不同因素對公豬精液品質和母豬繁殖性能的影響

鄭智偉，曹立明，郭偉，閆之春*

(1. 德州市現代生豬養殖技術創新中心，山東 德州 253000；2. 山東新希望六和集團有限公司養豬研究院，山東 青島 266000)

人工授精技術的應用在減少了公豬存欄量的同時也增加了豬場對優秀公豬的需求，以及人們對公豬精液品質的關注。公豬精液品質是衡量種公豬種用價值的關鍵，其評價指標包括采精量、精子活力、精子畸形率、精液密度及總精子數等，其受遺傳因素和非遺傳因素的共同影響。精液品質屬于中等遺傳力性狀[1]，同時，營養[2]、公豬年齡[3-4]、采精間隔[5]和環境[6]等非遺傳因素也會影響公豬精液質量。公豬的精液質量取決于諸多因素，由于其對養豬生產的重要性，對公豬精液質量的研究已在多個品種及其影響因素中進行，但關于在溫度相對恒定的現代化的豬舍里公豬精液品質參數變異程度報道較少。此外，具備不同有效精子數和精子活力的精液給母豬輸精后，對母豬繁殖性能的影響大數據集分析也鮮有報道。鑒于此，本研究以加系杜洛克、長白和大白公豬以及與配的相同品種的母豬為研究對象，分析品種、 采精月份、采精公豬月齡和采精間隔等因素對3種公豬采精量、精液密度、精子活力、總精子數等精液質量的影響，以及情期有效精子輸入量、精子活力、配種季節和與配母豬胎次對3種母豬受胎率和產仔數的影響，以期為提高公豬的管理水平和精液使用效率及母豬生產成績提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

研究所用精液數據來自新希望六和在廣西的某核心公豬站，時間從2022年1月至2023年1月，收集了杜洛克公豬(62頭)、長白公豬(74頭)和大白公豬(221頭)共計357頭種公豬4 408條精液測定記錄(剔除記錄中有明顯錯誤和異常的數據)。公豬統一采用單欄飼養，每日飼喂2次，每次飼喂1.5 kg公豬日糧，每日光照時長為14 h。

研究所用母豬生產數據來自新希望在廣西的某核心育種場，時間從2022年1月至2022年10月，收集了上述357頭公豬配種且分娩斷奶2 486頭斷奶母豬的3 632條配種分娩記錄(剔除配種混精的母豬數據以及妊娠期間死亡的生產數據)，其中杜洛克母豬(288頭)，長白母豬(247頭)，大白母豬(1 951頭)。母豬采用純繁模式，每頭母豬每個情期內配種精液來自相同品種的同一頭公豬。

1.2 公豬精液品質參數和母豬繁殖性能指標

采精方法[2]：員工戴采精手套使用手握法采集公豬精液樣本，并通過2層精液濾紙從精液中濾出凝膠狀部分，電子天平稱量精液重量，按照1 g精液等于1 mL的換算公式來測量精液體積。通過計算機輔助精液分析系統Magapor Gesipor 3.0 CASA檢測精液密度、精子活力、精子畸形率和有效精子數。有效精子數=精液體積×精液密度×精子活力×(1-精子畸形率)。記錄配種母豬品種，配種胎次，發情日期，發情持續時間(首次出現靜立反射到最后一次出現靜立反射的時間間隔)，計算配種受胎率(流產與配種后35 d時確定妊娠母豬占配種數的比例)，配種分娩率(實際分娩頭數占配種母豬總數的比例)以及每頭母豬產仔信息，并將出生體重低于0.8 kg的仔豬定義為弱仔。

1.3 原始數據處理

對精液原始數據進行處理：取7～33 月齡公豬；剔除采精次數<5 的公豬樣本；剔除精子活力<20%、采精量<50 mL、精液密度<0.3×108個/mL、采精間隔為0 d或者大于30 d的精液測定記錄。共剔除 160 條精液測定記錄，獲得杜洛克公豬62頭695條精液測定記錄、長白公豬74頭830條精液測定記錄和大白公豬221頭2 883條精液測定記錄。

對母豬配種數據進行處理：剔除非同品種配種和情期內配種精液來自2頭及以上公豬的配種記錄以及妊娠期間死亡的生產數據。共剔除147 條配種記錄，納入數據中包括杜洛克母豬288頭384條配種分娩記錄、長白母豬247頭321條配種分娩記錄和大白母豬1 951頭2 927條配種分娩記錄。

1.4 效應劃分

首先使用Python語言(https://www.python.org/)剔除每個效應條件下各精液性狀記錄數量較少的測定記錄，剩余的數據根據采精公豬品種(Breed)劃分為3個水平，分別為：長白豬、大白豬、杜洛克豬。根據精液采集季節(Season)劃分為4個水平，分別為：春季(3—5月)，夏季(6—8月)，秋季(9—11月)和冬季(12—次年2月)。根據精液采集時公豬生長月齡(Age)劃分為4個水平，分別為：7～12、13～18、19～24和25～33月齡。根據相鄰精液采集時間間隔(Interval)劃分為8個水平，分別為：1、2、3、4、5、6、7和>7 d 。

1.5 統計分析模型

1.5.1 混合線性分析模型

采用Excel對數據進行初步整理，剔除異常數據后通過Python里的Statsmodels科學計算包的Anova函數進行多因素方差分析，對影響精液性狀的各固定效應進行顯著性檢驗，結果以“平均值±標準差”表示，P<0.05表示差異顯著。其分析模型如下：

Yijklm=μ+Breedi+Seasonj+Intervalk+Agel+eijklm，

式中：Yijkl為第i個公豬品種(Breed)，j個采精季節(Season)，k類型采精間隔(Interval)，l月齡(Age)的第m頭公豬的精液品質參數值，μ是群體均值，eijklm為隨機殘差效應。

1.5.2 母豬產仔數固定效應與隨機效應分析模型

對影響每個品種母豬產仔數據的各固定效應與隨機效應進行顯著性檢驗。其分析模型如下：

Yijklmn=μ+Seasoni+Parityj+Sperm_Servicek+Motilityl+
Semen_Volumem+eijklmn，

式中：Yijklm為第i個配種季節(Season)，第j個配種胎次(Parity)，k有效精子輸入量(Sperm_Service)，l精子活力(Motility)，m輸精量(Semen_Volume)的第n頭母豬的產仔數，μ是群體均值，eijklmn為隨機殘差效應。

1.5.3 母豬配種分娩率固定效應與隨機效應分析模型

對影響每個品種母豬配種分娩率的各固定效應與隨機效應進行顯著性檢驗。其分析模型如下：

Yijklmn= Logistic(μ+Seasoni+Parityj+Sperm_Servicek+Motilityl+Semen_Volumem+eijklmn)，

式中：Yijklm為第i個配種季節(Season)，第j個配種胎次(Parity)，k有效精子輸入量(Sperm_Service)，l精子活力(Motility)，m輸精量(Semen_Volume)的第n頭母豬的分娩結果，若分娩編碼為1，未成功分娩編碼為0，μ是群體均值，eijklmn為隨機殘差效應。

2 結果

2.1 品種對精液品質參數的影響

由表1可知，大白豬采精量顯著高于長白豬(P<0.05)，極顯著高于杜洛克豬(P<0.01)；杜洛克豬精液密度顯著高于大白豬和長白豬(P<0.05)；杜洛克豬和長白豬精子活力顯著高于大白豬(P<0.05)；大白豬有效精子數顯著高于長白豬和杜洛克豬(P<0.05)；不同品種公豬的精子畸形率沒有顯著差異(P>0.05)。

表1 品種對精液質量參數的影響

2.2 不同采精季節、采精月齡、采精間隔對精液品質參數的影響

采精季節對精液質量的影響見表2，秋季采精量顯著高于春季、秋季、冬季；秋季、冬季的精子活力極顯著高于春季、夏季(P<0.01)；春季精液密度顯著高于其他季節(P<0.05或P<0.01)；冬季精子畸形率極顯著低于其他季節(P<0.01)；夏季有效精子數極顯著低于其他季節(P<0.01)。

表2 采精季節對精液質量的影響

由表3可知，公豬25～33月齡時采精量顯著高于其他月齡(P<0.05或P<0.01)；精液密度在公豬19～24月齡時顯著高于7～12月齡(P<0.05)；精子活力在公豬13～18月齡時顯著高于公豬19～24月齡(P<0.05)并極顯著高于7～12月齡(P<0.01)；有效精子數在公豬19～24月齡和25～33月齡時顯著高于公豬7～12月齡和13～18月齡(P<0.05或P<0.01)；精子畸形率在公豬7～12月齡時顯著低于公豬13～18月齡和19～24月齡(P<0.05或P<0.01)。

表3 采精月齡對精液品質的影響

由表4可知，采精量在采精間隔4 d、5 d時顯著或極顯著高于其他采精間隔(P<0.05或P<0.01)；精液密度在采精間隔>7 d時顯著高于采精間隔2～7 d(P<0.05)并極顯著高于采精間隔1 d(P<0.01)；精子活力在采精間隔4～5 d時顯著高于采精間隔2～3 d、6～7 d(P<0.05)并極顯著高于采精間隔1 d以及>7 d(P<0.01)；精子畸形率在采精間隔7 d時極顯著低于其他采精間隔(P<0.01)；有效精子數在采精間隔4～5 d和>7 d時顯著高于采精間隔3 d、6～7 d(P<0.05)并極顯著高于采精間隔1～2 d(P<0.01)。

表4 采精間隔對公豬精液品質的影響

2.3 不同有效精子輸入量與精子活力對母豬繁殖性能的影響

由表5和表6可知，情期有效精子輸入量與精子活力顯著影響杜洛克母豬的受胎率、窩產總仔數與窩產活仔數(P<0.05或P<0.01)，其受胎率、窩產總仔數和窩產活仔數隨情期內有效精子輸入量或精子活力增加而增加。長白母豬與大白母豬的受胎率和窩產總仔數并未隨著情期有效精子輸入量的增加而顯著增加，但精子活力的增加可顯著提升這兩種母豬的受胎率與窩產總仔數(P<0.05或P<0.01)。

表5 情期有效精子輸入量對不同品種母豬繁殖性能的影響

表6 精子活力對不同品種母豬繁殖性能的影響

2.5 不同配種季節對不同品種母豬繁殖性能的影響

由表7所示，季節因素顯著影響杜洛克、大白、長白母豬的受胎率(P<0.05或P<0.01)，杜洛克和大白母豬秋季受胎率最低，長白母豬夏季受胎率最低。此外季節顯著影響杜洛克、長白母豬和大白母豬的窩產活仔數 (P<0.05或P<0.01)，大白母豬秋季窩產活仔數最低，杜洛克母豬和長白母豬夏季窩產活仔數最低，3個品種母豬在冬季窩產活仔數最高(P<0.05或P<0.01)。

表7 配種季節對不同品種母豬繁殖性能的影響

2.6 分娩胎次對不同品種母豬繁殖性能的影響

由表8可知，分娩胎次顯著影響杜洛克、大白、長白母豬的窩產總仔數、窩產活仔數以及窩產弱仔數(P<0.05或P<0.01)。大白母豬3胎時窩產活仔數最高，隨分娩胎次增加窩產活仔數呈下降趨勢。杜洛克母豬在4胎時窩產活仔數最高，隨后持續降低。長白母豬窩產總仔數在2胎時最高，3～4胎時降低，5～7胎次時窩產總仔數又達到13頭以上。隨著分娩胎次增加，杜洛克、長白、大白母豬的窩產弱仔數呈現增加的趨勢，杜洛克母豬在5胎時窩產弱仔數最高，長白母豬在7胎是窩產弱仔數最高，大白母豬在6胎時窩產弱仔數最高。

表8 分娩胎次對不同品種母豬繁殖性能的影響

3 討論

3.1 影響公豬精液品質參數的因素

精液品質參數是評價精液質量的客觀指標，公豬品種、采精季節、采精月齡、采精間隔影響精液品質參數。首先，不同品種公豬具有不同的精液品質參數，沒有一個品種的所有精液品質參數都優于其他品種，如長白公豬和大白公豬采精量高于杜洛克公豬，而精液密度低于杜洛克公豬，盡管杜洛克公豬精液密度有優勢，但有效精子數最低，本研究結果與Knetchd等[7]、張笑科等[8]研究結果相似。不同品種精子活力有差異可能是由于不同品種公豬精子尺寸、細胞膜中脂肪酸的組成、獲能能力存在差異。例如大白豬和杜洛克豬精子形狀和尺寸上存在差異[9]，在頭部寬度方面，杜洛克公豬(2.96 μm)與長白公豬(2.94 μm)精子顯著高于大白公豬(2.87 μm)，長白公豬總長度和尾巴長度顯著低于杜洛克和大白豬，且長白公豬頭部寬度與頭部長度比值高于其他兩種公豬。頭部大小和形態的微小差異以及尾巴占精子長度比例會導致精子流體動力學以及運動能力的巨大差異[10]。因此，在生產過程中應關注長白公豬精液。另外，精液密度與精液體積呈現負相關關系，精液密度與精子畸形率呈現正相關關系[11]，當精液密度較高時，應關注精子畸形率指標，參考該指標合理指定精液稀釋倍數，避免單包精液中畸形精子比例過高而影響配種成績。

季節因素對公豬精液生產力的影響是現代養殖業面臨的一個挑戰[12]，本研究發現秋季公豬精液體積最高，但是精液密度卻是一年中最低，在秋冬期間公豬更多的射精量與副性腺活動的增加有關[13]，此外秋、冬季的精子活力參數顯著高于春、夏季，夏季有效精子數全年最低，高溫季節豬舍內采用負壓縱向通風，整個舍內溫度分布不均勻，公豬精子的發生對溫度變化敏感[14]，溫度會影響精子DNA的狀態，尤其在高溫季節，精子發生易受熱應激影響導致精子活力、正常形態比例、精液濃度和體積及整體生育力下降[15-16]，因此高溫季節采取有效降溫措施能提高公豬生產力。

月齡是公豬是否淘汰的重要依據。本研究結果發現，公豬在7～33月齡階段，隨著公豬月齡增加公豬的某幾項精液品質參數穩步提升，表現在精液體積、有效精子數，而精子活力、精液密度隨月齡變化波動不明顯。這可能與公豬睪丸和腺體功能更加成熟有關[17]。本研究發現精子畸形率隨月齡增加而增加，可能和前列腺與附睪障礙有關[5]。排出負面因素干擾可發現，19～24月齡公豬具有最佳生產性能，其具有最高的有效精子數，這與他人[8，18]的結果一致；雖然25～33月齡的公豬精液密度開始降低，但由于其采精量高于青年公豬，因此精液中有效精子數仍很高，這是由于睪丸發育、睪酮和激素水平依賴公豬月齡變化[19]。睪丸較大的公豬產生的精液體積和總精子數會更多，睪丸的重量和公豬體重呈正相關性[20]，因此在生產中可適當延長公豬使用時間到33個月。

采精間隔是人為控制影響精液品質的重要因素，本研究發現，公豬在采精間隔4～5 d時具有較優的精液品質。采精間隔過短會顯著降低精液體積、精液密度、精子活力以及有效精子數。精子的形成從精原細胞到精子需要42 d左右[21]，長時間頻繁采精會使得精子發育不全或異常，運動能力減退。若采精間隔超過7 d，盡管下次采精的精液體積與精液密度會增加，但是精子活力會顯著降低，精子長時間儲存會導致精子活力降低及畸形率升高。這可能是因為精子在附睪中長期儲存損害了精子形態[1]。因此采精間隔控制在4～5 d最佳。

3.2 精液品質等效應對母豬繁殖性能的影響

受胎率是衡量母豬繁殖性能的重要指標，母豬配種結果與精液品質、母豬自身狀況密切相關[22]。不同品種受胎率由高到低依此為大白、長白、杜洛克，與徐楨等[23]、吳先華等[24]的研究結果一致。本研究發現，精子活力作為一項重要的精液品質度量指標，顯著影響母豬受胎率以及窩產總仔數和窩產活仔數，這與已有報道的結論相一致[25-26]。此外本研究還發現，母豬每個情期的有效精子輸入量并不是越高越好，杜洛克母豬的受胎率與窩產總仔數與母豬情期內有效精子輸精量正相關，但過高的輸精量并不能提升長白母豬和大白母豬的受胎率和窩產總仔數，甚至出現了受胎率和窩產總仔數先增后降的趨勢，陳亞靜等[26]的研究結果也出現同樣現象，較單次配種采用總有效精子數12億常溫精液輸精，單次有效精子數20億的情期受胎率與分娩率最佳，但總產仔數最低。輸入有效精子數過多并不有利于受胎率、產仔數的提升，這可能與母豬情期內排卵數相對固定、子宮容積有限等原因有關。

3.3 環境效應對母豬繁殖性能的影響

本研究發現春、冬、夏、秋季母豬受胎率依次降低。配種季節對母豬繁殖性能的影響主要是因為不同配種季節的環境溫度、濕度和光照強度等影響母豬的生理狀態和激素水平，進而影響母豬的繁殖性能。現代化豬舍舍內照明擺脫了季節影響，但季節造成養殖環境溫度的差異難以避免。高溫環境會引起母豬內分泌失調，卵泡發育遲緩，導致卵泡中孕酮濃度的降低從而使母豬的受胎率降低[27]，此外，高溫引起的母豬熱應激狀態會改變機體的物質能量代謝和胎兒的發育[28]。本研究結果表明，夏季配種母豬窩產總仔數顯著低于冬季，窩產弱仔數顯著高于春季配種的母豬，與陳映等[29]的夏季配種母豬所產的仔豬初生均重和初生窩重均最低的結論一致。因此，夏季豬舍的有效降溫應引起生產人員的足夠重視。研究發現母豬胎次顯著影響分娩率與產仔性能，3個品種母豬在5胎時達到最佳產仔性能，隨后下降，在2胎時窩產總仔數會下降一些，然后會再上升，結果與國內外研究報道基本一致[30-31]。建議在生產實踐中，重視1胎母豬斷奶后的短期優飼工作，通過該措施促進母豬體況恢復及發情排卵，改善2胎窩產總仔數下降的問題。另外，因為隨著母豬年齡和胎次的不斷增加母豬的繁殖性能也逐漸下降，種豬場可酌情淘汰 6 胎以上母豬，并及時補充后備母豬，使豬群有最佳的胎齡結構。

綜上，本研究分析了公豬品種、采精月份、采精月齡和采精間隔對精液品質的影響。杜洛克母豬受胎率和產仔數與情期內有效精子輸入量正相關。長白和大白母豬受胎率和窩產總仔數與精子活力顯著相關，與情期內有效精子輸入量無關，高精子活力的精液勝過高劑量的輸精。此外母豬受胎率和窩產活仔數和配種季節有關。