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1、第五章 配种与受精,第一节 自然交配第二节 人工授精第三节 受精,本章内容,配种(mating)是使雌性动物受孕的繁殖技术，包括自然交配与人工授精两种类型。受精(fertilization)是指雌性动物的卵子与雄性动物的精子结合形成胚胎的生理过程或现象，是配种的目的，即配种成功后，可使卵子受精。,第一节 自然交配,一、定义 直接将种公畜与发情母畜交配的配种方式称为自然交配(natural mating)。,二、自然交配的方式,1.自由交配 定义：在群牧条件下，公、母畜混群饲养，只要母畜发情，任一公畜均可与其交配。优缺点：方便；难以进行配种记录，易引起近亲交配，使种群生产性能和遗传性能发生退化。
2、,2.分群交配 定义：将母畜分成若干小群，每群根据需要放入一头或几头经选择的公畜，任其自由交配。优缺点：可实现一定程度的选种选配，但仍然很难进行配种记录。,3.圈栏交配 定义：在公、母畜隔离饲养条件下，当母畜发情时，放入特定公畜圈栏与公畜交配。优缺点：既可控制与配母畜的受配次数，又可提高公畜利用率，同时可实现比较严格的选种选配。,4.人工辅助交配 定义：在公、母畜隔离饲养条件下，只在母畜发情时，才按既定选种选配计划，令其与特定的公畜交配。优缺点：可完全实施严格的选种配。,第二节 人工授精,发展概况人工授精的利弊方法与操作步骤,一、发展概况,人工授精(artificial inseminatio
3、n,AI)是在人工条件下利用器械采集种公畜的精液，经过品质检查，稀释保存等适当的处理后，再用器械将精液输送到发情母畜生殖道内，使母畜受孕的配种方法。,1.试验阶段：1780年，意大利生理学家Spallanzani，狗 人工授精。2.实用阶段：上世纪40-60年代，成为繁殖改良家畜的重要手段。3.冷冻精液阶段：50年代英国的Smith和Polge改进牛精液的冷冻保存方法，人工授精技术进入了一个新的发展阶段。,二、人工授精的利弊,1.优越性：最大限度地提高优秀种公畜的利用率 一头种公畜一次射精可配种的母畜数是自然交配的几十倍，甚至几百倍(表5-1)。加速品种改良 AI特别是冷冻精液的运用，极大限度
4、地提高了公畜的配种能力，使优秀种公畜的遗传基因迅速扩大，使其后代生产性能迅速提高，从而加速了品种改良。公猪好好一坡，母猪好好一窝。,大幅度减少种公畜的头数 由于大大提高了种公畜的利用率，所以只需保留极少数的优秀个体，即可满足繁殖需要，从而可节省饲养大量公畜的饲料及管理费用。,克服公、母畜体型悬殊而出现的交配困难 良种公畜一般体型较大。与本地小体型的母畜交配会有很多障碍，人工授精技术的运用可克服这方面的问题。控制疾病传播 由于避免了公、母畜的直接接触，因此可以防止与性交有关的传染性疾病及其他疾病的传播。,人工授精与自然交配的配种效率比较（改自王元兴等，动物繁殖学.南京：江苏科技出版社，1997，
5、124）,2.弊端,需要有熟练的和严格遵守操作规范的技术员，才能发挥其巨大的优越性。如果操作技术不规范，不仅会影响受胎率，甚至会传播疾病。,三、方法与操作步骤,(一)采精(semen collection)1.采精前的准备(1)采精场 固定的场地和环境，以便建立起巩固的条件反射。同时也是保证人畜安全和防止精液污染的基本条件。场地应宽敞、平坦、清洁、安静。有供母畜保定用的采精架或供公畜爬跨的假台畜。应配备喷洒消毒和紫外线照射装置。,(2)台畜的准备,真台畜(dummy)即活畜，是指用与公畜同种的母畜或阉畜作为台畜。假台畜是根据母畜体型大小，选用钢管或木材做成的有支撑力的架子，然后在其表面包裹一层
6、畜皮或麻袋、人造革等弹性柔软物品(图5-1)。,真台畜,假台畜,(3)公畜的调教,利用假台畜采精，要事先对种公畜进行调教，使其建立条件反射。a.在假台畜的后躯涂抹发情母畜的阴道粘液或尿液；b.将待调教的公畜拴系在假台畜附近，让其目睹另一头已调教好的公畜爬跨假台畜，然后再诱其爬跨。,c.在假台畜旁边牵一发情母畜，诱使公畜进行爬跨，但不让交配而把其拉下，反复多次，待公畜性冲动达到高峰时，迅速牵走母畜，令其爬跨假台畜采精。,2.采精技术,2.1 采精方法及其应用范围：假阴道采精法：能收集到动物全部射出的精液，既不降低精液的品质，又不影响雄性动物的生殖器官和性机能，所以应用最广泛。手握法和筒握法：猪按
7、摩法：禽类和犬类电剌激法：野生动物,2.2 假阴道法 假阴道(artificial vagina)是模拟雌性阴道条件而仿制的人工阴道。,1)适宜温度：2)适当压力：3)适当润滑度：4)无菌：5)无破损漏洞：,假阴道应具备条件,牛羊假阴道安装充气后理想的状态,充气后的假阴道,人工采精技术,2.3 手握法（猪）,将手握成空拳使公猪阴茎插入其中，让其来回抽动片刻，当螺旋状阴茎龟头己伸露于掌外时，应由松到紧握住阴茎，并不再让其转动和滑脱;待阴茎充分勃起向前伸展时，应顺势向前将其带出(千万不要拉出)，并在不让其转动和滑脱的情况下，手掌做有节律的一紧一松弹性刺激，直至射精。,射精过程中可停止弹性刺激，但由
8、于公猪副性腺发达，射精量大，完成射精往往需要经历24个阶段，而在各个射精阶段的间隔期间要恢复弹性刺激，直至采完全部精液为止。特点:简单、方便，能采集富含精子部分精液。分段采精：弃掉含副性腺分泌物多、精子较少、精液清亮白色的第一段和精液较稀、清亮、精子少的第三段，只收集精液浓、精子多、呈乳白色的第二段。,2.4 筒握法,是假阴道和手握法相结合的方法，具有假阴道和手握法双重优点。将假阴道截短后，连接一个橡胶漏斗制成采精筒。操作时，采精员以右手握住漏斗部成拳握状，紧靠台畜后部，当阴茎伸入假阴道进入漏斗拳握部位时，就同手握法一样采取精液。,2.5 电刺激法,是通过电流刺激腰椎有关神经和壶腹部而引起公畜
9、射精的方法。适用于育种价值高、因损伤或性反射慢等失去爬跨能力的公畜。不适宜用其他方法采精的动物（如野生动物），均可用此法采精。,2.6 按摩采精法（牛、犬和禽类）,手指对生殖器官及副性腺进行按摩刺激，以引起性欲而出现射精。家禽的按摩采精法：助手保定，以防采精过程中扑打。然后采精者右手指间夹着集精容器，并有节奏地前后按摩禽体后躯及耻骨下部，引起射精反射。与此同时，左手将尾羽弯向头部，轻轻压迫尾脂区域。当出现射精时，两手拇指和食指同时做“挤乳”状挤压，接取精液，直至反射消失。,3.采精频率,3.1 定义：每周对雄性动物的采精次数。为了既能最大限度地采集精液，又能维持其健康体况和正常生殖机能，必须合
10、理安排采精频率。,3.2 各种动物的采精频率：公牛每周采精23次，每天可连续采精两次，两次间隔时间可在20min左右。成年公猪适于隔日采精1次。羊在配种季节内集中连续每日采精34次均可，但每周应休息1d。,(二)精液品质检查,精液品质检查的目的在于确定精液品质的优劣，以此作为精液稀释、保存的依据。同时，也反映种公畜饲养管理水平和生殖器官的机能状态，以及精液在稀释、保存、冷冻和运输过程中的品质变化及处理效果。,精液品质检测系统,精液质量自动检测系统,(三)精液的稀释,1.定义精液稀释(dilution)是在精液中加入一定量按特定配方配制、适宜于精子存活并保持受精能力的稀释液。2.稀释的目的：扩大
11、精液容量，提高一次射精的可配母畜头数，降低精液能量消耗，补充适量营养和抑制精液中微生物的活性，延长精子寿命，便于精子保存和运输等。,(四)精液液态保存,1.精液保存的目的：延长精子的存活时间，扩大精液的使用范围，便于长途运输。,2.精液保存的方法（按温度）：常温保存（15-25）低温保存（0-5）冷冻保存（-79-196）,3.精液保存的方法（按精液的状态）：液态保存：常温保存和低温保存温度都在0以上，故称液态精液保存。冷冻保存：超低温保存精液以冻结形式作长期保存，故称冷冻精液保存。,4.保存的两种基本途径：一是降低保存温度，减少精子的运动和代谢，甚至使精子处于休眠状态，但不丧失其生命力;二是
12、控制精液的pH，使精子处于弱酸环境下，既不至于危害精子，又能有效的抑制精子运动。,(五)精液冷冻保存,1.目的：冷冻解决了精液长期保存的问题，使精液不受时间、地域和种畜生命的限制，极大地提高了优良公畜的利用率，加速了品种的育成和改良。对优良种畜在短期进行后裔测定，保留和恢复某一品种或个体优良遗传特性，以及进行血统更新、引种、降低生产成本等方面都有重要意义。2.冷源：液氮(-196)或干冰(-79)。,液氮罐,3.冷冻精液的解冻,解冻温度和方法以及解冻液的成分都会直接影响解冻后的精子活力。解冻过程应像冷冻过程一样，必须迅速通过精子的冰晶化温度区，才不会损害精子。细管型冷冻精液，可直接将其投入到3
13、540的温水中，待融化一半时，立即取出备用。,颗粒型冷冻精液的解冻，需用解冻液。干解冻湿解冻,(六)授精(insemination),1.输精前的准备 输精器械和接触精液的器皿，在输精前必须彻底洗涤和消毒。接受输精的母畜要进行保定，并对其外阴进行擦洗、消毒。输精前需检查精液品质:液态保存的精液活力不低于0.6，冷冻保存的精液解冻后活力不低于0.3。,输精器械和器皿,母畜的准备,牛:可在兽医保定架、采精架、输精架或奶牛颈夹内保定，尾部拉向一侧羊：可在升高的配种架内保定，或降低配种员站立的位置，或两人将母羊后肢提起。猪：在圈舍或定位栏内保定各种家畜在输精前可用高锰酸钾水擦拭外阴及周围并用纸巾擦干。
14、猪只用干纸巾擦拭。,人员准备,输精员应将指甲剪短磨光，将手洗净擦干，必要时用75%酒精棉消毒。如果手臂伸入直肠或阴道内，应戴上长臂手套，并涂以石蜡油或稀释液。冬季应穿上棉坎保暖和方便操作。,2.输精的基本技术要求,2.1 输精量和输入的活精子数,对体型大、经产、产后配种和子宫松弛的母畜可增加输精量，而对于初次配种和当年空怀的母畜则可减少输精量。液态保存的精液其输精量一般比冷冻精液多，细管精液则比颗粒精液少一些。,精液品质较差时输精量可适当增加，以保证输入的活精子数。在同种家畜中，输精部位较深者的输精量可比浅部输精者适当减少。,GIFT procedure,gamete intrafal-lop
15、ian transfer,laparoscopy,配 子输卵管内移植（GIFT）,2.2 输精时间,根据排卵时间、精子和卵子的运行速度及到达受精部位的时间与精子获能和保持受精能力的时间，确定适宜的输精时间。各种动物都适宜在排卵前46h进行输精。,在生产中，用发情鉴定来判定适宜的输精时间：奶牛在发情后1020h输精水牛则在发情后第2d输精。马自发情后23d，隔日输精一次，直至发情结束。猪是在接受“压背”试验或从发情开始后第2d输精。,羊可根据试情程度来决定输精时间，若每天试情一次，于发现发情当天和隔12h各输精一次;若每天试情两次，则可在发现发情开始后半天输精一次，间隔半天再输精一次。兔、骆驼等
16、诱发性排卵动物，应在诱发排卵处理后即行输精。,2.3 输精次数和间隔时间,输精次数和间隔时间是依据输精时间与母畜排卵时间的间距以反精子在母畜生殖道内保持受精能力的时间长短决定。牛、羊、猪、兔等家畜在生产上常采用外部观察法来鉴定发情，但不易确定排卵的时间。在一个发情期内采用两次输精，两次输间隔810h(猪间隔1218h)。,2.4 输精部位,牛子宫颈深部输精比子宫颈浅部受胎率高。猪、马、驴以子宫内输精好，而采取子宫角内输精并不能提高受胎率。羊、兔在子宫颈内浅部输精即可。绵羊冻精应尽可能采用深部输精。兔则在阴道内输精。,3.各种家畜的输精方法,3.1 母牛,阴道开膣器输精法：受胎率较低。,直肠把握
17、子宫颈输精法操作：将手伸入直肠掏出宿粪后，握住子宫颈外端。另一只手持输精管，借助进入直肠的一只手固定和协同动作，将输精管插入子宫颈螺旋皱襞，再将精液输入子宫内或子宫颈56cm处。优点:用具简单，操作安全，不易感染;母牛无痛感刺激，处女牛也可使用;可同时检查卵巢状态，防止误给孕牛输精而引起流产;输精部位较深，受胎率较开膣器输精法高10%20%.,直肠把握子宫颈输精法图片,子宫颈口,尿道口,膀胱,3.2 绵羊和山羊（开膣器输精法）,由于羊体型小，往往需蹲下输精，或在输精架后挖一凹坑方便输精员操作 也有采用转盘式或输精台输精，可提高效率。对于体型小的母羊，在助手配合下，也可采用倒立式输精方法，即保定
18、员用两腿夹住母羊头颈，抓住并抬起母羊两后腿，输精员借助开膣器将精液输入子宫颈内。,目录,羊输精前准备,用试情公羊对发情母羊进行发情鉴定，发现允许试情公羊爬跨的母羊应进行标记，并安排输精时间在母羊允许公羊爬跨后的6-12小时第一次配种将母羊保定在保定架内或两手将其倒提，前肢着地消毒外阴部，开膣器上涂以石蜡油。,目录,羊输精操作,将开膣器侧扁方向与阴道呈同一方向，插入母羊阴道内，向下转动开膣器，并保持打开状态将准备好的输精器前端对准子宫颈外口，伸入1厘米或更深。将精液缓慢注入后抽出。注意：开膣器应保持开张状态，以免夹伤阴道粘膜。如果无法找到子宫颈口，应拨动粘液，使子宫颈口暴露。如果仍无法确认，可将
19、精液注入颜色较深的区域。,目录,羊的输精,3.3 猪,由于阴道与子宫颈接合处无明显界限，所以输精时不必用开膣器扩张阴道，可直接将输精管插入阴道。,将母兔仰卧或伏卧保定 将输精管沿背线缓慢插入阴道内7-10cm慢 慢 注 入 精 液 输精后将母兔后躯抬高片刻，以防精液倒流,3.4 兔,3.5 家禽,一只手抓住母禽的两只脚，另一只手按压其腹部，使阴道翻出泄殖腔，将细管插入阴道的开口内，轻轻推入精液。母禽腹部压力消失后，阴道会自动缩回。,第三节 受 精,一、受精概述二、精子在雌性生殖道内的运行三、精子获能四、顶体反应五、受精的过程,受精是两性配子(精子和卵子)相互作用，结合产生新的个体即合子(zyg
20、ote)的过程。通过受精，单倍体的雌、雄生殖细胞共同构成双倍体的合子(又称受精卵)，合子是新生命发育的起点。,1.定义,一、受精概述,2.生物学意义,在胚胎学方面，受精是卵子受到精子的激活。在遗传学方面，受精是将父本的遗传物质引入母本的卵子，从而使父本与母体二者的遗传性状能在新个体中表现出来：在自然选择过程中可以促进物种的进化；可通过人为的选择，培育出新的优良品种。,3.受精部位,输卵管壶腹部,Pick up,阴道型受精,牛、羊：精液射在阴道前庭及子宫颈阴道部。,4.受精类型,子宫型受精,马、猪：精液可直接射入子宫颈、子宫体内。,大鼠,二、精子在雌性生殖道内的运行,射精过程,射出的大量精子中仅
21、有极少数到达输卵管壶腹部。主要是由于精子从射精部位到达受精部位需要闯过三道关卡，即经过三次筛选：第一道关卡子宫颈第二道关卡子宫内膜腺第三道关卡宫管结合部（输卵管峡部）,1.定义：刚射出的精子不能穿入卵子，而只有在雌性生殖道内度过一段时间之后，才获得受精能力，称为“获能”(capacitation)。,三、精子获能,2.部位：获能过程先在子宫内进行，最后在输卵管内完成（精子体外获能）。精子获能后，能释放出一系列水解酶，可将包围在卵子周围的细胞和生物大分子物质(蛋白质和黏多糖)溶解出一条通路，便于精子进入卵母细胞。,3.精子入卵的三道屏障：扩展的卵丘 透明带 卵质膜,小鼠IVM卵母细胞,放射冠,透
22、明带,卵质膜,卵母细胞,极体,1,3,2,海胆卵子的结构，示精子和卵子的大小比例。,顶体反应(acrosome reaction)：包裹精子头部的质膜、顶体外膜融合和破裂，释放顶体内含物的过程。这一反应是精子与卵子融合前必须经历的反应之一，也是精子获能后的必然结果。,四、顶体反应,高尔基复合体顶体细胞核头部的主要部分中心小体尾部，线粒体尾部中段的线粒体鞘膜细胞质大部分脱落,仓鼠精子的顶体反应,D，精子与卵子质膜的融合 E，精子顶体与带有微绒毛的卵子质膜融合的示意图（水平，受精锥）,受精过程始于精子与卵子相遇，两性原核合并形成合子时结束，分为五个步骤：精子穿过放射冠精子穿过透明带精子穿过卵质膜原
23、核形成配子配合,五、受精的过程,1.精子穿过放射冠,卵子在透明带外面往往还包围着一堆颗粒细胞即卵丘细胞，而靠近透明带的卵丘细胞呈放射状排列，故称放射冠，是精子入卵的第一道屏障。精子通过顶体反应释放透明质酸酶和放射冠穿透酶溶解卵丘细胞和放射冠细胞间的基质，使精子穿越放射冠与透明带接触。,2.精子穿过透明带,精子穿越放射冠后，以刚暴露的顶体内膜附着于透明带表面，这是精子穿过透明带的先决条件。这种附着只有获能和发生顶体反应的精子才能发生。,精子与透明带的附着具有非常明显的种间特异性，异种动物的精子不能附着和穿过透明带（混合精液实验）。原因：透明带表面的种属特异性精子受体。,金色仓鼠精子入卵过程：A，
24、精卵融合的扫描电镜照片 B，精子与透明带的结合 C，精子头部穿过透明带。,3.精子穿过卵质膜,精子进入透明带后，到达卵周隙。此时精子仍能活动，不过活动时间很短。一旦接触卵质膜，活动即停止。精子与卵质膜接触后20min，即发生细胞融合，精子头部入卵。,除极少数动物外，整个精子尾部不进入卵子。在精子头与卵黄膜发生融合的同时，卵子激活，产生一系列反应。,3.1 皮质反应(cortical reaction,CR),一种防止质膜再被其他精子穿透的防御性反应当精子与卵黄膜接触时，在接触点膜电荷发生改变并向周围扩大，整个膜持续去极化数分钟在卵黄膜下的皮质颗粒向卵子表面移动，在Ca2+的作用下，皮质颗粒与卵
25、黄膜融合，以胞吐方式将其内容物排入卵周隙。,精子与卵子接触后5min就完成皮质反应。皮质反应与顶体反应很相似。皮质颗粒内容物是一种有黏性的透明膜物质，内含黏多糖、类胰蛋白酶以及阻止顶体酶作用的物质。这些内容物的释放引起卵黄膜和透明带结构的变化，即产生卵黄膜反应和透明带反应。,海胆皮层颗粒反应示意图（微绒毛也被掩盖）,未受精卵（左）和受精卵（右）的皮层,3.2 卵黄膜反应(vitelline reaction),皮质反应后，大部分原来的卵黄膜加入了皮质颗粒膜而发生膜的改组，这种变化称为卵黄膜反应或卵黄膜封闭作用。此时，皮质颗粒所释放的黏多糖与卵黄膜表面紧密相连，在卵子周围又形成一保护层，称透明膜
26、，从而改变卵子表面结构，阻止第二个精子入卵，避免产生多精子受精现象,海胆受精膜的形成及多余精子的移除,3.3 透明带反应(zona reaction,ZR),皮质颗粒内容物的释放，改变了透明带的性质迅速、有效的阻止再有精子穿过透明带。原因：皮质颗粒内容物中的类胰蛋白酶破坏了透明带上的特异性精子受体。,4.原核形成,精子入卵后不久，头部开始膨大，核疏松，核膜消失，失去固有的形态，最后在疏松的染色质外又形成新的核膜，这种重新形成的核叫雄原核。,同时卵母细胞减数分裂恢复，释放第二极体。卵中的染色质外又形成新的核膜，称雌原核。两性原核体积不断增大，几小时可达到原来的20倍(大鼠)。,很多畜种(包括猪和
27、牛)雄性染色质开始疏松增大的时间比雌性早，所以雄原核比雌原核大。猪的原核形成是在排卵后618h。,原核显微注射法生产转基因动物 向受精卵雄（精）原核注入DNA,5.配子配合,雄原核和雌原核经充分发育，逐渐相向移动。在卵子中央，核仁和核膜消失，两原核紧密接触，然后迅速收缩，染色体重新组合，并准备进行第一次有丝分裂，形成一个称为“合子”的单细胞胚胎。,海胆受精过程,事件 时间精卵结合 0秒膜电位升高(快封闭反应)1秒内精卵细胞膜融合 6秒内初次检测到钙离子含量升高 6秒皮质颗粒外排(慢封闭反应)15-60秒NAD激酶被激活 始于1分钟 NAD和NADH含量上升 始于1分钟耗氧量上升 始于1分钟精子
28、进入 1-2分钟酸外排 1-5分钟pH值升高并保持 1-5分钟精子染色质解聚 2-12分钟雄原核向卵细胞中央迁移 2-12分钟雌原核向雄原核迁移 5-10分钟蛋白合成被激活 始于5-10分钟氨基酸转运被激活 始于5-10分钟DNA合成被激活 20-40分钟有丝分裂 60-80分钟第一次卵裂 85-95分钟,6.受精过程所需时间,以交配时间为始点，精子从进入卵子到第一次卵裂的间隔时间。猪为12-24h，绵羊16-21h，牛20-24h，兔12h，人约36h。,本章小结,重点人工授精意义人工授精的步骤受精过程难点人工授精时机的把握受精过程,思 考 题,简述人工授精优越性人工授精的操作步骤 简述哺乳动物受精过程,谢谢!,
