細菌性精子癥對公豬精子儲存和繁殖性能的影響

王晶晶

摘? 要：當使用公豬稀釋精液進行人工授精時，細菌性精子癥是影響其繁殖性能的一種明確風險。公豬精液中發現了大量的細菌，主要來自糞便、包皮、皮膚和毛發中的微生物，人們在準備用于人工授精的精液中發現了這些細菌和處理區的其他環境細菌。在稀釋精液時通常可見革蘭氏陰性菌，包括腸桿菌以及環境污染物，如生活在水凈化系統中的環境污染物。在授精之前處理、分裝和儲存新鮮公豬精液的方法在細菌生長動力學以及細菌可能損害精子或影響母豬的程度中起作用。并非所有細菌分離物或污染水平對精子都有相同的影響，多種因素決定了存儲壽命是否以及何時因為精子與精子凝集、活力受損、頂體破壞或膜活力喪失而縮短。由于精子的受精能力降低，或者對精子和/或胚胎存活不利的子宮環境的誘導，可能不能達到最佳的繁殖性能。為最大限度地減少細菌污染稀釋精液的風險，有必要實施有效的細菌控制策略，如果需要的話，需包括旨在快速檢測和干預的監測程序。

關鍵詞：公豬;細菌性精子癥;豬精液;稀釋精液;人工授精

中圖分類號：S814 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）11-0042-04

人工授精（Artificial Insemination，AI）是養豬業中一種常用的輔助生殖技術，即將含有活精子的稀釋精液機械地置于母豬生殖道中。與牛的AI不同，其冷凍精液的吸管通常儲存在液氮中，家豬的AI系統則大多是完全建立在涼爽溫度下（15 ℃～19 ℃）的液體儲存，精液通常在采集、分裝和授精間多次老化。精液采集過程的固有風險是精液污染細菌。精液隨后處理成母豬場易于使用的形式可導致額外暴露于潛在的細菌污染物。如果不能充分控制這些風險，可能會產生負面影響，包括精液質量下降、精液壽命縮短和生育能力受損。本綜述的目的是總結當前有關公豬精液的細菌污染及其造成的繁殖后果的研究成果。

1? 細菌污染物

雖然通過精液傳播的某些細菌被認為是導致母豬各種臨床疾病狀況的致病菌，但本綜述將專注于精子儲存期間的細菌效應和隨后的繁殖性能。健康公豬的精液一般不含有細菌;然而，公豬的包皮、皮膚和毛發，以及豬舍和精液采集環境會污染采集人員的手或采集容器。對于常規的公豬精液采集，無菌不是一個可行的選擇，因此許多研究人員在未處理的公豬精液中發現了大量細菌，如表1所示。賓夕法尼亞大學Reference Andrology實驗室（美國）發現稀釋精液呈細菌生長陽性的總百分比為2002年的32%、2003年的17%、2005年的17%和2006年的26%。據報道，2012年在西班牙質量控制實驗室培養的稀釋精液樣本中有氧細菌污染率略低于14.73%。從稀釋精液的培養物中發現的大部分污染物是革蘭氏陰性菌，其中很大一部分來自腸桿菌科。對精液稀釋液中存在的防腐抗菌劑的耐受性是從生產精液中發現的細菌的共同特征。從稀釋精液中鑒定的常見細菌列于表2中。

2? 對精子儲存的影響

用來稀釋公豬精液的基本上都是細胞培養基，它是對防腐抗菌劑具有抗性的污染細菌生長的一種理想環境。這種生長的影響可能不同。Sone報道，當存在5種腸道細菌（包括大腸桿菌）時，在15 ℃儲存期間公豬精子的存活率在1 d～2 d內受到了顯著影響。假單胞菌是所測試的46個樣本中分離到的最常見的細菌（80.4%），其影響精子存活的程度較小，4種細菌（產堿桿菌、放線菌、鏈球菌和葡萄球菌）幾乎對儲存壽命沒有負面影響，盡管細菌水平為1010 CFU/mL～1012 CFU/mL時會導致pH稍微降低（6.3～6.5）。在一項病例報告中，木糖氧化無色桿菌與外陰分泌物和生殖性能降低有關，在儲存過程中精子活力沒有明顯下降，并且在一項體外研究中，當接種2.5×107 CFU/mL木糖氧化無色桿菌和2.0×106 CFU/mL皮氏羅爾斯頓氏菌時，保存14 d后，與對照組相比，3種不同的稀釋液中木糖氧化無色桿菌和皮氏羅爾斯頓氏菌均沒有明顯降低精子活力。

對大腸桿菌、產氣莢膜梭菌、陰溝腸桿菌和銅綠假單胞菌的一系列體外研究表明，隨著細菌濃度的增加，細菌性精子癥會產生一定的不利影響，精子活力和活率受影響最大。同樣的研究指出，接種細菌不會誘導精子形態變化，但其他參數如頂體完整性、凝集、滲透阻力或pH可能會受到某些細菌濃度的影響。

在美國，在AI快速采集階段兩頭種公豬的一項早期病例報告描述了由于黏質沙雷氏菌的生長對精液稀釋液中防腐抗菌劑慶大霉素有抗性，在采集和稀釋后36 h～48 h內發生了嚴重的精子凝集，精子活力降低至0～25%。樣本呈酸性pH和頂體完整性受損也是保存精液樣本的特征。2000年發表了一項關于細菌性精子癥的綜合案例研究，該調查涉及在3年時間內進行的23項北美實地調查。除了報告了提交給生殖實驗室進行分析的稀釋精液樣本的狀況外，還將6種最常見的細菌（陰溝腸桿菌、大腸桿菌、黏質沙雷氏菌、木糖氧化產堿菌、洋蔥伯克霍爾德菌和嗜麥芽寡養單胞菌）的純培養物在受控條件下接種到新鮮的稀釋精液中，研究發現與田間樣本有相同的結果：視覺凝結、微觀下精子與精子凝集（>25%），活力明顯差（48 h后總活力<30%，最低活力<5%）和頂體受損（平均值=31.8%）;除了兩種分離株（大腸桿菌和嗜麥芽窄食單胞菌）外，所有菌株均產生酸性pH（5.7～6.4）。用摩氏摩根菌感染公豬精液發現精子活力降低，頂體形態改變，對低滲性膨脹試驗的反應較差。當等體積的精子懸液（Percoll細胞分離液洗滌并懸浮至? ? 4×107個/mL）與系列稀釋的大腸桿菌混合時，從受污染的精液中分離的大腸桿菌在15 min內引發了嚴重的精子與精子凝集。圖1顯示了細菌污染的公豬精液樣本中精子凝集的一個例子。圖2顯示了芽孢桿菌與公豬精子和細胞質液滴成比例的相對大小。

細菌對精子的主要毒性作用似乎主要與精子細胞的直線運動有關，并且呈濃度依賴性。細菌破壞精子的其他機制也有介紹，包括脂多糖暴露、白細胞激活、抗精子抗體和溶細胞素產生。然而，大腸桿菌內毒素和低pH本身并不一定會抑制精子活力。采集和處理時最初出現的細菌數量和儲存時間決定了對精子的影響。對于大腸桿菌，細菌與精子的比例為1︰1已被確定為誘導凝集和降低活力的閾值水平。其他研究者已經報道了類似的細菌與精子的比例，其中一些低至1︰100足以誘導對精子的負面影響。Althouse等估計3×107個～3×109個的殺精細菌對含有30億精子的標準劑量是有害的。隨著行業向更低的精子目標轉移以提高效率，細菌干擾的更低臨界閾值將隨之而來。

大腸桿菌通過甘露糖結合結構附著在精子表面，這種受體特異性的相互作用導致精子質膜的超微結構損傷。除了初始濃度和儲存時間之外，研究表明幾種其他因素相互作用可以改變細菌性精子癥的影響，包括存在的特定細菌、儲存溫度、稀釋劑的組成和抗菌劑的相互作用。例如，細菌生成時間因儲存溫度而異，從而改變達到臨界濃度的時間。同樣，稀釋劑的pH和儲存溫度可以改變抗菌劑的可用性和殺菌時間。防腐劑混合物中的抗生素和稀釋劑或精漿的其他成分之間的不相容性會降低抗菌效果，即使在不同情況下可能對同一化合物顯示出易感性。總的來看，在精液稀釋劑、培養溫度、細菌生長和抗菌效果方面，依賴性和相互作用的模式很明顯。