猪精液质量安全与实验室关键技术 中国农业大学动物科技学院 朱士恩 Tel: 010-62731979 mail: zhushien@cau.edu.cn 2012-06-05

汇 报 提 纲 猪精液的特性及精子结构 实验室精子质量检测方法 精子指标与受精能力的关系 精液体外保存及操作安全 人工授精新方法及操作安全

猪精液的特性及精子结构 猪精液的特性 猪精子结构

猪精液的特性 150~500 mL 射精量 精子数 300~600 亿 平均2 亿/mL 密度 50~80% 活率 乳白色 颜色 略带腥味 气味 初：7.0~7.8，浓密：弱碱性 pH值

猪的精子分头部、颈部和尾部三个主要部分。长度为50～60μm，表面有质膜，是含有遗传物质并有活动能力的雄性配子。 猪 精 子 结 构 头部 颈部 尾部 猪的精子分头部、颈部和尾部三个主要部分。长度为50～60μm，表面有质膜，是含有遗传物质并有活动能力的雄性配子。

头 部 注意渗透压，保证脂膜完整性 大 小：猪精子头部长8.5μm； 形 状：为扁卵圆形，长: 宽 : 厚=8 : 4 : 1； 头 部 大 小：猪精子头部长8.5μm； 形 状：为扁卵圆形，长: 宽 : 厚=8 : 4 : 1； 质 膜：精子头部最外层的膜； 细胞核：内含遗传物质DNA； 顶 体：在质膜下为帽状双层结构的顶体， 顶体内含多种与受精有关的酶。 侧面 注意渗透压，保证脂膜完整性

颈 部 位 置：猪精子的颈部位于头的基 部，是头和尾的连接部； 作 用：精子尾部的纤丝在该部与头 相连接。 注意断颈 颈 部 位 置：猪精子的颈部位于头的基 部，是头和尾的连接部； 作 用：精子尾部的纤丝在该部与头 相连接。 注意断颈 1.小头 2.植入板 3.中心粒 4.核膜瘤 5.中段起始部

尾 部 作 用：为精子最长的部分，是精子代谢 和运动器官； 组 成：根据其结构的不同又分为中段 （约10μm）、主段（约30μm） 尾 部 作 用：为精子最长的部分，是精子代谢 和运动器官； 组 成：根据其结构的不同又分为中段 （约10μm）、主段（约30μm） 和末段（约2~5μm）； 中 段：由颈部延伸而来，内有线粒体， 是精子分解营养物质和产生能 量（ATP）的主要部分。 1.质膜 2.线粒螺旋体 3. 线粒螺旋体横切 4.外周纤丝 5.中心纤丝 6.终环后窝 7.终环 8.植入板 9.质膜 10.外圈纤丝 11.内圈纤丝 12.中心纤丝

畸形精子和分类 头部畸形 中段畸形 尾部畸形 种 类：窄头、头基部狭窄、梨形头、圆头、巨头、小头、 头基部过宽和发育不全等。 种 类：窄头、头基部狭窄、梨形头、圆头、巨头、小头、 头基部过宽和发育不全等。 形成位置：精子在睾丸内精子发生过程中受不良环境影响引起的。 中段畸形 种 类：包括中段肿胀，纤丝裸露和中段呈螺旋状扭曲等。 形成位置：中段畸形多数是在睾丸或附睾发生。 尾部畸形 种 类：尾部各种形式的卷曲、头尾分离、双尾、带有原生 质滴的不成熟精子。 形成位置：精子通过附睾、尿生殖道和体外处理过程中出现的。

精液检测 宏观指标：颜色、气味、pH、体积、密度、活力、活率等； 微观指标：质膜完整性、线粒体、顶体和获能状态等。

精子质量检测方法 1 6 2 7 3 8 4 9 5 10 颜色、气味、pH、采精量检测 线粒体功能检测 精子运动能力检测 获能和顶体检测 精子密度检测 8 染色质完整性检测 4 精子畸形率检测 9 透明带结合检测 5 精子质膜完整性检测 10 体外受精检测

颜色、气味、pH、采精量检测 颜 色 气 味 pH 值 采精量 乳白色或浅灰色 绿色、黄色 浅红色、红褐色 略 带 腥 味 恶臭等异常气味 颜 色 乳白色或浅灰色 绿色、黄色 浅红色、红褐色 正常 异常 气 味 略 带 腥 味 恶臭等异常气味 正常 异常 pH 值 正常精液pH值 初: 7.0~7.8；浓密:弱酸性 pH值越低 精子密度越大 采精量 电子天平称量法 按1g = 1 mL计 射精量 为150~500 mL

精子运动能力检测

显微镜检测

目测估测法检测活率 目测估测法 活率要求 按0.1~1.0的十级评分法进行评估 鲜精活率＞0.7才可进行稀释配制 保存精液活率＞0.6才可以使用 活率要求

计算机辅助（CASA）检测精子运动能力 CASA 活 力 轨迹速度 （ VCL） 平均路 径速度 （VAP） 直线运 动速度（VSL） 活 力 轨迹速度 （ VCL） 平均路 径速度 （VAP） 直线运 动速度（VSL） 直线性（LIN） 活 率 CASA Table 2 解冻后质膜完整率和活力参数(from Eriksson,2002) Breed Boars (n) Ejaculates PMI (%)1 Motile (%)2 Linearly motile (%) VSL (μm/s)3 VAP (μm/s)4 VCL (μm/s)5 LHD (μm/s)6 L 18 66 60±8.3 53±4.5 60±11.8 84± 11.2 96 ± 12.7 136 ± 17.1 3.1± 0.52 Y 20 60±8.4 52±6.0 66±12.7 85± 11.5 95± 12.5 131 ± 17.2 2.9 ± 0.63 H 9 23 60±5.4 49±4.6 69±12.9 84 ± 10.4 94 ± 10.5 123 ± 19.0 2.5± 0.71 H，汉普夏;L, 长白猪;Y，约克夏. 1精子质膜完整率；2 眼观评估；3直线运动速度；4平均路径速度；5轨迹速度；6精子侧摆幅度

计算机辅助分析仪

直线运动 有活动力 运动较慢 靠近边缘

精子密度检测 估 测 法 精子密度仪法 和CASA 法 血细胞计数法 主观性强，误差大 方便、时间短、重复性好 最准确，但速度慢 ＜一个精子为“密” ＝一个精子为“中” ＞一个精子为“稀” 估 测 法 主观性强，误差大 精子密度仪法 和CASA 法 方便、时间短、重复性好 原精液200μL 3%NaCl稀释10倍 血细胞计数法 计数板上放盖玻片 最准确，但速度慢 滴上1滴稀释精液 计数5个中方格精子 猪精子密度为平均2亿/mL 生产上主要以精子密度仪法检测 将该数乘以50万

精子畸形率检测 畸形率检查方法 染色后显微镜观查 畸形率要求 相差显微镜直接观察 伊红或姬姆萨等染色后普通显微镜观察 取中层精液抹片 固定液固定20min Giemsa染色90min 水洗并风干 置1000倍油镜下 观察精子＞ 300个 染色后显微镜观查 要求：不超过18%为宜 畸形率要求 影响：畸形率过高会减少精液的受精能力 改善：增加精液的用量可以提高其受精效果

精子质膜完整性检测 1 精子质膜作用及分布 2 精子质膜染料分类 3 精子不同区域质膜的检测 4 精子质膜的主要检测方法

流式细胞仪

精子质膜作用及分布 精子 质膜 覆盖于顶体外 膜区上的质膜 分布 覆盖于精子头部 非顶体区的质膜 覆盖于尾部的中段 和主段部分的质膜 维持完整的 细胞内环境 作用 受精过程中起到信 号识别与传导作用 转运物质功能

精子质膜染料分类 非荧光染料 荧光染料 死精子特异性荧光染料 活精子特异性荧光染料 碘化丙锭（PI） Hoechst33258 伊红—苯胺黑染色 精子质膜染料分类 非荧光染料 伊红—苯胺蓝染色 苔盼兰—吉姆萨染色 荧光染料 死精子特异性荧光染料 活精子特异性荧光染料 碘化丙锭（PI） Hoechst33258 溴化乙锭（EB） SYBR-14 烟酸己可碱33342 羧基荧光素双醋酸盐 (CFDA) 染色原理：此种染料不能进入质膜完整功能的精子内部，只能进入质膜受损的精子，并与DNA结合发出荧光。 染色原理：活精子特异的荧光染料是膜通透性的染料，只能进入细胞膜完整的精子。

精子不同区域质膜的检测 通常与顶体外膜完整性的检测联合起来进行 覆盖于顶体外 膜区上的质膜 荧光染料，如碘化丙锭（PI）、溴化乙锭（EB）、DAPI、 Hoechst 33258等 覆盖于精子头部 非顶体区的质膜 非荧光染料，如伊红—苯胺黑、伊红—苯胺蓝等 原理： 低渗溶液中，有生物活性的精子质膜会使水分子进入质膜中，水的内流使精子尾部的质膜膨胀并且尾部会发生弯曲。 若精子质膜损伤或失去生物活性，水能够自由通过质膜，在胞质内不会积聚液体，从而不会出现肿胀和尾部弯曲。 精子的低渗肿胀实验（HOST）检测 覆盖于尾部的质膜

精子低渗肿胀检测（HOST） 膜完整精子的变化 等渗液 低渗液 进入低渗液 进入等渗液

精子质膜检测新方法 SYBR-14和PI的联合染色 流式细胞仪检测 显微镜进行检测 A B C Q1: PI染色的死精子； Q4: SYBR-14染色活精子； Q2: SYBR-14/PI染色，正在死亡的精子； Q3: 杂质颗粒，无颜色。 A：PI染色的死精子，为红色； B：SYBR-14染色活精子，为绿色，膜功能完整； C：SYBR-14／PI染色，正在死亡的精子。

线粒体功能检测 1 检测线粒体的染料分类 2 精子线粒体检测方法

（MitoTracker Green FM） 检测线粒体的染料分类 染料名称 染色特性 R123 （Rhodamine123） 1. 渗透并沉积在正常线粒体上，发绿色荧光； 2. 若线粒体损坏则不发荧光。 MITO （MitoTracker Green FM） 1. 当积聚在线粒体内时会发绿色荧光。 JC-1 （5,5',6,6'-tetrachloro-1,1 ',3,3'-tetraethylbenzimidazolyl-carbocyanine iodide） 1. 线粒体膜电位低时，发绿色荧光； 2. 膜电位高时发橙色荧光。

精子线粒体检测新方法 A B C 流式细胞仪检测： D E 荧光显微镜检测： PI与J C-1联合染色 JC-1单染 JC-1/PI双染 多边形外的精子，为低能线粒体； E-Q1：死精子； E-Q2：活精子高能线粒体； Q1Q2以外：为活精子低能线粒体； D E 荧光显微镜检测： A：活精子高能线粒体 头无色或微绿，尾橙色； B：死精子高能线粒体 头红色，尾橙色； C：死精子低能线粒体 头红色，尾微绿或无色。 JC-1单染 JC-1/PI双染

获能和顶体检测 一 二 获能检测 顶体检测 精子膜的获能状态改变很容易引起顶体反 应的提前发生，以及精子受精能力的丧失 顶体反应是精子成功穿入卵母细胞所必需的过程。 顶体内富含多种蛋白水解酶（顶体酶），在精子穿过卵子放射冠、透明带等受精过程中发挥主要作用。 二 顶体检测

获能检测 采用金霉素 (CTC) ① ② ③ ① F型，整个精子头部有均一荧光，为未获能，顶体完整的精子； ② B型，精子头前部为均一荧光，在靠近颈部部分无荧光或非常弱，为顶体完整且获能的精子； ③ AR型，整个精子头部无荧光，为顶体不完整的精子，即发生了顶体反应的精子。 采用金霉素 (CTC) CTC 进入精子可以结合游离的钙离子，形成CTC-Ca2+ 复合物，在荧光显微镜下激发出黄绿色荧光 ① ② ③

顶体检测 现在用的最多的是异硫氰酸荧光素（FITC）与花生凝集素（PNA）结合使用效果好。 精子顶体主要是应用PI 和FITC-PNA 联合标记，用荧光显微镜或流式细胞仪进行检测。 流式细胞仪检测精子的活力和顶体状态 荧光显微镜下观察精子的活力和顶体状态 A) B) Q1：PI 标记为未发生顶体反应死精子； Q2：PI/FITC-PNA 标记的顶体反应死精子； Q3：无颜色，未发生顶体反应活精子； Q4：FITC-PNA标记发生顶体反应活精子。 A)PI标记死精子的细胞核呈现红色荧光； B)发生顶体反应或顶体膜破损的精子被FITC-PNA 标记，呈现绿色顶体。

卵母细胞体外受精(IVF) 技术已经很成熟， 可以利用IVF技术来检测精子的受精能力。 体外受精检测 卵母细胞体外受精(IVF) 技术已经很成熟， 可以利用IVF技术来检测精子的受精能力。 优点 缺点 更能够接近体 内的受精过程 更好的检测精 子的真实质量 部分动物体外受 精技术并不成熟 费时费力 实验条件复杂 成本过高

实验室评估精子质量与受精能力的关系 受精能力 膜 顶体 活力 IVF HZA 活力与受精能力之间具有可变的相关性。 r = 0.15~0.83 （Kjaestad et al.,1993；Januskauskas et al.,2003） 膜的完整性与受精能力之间具有显著但可变的相关性 r = 0.05（Alm et al.,2001）； r = 0.39~0.57（Januskauskas , 2001） 顶体与受精能力之间具有显著但可变的相关性 r = 0.60-0.84 （Withfield and Parkinson 1995；Januskauskas et al.,2000) 体外受精（IVF）与受精能力之间具有显著的相关性 r = 0.35-0.59 （Zhang et al., 1997；Schneider et al.,1999） 精子与透明带的结合能力与受精能力之间具有显著的相关性 r = 0.50 （Zhang et al.,1998） 实验室评估精子质量与受精能力的关系

猪精液的保存处理 注 意 事 项 精液稀释 精液保存 冷冻解冻 精液运输

精液稀释注意事项 器具须消毒，使用前，用少量稀释液冲洗一遍 品质检查不合格(活率＜0.7)的精液不能稀释 精液采集后尽快稀释, 原精贮存时间不宜超过30min 稀释时严禁太阳光直射精液,应于较暗处操作 精液要求等温稀释,以精液为标准,调节稀释液温度 稀释液沿杯壁加入到精液中,沿一个方向搅拌混匀 高倍稀释时先进行低倍稀释,以防 “稀释打击” 稀释倍数: 根据精液的品质,输精量,配种母猪头数 以每个输精剂量40亿/80 ~100ml来确定稀释倍数 稀释后要求静置片刻再作精子活率检查 采精量200 ml, 活率0.8, 密度2亿/ ml, 每个输精剂量含40亿/100 ml。 总精子数=200 ml × 2亿/ ml =400亿 稀释份数=400亿× 0.8/40亿=8份 需稀释液=8×100 ml -200 ml =600 ml

精液保存注意事项 保存温度 保存要求 常温（17℃等） 低温（4℃等） 冷冻（-196℃） 生产上：常温17℃ 精液需缓慢降温，室温1~2h或纱布包裹 每12h将精液摇匀1次，要轻缓均匀 注意冰箱内温度的变化防止温度升高或降低 减少保存箱开关次数，以减少对精子的影响 使用前检查活率，活率＜0.6精液应弃之 用稀释液保存的精液，应尽快用完 保存要求

精液的冷冻及解冻方法 (Westendorf et al. 设计， Bwanga et al 改进) 精液采集并进行质检 用BTS稀释，降温（15℃，3 h） 离心（800×g，10 min），弃除上清 用LEY稀释，降温（5℃，2 h） 5℃条件下，用含甘油的LEY稀释 分装于5ml扁平袋（细管）或0.5 ml细管 稀释流程 置于冷冻支架并移入程序冷冻仪（5℃） 冷冻流程 3 ℃/min， 5 ℃ → -5℃，保持 1 min结晶 50℃/min， -5℃ → -140℃，液氮储存 5ml扁平袋: 50 ℃，13 s 解冻流程 5ml 细管: 50 ℃ ， 40 s 0.5ml 细管: 50 ℃，12 s或37 ℃, 20s

精液运输应注意的事项 精液运输关键 运输注意事项 保温、防震、避光 运输前应检查活率，低于0.7的精液严禁调出 包装瓶（袋）应排尽空气，以减少运输震荡 运输过程中，放入保温箱中保温（16~18℃） 到达目的地，检查精子活率，合格方可接收 运输过程中，应严格避光 运输注意事项

人工授精方法 子宫颈输精法 intra-cervical insemination，intra-CAI 子宫内输精法 post-cervical insemination，post-CAI 子宫角输精法 deep uterine insemination，DUI

传统人工授精技术(intra-CAI)

子宫颈输精法(intra-CAI)

子宫内输精法(post-CAI) 软管

子宫角输精法(DUI)

子宫内与子宫颈输精的生产数据比较 冷藏精子 作者 输精方法 输精数量 分娩率（%） 产仔数 （头/窝） 备注 产仔数 （头/窝） 备注 Watson and Behan (2002) 子宫颈输精 3000×106 91.3 12.5 差异 不显著 子宫内输精 1000 ×106 88.7 12.1 Hungary and Croatia 3000 ×106 88.1 12.3 产仔数 差异显著 (10亿) 87.8 10.2

子宫角与子宫颈输精的生产数据比较 液态精子 作者 输精方法 输精数量 分娩率（%） 产仔数 （头/窝） 备注 Va′ zquez et al. (2001) 子宫颈输精 3000 ×106 87.3 10.4 差异不显著 子宫角输精 150 ×106 83.3 9.2 Day et al. (2003) 90.0 12.9 (1.5亿) 83.0 10.5

子宫角与子宫颈输精的生产数据比较 结论： 不同精液及不同授精方法在各项生产指标上差异不显著 Table 1. 对断奶发情母猪（激素诱导排卵）授精一次的不返情率、妊娠率、分娩率、产仔数； (from Roca et al. 2003) 子宫角输精 子宫颈输精 冷冻解冻精子 新鲜精子 授精头数 49 29 33 情期不返情数 (%) 42/49 (85.71) 24/29 (82.76) 27/33(81.82) 28 天妊娠数 (%) 39/49 (79.59) 26/33 (78.79) 产仔母猪数(%) 38/49 (77.55) 25/33 (75.76) 产仔数(mean ± SEM) 354(9.31 ± 0.41) 239(9.96 ± 0.32) 240(9.6 ± 0.53) 子宫内输精法的输精量：鲜精 (150 ×106)，冻精(1000 ×106) ；传统输精法的输精量：冻精(6000 ×106) ； 结论： 不同精液及不同授精方法在各项生产指标上差异不显著 采用DUI法与intra-CAI比较，将输精量从5–6 ×109降到1 ×109不会改变繁殖性能

三种输精方法的特点 子宫颈输精 子宫内输精 子宫角输精 操作简单，易掌握，但需较大的输精量 应用的比较普遍 使用精液量少，适用于冷冻精液和性控精液 子宫内输精 操作相对复杂，需特殊的输精管 子宫角输精 且容易对母猪造成输精伤害 对操作人员的要求较高