鸡精液稀释保存与性别控制研究进展

蒋玲艳　张在　王林果

摘 要：鸡精液的稀释与保存方式与受精率密切相关，直接影响着种鸡养殖的效益。由于技术限制，目前鸡精液保存技术还处于研究阶段，生产上仍采取“现采现用”的方式直接采精授精。性别控制在畜禽养殖中具有重要应用价值和经济意义。由于鸡的生殖特点，目前的精子分离技术还不适用于鸡，早期胚胎性别鉴定对鸡性别控制有重要应用价值。而性别决定和性别控制是一个复杂的过程，与性染色体和环境均密切相关。因此，本文结合生产上鸡性别控制技术的应用现状，提出通过研究鸡精液的稀释保存技术和改变母鸡生殖道受精环境等方法，开发出适合种鸡养殖的性别控制策略，对于养殖生产应用和解析动物性别决定机制具有重要意义。

关键词：鸡精液;稀释液;保存;性别控制

中圖分类号：S831.2 文献标识码：A 文章编号：1673-1085（2022）04-0057-06

畜禽养殖业的快速发展与现代化，取决于畜禽优良种质资源的选育、繁殖和扩养。而人工授精技术的发展，克服了自然交配的难点和局限性，能有效利用优良种质资源的优势，繁殖出性能优良的后代，大大提高繁殖效率，有效降低养殖成本、极大地提高经济效益，加快了畜禽养殖现代化进程。在人工授精的生产过程中，精液的品质及其稀释保存技术直接决定着生产繁殖效率和后代品质。稳定的精液保存技术可以促进优质种质资源的传播，拓宽精液使用的地域范围，提高精液的利用率。因此，精液的保存技术是人工授精技术发展应用的先决因素和基础，是种质资源保存和动物繁殖研究的热点问题之一。适当稀释原精并通过一定方法的预处理，有利于提升精液在常温和低温条件下的质量，有利于充分利用良种畜禽。性别控制技术的运用，则可让养殖企业实现个性化定制养殖，按需养殖，极大降低生产成本，实现畜禽养殖利润的最大化。有研究指出，鸡性别决定基因与环境互作，决定鸡性别。因此，在精液稀释液中添加与性别决定基因互作的物质，有可能实现鸡性别控制。因此，本文综述了鸡精液的稀释保存技术研究进展、影响鸡性别控制的因素及适合用于生产的鸡性别控制方法，结合生产上鸡性别控制技术的应用现状，提出通过优化鸡精液的稀释保存技术和改变母鸡生殖道受精环境等方法，从精液能量代谢和关键基因的表达调控方面来调节不同精子的代谢与活力，从而开发出适合种鸡养殖的性别控制策略。

1 精液的冷冻保存方法

目前，生产实际应用的精液保存方法主要有冷冻保存（超低温-79 ℃或-196 ℃液氮保存）、低温保存法（0～5 ℃）和常温保存法（15～25 ℃）。冷冻保存法可以使精液活力保存更久，对于畜禽生产发展和种质资源保护、建立濒临灭绝的珍稀动物遗传资源以及地方特色动物品种资源库等方面具有重要意义。有关家畜精液冷冻保存技术的研究，时间早且多，在家畜生产中迅速发展，以目前奶牛精液冷冻保存应用最为广泛。但冷冻精液在畜禽养殖实际应用方面仍存在多方面的困难：精液的冷冻保存需要选择合适的冷冻保护剂，需要配备特殊的冷冻保存设备，具有严格的冷冻和解冻程序，否则精子容易发生冷休克;冷冻精液运输也不方便，且冷冻精子的受精率明显低于新鲜精子。

禽冷冻精液保存技术研究较晚，精液冷冻技术体系正在探索与完善中[1]。目前，鸡新鲜精液的受精率可达90%以上，而鸡的冷冻精液的受精率仅为55%左右[2，3]。与猪、牛等动物精子相比，鸡精子头部更细长、尾部更长，在冷冻、解冻的过程中更容易受到损伤、断裂，导致精子无法直线游动，从而导致受精率低下。为了保持鸡精液的品质、突破鸡精液保存技术的难题，研究人员结合鸡精子特点与精液冷冻原理，从鸡精液的冷冻稀释液、冷冻保护剂种类、冷冻程序、解冻程序、添加抗氧化剂、冷冻剂型等方面不断进行研究。Najafi等[4]报道用8%甘油作为冷冻保护剂，添加虾青素做抗氧化剂的精液稀释液，可以让罗斯308品种的25周鸡精液冷冻保存时间达到30 d，且解冻后精子活率为68.6%，是目前报道冷冻保存鸡精液时间最长的报道。

2 精液的液态保存技术

由于在低温和常温条件下保存的精液为液态，因此精液的低温和常温保存方法也称为液态保存法。马玉婷试验显示[5]，通过优化鸡精液稀释液的组成、渗透压、pH等因素，满足精子存活需要的能量，保存稀释液的渗透压接近鸡精液的渗透压330～120 m.sm/kg、维持pH在精液生理pH 7.2～7.4，可以使精液在0～5℃低温下保存5 d，精子活率≥50%。但低温保存和冷冻保存会对鸡精子的超微结构有不同程度的损伤，从而影响精子的活力与受精率。

相对冷冻精液保存而言，精液液态保存具有整个操作步骤简单、不需要购买额外的设备、成本低、常温保存的精液人工授精可获得较高的受精率、整个操作过程中的影响因素（如稀释液成分、稀释倍数、温度和pH值）可控性强、便于在生产实际中推广应用等优点。常温保存技术在猪精液的保存方面得到了广泛的研究。由于家禽为卵生，一年的大部分时间在不断繁殖、产卵，种母鸡在产蛋期间需要定期不断授精，而公鸡精子在母鸡生殖系统中存活的时间有限，授精周期短，为了保证必要的种蛋受精率，生产上种母鸡一般5 d左右人工授精一次，需要的精液量多且新鲜，且精液采集后一般需要在0.5 h内完成授精工作。因此，大型种鸡场的饲养员每天下午都要采精和分批次对种母鸡进行授精，工作时间安排很被动。考虑到种家禽的这种短授精周期、高受精率和多精液量的需求，低温与常温保存技术在养鸡生产中更被期待、经济价值更高、实际应用前景更广泛。

3 影响鸡精液保存的因素

影响鸡精液保存品质和精子活力的因素很多，包括精液自身品质、稀释液成分、稀释倍数、渗透压、抗氧化剂、保存温度与时间、pH、光照、保存容器、微生物污染、抗菌药应用等[1，5]。此外，不同品种、不同日龄的家禽，其精液保存的方法可能也有差异。有报道称，用同样的冷冻保存技术保存不同品种的鸡精液，最后复苏精子成功率和受精能力也不同[1]。活性氧（ROS）的累积是目前精液保存过程面临的问题之一。活性氧累积过量时，会使精子膜质系统的脂质发生过氧化损伤，影响精子的正常功能。由于鸡精子质膜的成分特点，与哺乳动物相比，鸡精子更易发生脂质过氧化损伤。因此，在精液常温保存中添加合适比例的稀释液，适当添加抗氧化剂及其他保护成分有助于改善精液品质，有效降低活性氧自由基的对精子的影响。施文[6]研究结果显示，在鸡精液稀释液中添加0.20 μg/mL的虾青素，常温保存鸡精液2 d，对鸡精液中的精子活力与精子顶体、质膜完整率有较好的保护效果;低温保存3 d后，鸡精子的授精率为63%，明显高于对照组。目前在精液稀释中添加的抗氧化剂有超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽、维生素C、维生素E、褪黑激素、低分子壳聚糖、白藜芦醇、虾青素等[6，7]。

鸡的精液量较少，但精子密度高、粘度大，在室温下容易发生聚集，影响受精率。合理地对鸡精液进行稀释，可以增加精液体积，降低精子密度，增加授精次数，提高种用公鸡利用率。因此，种公鸡原精液浓度的计算和合适的稀释倍数对保持高受精率有重要意义。种鸡授精时间和授精间隔等因素也对种蛋的受精率有明显影响。有关研究报道：种母鸡每次输入0.5亿～0.8亿个有效精子，可在输精间隔为5 d时确保种蛋必要的受精率[8]。

精液保存稀释液的渗透压和pH缓冲液，不仅给精子提供能量，而且保障精细胞的渗透压pH值的相对稳定，可延长精子的寿命[9，10]。添加磷酸氢二钠和磷酸二氢钠等磷酸盐作为稀释液中的pH缓冲液，常温保存鸡精液，鸡精子存活时间可达72 h，对精子活力和正常形态有较好的保护[11]。添加果糖或蔗糖作为能量物质保存精液，可减缓精子代谢，在保持精子活力、活率与有效精子数等方面效果较好[12]。因此，综合考虑鸡精液稀释保存液的营养组分、稀释倍数、抗氧化剂、渗透压、pH缓冲剂、能量物质和保存温度等因素，可以明显延长鸡常温保存时间，并保证必要的精子活力和正常形态，从而保证必要的受精率。

4 鸡性别控制技术及其应用

性别控制就是依据动物不同性别的解剖和生理结构特点、精子的结构特点，采用一定的技术和方法，将雌性动物和雄性动物在胚胎时期或出生时区别开来，或者在受精前将决定性别的精子分离开来，从而在生产过程中控制饲养动物的性别比例。由于经济动物雌雄性在生产力和经济效益上的差异，性别控制能充分发挥公、母畜禽的独特的繁殖性能，加速遗传育种进程和提高育种效率，优化商品动物，获得优质的肉、奶、蛋和毛、皮等动物产品，在畜禽生产中具有重要的经济和应用价值，还可排除伴性遗传的有害基因的危害。因此，性别控制是改良品种、提高经济效益的重要研究方向，成为生产中的一个重要应用研究问题。

鸡的性别与其生产效益密切相关。鸡蛋及蛋类产品是种鸡和蛋鸡养殖生产中的主要产品，也是人类食物营养的重要来源。日常生活中，人们更喜欢食用母鸡品种的肉。蛋鸡生产中，母鸡的饲养生产价值远高于公鸡，孵化生产母鸡苗具有更大的经济价值。因此，通过性别鉴定或分选公鸡精子或改变精液保存方法来提高母鸡的孵化率具有重要的实际生产应用价值。目前，养鸡生产主要通过1日龄雏鸡的翻肛看生殖器来分离公鸡与母鸡，然后淘汰不期望的雏鸡苗，大量淘汰小鸡被屠杀处理，造成巨大经济损失并牵涉到动物福利问题。如果能够在鸡受精前或胚胎早期实现对鸡性别的调控，在生产过程中根据需要获得单一性别的鸡苗，则可以大量降低因雏鸡淘汰带来的养殖成本，减少由此带来的经济损失和人力、物质的浪费，为整个养殖行业带来巨大的经济效益。因此，实现对鸡性别的控制是目前家禽养殖业亟需解决的重要问题。

性别控制的物质基础是性别决定，即决定性别的染色体或基因。性别决定过程主要通过基因和环境这两种因素独立或共同调控。鱼类和爬行类动物通常为环境依赖型性别决定，这些动物体内没有明确的性染色体，其性别决定受到温度、光照和激素等外界环境因素影响。而哺乳动物和鸟类的性别决定由遗传因素控制，其性别决定过程主要由性染色体控制[13]。目前，哺乳动物和鸟类实现性别控制的途径主要有精子分离法、胚胎性别鉴定法以及控制授精环境。目前牛、猪等哺乳动物的性别控制法主要采用精子分离法，即主要采用流式细胞仪将X、Y精子分离。鸡的性别主要由Z染色体和W染色体决定，母鸡是异型配子性别（ZW），而公鸡是同型配子性别（ZZ）。鸡的生殖特点和人工授精技术应用，决定了整个种蛋的生产过程中需要频繁采精、授精，给鸡精液的保存方法和精子的分选方法和仪器的便捷实用性增加了难度。因此，目前未查阅到有关于家禽精子分离的相关报道。

4.1 鸡胚胎性别鉴定

在胚胎期间，依据性染色体的基因或染色特性差异、性激素差异，对动物胚胎的性别进行鉴定，选择或淘汰某一性别的胚胎，也是一种控制后代性别的方法。鸡胚胎性别鉴定方法有总DNA序列鉴定法、激素鉴定法和分子标记鉴定法。科研人员利用光谱学原理，通过对孵化3 d后的鸡胚DNA含量测定，根据雄性胚胎DNA含量比雌性鸡胚高2%进行性别鉴定，准确率达95%[14]。德国有科学家开发出生物标识物和化学标记，能分别通过质谱分析法和化学检测进行鸡胚性别鉴定，且最早可在卵子受精9日后鉴定出鸡胚雌雄。鸡W染色体上Hintw基因是鸡性别决定过程中的关键基因，该基因在不同性别鸡的性细胞、早期胚胎和性腺发育过程以及雏鸡不同组织中的表达水平存在截然不同的表达规律，在鸡雌性胚胎及组织中的表达明显高于雄性[15]。雄性鸡和雌性鸡在早期囊胚和鸡胚成纤维细胞中表现出基因表达差异，从而出现能量代谢差异和表观遗传差异，表现在：雄性鸡囊胚中糖酵解高于雌性，蛋白乙酰化酶水平明显高于雌性，DNA甲基化水平显著低于雌性[15]。因此，根据鸡胚胎中的性别决定相关基因表达水平或鸡早期囊胚中的能量代谢水平，或不同性别胚胎激素水平，可研究出鉴别鸡早期胚胎性别的方法。

鸡胚胎性别鉴定在实际应用中还面临一个关键问题：就是需要穿过蛋壳取样测定，这会不同程度的损坏蛋壳的完整性，还可能造成污染，且样品量大。因此，就目前的技术来看，从胚胎阶段来鉴别鸡只的性别，不如从1日龄鸡苗鉴定性别简单易操作。然而，毫无疑问的是：鸡胚性别鉴定越早，种鸡养殖生产的经济损失就越低，淘汰鸡胚的利用价值越高，就可避免淘汰活生生的小鸡。

4.2 改变受精环境

哺乳类和鸟类的生殖系统有明确的分工，雄性动物产生不同类型的精子，支配着性别的决定权，而雌性动物体内环境具有支配性别的选择权，因而改变雌性动物受精的环境（如子宫、陰道等处的环境）有可能改变性别比例。有学者利用5%精氨酸预处理日本河牛的子宫颈，然后输精，使母犊牛控制率达到80%。由于鸡的生殖特点，需要特殊仪器的精子分离方法对于鸡的性别控制很难在生产中实施，能否通过改变精液稀释液的组成，改变鸡精液受精的环境，或改变精子形成的内在环境，从而进行性别控制呢？有报道[16]指出，如将芳香化酶抑制剂于输精前经泄殖腔向母禽输卵管灌注，或用芳香化酶抑制剂稀释公禽新鲜精液，进行鸡性别控制。

孫长花[15]研究发现，Hintw基因是鸡胚性别决定过程中调控网络的核心，Hintw基因通过与雌性性别相关基因Ube2i发生互作参与鸡胚早期的性别决定过程;雌性的细胞中HINTW（Hintw基因表达产物）能够与UBE2I（Ube2i基因表达产物）结合，而HINTZ无法与UBE2I结合。这些结果是否暗示了：通过优化鸡精液的保存方法和改变母鸡体内受精环境，从精液能量代谢和关键基因的表达调控方面来调节不同精子的代谢与活力，从而实现鸡的性别控制。在鸡生殖道内或在鸡精液稀释液中添加性别相关基因的表达产物，则可能改变鸡胚的性别比例。此外，也有报道[13]称给种母鸡饲喂葡萄糖，也可以明显改变其后代的性别比例。

5 展望

人工授精技术推动养殖业规模化、现代化发展，而精液的品质和保存方式决定着养殖产品的质量和生产成本，性别控制则可实现“按需养殖”，充分体现不同性别动物的最大养殖价值。而性别决定和性别控制是一个复杂的过程，与性染色体和环境均密切相关，充分了解性别决定的过程，才能更好的利用相关理论进行性别控制。家禽有不同于家畜的特殊生殖过程，禽胚在发育过程中的性别易受胚液成分的影响，且可发生性别反转。根据家禽生殖的特点，结合相关研究结果，从鸡精液保存、受精环境和性别决定过程等方面，研究基因与环境的互作的关系，开发鸡性别控制的方法，对于养殖生产应用和解析动物性别决定机制具有重要意义。

参考文献：

[1] 袁静，赵成莹，王素红.鸡精液保存技术[J].畜牧兽医科学（电子版），2021（04）：130-131.

[2] Svoradova A， Kuzelova L， Vasicek J， et al. Rooster spermatozoa cryopreservation and quality assessment [J]. Cryoletters， 2021， 42（2）： 59-66.

[3] 聂瑞雪，李俊英，苗欢欢， 等.鸡精液冷冻保存技术研究进展[J].中国畜牧杂志，2021，57（07）：81-86.

[4] Najafi D， Taheri R A， NajafiA， et al. Effect of astaxanthin nano-particles in protecting the post-thawing quality of rooster sperm challenged by cadmium administration[J]. Poult Sci.， 2020， 99（3）： 1678-1686.

[5] 马玉婷，李晓燕，李旺平，等.不同稀释液低温保存对公鸡精子存活时间和生存指数的影响[J].家畜生态学报，2019，40（09）：61-64.

[6] 施文. 在稀释液中添加虾青素对鸡精液保存效果影响的研究[D].南宁：广西大学，2020.

[7] 田淑娟，刘欣宇，贾永宏， 等.猪精液常温保存抗氧化剂研究进展[J].畜牧兽医杂志，2021，40（06）：138-139.

[8] 南君宏. 鸡精液不同稀释比对海兰褐鸡种蛋受精率的影响[J].吉林畜牧兽医，2021，42（08）：64-65.

[9] 秦国栋，王述柏，张彩燕，等.不同种类常温稀释液对种公鸡精液品质的影响[J].中国畜牧杂志，2019，55（11）：113-115.

[10] 段元彬. 番鸭精液液态保存研究[D]. 咸阳：西北农林科技大学，2020.

[11] 陶金忠，石永宏，姜峰，等.3种稀释液对鸡精液体外常温保存的影响[J].中国兽医杂志，2013，49（04）：29-30.

[12] 朱逸峰. 不同稀释液稀释后不同放置温度及去精清对白羽肉鸡精液品质的影响[D].扬州：扬州大学，2021.

[13] 戴必胜.给鸡添喂葡萄糖对雏鸡性别的影响[J].湖北农业科学，1993（01）：20-21.

[14] 王新成.鸡蛋胚胎性别鉴定研究进展[J].国外畜牧学（猪与禽）， 2017， 37（03）：47.

[15] 孙长花. Hintw在鸡性别决定过程中的功能及分子机制解析[D].扬州：扬州大学，2021.

[16] 王利兵，王守勋，张伟著. 芳香化酶抑制剂在家禽性别控制中的应用[J].中国家禽，2004：55-56.

The Research Progress of Chicken Semen Dilution Preservation and Chicken Sex Control

JIANG Lingyan ZHANG Zai WANG Linguo

（1. Guangxi Agricultural Vocational and Technical University Guangxi，Nanning 530000，China;

2. Pulike Bio-engineering Co.， Ltd，Henan Luoyang  471000，China）

Abstract： The dilution and preservation methods of chicken semen are closely related to the fertilization rate and directly affect the benefit of breeding chicken. Due to technical limitations， the preservation technology of chicken semen is still in the research stage， and the method of "collecting and insemination" is still adopted in production. Sex control has important application value and economic significance in livestock and poultry breeding. Due to the reproductive characteristics of chickens， the current sperm separation technology is not suitable for chickens， and the early embryo sex identification is of great application value for chicken sex control. Sex determination and sex control is a complex process which is closely related to sex chromosomes and environment. Therefore， in combination with the current situation of the application of chicken sex control technology in production， this paper proposes to develop a suitable breeding chicken sex control strategy by studying the dilution preservation technology of chicken semen and changing the fertilization environment of hen reproductive tract， which is of great significance for breeding production application and analysis of the mechanism of animal sex determination.

Keywords：Chicken semen; Dilution; Preservation; Sex control