基于精子与输卵管上皮细胞结合能力的奶牛人工授精公畜生育力预测研究

本研究针对奶牛人工授精（AI）中公畜生育力（P/AI）预测难题，通过分析精子形态功能特征及其与输卵管上皮细胞（OEC）结合能力，发现高生育力（HF）公牛精子在36小时共孵育后结合OEC的能力显著优于低生育力（LF）公牛（r=0.89）。该研究为早期评估公牛生育力提供了新型生物标志物，对提升奶牛繁殖效率具有重要意义。

　　

在奶牛养殖业中，人工授精（AI）和定时授精（TAI）技术是提升遗传进展和繁殖效率的核心手段。然而，公牛生育力的显著差异（不同个体间妊娠率差异可达20个百分点以上）直接影响牧场经济效益。目前行业依赖的公畜受胎率（SCR）评估存在成本高、耗时长、无法用于年轻公牛等局限，且传统精液质量检测（如精子活力、膜完整性）难以准确预测实际生育力。这一瓶颈促使研究者将目光投向精子与雌性生殖道的相互作用——尤其是精子在输卵管中形成功能储备库（sperm reservoir）的关键过程。

为破解这一难题，来自巴西圣保罗大学动物科学系的Mateus A. Silva团队在《Journal of Dairy Science》发表研究，创新性地将精子-输卵管上皮细胞（OEC）体外结合实验与生育力数据关联分析。研究团队首先根据1833次人工授精的妊娠率（P/AI）数据将7头荷斯坦公牛分为高生育力（HF，35.0%）和低生育力（LF，21.4%）两组，随后通过计算机辅助精子分析（CASA）、流式细胞术等技术评估精子形态功能特征，并建立OEC聚集体系统量化精子结合动态。关键技术包括：1）从屠宰场获取输卵管峡部组织培养OEC聚集体；2）设计多时间点（0.5-36小时）共孵育实验；3）采用ImageJ软件精确计算每毫米OEC周长结合精子数；4）结合商业牧场生育数据进行相关性分析。

精子形态功能分析揭示有限差异

CASA检测显示，HF公牛仅直线运动速度（VSL，94.7 vs 80.9 μm/s）显著更高，其他运动参数无统计学差异。流式细胞术结果出人意料：LF公牛反而具有更高比例的精子质膜-顶体完整率（80.3% vs 74.5%）和线粒体膜电位（3285.2 vs 1060.3 a.u.），表明传统精液质检指标难以解释生育力差异。

OEC结合能力与生育力高度相关

在0.5小时共孵育时，HF公牛精子已显现更高结合趋势（59.1 vs 54.0个/mm），随时间推移差异持续扩大：12小时（36.5 vs 28.6）、24小时（24.0 vs 15.3）直至36小时（26.0 vs 12.1）。特别值得注意的是，36小时结合数与P/AI的相关系数达0.89，显著高于早期时间点。动态分析显示，HF精子在36小时仍保持44.0%的初始结合量，而LF精子仅存22.2%。

讨论与行业价值

该研究首次证实精子-OEC长效结合能力可作为公牛生育力的强预测指标，其机制可能涉及：1）精子表面受体与OEC配体的特异性识别；2）结合态精子代谢调控能力差异。这一发现为AI产业提供了突破性解决方案：相比需数月完成的SCR评估，OEC结合实验可在数日内完成，且适用于未投入使用的年轻公牛。研究同时指出，线粒体功能亢进可能导致LF精子过早耗能，但具体分子通路仍需深入解析。

这项成果为开发标准化生育力预测试剂盒奠定基础，未来结合基因组学（如已报道的SCR相关基因）或可建立多维度评估体系。正如作者强调，精子与雌性生殖道的互作是"黑箱"中的关键环节，而OEC结合实验成功打开了这扇门——它不仅解释了为何部分"实验室达标"精液实际受胎率低下，更指引了繁殖技术从经验判断向精准预测的转型方向。