动物采精、输精一体式智能全自动交配机解析

牛俞杰，赵晓飞，沈 成，冷佑清，党文辉，范冰涛

（1.陕西军大法医司法鉴定所，陕西 西安 710000；2.洛阳市吉利区益宝宠物门诊，河南 洛阳 471000；3.上海顽物宠物医疗中心，上海 200000）

目前，国内动物的繁殖主要是自然交配（图1），自然交配弊端较多，容易造成动物自身的损伤和疾病的传播，而人工采精（图2）、输精可以成功避免以上问题。在采精时首先使用采精器采集雄性动物的精液，随后使用输精器将精液输送至雌性动物体内完成授精。但是人工采精、输精时也会存在一些问题，比如：传统的人工配种效率低，操作效果差，容易出现失误，配种员需要和动物近距离接触，发情期动物容易暴躁易激怒，且生殖器官敏感，配种员操作时容易刺激动物，使其产生攻击配种员的行为，造成不必要的人身和安全风险；同时如果不对雄性动物进行刺激，直接对雄性动物进行采精操作，容易导致取精失败。陕西军大法医司法鉴定所数位医学工作者经过近两年的时间研究发明了一种新型实用专利——动物采精、输精一体式全自动交配机，其技术解决了现有自然交配与传统人工交配的一些缺点和弊端，提高了工作效率和质量，减少了人力资源成本。从理论到实践都证明其具有提高畜牧业经济效益的作用。

图1 自然交配

图2 配种员传统人工采精

1 智能全自动交配机内容简介

针对背景技术中提到的问题，本实用新型设备的目的是提供一种动物采精、输精一体式全自动交配机，以解决背景技术中提到的现有的人工采精、输精效率较低并且容易导致采精失败的问题。人工授精的优点主要有：提高优良雄性动物的利用率，促进品种改良及提高配种质量及其整齐度；减少疾病的传播；克服体格大小的差别，充分利用杂种优势；克服时间和区域的差异，适时配种；节省人力、物力、财力，提高经济效益等。缺点主要有：需要有专门的、熟练的技术人员才能达到满意的效果，任何一个环节的疏忽都会影响繁殖成绩；长期保存稀释精液有一定的难度；增加实验室设备和试剂成本；如果使用感染了疾病的精液，可能造成疾病的迅速扩散。本实用新型设备的技术目的通过以下技术方案得以实现。一种动物采精、输精一体式全自动交配机包括入口通道：雄性动物或雌性动物均从入口通道进入过道，雄性动物或雌性动物从入口通道进入后经过过道；等候通道：雌性动物经过过道后会进入等候通道进行等候，等候通道与过道的两侧相连通；出口通道：完成采精工作的雄性动物或输精工作的雌性动物会从出口通道走出；开关门组件：入口通道、等候通道的两侧以及出口通道处分别设置有开关门组件；固定架组件：固定架组件用于固定雄性动物或雌性动物，固定架组件的内部设置有采精设备、精液储存装置、输精设备与输精增压装置；电控模块：电控模块通过控制电脑进行控制，主要用于控制采精设备的工作；清洗装置：用于对通过过道内部动物的生殖器官进行清洗。入口通道、过道、等候通道与出口通道上均设置有电动输送带。开关门组件包括第一开关门、第二开关门、第三开关门与第四开关门。固定架组件中固定架本体由多根管件拼接而成，固定架本体的入口与出口处分别设置有前开关门与后开关门。采精设备包括杯体与设置在杯体内部的软胶体，杯体的内部还设置有加热组件、振动组件与收缩组件。收缩组件包括设置在软胶体外侧的收缩气囊，收缩气囊通过气管连接充气气囊。输精设备包括输精管以及与输精管相连接的增压器，输精管的前端固定设置有摄像头，输精管上端固定设置有显示屏，摄像头与显示屏电性连接。输精增压装置包括增压管，增压管的左、右两侧分别设置有打气膨胀通道与子宫增压通道，增压管的上端固定设置有输精通道。

综上所述，本实用新型设备主要具有以下有益效果：（1）通过设置入口通道、过道、等候通道、出口通道等装置，在进行取精或输精操作时，操作人员将动物移送至入口通道处，动物进入过道后，在电动输送带的带动下，会自动移动至固定架组件处，无需操作人员将动物牵引至固定架组件，提高了工作效率。（2）在进行采精工作之前，可以首先让雌性动物经过过道，通过清洗装置的清洗，在过道处留下气味，用来刺激后面进入的雄性动物，雌性动物可以在等候通道进行等待，在等待的过程中，距离雄性动物较近的雌性动物也能够刺激雄性动物，从而能够方便后续的采精工作；同时，设置清洗装置，既可以对通过过道内部动物的生殖器官进行清洗，也可以用于清洗采精设备与输精设备。

2 设备具体构成拆分解析及功能简介

参考图3-图9，动物采精、输精一体式智能全自动交配机，包括入口通道1，雄性动物或雌性动物均从入口通道1进入，雄性动物或雌性动物从入口通道1进入后经过过道2，雌性动物经过过道2后会进入等候通道3进行等候，等候通道3处设置有雌性动物等候区，雌性动物待在等候区处，也能够通过声音或气味刺激雄性动物，等候通道3与过道2的两侧相连通，完成采精工作的雄性动物或输精工作的雌性动物会从出口通道4走出，入口通道1、等候通道3的两侧以及出口通道4处分别设置有开关门组件5，固定架组件6主要用于固定雄性动物或雌性动物，固定架组件6的内部设置有采精设备7、精液收集装置8、输精设备9与输精增压装置10；为了保证采精设备7与输精设备9的安全性，在固定架组件6上还设置有用于给采精设备7与输精设备9消毒的放置架，放置架内设置有消毒液，采精设备7与输精设备9可以放置在消毒液内完成消毒工作；电控模块11，电控模块11通过电脑进行控制，主要用于控制采精设备7的工作，同时电控模块11能够记录当前采精的数据；清洗装置12，用于对通过过道2内部动物的生殖器官进行清洗，也可以用于清洗采精设备7与输精设备9，清洗装置12设置在过道2的上端，包括用于向动物的生殖器官喷水的喷水头。参考图3，入口通道1、过道2、等候通道3与出口通道4上均设置有电动输送带13。

图3 动物采精、输精一体式智能全自动交配机结构1

图4 动物采精、输精一体式智能全自动交配机结构2

图5 动物采精、输精一体式智能全自动交配机结构3

图6 动物采精、输精一体式智能全自动交配机结构4

图7 动物采精、输精一体式智能全自动交配机结构5

图8 动物采精、输精一体式智能全自动交配机结构6

图9 动物采精、输精一体式智能全自动交配机结构7

为了保证采精、输精的智能化，在电控模块11外还设置有控制电脑，控制电脑通过电脑桌放置在固定架组件6的旁边，控制电脑能够向电控模块11传递工作信号，同时控制电脑能够通过各个动物的耳标记录其身份，并记录每个雄性动物所产生的精液或者每个雌性动物的授精记录，从而能够实现整个装置的智能化运作。动物首先通过前开关门62进入固定架组件6的内部，完成采精或输精工作后，从后开关门63处离开（图4）。

参考图5和图6，采精设备7包括杯体与设置在杯体内部的软胶体，用于摩擦动物阴茎，杯体的内部还设置有加热组件71、振动组件72与收缩组件73，加热组件71包括设置在软胶体内部的加热丝以及与加热丝相连接的控制器，振动组件72包括设置在软胶体下端的弹簧组件，弹簧组件的下端设置有支撑板，支撑板的下端设置有凸轮，凸轮与电机相连接，电机工作后能够通过凸轮带动支撑板上的多个弹簧振动，从而带动软胶体振动，收缩组件73包括设置在软胶体外侧的收缩气囊731，收缩气囊731通过气管732连接有充气气囊733，通过按压充气气囊733可以使收缩气囊731收缩或膨胀，电控模块11能够控制采精设备7内部的加热组件71、振动组件72与收缩组件73的工作。

参考图5与图7，输精设备9包括输精管91以及与输精管91相连接的增压器92，输精管91的前端固定设置有摄像头，输精管91上端固定设置有显示屏93，摄像头与显示屏93电性连接，在输精时，将输精管91伸入至雌性动物的体内，摄像头能够将拍摄的画面显示在显示屏93上，便于操作人员的观察，摄像头主要用于观察动物是否完成射精或输精动作，将输精管91伸入至合适的位置后，按压增压器92，将储存在输精管91内部的精液输送至雌性动物的体内即可。

参考图5与图8，输精增压装置10包括增压管101，增压管101的左、右两侧分别设置有打气膨胀通道102与子宫增压通道103，增压管101的上端固定设置有输精通道104，使用输精增压装置10时，首先将增压管101伸入至雌性动物的体内，按压打气膨胀通道102上的手抓球密封阴道空间（也可以在该步骤之后使用输精设备9通过输精通道104注入精液），按压子宫增压通道103上的手抓球向内部增加压力，将精液顶入受精的部位，等待两分钟后，放气，并取出授精器即可。采精设备7为动物电刺激采精器。本实用新型设备能够针对猪、羊、狗等大部分经济动物与伴侣动物品种进行采精、输精工作。本实用新型设备在进行采精工作之前，可以首先打开第一开关门51与第二开关门52，让雌性动物经过过道2，通过清洗装置12的清洗，在过道2处留下气味，用来刺激后面进入的雄性动物，雌性动物可以在等候通道3进行等待，在等待的过程中，距离雄性动物较近的雌性动物也能够刺激雄性动物；随后关闭第二开关门52，将雄性动物放入入口通道1，雄性动物从入口通道1进入过道2，在电动输送带13的带动下进入固定架组件6，随后将采精设备7套设在雄性动物的阴茎上，启动加热组件71、振动组件72与收缩组件73，动物完成射精后，通过按下精液收集按键，精液会在负压吸收装置的带动下进入精液储存装置8的内部；随后放开该雄性动物，并打开第四开关门54，等待该雄性动物走出出口通道4后，打开第三开关门53，此时位于等候通道3处的雌性动物会进入固定架组件6处，将输精设备9放入雌性动物的体内完成输精工作后，重新打开第四开关门54，使该雌性动物走出出口通道4即完成采精、输精工作。

3 采精、配制、保存、输精的具体实施过程

参考图5，精液收集装置8主要用于低温储存、稀释精液。低温储存：理想的精子储存温度是17℃，如果精子被储存在高温条件下，比如20℃，精子活性没有被足够抑制（会加速养分和能量的利用），因此，精子的生命力会降低，另外温度高了还存在细菌孳生的风险。如果精子储存在15℃，精子的保护膜包括顶体，可能会损坏。

稀释精液：离体精液稀释的越早越好，最好能在5分钟内完成第1次稀释，稀释液可用市售的稀释粉加双蒸水配制；配方：无水葡萄糖5克，枸橼酸三钠0.3克，乙二胺四乙酸二钠0.1克，双蒸馏水100毫升，青链霉素适量；如有剩余稀释液应放在4℃冰箱内，保存时间不超过24小时；1头雄性动物精液经稀释后可配种8～10头雌性动物，稀释时预先把配制好的稀释液置于恒温水浴锅中预热至36.5°C；先按1：1把稀释液慢慢沿精液杯壁注入，同时用玻璃棒轻轻搅拌混合均匀，再做密度计算、活率测定，根据每毫升精子的密度和活率，计算总精子数，按每毫升含活精子0.5亿个进行最后的稀释；加入稀释液时，可分多次注入使精子能逐渐适应，以免引起精子稀释性休克。

稀释时，首先购买专业生产的稀释粉进行配制，按说明书先用双蒸馏水进行稀释混合，可用玻璃棒适当搅拌以促进溶解，溶解完后，若有杂质，用滤纸进行过滤（因为精子有向异性，若有异物则容易凝聚死亡），调节稀释液pH值至6.8～7.4，稀释液配制好后及时贴上标签，标明品名、配制时间等，然后置于水浴中进行预热以备使用，也可配制好后先贮存，但要在48小时内用完，稀释粉最好在采精前1～2小时溶解，才能保证稳定的pH值（因为稀释粉刚溶解于水时，各离子之间相互作用，尚未达平衡的稳定状态，pH值变化较大），减少稀释后对精子的影响。（1）精液稀释：根据采精量、输精剂量、每头份精液含总精子数、精子密度来确定稀释量，一般的稀释倍数以3～6倍为宜，假设原精液量200毫升、精子密度为2亿个/毫升，设定每头猪需输精液量100毫升，每头猪需输精子数40亿个，由此可算出：本次采精获得总精子数为：200毫升×2亿个/毫升=400亿个，本次采精可稀释的头份数为：400亿/40亿=10头份，200毫升原精液应稀释至：10头份×100毫升=1000毫升；（2）稀释方法：稀释液加入前应加热到精液温度的±1°C，也可以用定时器预先启动水浴器加热至36°C，最好是在采精前将稀释液加热到35°C，采好精液后，根据精液温度调整稀释液的温度，不要对精液的温度进行调整，把装在采精袋中的精液移至2000～3000毫升大塑料杯中，先将200毫升等温稀释液沿着玻璃棒缓慢加入到精液中，轻轻摇匀，应防止将精液倒入稀释液，否则将导致精子大量死亡，1分钟后将剩余的600毫升稀释液缓慢加入，最后稀释好的精液达1000毫升，稀释后一定要在预热的载玻片上检查精子的活力和形态学特征，以确保精子在稀释过程中不被破坏，使用活力低于70%或异常精子率超过10%的精液会导致受胎率下降，除非每头份的有效精子数比推荐的量高，如50亿～60亿个，精液经稀释、检测后将其倒入瓶中，就可以进行储藏了，若希望将精液保存，应冷却到17°C并在此温度下保存，每天轻轻混匀精液2次以免沉淀，保存期为1～7天，长短取决于雄性动物的精液品质和所使用的稀释液种类。利用新型设备的冷冻精液配种，克服了时间、地域和空间的限制，减少了种雄性动物的饲养头数，从而节省了劳动力及饲料，节约了开支。

雄性动物的精液保存时间还有雌性动物的最佳受孕时间也是需要同时特别注意的。

目前市面上的采精与输精设备仍然存在着传统人工辅助交配的弊端与缺点，配种员仍然需要手持采精或者输精器与动物近距离接触，仍然需要危险的人工操作过程；且效率与成功率仍不够理想，人力资源成本高。

自然交配的优点可以节省大量的人力物力，也可以减少发情雌性动物的失配率。自然交配的缺点如下：配种发情季节雄、雌性动物混群放牧饲养，性欲旺盛的雄性动物经常追逐雌性动物，影响采食和抓膘；雄性动物需求量相对较大，一头雄性动物负担15～30头雌性动物，不能充分发挥优秀种雄性动物的作用；特别是在雌性动物发情集中的季节，无法控制交配次数，雄性动物体力消耗大，将降低配种质量，也会缩短雄性动物的利用年限；由于雄、雌性动物混杂，无法有计划地进行选种选配，后代血缘关系不清，并易造成近亲交配和早配，从而影响种群质量，甚至引起退化；不能记录准确的配种日期，也无法推算分娩时间，给产崽管理造成困难，易造成意外伤害和怀孕雌性动物流产；由生殖器官接触传播的传染病不易预防控制。

配种一定要抓住雌性动物最佳的配种时间给雌性动物配种次序原则，首先处理断奶雌性动物的试情配种，其次处理交配两次的雌性动物、不容易配上的雌性动物，返情的雌性动物，最后选择后备雌性动物，应该选择更急的雌性动物先处理，尽量选择发情稳健的雌性动物，不要强迫动物交配，如果强迫交配，会导致损伤，并且受孕率低，配种几次还是失败的雌性动物，体型小和四肢力量小的雌性动物要选择小雄性动物和性情温和的雄性动物，返情和不容易配上的雌性动物可以选择人工授精，配种员诱导采精雄性动物进入设备入口处由输送带输送至采精、输精智能操作台，然后将阴茎导入智能电动采精器，当采精器中的摄像头拍摄到精液喷出，压力感受装置感受到阴茎疲软，仪器旁操作人员将采精器顺势拉走并按下操作台上的抽吸装置开始采集精液，储精设备将智能地将精液稀释混装，并记录保存，一个雄性动物采完精后将采精器放入操作台旁的消毒液池中，按照物种的最佳交配时间，将雄性动物赶到断奶雌性动物的圈舍，返情和不容易配上的雌性动物要分上午和下午各配若干次，连配若干天，电脑自动记录雄性动物和雌性动物的交配记录，记录动物的品种、耳号和预产期等信息，智能计算配种天数及时提醒人员对雌性动物进行避孕检查，没怀上的雌性动物要赶到空怀舍，当把空怀的雌性动物积累到一定程度时再在操作仪器的电脑软件中查雄性动物的采精记录挑选采精间隔时间长及近期健康情况好的雄性动物再及时进行一轮采精输精过程，一般配种最佳时机是由排卵时间及精子进入雌性动物体内存活时间的长短决定的，一般情况下雌性动物排卵时间站立发情开始26-46小时，95%卵子在同一时间排出，卵子排出后存活时间不超过6小时，雄性动物精子排出后存活时间18-24小时，精子获能需要6-8小时，精子进入子宫后，活力持续12小时。雌性动物排卵最佳时间一天至少要检查两次，在雌性动物交配欲最强、发情征候最明显时交配，受孕率最高，该设备能够最快最高效地在雌性动物最佳配种时间完成配种。对于动物配种，有人认为交配次数越多越好，能增加产仔数，其实并非如此，过于多的次数和过于频繁的节律不仅会降低受孕几率而且还会损伤动物的身体健康，两次配种相隔时间也不宜过近，不然会影响胎儿的发育，该设备的智能记录和提醒功能可有效避免此类情况发生。

4 该设备有利于动物福利保护和配种员人身安全保护

动物福利指的是关于动物的生存与死亡条件的动物的物理与精神状态。动物的人工繁育技术都存在一定程度的福利问题，研究动物繁育的福利问题对于动物产业的发展具有重要意义，传统的动物辅助交配行为都是人工参与，配种时动物要被驱赶、呼喝、鞭打，有时候还要使用绳子和固定带甚至数个配种员用人力绑定动物，甚至还要给雌性动物使用镇静剂，而雄性动物一般也是由配种员强制牵向雌性动物的尾部，强行将勃起阴茎插入雌性阴道，如果雄性动物终止交配，配种员还要费事费力地将雄性动物强制扶上雌性动物臀背部。该配种过程明显不同于动物的自然交配行为，在这一过程中，人们所采取的种种对动物限制的理由是为了保护动物和人不受伤害，但是传统的人工配种，效率低，操作效果差，容易出现失误，配种员需要和动物近距离接触，发情期动物容易暴躁易激怒，且生殖器官敏感，配种员操作时容易刺激动物，使其攻击配种员，造成不必要的人员伤亡，且在操作中增加了人和动物受伤导致伤口感染，或者互相感染人畜共患病。传统的人工配种方式操作复杂有时需要多个人员共同配合。还有一些动物胆小敏感如果人为操作过多或者交配时有人在场，动物会抗拒交配，动物长期在自然界产生一种保护本能，因为动物在交配时，身体骑跨在一起，生殖器官也交合在一起加之交配时雌性动物有按住臀部就不动的发情期动物条件反射，雄性动物在交配时注意力集中于交配过程会降低警觉性，交配过程往往也耗费大量体力，等等。众多因素造成在自然界中动物交配时是容易受到攻击的危险时刻，所以动物交配时人为干扰过多也会影响配种的成功率，动物在自然交配和传统人工采精、输精的过程中都容易发生人畜不安全事件，如配种员被咬伤，抓伤，踩踏，踢伤，骨折；雌性动物在交配过程中发生动物直接撕咬受伤，雌性动物被压造成骨折，躲闪时造成外阴撕裂，阴道撕裂，直肠撕裂等；雄性动物被雌性咬伤踢伤，阴茎及阴囊折断、挫伤，阴茎骨骨折等。动物发情有时限性和季节性，有时如果错过了动物的发情期及最佳交配时限，会造成动物空怀，引起经济损失，有些动物甚至要等到下一年的周期才能够交配受孕。目前市面上的采精与输精设备仍然存在着传统人工辅助交配的弊端与缺点，配种员仍然需要手持采精或者输精装置与动物近距离接触，仍然需要危险的操作，动物采精、输精一体式智能全自动交配机可充分利用动物的最佳交配时间；借助于器械可以减少生殖器传染病发生的机会；克服了雄性和雌性动物体格差异过大造成的配种困难；还可以利用冷冻精液配种，克服了时间、地域和空间的限制，配种过程中极大节约了劳动力、节约了开支，也最大限度地保护了动物的福利，让动物的交配中尽量减少人为的刺激，让动物享受这一生命的重要过程。

5 结束语

该新型动物采精、输精一体式智能全自动交配机已经申请了实用新型专利，并逐步在动物繁殖领域加以推广。随着经济的快速发展，如何实现更高效的动物繁殖目标已经成为该领域人员需要思考的问题，在节省人力、物力、财力的同时尽可能地实现动物的优生优育，所以研究该实用设备具有一定的现实意义。