關鍵詞： 豬; 性控精液; X/Y 精子分離技術; 精液質量; 精液分選

作者：張鴻巖;王善鵬;羅亞東;張偉靜;閔令江;朱振東

作者單位：青島農業大學;杭州東源生物科技有限公司

　　摘 要: 性別控制技術是指通過人為手段干預后，使母畜按照人們所希望的性別繁殖后代的技術。豬性控精液的生產 能夠大大加快優良種豬選種選育的進程，為我國養豬業的可持續發展提供保障。本文系統綜述了目前常見的豬精子 性別控制技術及保存方法，闡述了影響豬性控精液分選效率的原因及性別控制技術在養豬業的應用前景，為今后豬精 子性別控制技術的發展和應用提供參考。

　　我國是世界上公認的養豬大國，生豬生產是 我國農業的重要組成部分。我國生豬飼養量和豬 肉消費量均占全球總量的 50%以上，豬肉消費量 更是 占 據 全 國 肉 類 消 費 總 量 的 60% 以 上［1］。 2018 年我國發生非洲豬瘟，導致豬肉產量急劇下 降。隨著穩產保供政策的有效實施，養殖場的產 能持續增長，生豬生產快速恢復，但我國豬肉市場 仍然面臨著供需矛盾的問題［2］。為了解決這一問 題，科研人員不斷研發新型技術，其中性別控制技 術是指人為干預后，使母畜生產出符合人們所期 望性別后代的技術手段［3］。性別控制技術在選種 選育中發揮重要作用，特別是對于優良種豬的培 育，通過選擇特定性別的后代，加速遺傳改良進 程，提高豬種的生產能力和抗病能力，推動我國養 豬業的穩定發展［4］。例如，市場對杜洛克公豬需 求量大，通常將杜洛克公豬作為終端父本，若能利 用性別控制技術分離 Y 精子用于人工授精，便能 快速獲得優良純正的杜洛克公豬。此外，性別控 制技術對擴大能繁母豬存欄量、調節種豬產仔性 別比例還具有重要的應用價值［5］。本文綜述了目 前常見的豬精子性別控制技術及保存方法，探討 了影響豬精子分選效率的因素，以及性別控制技 術在養豬業中的應用前景，旨在為今后豬精子性 別控制技術的發展和應用提供參考。

　　1 豬精子性別控制的方法

　　目前，國內對豬精子進行性別控制的方法也被稱 為 X/Y 精子分選技術［6－7］。X/Y 精子分選技術是現 代動物繁殖和人類輔助生殖技術中的重要方法之一， 根據動物性染色體的差異分離出含 X 染色體或 Y 染 色體的精子，從而達到實現性別控制的目的［8］。X/Y 精子分選技術在畜牧業和醫療領域具有廣泛應用，尤 其在提高家畜繁殖效率和控制性別比例方面具有重 要意義。目前，關注較多的 X/Y 精子分選方法包括 流式細胞儀分離法、pH 值分離法、磁性細胞分離法及 免疫學分離法［4，9］。

　　1. 1 流式細胞儀分離法

　　豬精子最常用的分選方法是流式細胞儀分離法。 該方法的原理是基于精子內 X 染色體和 Y 染色體在 DNA 含量上的微小差異。通常情況下，豬 X 染色體 比 Y 染色體大，X 精子相對于 Y 精子的 DNA 含量多 3. 6%［4］。流式細胞儀分離法利用這一差異，通過熒 光染料對精子進行染色，隨后精子被置于流式細胞儀 流動室的鞘液中，通過窄流通道逐個通過激光束，激 發熒光染料，使其在特定波長下發出熒光。檢測器則 根據熒光強度的差異區分 X/Y 精子，并通過電荷場 的偏轉將其分離并收集［10］。曾有權等［11］使用流式 細胞儀分離法分離約克夏公豬的 X/Y 精子，其純度 分別達到 88%、83%。流式細胞儀分離法分選的精子 雖然純度較高，但是在分選過程中精子會經歷熒光染 色、激光照射等過程，會對精子造成一定損傷［12］，且 使用流式細胞儀分離法分離精子產量低，速度慢，需 要專業技術人員操作，導致流式細胞儀分離法在生產 中難以廣泛應用。

　　1. 2 pH 值分離法

　　豬精液一般呈現中性或弱堿性，pH 值在 7. 0 ～ 7. 5 之間。豬精子在不同的 pH 值環境下會表現出不 同的運動狀態。在弱堿性環境中，X 精子的運動會受 到一定程度抑制，Y 精子的運動能力被激活; 在弱酸 性環境中，X 精子的運動能力被激活，Y 精子的運動 反而受到抑制。研究發現，豬精液在酸性溶液中的 X、Y 精子比例可達到 1. 2 ∶ 1，但這還不足以有效地 實現豬 X/Y 精子的分離［13］。胡冰艷等［14］研究發現， 在豬精液中添加一定濃度的水肌酸后，再利用 pH 值 分離法可以更高效地分離豬 X/Y 精子，在 pH 值為 6. 4 的精子稀釋液中添加 750 μmol /L 的水肌酸時， 其上層精液 X 精子占比可達到 63. 32%; 在 pH 值為 7. 1 的精子稀釋液中添加 750 μmol /L 的水肌酸時， 其上層精液 Y 精子占比可達到 67. 19%，且分選后不 會損傷精子質量。pH 值分離法分選精子較為方便且 節約成本，但目前 pH 值分離法僅在小規模的豬和奶 山羊養殖場中進行試驗，要形成完善的體系還需多方 面的深入研究［15］。

　　1. 3 磁性細胞分離法

　　磁性細胞分離法是通過使用結合抗體的磁性微 粒特異性識別并結合精子表面與性別相關抗原的分 離方法［10］。當磁性微粒與精液混合后，通過磁場的 作用，便可以將帶有特定性別標志的精子分離出 來［16］。K．Sringarm 等［17］通過磁場使用 Y 精子的特 異性單克隆抗體 scFV 耦聯磁性微粒捕獲 Y 精子后， 使 X 精子可被單獨收集，而后通過添加洗脫液，再單 獨收集 Y 精子。A．Johannisson 等［18］研究發現，通過 磁性細胞分離法分選出的豬精子相比于未分選的豬 精子會具有更高的膜完整性，其線粒體膜電位水平也 會更高，以此法分選出的豬精子也更有利于后續進行 人工授精。磁性細胞分離法操作簡單，能夠快速地在 不損傷精子的前提下以較高比例分選出 X/Y 精子， 雖然通過該方法分離得到的精子用于體外受精或人 工授精的研究較少，暫時無法確定其應用到生產中的 效果，但其仍有較好的研究前景。

　　1. 4 免疫學分離法

　　由于豬 X/Y 精子的基因組 DNA 存在差異，導致 其蛋白表達也不相同，免疫學分離法通過對某種精子 特異性表達的蛋白進行激活或抑制，從而實現分離 X/Y 精子，例如 Toll 樣受體 7 /8( TLＲ7 /8) 只在 X 精 子中表達。T．Umehara 等［3］基于抗原抗體反應發現 了新的 X/Y 精子分離方法———激活 TLＲ7 和 TLＲ8 受體以分離 X/Y 精子。研究人員基于 TLＲ7 /8 受體 對 X 精子的作用進行了日本黑牛［15］和奶山羊［16］的 精子分離，其得到的 X 精子占比分別為 86. 2% 和 80. 3%，并將其用于體外受精后，雌性胚胎占比分別 為 84. 2%和 80. 5%。研究發現，豬精液中的 TLＲ7 和 TLＲ8 與特異性配體雷西莫特( Ｒ848) 共孵育后，發現 添加 Ｒ848 可抑制精子的糖酵解過程，降低豬 X 精子 的活力［19］。隨著糖原合酶激酶 3α( GSK3α) 的磷酸 化水平的上升，導致 ATP 生成減少，使 X 精子運動速 度降低，在一定程度上降低高活力精子中 X/Y 精子 的比例，使精液上下層中 X/Y 精子含量出現差異，從 而實現 X/Y 精子的分離。吳昌華等［20］ 研究發現， TLＲ7 /8 在公豬 X/Y 精子中均有表達且表達模式無 顯著差異，因此使用 Ｒ848 孵育后 X/Y 精子活力都受 到影響導致無法分離。目前免疫學分離法的相關研 究較少，但在日本黑牛和奶山羊的試驗中證明，該方 法仍有很大的研究前景，有待進一步研究。

　　2 豬性控精液保存現狀

　　在豬繁育體系不斷發展的過程中，精液保存技術 是極為重要的一環，利用其可以更好地長期保存優良 種質資源［21］。性控精液的保存對于維持精子活力、 受精能力及后期性別選擇的準確性至關重要。

　　在生產過程中，由于分選精子所需要的時間較 長，分選場所距輸精地點較遠等原因，性控精液往往 通過低溫冷凍保存技術進行保存［22］。為了更好地保 存性控精液，精液分選后需要立即進行稀釋。常用的 豬 性 控 精 液 稀 釋 液 包 括 卵 黃 檸 檬 酸 鹽 稀 釋 液、 Modena 稀釋液、ZO( zorlesco) 稀釋液等，這些稀釋液 能為精子提供必要的營養成分，維持精子內部 pH 值 和滲透壓的穩定，保護精子膜的完整性［23］。此外，由 于豬性控精液需要冷凍保存，往往在稀釋液中添加甘 油、二甲基亞砜、卵黃、牛血清白蛋白( BSA) 等冷凍保 護劑。冷凍保護劑可以抑制精子細胞內外冰晶的形 成，阻止細胞脫水和抑制細胞膜的相變等方式來降低冷凍對細胞的損傷［24－25］。豬性控精液分選后應盡快 冷卻到 4 ℃ 左右，以減緩精子代謝，延長其存活時 間［19，26］。冷卻過程中，設備的選擇和冷卻速度的控 制也需特別注意，確保溫度變化平穩，需采用逐步降 溫的方法，以防止溫度驟變使精子產生冷應激，平衡 一段時間后再進行灌裝并冷凍［27］。

　　3 影響豬精子分選效率及質量的因素

　　影響豬精子分選效率和質量的因素多種多樣，但 大多可分為兩類: 一類是由豬精子自身質量問題導 致，另一類則是由使用不同稀釋液及不同分選技術、 操作條件等外在因素導致的。

　　3. 1 自身因素

　　有多種精子自身因素可以影響精子分選后的效 率和質量，主要包括精液質量、濃度及精液中是否存 在精漿。 精液質量是影響豬精子分選的基礎因素。高質 量的精液意味著活精子數量更多，且精子活力強、畸 形率低，這對分選過程中的精子存活率和分選后的受 精能力至關重要，此外如果使用合適濃度的精液進行 性別分選也可以提高其分選效率［28］。豬精液質量受 公畜健康狀況、營養水平、采精方法和頻率等多種因 素的影響。因此，確保公畜健康和良好的飼養管理是 提高精液質量的關鍵。精液中精漿的存在同樣會影 響精子分選過程，D．V．Alkmin 等［29］研究發現，豬精液 在采集后立即去除精漿可提高分選后精液的活精子 數及分選效率，但精漿具體是如何影響精子分選仍需 繼續探究。

　　3. 2 外在因素

　　影響豬精子分選過程的外在因素主要是由分選 技術、操作條件和不同稀釋液等因素所導致。 分選技術的選擇和操作會直接影響豬精子的分 選效率及分選后質量。當前流式細胞儀分離法仍是 最常用的豬精子分選方法，然而該方法對設備要求 高、操作復雜，需要精確地控制和具有高技術水平的 操作員［30］。同時，分離過程中的激光照射和熒光染 料可能對精子造成一定的損傷，影響精子活力和受精 能力［12］。因此，優化分選參數，減少精子損傷，提升 設備的精準性和操作人員的技術水平，是提高分選后 精子質量及分選效率的重要手段。

　　操作條件也是影響豬精子分選過程的重要因 素［31］。在豬精子分選過程中，溫度、pH 值和滲透壓 的控制對精子的存活和分選效率有顯著影響。精子 在適宜的溫度和 pH 值環境下能夠維持較高的活力 和功能。因此，在分選過程中，需要嚴格控制操作環 境穩定，確保精子在最適宜的條件下進行分選。此 外，分選過程中機器的流速和熒光染料的濃度也會對 分選效率產生很大的影響，需要精確控制，以保證精 子分離的準確性和效率［31］。W．M．Maxwell 等［32］研究 發現，用流式細胞儀進行豬精液分選前，使用合適的 稀釋液也可以減輕精子在分選過程中受到的影響。

　　4 性別控制技術在養豬業中的應用

　　性別控制技術作為一項現代生物技術在養豬業中 展現出廣闊的應用前景。性別控制技術主要應用于生 產實踐，通過流式細胞儀分離法、pH 值分離法等方法 人為分離動物 X/Y 精子，最終得到所需性別的后代。 利用性別控制技術也可以準確控制豬群后代的性別比 例，加快育種進程，優化選種選育，尤其良種公豬的培 育［33］。此外，性別控制技術有助于建立優良品種基因 庫，增強優良性狀強度，最大限度地發揮優良豬種的遺 傳優勢，以此帶來巨大的經濟效益［34］。利用性別控制 技術還可以防止性染色體遺傳病的發生和傳播，通過 篩選和剔除帶病的性染色體，盡量減少疫病的發生，從 而促進畜牧業的健康發展［35－36］。

　　近年來由于國家政策的推行，性別控制技術在我 國養豬業取得了重要進展，為提高生產效率、經濟效 益、優化資源配置和滿足市場需求提供了新的途 徑［37］。盡管性別控制技術目前仍面臨技術成本、操 作復雜性等挑戰，但隨著科技的不斷發展，其應用成 本與操作門檻正逐漸降低。未來該技術有望通過精 確調控后代性別比例，推動我國養豬業向更精細和更 高效的方向發展，為行業帶來更大的經濟效益和社會 效益，同時為我國養豬業的可持續發展提供充足的 保障［38］。

　　5 總結與展望

　　性別控制技術在現代畜禽繁殖領域中具有重要 作用，其未來發展和應用前景也十分廣闊。但到目前 為止，流式細胞儀分離法仍是唯一能有效實現性別控 制的商業化方法［39］。由于流式細胞儀設備昂貴，操 作要求嚴格，且分選速率較慢，使其難以廣泛應用于 生產，也導致了市場上的性控精液價格較高等問題。 隨著生物學技術的發展，在豬繁殖生產中，除了流式 細胞儀分離法、pH 值分離法等常見分選方法外，諸如 免疫學分離法、磁性細胞分離法等越來越多的新型分 選方法接連出現。其中磁性細胞分離法具有較好的 研究前景，目前雖然仍未建立一個完善的豬精子分選 體系，但隨著對微流體和納米技術的深入研究，此方 法也會逐漸改進發展，以期用于商業化的性控精液生 產，推動我國養豬業乃至整個畜牧業的發展。