開發(fā)了若干互補(bǔ)試驗，以促進(jìn)精子繁育能力的可靠估計。用熒光染料進(jìn)行多重染色，可以客觀、準(zhǔn)確地評價豬精子的細(xì)胞核、頂體和線粒體的狀態(tài)[13]。流式細(xì)胞術(shù)測定質(zhì)膜完整性，一般依賴于DNA的熒光染色，受損的質(zhì)膜允許染色質(zhì)穿透DNA并整合到DNA中，熒光表明細(xì)胞膜不完整，細(xì)胞可能無法存活；流式細(xì)胞術(shù)與蛋白組結(jié)合，測定精子表面蛋白和精漿蛋白與生殖力和細(xì)胞活力的關(guān)系；測定精子群中雙鏈和單鏈DNA的百分比等[14]。

精子DNA完整，具有良好的活力和形態(tài)可以預(yù)測精液的生育力[15]。DAN損傷的精子也可以使卵母細(xì)胞受精，受精時，卵母細(xì)胞核早期胚胎可以修復(fù)某些類型的DNA斷裂[16]。然而，這種修復(fù)的程度與DNA損傷的水平和類型以及卵母細(xì)胞的修復(fù)能力有關(guān)[17]。使用流式細(xì)胞儀的測定結(jié)果來計算每個精子的DNA碎片指數(shù)（DNA Fragment Index, DFI），高DFI值提示染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異常，DFI水平的增加與公豬受精能力成負(fù)相關(guān)[18-19]。鑒定與精子DNA完整性相關(guān)的候選基因和多態(tài)性對養(yǎng)豬業(yè)具有重要意義[20]。人和哺乳動物精子均可產(chǎn)生活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS），少量的ROS在精子獲能和頂體反應(yīng)中有積極作用，但是過量的ROS可以損傷精子的DNA，準(zhǔn)確測定ROS含量也可以有效判定精液品質(zhì)及受精能力。

流式細(xì)胞儀（Flow Cytometer,FC）可以用來檢測精子的各種不同方面的功能，包括精子質(zhì)膜測量、頂體完整性、線粒體膜電位、活性氧（ROS）和DNA損傷[8]。流式細(xì)胞儀價格比較昂貴，能快速、自動客觀地處理樣品，多在臨床實驗室中用于常規(guī)檢測，但是該設(shè)備需要昂貴的維護(hù)和謹(jǐn)慎選擇要處理的樣品，因為一旦超過一定尺寸的微粒會導(dǎo)致過濾器和管道堵塞。

4 其他標(biāo)記物評定

目前科研力量一直致力于研究影響或者預(yù)測影響公豬繁殖性能的因素，可以從基因和標(biāo)記物等進(jìn)行檢測預(yù)測。不同品種公豬的精液性狀表現(xiàn)不同，且差異較大[21-23]，而且不同品種公豬抗熱應(yīng)激能力不同[23]，由此可以說明，公豬精液性狀表現(xiàn)受遺傳影響較大。近年來科研人員對公豬繁殖性能的遺傳機(jī)理研究越來越重視，已然成為國內(nèi)外的研究熱點。精子發(fā)生是一種高度專門化的細(xì)胞過程，涉及到許多基因，其中許多基因在性腺組織中特異性表達(dá)。在小鼠中，有超過2 300個不同的基因參與精子發(fā)生和精子發(fā)育的不同階段[24]。睪丸是公豬繁殖力的基礎(chǔ)，其良好發(fā)育是公豬獲得最佳繁殖性能的關(guān)鍵，睪丸內(nèi)的基因表達(dá)決定著公豬性機(jī)能的發(fā)育以及精子發(fā)生、精子競爭和精卵結(jié)合等事件[2]。比如，雄激素受體（AR）在公豬睪丸間質(zhì)細(xì)胞、冠周細(xì)胞和支持細(xì)胞中均有表達(dá)，AR的基因組變異與雄激素不敏感、特發(fā)性不孕癥以及雄性的精子輸出有關(guān)[25]。松弛素（RLN）在公豬精漿中表達(dá)，其水平與精子活力顯著相關(guān)[26]。頂體素（ACR）是一種參與頂體反應(yīng)的酶，在透明帶溶解過程中發(fā)揮作用，從而促進(jìn)精子穿透透明帶，頂體素含量與精子受精能力相關(guān)[27]。骨橋蛋白（OPN）在睪丸、附睪和精子中表達(dá)，并作為一種頂體穩(wěn)定因子，通過與整合素的相互作用來防止附睪精子的過早激活或受精能力，并通過與整合素的相互作用而影響受精[28]。候選基因RLN、視黃酮結(jié)合蛋白4（RBP4）、AR、ACR和OPN等候選基因的多態(tài)性可以用作在育種群體中改善精子質(zhì)量性狀的標(biāo)記[29]。

精子在受精前經(jīng)歷了基本的成熟過程，如獲能和頂體反應(yīng)[30]，因此，精子獲能狀態(tài)也必須被考慮用于預(yù)測公豬的生育能力。目前許多科學(xué)家研究改進(jìn)篩選精液質(zhì)量的方法，思路是使用蛋白組學(xué)和基因組學(xué)[31,32]檢測生育力相關(guān)的標(biāo)記物。其中研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄組標(biāo)記物（溶質(zhì)載體家族9、亞家族A、成員3、調(diào)節(jié)劑1，SLC9A3R1）與精子活力參數(shù)和獲能狀態(tài)一起使用，可以預(yù)測商業(yè)公豬的生育能力。另外，精子運動參數(shù)顯示，其高活化率（HYP）與產(chǎn)仔數(shù)呈正相關(guān)，因此，HYP可能是預(yù)測精子運動參數(shù)和獲能狀態(tài)之間公豬生育力的良好指標(biāo)。在獲能狀態(tài)方面，高和低產(chǎn)仔數(shù)的豬精子之間沒有差異[33]。為了獲能，精子在沉積到雌性生殖道后需要特定的時間段，以完成其所需的生化、代謝和膜轉(zhuǎn)化[34]。研究顯示，可以測量新鮮精液中SLC9A3R1的表達(dá)作為生物標(biāo)記物來成功估計大白公豬的產(chǎn)仔能力。

5 總結(jié)

不同的方法結(jié)合使用，利用大數(shù)據(jù)分析平臺，綜合分析數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確評價公豬的繁殖能力，及時選擇優(yōu)質(zhì)豬精是實際生產(chǎn)過程中應(yīng)該采取的措施。各科研實驗成果和新技術(shù)更有效地應(yīng)用到實際生產(chǎn)過程中，科研力量與實際生產(chǎn)協(xié)同發(fā)展。根據(jù)科研結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)，同時根據(jù)實際生產(chǎn)情況驗證及糾正科研方向，如此科研與實際生產(chǎn)協(xié)同發(fā)展共同進(jìn)步，才能使行業(yè)更快速的發(fā)展。