種公雞精液品質(zhì)營養(yǎng)調(diào)控的研究進展

趙志顯，常雪蕊，郭 勇，龍 城，盛熙暉，王相國，邢 凱，肖龍菲，林自力，倪和民，齊曉龍

(北京農(nóng)學院動物科學技術(shù)學院，北京 102206)

種公雞的精液品質(zhì)在家禽生產(chǎn)中起重要作用，從遺傳學角度而言，種公雞和種母雞對后代的影響均為50%，因此，種公雞的精液品質(zhì)對于后代雛雞質(zhì)量乃至生產(chǎn)性能至關(guān)重要。隨著種雞產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，人工授精技術(shù)得到普遍應(yīng)用，對種公雞的繁殖性能要求越來越高(公母比例可達1∶80)。然而公雞的生育能力在30～40周齡之間達到頂峰，并從大約50周齡開始迅速下降，精液品質(zhì)降低，受精率下降。因此，種公雞的繁殖性能無法長時間處于較高水平，如何從生殖生理角度解析種公雞的營養(yǎng)需求，提高老齡種公雞繁殖效率，延長種公雞使用壽命，已成為亟需研究的新問題。

幾種生物活性物質(zhì)作為現(xiàn)代飼料工業(yè)使用的添加劑，在畜牧業(yè)生產(chǎn)中已得到應(yīng)用，其在提高飼料轉(zhuǎn)化率、完善飼糧的全價性、節(jié)省飼料成本和提高動物繁殖性能等方面具有明顯的效果。本文綜述了幾種生物活性物質(zhì)，包括微量元素硒、維生素、植物油、植物化合物和氨基酸及其衍生物等對種公雞繁殖性能的影響及作用機理，為了解這幾種生物活性物質(zhì)改善種公雞繁殖性能的作用機理及其應(yīng)用提供參考。

1 種公雞精液品質(zhì)的影響因素

種公雞的精液品質(zhì)對于繁殖性能具有重要的影響，其品質(zhì)優(yōu)劣直接影響到雞群的受精率和種雞場的生產(chǎn)效益。評價精液品質(zhì)主要參考以下幾個指標：精液量、精液pH、精子密度、精子活力、精子形態(tài)、精子存活率、精子質(zhì)膜完整性、精子頂體完整性和精漿蛋白等。飼養(yǎng)管理、遺傳育種、營養(yǎng)調(diào)控、飼養(yǎng)環(huán)境和疾病等均會影響種公雞的精液品質(zhì)，其中營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)已成為提高種公雞精液品質(zhì)的重要手段之一。體重增加、精液濃度降低、睪酮(testosterone，T)水平降低、支持細胞和間質(zhì)細胞功能障礙以及精液總抗氧化能力下降等因素被認為是導(dǎo)致種公雞授精能力下降的主要原因。

2 生物活性物質(zhì)對種公雞精液品質(zhì)的影響

2.1 微量元素與維生素

微量元素硒是調(diào)節(jié)動物正常生長和繁殖所必需的營養(yǎng)活性物質(zhì)，具有抗炎、抗病毒、抗氧化、維持精子的結(jié)構(gòu)與功能和調(diào)節(jié)生殖細胞凋亡等作用。種公雞飼糧含硒0.6 mg·kg時，與對照組(0.3 mg·kg)相比，睪丸中硒蛋白W、谷胱甘肽過氧化物酶4和促黃體生成素/絨毛膜促性腺激素受體的表達顯著升高，而血管緊張素轉(zhuǎn)換酶的表達受到抑制；飼糧添加亞硒酸鈉0.5～1 mg·kg時，公雞精子發(fā)生過程中睪丸生殖細胞凋亡數(shù)顯著降低；飼糧添加納米硒0.6 mg·kg時，睪丸精原干細胞(spermatogonial stem cells，SSCs)標志物mRNA表達明顯升高，并可延緩肉雞衰老導(dǎo)致的生育能力降低；飼糧添加有機硒0.3 mg·kg時，精子活力、質(zhì)膜完整率和精液總抗氧化能力(total antioxidant capacity，TAC)升高，精液丙二醛(MDA)濃度降低。此外，不同于較高水平的亞硒酸鈉會減少SSCs標記物的數(shù)量，納米硒水平的增加對SSCs標記物的數(shù)量沒有負面影響。另外，其他微量元素鋅和銅可能也會對種公雞的精液品質(zhì)產(chǎn)生影響，有待進一步研究。

維生素C(VC)和維生素E(VE)具有抗氧化活性，可提高海鱸魚精液、公豬精液和大鼠睪丸的抗氧化能力。Min等在45周齡略陽烏雞飼糧中添加300 mg·kgVC和200 mg·kgVE，發(fā)現(xiàn)可緩解地塞米松誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，且血清T水平、精子活力和存活率顯著提升，精漿MDA含量降低。此外，在飼糧中添加5.664和2.945 IU·kg維生素A(VA)，可改善在熱帶環(huán)境中飼養(yǎng)的種雞的繁殖性能。

2.2 植物油

橄欖油含有大量的單不飽和(monounsaturated fatty acids, MUFAs)、多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFAs)以及其他次要成分(如植物甾醇)。Kacel和Iguer-ouada研究表明，54周齡公雞每天補充0.4 mL橄欖油，4周后， 精子的密度、存活率和活力得到顯著提升。橄欖油所含有的油酸(C18∶1)和亞油酸(C18∶2)可以改善精子的各脂肪酸比例，進而有利于精子的生成。甾醇通過影響膜脂肪酸和膽固醇，進而對與精子運動有關(guān)的膜流動性產(chǎn)生作用。因此，橄欖油可為精子發(fā)生過程提供脂肪酸。

亞麻籽油(linseed oil，LO)含有近50%的α-亞麻酸，可通過延長與去飽和交替步驟轉(zhuǎn)化為二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)。DHA與精子的膜完整性、活力和存活率呈正相關(guān)。Qi等用LO飼喂57周齡農(nóng)大3號蛋用種公雞發(fā)現(xiàn)，飼糧添加2%～4% LO可顯著提高種公雞的精液量、精子密度、存活率、活力和總數(shù)；提高血漿促卵泡激素(FSH)、黃體生成素(LH)和T水平；提高類固醇合成急性調(diào)節(jié)蛋白()、膽固醇側(cè)鏈裂解酶(450 scc)與固醇生成因子1(-1)的基因表達量。Zanussi等在基礎(chǔ)飼糧添加2% LO 60 d后，精子的密度、總活動率、前向活動率、存活率、膜完整性和T濃度均顯著提高，EPA、DHA的百分含量也有所增加。

2.3 植物化合物

姜黃素是姜黃的主要生物活性成分，是一種天然的抗氧化劑，具有抗炎、抗凋亡、抗毒和抗癌的作用，可通過清除超氧陰離子(O·-)和羥基自由基(·OH)來抑制脂質(zhì)過氧化。Kazemizadeh等在48周齡羅斯308公雞飼糧中添加姜黃素10～30 mg·(只·d)時，精液濃度、精子數(shù)量、前向活動率和質(zhì)膜完整性均呈線性增加；精液MDA濃度、精子畸形率顯著降低；受精率和質(zhì)膜功能升高。Yan等在羅德島紅雞飼糧中補充0.8 g·d姜黃素2周后，精子運動變量直線速度和曲線速度增加；在熱應(yīng)激條件下補充1.6 g·d姜黃素3周和4周后，精子存活率提高，2周和4周時活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成量降低。以上數(shù)據(jù)表明，姜黃素可以通過抗氧化作用提升種公雞精液品質(zhì)。

大豆異黃酮(soybean isoflavones，SIs)存在于豆科蝶形花亞科植物中，在結(jié)構(gòu)和功能上與天然雌激素相似，能弱結(jié)合雌激素受體，因而可作為弱激動劑/拮抗劑與天然雌激素競爭。Heng等在10～19周齡京紅1號公雞飼糧中添加5 mg·kg的SIs可顯著提高睪丸指數(shù)和血清生殖激素水平以及mRNA水平。但對450 scc和3β-羥基類固醇脫氫酶(3β-)mRNA水平無明顯影響。此外，5 mg·kg的SIs亦能促進精原細胞發(fā)育和增加生殖細胞層數(shù)。說明SIs通過增加與表達密切相關(guān)的生殖激素的分泌來促進睪丸生長，從而對公雞的繁殖起到積極的調(diào)節(jié)作用。

白楊素是一種天然存在的多酚化合物，高水平存在于蜂蜜和西番蓮、木蝴蝶、山白松等植物中，具有促進類固醇生成、抗芳香酶活性、保護組織免受氧化與炎癥損傷等作用。除了抗氧化作用，體內(nèi)和體外研究已證實白楊素可提高T水平。Altawash等在40周齡羅斯308公雞飼糧中添加50和75 mg·(只·d)白楊素時，精子總活力、前向活動率、質(zhì)膜完整性和功能性、精液濃度、受精率和孵化率均顯著提高，精液n-6 PUFA/n-3 PUFA比值和MDA濃度降低；血清中T水平在添加75 mg·(只·d)白楊素時顯著升高。還有研究表明，大鼠口服白楊素后，睪丸超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)水平均顯著提高，并有較高的精子數(shù)量和活動率，以及較低的畸形率。

2.4 氨基酸及其衍生物

L-精氨酸對種公雞繁殖性能和抗氧化能力具有重要作用，由于禽類缺乏鳥氨酸循環(huán)的變異酶，無法合成精氨酸，所以飼糧必須添加精氨酸。研究表明，飼糧中添加0.68% L-精氨酸可顯著提高肉用種公雞精液量、T水平和生精指數(shù)。精氨酸經(jīng)過催化反應(yīng)可以產(chǎn)生一氧化氮(NO)，引起血管擴張，保持血液循環(huán)系統(tǒng)通暢。Abbaspour等發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加0.68% L-精氨酸后左側(cè)睪丸重量/睪丸總重量比值較高，可能是由于睪丸組織中精氨酸(精氨酸源性NO)水平升高，從而導(dǎo)致睪丸血流量增加所致。

甜菜堿學名三甲基甘氨酸(trimethylglycine，Bet)，由膽堿氧化產(chǎn)生。Bet作為甲基供體基團，可增加谷胱甘肽合成所需的蛋氨酸和半胱氨酸，保護細胞免受ROS和反應(yīng)代謝物的影響。Attia等試驗表明，飼糧中添加1 000 mg·kg的Bet可使熱應(yīng)激后的公雞精子濃度、活力和存活率，精液pH和MDA含量，精漿中總蛋白、球蛋白、尿素、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase，AST)和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(alanine aminotransferase，ALT)濃度等指標恢復(fù)正常，精漿TAC升高。精子死亡后失去質(zhì)膜穩(wěn)定性，并在精液中釋放轉(zhuǎn)氨酶(AST和ALT)。因此，精漿中AST和ALT濃度是反映精液質(zhì)量的重要指標。

胍基乙酸(guanidinoacetic acid，GAA)是由甘氨酸和精氨酸在鳥類腎和肝中通過L-精氨酸:甘氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶合成的，易從小腸吸收，并運輸?shù)礁危诟沃幸邹D(zhuǎn)化為肌酸。內(nèi)源性合成和食物來源為機體提供所需的肌酸，內(nèi)源性肌酸可通過GAA甲基化產(chǎn)生。GAA比肌酸價格低，化學穩(wěn)定性高，可替代飼糧中的肌酸。研究表明，飼料中添加GAA可增加內(nèi)卵黃層中精子穿透的數(shù)量和繁殖能力。Tapeh等在29周齡羅斯308肉用種雞飼糧中添加GAA，結(jié)果表明，精子畸形率和質(zhì)膜完整性無顯著變化，精液濃度、精子總數(shù)與前向活動率顯著提高。另有研究表明，添加1 300～1 450 mg·kg的GAA可增加生精小管直徑、睪丸重量、生精小管上皮厚度、精原細胞和間質(zhì)細胞數(shù)量以及-和8相關(guān)基因表達，但較高劑量的GAA可能不會改善精液質(zhì)量。

左旋肉堿是一種由賴氨酸和蛋氨酸合成的季胺化合物，存在于附睪腔中，在維持精子能量平衡和成熟方面發(fā)揮著重要作用，飼糧添加左旋肉堿250～500 mg·kg，羅斯308公雞的精子濃度、活力和精子質(zhì)量因子(SQF)顯著升高。此外，成年公雞飼糧添加左旋肉堿可顯著改善睪丸重量和睪丸指數(shù)，增加血漿中T、促性腺激素釋放激素(GnRH)、LH、FSH和高密度脂蛋白的濃度，提高睪丸組織中生精小管上皮厚度、生精小管直徑和生精指數(shù)。

2.5 其他物質(zhì)

丁酸鈉(sodium butyrate，SB)是一種新型的家禽飼料添加劑，其主要成分是腸道厭氧細菌發(fā)酵膳食纖維自然形成的丁酸。由于SB比其他丁酸鹽更穩(wěn)定，氣味更小，因此在動物飼料中更常用。SB通過提高成年公雞的抗氧化能力和T的分泌來促進睪丸生長。Alhaj等在22周齡種公雞飼糧中添加500 mg·kgSB，發(fā)現(xiàn)GSH-Px和SOD活性、T水平、精液量、精子活力和密度顯著提高，精子畸形率顯著降低。

輔酶Q10是真核細胞線粒體中電子傳遞鏈和有氧呼吸的重要參與物質(zhì)之一，在能量代謝中發(fā)揮重要作用，位于精子中段線粒體中，與線粒體氧化磷酸化有關(guān)。飼糧中添加輔酶Q10 300～600 mg·kg后，顯著提高了精液量、精子密度、精子質(zhì)膜功能與完整性、生精小管直徑與上皮厚度、精液性狀，T濃度以及TAC，降低了精漿ALT和AST活性。輔酶Q10能夠改善精子膜的完整性和功能，進而降低精漿中ALT和AST的活性。

迷迭香葉粉(rosemary leaves powder，RLP)富含多種生物活性物質(zhì)，如黃酮、多酚及萜類等，其抗氧化能力主要與迷迭香醇、異迷迭香醇、表迷迭香酚和迷迭香酸等成分有關(guān)。飼糧中添加0～7.5 g·kgRLP可顯著提高種公雞的精子密度、精液量、精子前向活動率和存活率，降低精子MDA水平，改善受精率。在45周齡羅斯公雞飼糧中添加5 g·kgRLP也可顯著提高精子密度、總活動率、前向活動率、膜完整性和存活率以及血清T和LH水平，降低精液MDA含量。

3 生物活性物質(zhì)影響種公雞精液品質(zhì)的作用機理

3.1 生物活性物質(zhì)與精子能量

能量在種公雞繁殖過程中起主要作用。由限飼導(dǎo)致的能量缺乏已成為影響精液品質(zhì)的重要因素之一。限飼可降低精液的體積和濃度、精子活力和質(zhì)膜完整性，并增加精子的畸形率。肌酸是動物細胞的重要能量儲備物質(zhì)，是細胞能量代謝的中心化合物，可避免細胞內(nèi)ATP的耗竭。肌酸通過將能量從ATP產(chǎn)生部位輸送到消耗部位，起到能量緩沖作用，促進支持細胞內(nèi)的能量穿梭，從而最大化精子產(chǎn)生途徑。ATP是精子活動的燃料，其在精液和精子中的含量被用于預(yù)測雄性的生育能力。線粒體為精子能量代謝的調(diào)控中心，是精子運動的能量來源。線粒體負責精子中ATP的產(chǎn)生，能量通過磷酸化的肌酸傳遞到精子尾部，磷酸肌酸將ADP轉(zhuǎn)化為ATP，從而支撐精子運動。低ATP含量或ATP/ADP比率可導(dǎo)致精子功能下降。因此，精氨酸、胍基乙酸作為合成肌酸的前體物質(zhì)，對精液品質(zhì)具有重要作用。此外，AMP激活的蛋白激酶(AMPK)是細胞能量穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介質(zhì)。AMP和ADP濃度的增加或細胞能量狀態(tài)的降低會激活A(yù)MPK，啟動分解代謝途徑，關(guān)閉細胞生長和增殖等合成代謝途徑，磷酸化的胍基乙酸可將ADP轉(zhuǎn)化為ATP，使AMPK失活，細胞增殖開啟，精子生成增加。還有研究表明，L-精氨酸產(chǎn)生的一氧化氮可以通過蛋白質(zhì)S-亞硝基化以及ROS解毒來提高精子的能量生成和活力。綜上所述，L-精氨酸、胍基乙酸所轉(zhuǎn)化的肌酸和一氧化氮可以為精子產(chǎn)生與活動提供必要的能量。

3.2 生物活性物質(zhì)與精子氧化損傷

ROS是多種生化反應(yīng)的天然副產(chǎn)物，在受控水平上對精子功能起著重要作用。ROS產(chǎn)生量超過細胞的清除能力時，會引起氧化應(yīng)激。禽類精子質(zhì)膜中含有高比例的PUFAs，并且隨著年齡的增長，其精液的抗氧化能力逐漸降低，暴露于ROS后，精子的質(zhì)膜容易受到脂質(zhì)過氧化的影響，造成氧化損傷。此外，由于缺乏或低活性的己糖磷酸分流，NADPH的產(chǎn)生和隨后的抗氧化劑回收在禽類精子中也受到限制。ROS的增加對精子密度、活力、存活率、形態(tài)以及隨后的生育能力均產(chǎn)生不利影響。研究表明，天然特定營養(yǎng)物質(zhì)如微量元素硒、多酚類等抗氧化劑，可有效控制與線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激相關(guān)的精子氧化損傷。HO和·OH是公雞精子中最主要的ROS，除參與脂質(zhì)過氧化、損害精子膜功能外，HO可通過降低動力蛋白-ATP酶的活性或通過抑制鞭毛纖維鞘中的糖酵解酶干擾軸絲的功能，從而抑制精子的運動。而·OH可通過直接破壞鈣穩(wěn)態(tài)、DNA結(jié)構(gòu)和線粒體活性發(fā)揮細胞毒性作用。目前，種公雞精子氧化損傷的研究大多集中在生物活性物質(zhì)對精子膜的脂質(zhì)成分、脂質(zhì)過氧化和抗氧化酶活性等的影響上，其具體的作用機制有待進一步深入研究。

3.3 生物活性物質(zhì)與生殖激素

精子的產(chǎn)生受到生殖激素FSH、LH和T的調(diào)控。FSH與支持細胞表面表達的受體結(jié)合，刺激精子發(fā)生和精子成熟，LH和FSH通過環(huán)磷酸腺苷(cAMP)共同調(diào)節(jié)精子發(fā)生。T作為一種重要的雄激素，在血睪屏障、減數(shù)分裂、支持-精子細胞復(fù)合體和精子形成等精子發(fā)生過程中發(fā)揮著重要的作用。T主要由睪丸間質(zhì)細胞合成與分泌，膽固醇由StAR介導(dǎo)從線粒體外膜轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)膜，再被線粒體內(nèi)P450 scc轉(zhuǎn)化為孕烯醇酮，隨后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中由3β-HSD和17β-羥基類固醇脫氫酶(17β-HSD)催化生成T。在老年種公雞中，類固醇生成能力降低和間質(zhì)細胞數(shù)量減少，均會阻礙雄激素的產(chǎn)生。在低生育能力的公雞中，T不僅合成較少，而且更多的代謝為雌二醇(E)，導(dǎo)致血漿T/E比值降低。體內(nèi)E水平較高時會通過下丘腦-垂體-性腺軸負反饋降低血漿LH和T水平。但是，正常的精子發(fā)生也需要E受體信號，低于最佳濃度的E會導(dǎo)致精子質(zhì)量下降。T水平還受丁酸鹽的控制，丁酸等短鏈脂肪酸能夠抑制垂體前葉細胞中催乳素基因的轉(zhuǎn)錄，從而提高GnRH和LH的分泌，因此，飼糧添加丁酸鈉可能有助于提高體內(nèi)T水平。綜上所述，飼糧添加生物活性物質(zhì)能夠影響GnRH、FSH、LH和T等生殖激素含量，進而調(diào)控精子的產(chǎn)生，改善精液品質(zhì)。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，微量元素硒、維生素、植物油、植物化合物和氨基酸及其衍生物等生物活性物質(zhì)可改善種公雞精液品質(zhì)。然而，到目前為止，關(guān)于營養(yǎng)活性物質(zhì)對種公雞精液品質(zhì)的研究仍有一些亟待解決的問題：1)在飼糧中添加的生物活性物質(zhì)如何在動物體內(nèi)代謝并發(fā)揮作用，鮮有報道；2)一些營養(yǎng)活性物質(zhì)對精液品質(zhì)具有二次效應(yīng)，劑量較大時會有負面影響，其作用機制有待進一步研究；3)因試驗動物的品種、年齡、飼養(yǎng)條件和生物活性物質(zhì)提取工藝的不同，精液品質(zhì)和適宜添加量有別，仍需大量試驗數(shù)據(jù)進行充實。因此，在今后的試驗研究中可應(yīng)用代謝組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白組等組學技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)代分子生物學技術(shù)，更進一步地闡明生物活性物質(zhì)調(diào)節(jié)精液品質(zhì)的作用機制。此外，還可繼續(xù)優(yōu)化生物活性物質(zhì)的提取工藝和添加方式，使其更好地應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，以期更好地改善種公雞繁殖性能。