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猪繁殖调控技术的应用与研究进展
王艳秋，魏华凯，曲赫选，孙博兴，梁 爽 *，张嘉保 *
（吉林大学动物科学学院，吉林 长春 130062）
猪高效繁殖技术的应用是养猪生产过程中的重要环节。调整和控制猪繁殖过程，充分挖掘其繁殖潜力，对提高猪场生产水平和降低养殖成本至关重要。随着科技的进步，现代动物繁殖技术的发展，越来越多的动物繁殖调控技术应用到了提高猪繁殖效率这一重要课题当中。本文重点综述了猪繁殖障碍种类及相关繁殖调控技术的应用与研究进展，为有效提高猪繁殖效率及研究应用提供参考。
1 猪繁殖障碍种类
1.1 先天性繁殖障碍
先天性繁殖障碍是由于胚胎发育过程中，生殖器官发育异常，导致的先天性生育繁殖障碍，从而使猪丧失正常的繁殖能力。母猪主要表现为卵管阻塞、卵巢系膜和输卵管系膜囊肿、子宫颈闭锁、缺乏子宫角和双子宫体等。公猪主要表现为睾丸发育不全、隐睾、阴茎畸形等。
1.2 机能性繁殖障碍
机能性繁殖障碍是由于外界因素扰乱，影响动物的正常繁殖机能引起的。主要表现为性欲缺乏、交配困难、卵巢机能不全、卵泡发育障碍、排卵障碍、卵子发育异常和异常受精等。
1.3 营养性繁殖障碍
饲料营养在提高种猪健康与免疫力方面发挥着重要作用。猪在不同生长阶段需要的营养组成不同，营养过剩或缺乏均可引起猪繁殖机能下降。饲料中营养结构不平衡（如：能量、蛋白质、矿物质元素、维生素、微量元素等），长期营养缺乏，饲喂霉败、冰冻的饲料，饲料中含一些激素或化学药物，均易造成猪的繁殖障碍。
1.4 环境与管理性繁殖障碍
良好的饲养管理是减少繁殖障碍，提高猪繁殖力的重要措施。目前我国规模化养猪场大多采用限位饲养，该方法虽然易于管理，节约了劳动力和养殖空间，但养殖密度较大，限制了猪的活动，使机体经常处于紧张状态下，抵抗力降低，易造成生殖机能改变，引起猪繁殖障碍。如果猪舍通风不良、饲养密度过大会造成氨气、甲烷、硫化氢等有毒气体增多从而影响猪的繁殖机能。此外，不合理的接产、产后护理差均可造成生殖器官疾病，引起猪的繁殖障碍。
1.5 疾病性繁殖障碍
疾病性繁殖障碍是由于细菌、病毒、寄生虫等易感染动物的生殖器官或其他器官引起的生殖机能紊乱导致的不孕。主要表现为妊娠期母猪流产、产死胎和木乃伊胎、产仔的数量明显减少，公猪精液质量下降。
2 猪相关繁殖调控技术
2.1 人工授精技术
人工授精技术的应用有利于提高优良公畜的利用率，促进品种改良，同时也能克服时间和区域的差异，并减少疾病的传播，提高经济效益（周荣，2023），因此被广泛应用于牛、羊、猪等家畜的繁育过程中。人工授精技术主要应用在精液的采集、稀释、保存和输精等环节。目前，世界十大猪肉生产国中90%以上的养殖场采用人工授精方式进行繁育（Waberski et al.,2019），且随着研究工作的不断深入，人工授精技术在猪实际生产中的应用不断完善与增加。
2.1.1 精液采集方式
利用诱情母猪、去势公猪或者假台畜对健康的公猪进行诱情。一般种公猪在8月龄左右，即可进行初次采精（俞苏杭、金耀增，2023），13～24月龄的种公猪的精液品质最佳，在精液质量和数量上均表现更好（谢静静 et al.,2022）。综合考虑精液的各项指标及猪场的效益，种公猪的最佳采精频率是2～4 d进行一次（梅军四 et al., 2016; 易宗容 et al.,2023）。公猪精液的采集主要有假阴道、手握式和电刺激三种方式，其中手握式采精法是实际生产中常用的方法，需注意的是种公猪最先射出的精液精子数量少且含菌多，应舍弃，直至射出的精液呈乳白色时开始收集（李盈 et al.,2022）。精液采集后要注意避光，并迅速移至试验操作台进行下一步操作。
2.1.2 精液稀释
精液采集之后，为了更好的保存和使用，需要进一步稀释。根据稀释液保存精液时效的长短，分为长效稀释液和短效稀释液，其中短效稀释液在人工授精中使用占比85%（王善鹏 et al.,2023）。常见的商品化的精液稀释液有浓缩型、稀释粉以及成品稀释液，种类多样，功能各异，大部分具有抗菌抗病毒、提升免疫力等功效。根据所采精液的密度选择相应的稀释比例，同时根据等温稀释原则（温差≤1℃），先是按照1：1的比例将稀释液加入到原精液中，再根据其密度大小逐步稀释，直至精液的精子质量与数量达到标准要求（精子活力≥70%，精子密度3.0×107～5.0×107 /mL），稀释倍数过高会影响受胎率，而稀释倍数过低会影响精液的保存时间，一般4～6倍的稀释，其保存时间和受精率最高（王猛 et al., 2023）。
2.1.3 精液保存
猪精液的保存主要有常温、低温和冷冻三种保存方式。常温保存，即现采即用的方式是目前广泛使用的精液保存方法，一般可保存1～3 d，但随着时间推移，精子活力明显降低，容易造成资源的浪费。在低温环境下，猪精子可通过降低细胞内各种酶的活性，降低ATP的释放速度，延缓精子活性氧（ROS）的产生以及抑制稀释液成分衰变后有害物质的释放，从而达到猪精子长期保存的目的（王硕 et al.,2020），猪精液在低温环境下的有效保存时间在5～7 d，并且Funahashia等（Funahashi and Sano，2005）研究发现，猪精液在10℃环境下保存29 d后得到了很好的受胎效果。但与其他物种不同的是，猪精子对温度变化十分敏感，随着温度的降低，精子细胞的化学和物理特性会发生改变，精子质量会受到很大影响。牛的精子冷冻保存技术已经非常成熟，而利用冷冻精液受精的母猪低于1%（Waberski et al., 2019）。学者们通过补充抗冷冻保护剂、抗氧化剂等物质防止精子冷休克和减少冻融过程造成的损伤（陈亮，2017）。但猪精液的冷冻保存技术仍然存在成本较高、繁殖能力低等问题而未被广泛应用。另外，有学者通过模拟附睾内负压环境，对猪精液进行保存，同样也取得了比较理想的效果（李天峰 et al., 2023）。
2.1.4 性别控制技术
人工授精技术可以很好地控制仔猪性别，减少公猪的饲养数量并减少小公猪去势的工作量，降低生产成本，并且能够增加其选种强度，有效加快育种进程，在生猪实际生产中具有重要作用。猪性别控制主要是根据其精子中X和Y染色体的物理化学性状不同，通过离心分离法、流式细胞仪分离法、免疫学分离法、电泳分离法、层流分离法等方法进行分离（陈启华 and 李祚永， 2023）。其次是对受精后的胚胎进行鉴别，常用的胚胎性别鉴别法有细胞遗传学方法、免疫学方法、分子生物学方法、PCR法鉴定胚胎性别等（宋宇伦 et al.,2023）。但性别控制技术目前仍存在精子损伤、分离时间长等问题，并且成本高、难以操作，阻碍畜牧业的发展。
2.1.5 母猪同期发情、定时输精与猪场批次化生产母畜的发情排卵是由体内促性腺激素释放激素（GnRH）、卵泡刺激素（FSH）、促黄体生成素（LH）等激素水平逐步升高引起的（陈志林 et al.,2015），虽然母猪断奶几天后就会出现发情现象，但由于母猪体内的激素水平不同，导致其发情时间不尽相同。利用人工注射性激素的方法可以让母猪的激素达到基本一致的水平，使猪群同时启动发情周期。2015年，国内开始应用定时输精技术（翁士乔，2016），该技术的出现免去了大量繁琐耗时的发情鉴定工作，采用外源激素，调控母猪性周期、卵泡发育及发情排卵，使其达到同步化，以实现在确定的时间进行输精配种。前者的铺垫有助于猪场生产实现全进全出的饲养方式，并在一定程度上阻断了猪群疾病的传播，利于生产统筹和生产管理，实现母猪批次化生产的目的。
2.1.6 输精方式
猪人工授精的输精方式主要包括子宫颈后输精技术和子宫深部输精技术。子宫颈后输精技术是把精液输入到母猪子宫体，而子宫深部输精技术是将精液输入到子宫角近端1/3处（子宫颈口后10～15 cm处），通过适当位置的输精，使精液快速进入两侧子宫角与输卵管，继而提高卵子受精率，提高母猪窝产仔总数（王南山，2022）。相对于常规的子宫体输精方法，子宫深部输精可以减少输精剂量，防止出现精液倒流现象，更容易到达输卵管壶腹部受精部位，提高种公猪利用率，减少输精时间，提高劳动效率以及生产效益（徐海波，2022）。
2.2 体外受精技术
猪体外受精是胚胎工程中重要的辅助生殖技术，可充分利用卵子资源，在体外环境中操控精子和卵子受精，为实现体外胚胎批量生产提供高效而价廉的手段。体外受精技术本身可用于哺乳动物配子发生、精子获能和早期胚胎发育机制的研究。体外受精与胚胎移植技术密不可分，两者结合将生产的优质胚胎移植到代孕母猪的体内以大量生产试管猪，缩短猪的繁殖周期，满足当今社会对异种器官移植和疾病研究模型的需要。此外，该技术还可与基因编辑技术联合生产基因编辑动物，提高体外受精技术在产业及科研上的发展前景。
体外受精技术距现今已有一百多年的历史，最早的体外受精试验可追溯到1962年，Suzuki等（Suzuki and Mastroianni，1965）成功使兔的卵母细胞在其输卵管液中体外受精且发育到4细胞阶段。随后在小鼠（Niwa and Chang，1975）、牛（Bondioli and Wright，1983）、羊（Cognie et al.,1991） 和猪（Motli and Fulka，1974）等动物上都有所突破陆续实现了该技术。对于猪的体外受精技术的发展，早在1974年（Motli and Fulka，1974）就有研究发现猪卵母细胞能够在体外培养成熟，直至1998年（Abeydeera et al.,1998）利用体外受精技术、性别控制技术和胚胎移植生产的仔猪出现，标志着猪的体外受精技术逐渐趋于成熟。但目前猪体外受精仍受到多精入卵的阻碍，致使体外受精成功率（单精子受精卵/受精卵母细胞数量的比例）不超过45%（Romar et al., 2016）。已经有人对多精入卵率高的问题提出了假设，例如体外受精培养基成分，受精时精子的浓度以及精卵共孵育时间等（孙梦娟 et al., 2022），也已尝试了许多不同的方法和方案来改善现状，但迄今为止，还没有一个准确的方案可以解决这个问题，也没有一个通用的方法来保证猪体外受精的成功率会像牛体外受精一样可以超过70%（Rizos et al.,2008）。因此深入研究猪体外受精，提高效率和胚胎质量仍然是重中之重。
2.3 胚胎移植技术
世界上第一个胚胎移植兔出生于1890年，之后胚胎移植逐渐在大动物上取得成功，直到1951年猪的胚胎移植获得成功。而我国对猪胚移植技术的研究在上世纪80年代取得突破，中国农科院畜牧研究所冯书堂等人（冯书堂 et al.,1990）用30头母猪作为试验对象，进行胚胎移植，最终8头成功妊娠并产仔52头。胚胎移植技术主要包括供体和受体母畜的选择、同期发情和超数排卵处理、胚胎回收、质量鉴定及胚胎移植等过程（Youngs，2001）。收集猪胚胎及胚胎移植的主要方法是手术法，即麻醉供体和受体母猪，切开供体腹部，在子宫角或输卵管部位收集胚胎，移植到受体母猪相同的部位（景绍红 et al.,2004）。但手术法移植胚胎没有办法在现场应用，仍有许多不足，因此逐渐建立了新的对个体损伤较小的内窥镜法。研究表明，内窥镜法移植平均妊娠率为14%～46%，窝产仔8头左右近年来妊娠率已提高到90%（王前， 2005）。现今采用非手术法收集猪胚胎的方法也有成功的案例，从经济价值考虑，非手术法更优于手术法， 因为它不需要特殊的设备及条件，还可以在现场应用（孙兴参，2002），但由于母猪生殖道的解剖困难使该技术的应用也受到限制，目前该技术只适用于将子宫角切短的母猪，因此并没有被广泛使用。
2.4 胚胎冷冻技术
胚胎冷冻技术是一种将胚胎在极低温度下进行长期储存的方法（Jang et al., 2017）。在过去几十年中，随着冷冻胚胎保存技术的发展，胚胎冷冻技术在畜牧业中的作用越来越关键，逐渐成为基因库建立的核心步骤（Kushnir et al., 2017）。1994年，Dobrinsky使用甘油作为冷冻剂成功保存猪的胚胎，这是玻璃化冷冻法的首次应用（Dobrinsky and Johnson，1994），猪胚胎玻璃化冷冻技术也由此开始迅速发展，至1997年陆续开发了OPS玻璃化冷冻法（Vajta et al.,1997），将冷冻管加热拉长，减小管内体积和厚度，高效地降低冷冻剂的使用量，从而降低冷冻剂毒性对细胞的损伤。2004年陆续开发了超细开放式拉长细管技术（Superfine Open Puled Straw.SOPS）和玻璃化快速冷冻仪技术（VitMaster-SOPS）（Cuello et al., 2004）。由此表明，玻璃化冷冻方法能成功保存2～4细胞期的猪胚胎。到目前为止，猪胚胎的玻璃化过程不断改进，从而提高了胚胎的存活率和移植术后的分娩率，推动了玻璃化的标准化和应用。虽然胚胎冷冻技术的研究不断深入，胚胎冷冻保存方法也在不断完善，但猪胚胎具有特殊的理化特征，使建立猪胚胎冷冻保存的有效方法更加困难。希望在未来，随着低温生物学和材料科学的不断进步和结合，将有助于开发更好、更适合的玻璃化新材料，使胚胎冷冻技术可以突破瓶颈，更好地应用于猪的繁殖生产中。
2.5 精子微胶囊技术
精子微胶囊技术是利用钡离子-海藻酸钠将精液封闭在一层选择性透过膜中形成微胶囊在不影响精子正常代谢及受精能力前提下，将精液作为整体进行人工授精的一种技术（张海涛 et al.,2016）。选择性透过膜可为精子创造一个相对稳定的微环境，排出精子代谢废物，但其表面的活性分子却不能透过，以此达到保护精子的目的（陈志林 et al.,2015）。该技术节约大量输精耗材的同时，也减少了输精的操作次数，可使母畜达到受孕的目的。
最早的精子微胶囊技术是在1985年提出的，Nobel等人成功对牛精液运用微胶囊技术，并且得到顶体完整且活力较高的精子（Nebel et al.,1985）。1990年K.L.Esbenshade等（Esbenshade and Nebel，1990）成功用聚赖氨酸微球实现猪精子的微囊化，发现精子胶囊化具有更好的人工授精率。到2005年，研究人员用海藻酸盐代替聚赖氨酸微球包裹精子，发现精子微囊化可以延长精子寿命，甚至可能维持体内卵子受精能力（Huang et al.,2005）。体外试验证明，胶囊化过程可以维持精子的完整性，限制顶体反应过早化，并可能增强精子细胞的抗氧化能力。因此，与稀释的、冷藏的精液相比，精子微胶囊技术将精液浆保持在生理环境中，限制血浆成分稀释，可以将精子及其膜保持在更好的状态。但是目前的猪精子微胶囊技术还存在许多问题，如精液浓度低、不易胶囊化、精子活力差、难以低温保存等问题（张海涛 et al., 2016）。精子微胶囊技术是一种非常有前途的技术，通过包装精子保持精子的高活力，提高母畜的繁殖潜力，另外还可以优化体外受精体系，提高体外受精率，从而达到缩短繁殖周期、加快品种改良的目的。
3 小结
近年来，随着规模化养猪的逐渐兴起，一些现代的猪繁殖调控技术，如同期发情/定时输精、精液冷冻保、精子微胶囊、性别控制、胚胎冷冻、胚胎移植、体细胞克隆及基因编辑等技术逐步应用到了猪的现代养殖生产实践中，这些技术对于提高猪的繁殖效率具有重要作用。然而，上述有关猪的繁殖调控技术的总体应用水平仍然不高，未来应进一步开展这些前沿繁殖调控技术研发，将最新繁殖调控技术与常规育种技术、分子标记辅助选择、多组学（基因组、代谢组、微生物组学等）选择等技术相结合，为提高猪的繁殖效率提供技术支撑。
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