動物采精、輸精一體式智能全自動交配機解析

牛俞杰，趙曉飛，沈 成，冷佑清，黨文輝，范冰濤

（1.陜西軍大法醫司法鑒定所，陜西 西安 710000；2.洛陽市吉利區益寶寵物門診，河南 洛陽 471000；3.上海頑物寵物醫療中心，上海 200000）

目前，國內動物的繁殖主要是自然交配（圖1），自然交配弊端較多，容易造成動物自身的損傷和疾病的傳播，而人工采精（圖2）、輸精可以成功避免以上問題。在采精時首先使用采精器采集雄性動物的精液，隨后使用輸精器將精液輸送至雌性動物體內完成授精。但是人工采精、輸精時也會存在一些問題，比如：傳統的人工配種效率低，操作效果差，容易出現失誤，配種員需要和動物近距離接觸，發情期動物容易暴躁易激怒，且生殖器官敏感，配種員操作時容易刺激動物，使其產生攻擊配種員的行為，造成不必要的人身和安全風險；同時如果不對雄性動物進行刺激，直接對雄性動物進行采精操作，容易導致取精失敗。陜西軍大法醫司法鑒定所數位醫學工作者經過近兩年的時間研究發明了一種新型實用專利——動物采精、輸精一體式全自動交配機，其技術解決了現有自然交配與傳統人工交配的一些缺點和弊端，提高了工作效率和質量，減少了人力資源成本。從理論到實踐都證明其具有提高畜牧業經濟效益的作用。

圖1 自然交配

圖2 配種員傳統人工采精

1 智能全自動交配機內容簡介

針對背景技術中提到的問題，本實用新型設備的目的是提供一種動物采精、輸精一體式全自動交配機，以解決背景技術中提到的現有的人工采精、輸精效率較低并且容易導致采精失敗的問題。人工授精的優點主要有：提高優良雄性動物的利用率，促進品種改良及提高配種質量及其整齊度；減少疾病的傳播；克服體格大小的差別，充分利用雜種優勢；克服時間和區域的差異，適時配種；節省人力、物力、財力，提高經濟效益等。缺點主要有：需要有專門的、熟練的技術人員才能達到滿意的效果，任何一個環節的疏忽都會影響繁殖成績；長期保存稀釋精液有一定的難度；增加實驗室設備和試劑成本；如果使用感染了疾病的精液，可能造成疾病的迅速擴散。本實用新型設備的技術目的通過以下技術方案得以實現。一種動物采精、輸精一體式全自動交配機包括入口通道：雄性動物或雌性動物均從入口通道進入過道，雄性動物或雌性動物從入口通道進入后經過過道；等候通道：雌性動物經過過道后會進入等候通道進行等候，等候通道與過道的兩側相連通；出口通道：完成采精工作的雄性動物或輸精工作的雌性動物會從出口通道走出；開關門組件：入口通道、等候通道的兩側以及出口通道處分別設置有開關門組件；固定架組件：固定架組件用于固定雄性動物或雌性動物，固定架組件的內部設置有采精設備、精液儲存裝置、輸精設備與輸精增壓裝置；電控模塊：電控模塊通過控制電腦進行控制，主要用于控制采精設備的工作；清洗裝置：用于對通過過道內部動物的生殖器官進行清洗。入口通道、過道、等候通道與出口通道上均設置有電動輸送帶。開關門組件包括第一開關門、第二開關門、第三開關門與第四開關門。固定架組件中固定架本體由多根管件拼接而成，固定架本體的入口與出口處分別設置有前開關門與后開關門。采精設備包括杯體與設置在杯體內部的軟膠體，杯體的內部還設置有加熱組件、振動組件與收縮組件。收縮組件包括設置在軟膠體外側的收縮氣囊，收縮氣囊通過氣管連接充氣氣囊。輸精設備包括輸精管以及與輸精管相連接的增壓器，輸精管的前端固定設置有攝像頭，輸精管上端固定設置有顯示屏，攝像頭與顯示屏電性連接。輸精增壓裝置包括增壓管，增壓管的左、右兩側分別設置有打氣膨脹通道與子宮增壓通道，增壓管的上端固定設置有輸精通道。

綜上所述，本實用新型設備主要具有以下有益效果：（1）通過設置入口通道、過道、等候通道、出口通道等裝置，在進行取精或輸精操作時，操作人員將動物移送至入口通道處，動物進入過道后，在電動輸送帶的帶動下，會自動移動至固定架組件處，無需操作人員將動物牽引至固定架組件，提高了工作效率。（2）在進行采精工作之前，可以首先讓雌性動物經過過道，通過清洗裝置的清洗，在過道處留下氣味，用來刺激后面進入的雄性動物，雌性動物可以在等候通道進行等待，在等待的過程中，距離雄性動物較近的雌性動物也能夠刺激雄性動物，從而能夠方便后續的采精工作；同時，設置清洗裝置，既可以對通過過道內部動物的生殖器官進行清洗，也可以用于清洗采精設備與輸精設備。

2 設備具體構成拆分解析及功能簡介

參考圖3-圖9，動物采精、輸精一體式智能全自動交配機，包括入口通道1，雄性動物或雌性動物均從入口通道1進入，雄性動物或雌性動物從入口通道1進入后經過過道2，雌性動物經過過道2后會進入等候通道3進行等候，等候通道3處設置有雌性動物等候區，雌性動物待在等候區處，也能夠通過聲音或氣味刺激雄性動物，等候通道3與過道2的兩側相連通，完成采精工作的雄性動物或輸精工作的雌性動物會從出口通道4走出，入口通道1、等候通道3的兩側以及出口通道4處分別設置有開關門組件5，固定架組件6主要用于固定雄性動物或雌性動物，固定架組件6的內部設置有采精設備7、精液收集裝置8、輸精設備9與輸精增壓裝置10；為了保證采精設備7與輸精設備9的安全性，在固定架組件6上還設置有用于給采精設備7與輸精設備9消毒的放置架，放置架內設置有消毒液，采精設備7與輸精設備9可以放置在消毒液內完成消毒工作；電控模塊11，電控模塊11通過電腦進行控制，主要用于控制采精設備7的工作，同時電控模塊11能夠記錄當前采精的數據；清洗裝置12，用于對通過過道2內部動物的生殖器官進行清洗，也可以用于清洗采精設備7與輸精設備9，清洗裝置12設置在過道2的上端，包括用于向動物的生殖器官噴水的噴水頭。參考圖3，入口通道1、過道2、等候通道3與出口通道4上均設置有電動輸送帶13。

圖3 動物采精、輸精一體式智能全自動交配機結構1

圖4 動物采精、輸精一體式智能全自動交配機結構2

圖5 動物采精、輸精一體式智能全自動交配機結構3

圖6 動物采精、輸精一體式智能全自動交配機結構4

圖7 動物采精、輸精一體式智能全自動交配機結構5

圖8 動物采精、輸精一體式智能全自動交配機結構6

圖9 動物采精、輸精一體式智能全自動交配機結構7

為了保證采精、輸精的智能化，在電控模塊11外還設置有控制電腦，控制電腦通過電腦桌放置在固定架組件6的旁邊，控制電腦能夠向電控模塊11傳遞工作信號，同時控制電腦能夠通過各個動物的耳標記錄其身份，并記錄每個雄性動物所產生的精液或者每個雌性動物的授精記錄，從而能夠實現整個裝置的智能化運作。動物首先通過前開關門62進入固定架組件6的內部，完成采精或輸精工作后，從后開關門63處離開（圖4）。

參考圖5和圖6，采精設備7包括杯體與設置在杯體內部的軟膠體，用于摩擦動物陰莖，杯體的內部還設置有加熱組件71、振動組件72與收縮組件73，加熱組件71包括設置在軟膠體內部的加熱絲以及與加熱絲相連接的控制器，振動組件72包括設置在軟膠體下端的彈簧組件，彈簧組件的下端設置有支撐板，支撐板的下端設置有凸輪，凸輪與電機相連接，電機工作后能夠通過凸輪帶動支撐板上的多個彈簧振動，從而帶動軟膠體振動，收縮組件73包括設置在軟膠體外側的收縮氣囊731，收縮氣囊731通過氣管732連接有充氣氣囊733，通過按壓充氣氣囊733可以使收縮氣囊731收縮或膨脹，電控模塊11能夠控制采精設備7內部的加熱組件71、振動組件72與收縮組件73的工作。

參考圖5與圖7，輸精設備9包括輸精管91以及與輸精管91相連接的增壓器92，輸精管91的前端固定設置有攝像頭，輸精管91上端固定設置有顯示屏93，攝像頭與顯示屏93電性連接，在輸精時，將輸精管91伸入至雌性動物的體內，攝像頭能夠將拍攝的畫面顯示在顯示屏93上，便于操作人員的觀察，攝像頭主要用于觀察動物是否完成射精或輸精動作，將輸精管91伸入至合適的位置后，按壓增壓器92，將儲存在輸精管91內部的精液輸送至雌性動物的體內即可。

參考圖5與圖8，輸精增壓裝置10包括增壓管101，增壓管101的左、右兩側分別設置有打氣膨脹通道102與子宮增壓通道103，增壓管101的上端固定設置有輸精通道104，使用輸精增壓裝置10時，首先將增壓管101伸入至雌性動物的體內，按壓打氣膨脹通道102上的手抓球密封陰道空間（也可以在該步驟之后使用輸精設備9通過輸精通道104注入精液），按壓子宮增壓通道103上的手抓球向內部增加壓力，將精液頂入受精的部位，等待兩分鐘后，放氣，并取出授精器即可。采精設備7為動物電刺激采精器。本實用新型設備能夠針對豬、羊、狗等大部分經濟動物與伴侶動物品種進行采精、輸精工作。本實用新型設備在進行采精工作之前，可以首先打開第一開關門51與第二開關門52，讓雌性動物經過過道2，通過清洗裝置12的清洗，在過道2處留下氣味，用來刺激后面進入的雄性動物，雌性動物可以在等候通道3進行等待，在等待的過程中，距離雄性動物較近的雌性動物也能夠刺激雄性動物；隨后關閉第二開關門52，將雄性動物放入入口通道1，雄性動物從入口通道1進入過道2，在電動輸送帶13的帶動下進入固定架組件6，隨后將采精設備7套設在雄性動物的陰莖上，啟動加熱組件71、振動組件72與收縮組件73，動物完成射精后，通過按下精液收集按鍵，精液會在負壓吸收裝置的帶動下進入精液儲存裝置8的內部；隨后放開該雄性動物，并打開第四開關門54，等待該雄性動物走出出口通道4后，打開第三開關門53，此時位于等候通道3處的雌性動物會進入固定架組件6處，將輸精設備9放入雌性動物的體內完成輸精工作后，重新打開第四開關門54，使該雌性動物走出出口通道4即完成采精、輸精工作。

3 采精、配制、保存、輸精的具體實施過程

參考圖5，精液收集裝置8主要用于低溫儲存、稀釋精液。低溫儲存：理想的精子儲存溫度是17℃，如果精子被儲存在高溫條件下，比如20℃，精子活性沒有被足夠抑制（會加速養分和能量的利用），因此，精子的生命力會降低，另外溫度高了還存在細菌孳生的風險。如果精子儲存在15℃，精子的保護膜包括頂體，可能會損壞。

稀釋精液：離體精液稀釋的越早越好，最好能在5分鐘內完成第1次稀釋，稀釋液可用市售的稀釋粉加雙蒸水配制；配方：無水葡萄糖5克，枸櫞酸三鈉0.3克，乙二胺四乙酸二鈉0.1克，雙蒸餾水100毫升，青鏈霉素適量；如有剩余稀釋液應放在4℃冰箱內，保存時間不超過24小時；1頭雄性動物精液經稀釋后可配種8～10頭雌性動物，稀釋時預先把配制好的稀釋液置于恒溫水浴鍋中預熱至36.5°C；先按1：1把稀釋液慢慢沿精液杯壁注入，同時用玻璃棒輕輕攪拌混合均勻，再做密度計算、活率測定，根據每毫升精子的密度和活率，計算總精子數，按每毫升含活精子0.5億個進行最后的稀釋；加入稀釋液時，可分多次注入使精子能逐漸適應，以免引起精子稀釋性休克。

稀釋時，首先購買專業生產的稀釋粉進行配制，按說明書先用雙蒸餾水進行稀釋混合，可用玻璃棒適當攪拌以促進溶解，溶解完后，若有雜質，用濾紙進行過濾（因為精子有向異性，若有異物則容易凝聚死亡），調節稀釋液pH值至6.8～7.4，稀釋液配制好后及時貼上標簽，標明品名、配制時間等，然后置于水浴中進行預熱以備使用，也可配制好后先貯存，但要在48小時內用完，稀釋粉最好在采精前1～2小時溶解，才能保證穩定的pH值（因為稀釋粉剛溶解于水時，各離子之間相互作用，尚未達平衡的穩定狀態，pH值變化較大），減少稀釋后對精子的影響。（1）精液稀釋：根據采精量、輸精劑量、每頭份精液含總精子數、精子密度來確定稀釋量，一般的稀釋倍數以3～6倍為宜，假設原精液量200毫升、精子密度為2億個/毫升，設定每頭豬需輸精液量100毫升，每頭豬需輸精子數40億個，由此可算出：本次采精獲得總精子數為：200毫升×2億個/毫升=400億個，本次采精可稀釋的頭份數為：400億/40億=10頭份，200毫升原精液應稀釋至：10頭份×100毫升=1000毫升；（2）稀釋方法：稀釋液加入前應加熱到精液溫度的±1°C，也可以用定時器預先啟動水浴器加熱至36°C，最好是在采精前將稀釋液加熱到35°C，采好精液后，根據精液溫度調整稀釋液的溫度，不要對精液的溫度進行調整，把裝在采精袋中的精液移至2000～3000毫升大塑料杯中，先將200毫升等溫稀釋液沿著玻璃棒緩慢加入到精液中，輕輕搖勻，應防止將精液倒入稀釋液，否則將導致精子大量死亡，1分鐘后將剩余的600毫升稀釋液緩慢加入，最后稀釋好的精液達1000毫升，稀釋后一定要在預熱的載玻片上檢查精子的活力和形態學特征，以確保精子在稀釋過程中不被破壞，使用活力低于70%或異常精子率超過10%的精液會導致受胎率下降，除非每頭份的有效精子數比推薦的量高，如50億～60億個，精液經稀釋、檢測后將其倒入瓶中，就可以進行儲藏了，若希望將精液保存，應冷卻到17°C并在此溫度下保存，每天輕輕混勻精液2次以免沉淀，保存期為1～7天，長短取決于雄性動物的精液品質和所使用的稀釋液種類。利用新型設備的冷凍精液配種，克服了時間、地域和空間的限制，減少了種雄性動物的飼養頭數，從而節省了勞動力及飼料，節約了開支。

雄性動物的精液保存時間還有雌性動物的最佳受孕時間也是需要同時特別注意的。

目前市面上的采精與輸精設備仍然存在著傳統人工輔助交配的弊端與缺點，配種員仍然需要手持采精或者輸精器與動物近距離接觸，仍然需要危險的人工操作過程；且效率與成功率仍不夠理想，人力資源成本高。

自然交配的優點可以節省大量的人力物力，也可以減少發情雌性動物的失配率。自然交配的缺點如下：配種發情季節雄、雌性動物混群放牧飼養，性欲旺盛的雄性動物經常追逐雌性動物，影響采食和抓膘；雄性動物需求量相對較大，一頭雄性動物負擔15～30頭雌性動物，不能充分發揮優秀種雄性動物的作用；特別是在雌性動物發情集中的季節，無法控制交配次數，雄性動物體力消耗大，將降低配種質量，也會縮短雄性動物的利用年限；由于雄、雌性動物混雜，無法有計劃地進行選種選配，后代血緣關系不清，并易造成近親交配和早配，從而影響種群質量，甚至引起退化；不能記錄準確的配種日期，也無法推算分娩時間，給產崽管理造成困難，易造成意外傷害和懷孕雌性動物流產；由生殖器官接觸傳播的傳染病不易預防控制。

配種一定要抓住雌性動物最佳的配種時間給雌性動物配種次序原則，首先處理斷奶雌性動物的試情配種，其次處理交配兩次的雌性動物、不容易配上的雌性動物，返情的雌性動物，最后選擇后備雌性動物，應該選擇更急的雌性動物先處理，盡量選擇發情穩健的雌性動物，不要強迫動物交配，如果強迫交配，會導致損傷，并且受孕率低，配種幾次還是失敗的雌性動物，體型小和四肢力量小的雌性動物要選擇小雄性動物和性情溫和的雄性動物，返情和不容易配上的雌性動物可以選擇人工授精，配種員誘導采精雄性動物進入設備入口處由輸送帶輸送至采精、輸精智能操作臺，然后將陰莖導入智能電動采精器，當采精器中的攝像頭拍攝到精液噴出，壓力感受裝置感受到陰莖疲軟，儀器旁操作人員將采精器順勢拉走并按下操作臺上的抽吸裝置開始采集精液，儲精設備將智能地將精液稀釋混裝，并記錄保存，一個雄性動物采完精后將采精器放入操作臺旁的消毒液池中，按照物種的最佳交配時間，將雄性動物趕到斷奶雌性動物的圈舍，返情和不容易配上的雌性動物要分上午和下午各配若干次，連配若干天，電腦自動記錄雄性動物和雌性動物的交配記錄，記錄動物的品種、耳號和預產期等信息，智能計算配種天數及時提醒人員對雌性動物進行避孕檢查，沒懷上的雌性動物要趕到空懷舍，當把空懷的雌性動物積累到一定程度時再在操作儀器的電腦軟件中查雄性動物的采精記錄挑選采精間隔時間長及近期健康情況好的雄性動物再及時進行一輪采精輸精過程，一般配種最佳時機是由排卵時間及精子進入雌性動物體內存活時間的長短決定的，一般情況下雌性動物排卵時間站立發情開始26-46小時，95%卵子在同一時間排出，卵子排出后存活時間不超過6小時，雄性動物精子排出后存活時間18-24小時，精子獲能需要6-8小時，精子進入子宮后，活力持續12小時。雌性動物排卵最佳時間一天至少要檢查兩次，在雌性動物交配欲最強、發情征候最明顯時交配，受孕率最高，該設備能夠最快最高效地在雌性動物最佳配種時間完成配種。對于動物配種，有人認為交配次數越多越好，能增加產仔數，其實并非如此，過于多的次數和過于頻繁的節律不僅會降低受孕幾率而且還會損傷動物的身體健康，兩次配種相隔時間也不宜過近，不然會影響胎兒的發育，該設備的智能記錄和提醒功能可有效避免此類情況發生。

4 該設備有利于動物福利保護和配種員人身安全保護

動物福利指的是關于動物的生存與死亡條件的動物的物理與精神狀態。動物的人工繁育技術都存在一定程度的福利問題，研究動物繁育的福利問題對于動物產業的發展具有重要意義，傳統的動物輔助交配行為都是人工參與，配種時動物要被驅趕、呼喝、鞭打，有時候還要使用繩子和固定帶甚至數個配種員用人力綁定動物，甚至還要給雌性動物使用鎮靜劑，而雄性動物一般也是由配種員強制牽向雌性動物的尾部，強行將勃起陰莖插入雌性陰道，如果雄性動物終止交配，配種員還要費事費力地將雄性動物強制扶上雌性動物臀背部。該配種過程明顯不同于動物的自然交配行為，在這一過程中，人們所采取的種種對動物限制的理由是為了保護動物和人不受傷害，但是傳統的人工配種，效率低，操作效果差，容易出現失誤，配種員需要和動物近距離接觸，發情期動物容易暴躁易激怒，且生殖器官敏感，配種員操作時容易刺激動物，使其攻擊配種員，造成不必要的人員傷亡，且在操作中增加了人和動物受傷導致傷口感染，或者互相感染人畜共患病。傳統的人工配種方式操作復雜有時需要多個人員共同配合。還有一些動物膽小敏感如果人為操作過多或者交配時有人在場，動物會抗拒交配，動物長期在自然界產生一種保護本能，因為動物在交配時，身體騎跨在一起，生殖器官也交合在一起加之交配時雌性動物有按住臀部就不動的發情期動物條件反射，雄性動物在交配時注意力集中于交配過程會降低警覺性，交配過程往往也耗費大量體力，等等。眾多因素造成在自然界中動物交配時是容易受到攻擊的危險時刻，所以動物交配時人為干擾過多也會影響配種的成功率，動物在自然交配和傳統人工采精、輸精的過程中都容易發生人畜不安全事件，如配種員被咬傷，抓傷，踩踏，踢傷，骨折；雌性動物在交配過程中發生動物直接撕咬受傷，雌性動物被壓造成骨折，躲閃時造成外陰撕裂，陰道撕裂，直腸撕裂等；雄性動物被雌性咬傷踢傷，陰莖及陰囊折斷、挫傷，陰莖骨骨折等。動物發情有時限性和季節性，有時如果錯過了動物的發情期及最佳交配時限，會造成動物空懷，引起經濟損失，有些動物甚至要等到下一年的周期才能夠交配受孕。目前市面上的采精與輸精設備仍然存在著傳統人工輔助交配的弊端與缺點，配種員仍然需要手持采精或者輸精裝置與動物近距離接觸，仍然需要危險的操作，動物采精、輸精一體式智能全自動交配機可充分利用動物的最佳交配時間；借助于器械可以減少生殖器傳染病發生的機會；克服了雄性和雌性動物體格差異過大造成的配種困難；還可以利用冷凍精液配種，克服了時間、地域和空間的限制，配種過程中極大節約了勞動力、節約了開支，也最大限度地保護了動物的福利，讓動物的交配中盡量減少人為的刺激，讓動物享受這一生命的重要過程。

5 結束語

該新型動物采精、輸精一體式智能全自動交配機已經申請了實用新型專利，并逐步在動物繁殖領域加以推廣。隨著經濟的快速發展，如何實現更高效的動物繁殖目標已經成為該領域人員需要思考的問題，在節省人力、物力、財力的同時盡可能地實現動物的優生優育，所以研究該實用設備具有一定的現實意義。