如何成功地使用乳牛選性精液
新竹分所 李國華 藍蔚文
「繁殖」是乳牛場的命脈，特別期盼要繁殖出「母」的乳牛，因為只有母牛才能生產出「白色黃金」-「牛乳」，為酪農帶來財富。因此，每位酪農都非常重視乳牛之繁殖。
乳牛之繁殖是一門非常重要的學問與技術，涵蓋範圍包括：畜舍環境、營養平衡、母牛生殖生理與內泌素、冷凍精液之選用、發情偵測與授精技術等等，足見其複雜之關連性，往往好不容易讓母牛懷孕了，最後臨門一腳時，卻生出小「公」牛，充滿無耐的感嘆！雖然酪農們都知道母牛生下的小牛，公母各半（機率各佔50％）。如果接二連三都生母的時，酪農們可會眉開眼笑！可見如果能掌握母牛生公或生母的比例，必能帶來可觀的經濟效益。
選性精液之發展概述
選性精液的研發過程漫長，美國農業部（United States Department of Agriculture, USDA）在1980年早、中時期開始著力於精子公母分離之研究，研發出可精確測定精子DNA含量的技術，因為X-和Y-染色體之質量不同，藉此特性來鑑別X-和Y-精子，但是在區分X-和Y-精子之操作過程中會造成精子大量的死亡，所以必須克服此一瓶頸，隨著研究人員的不斷努力，加上製造技術的進步，終能成功地分離出X-和Y-精子，並大幅降低分離時對精子所造成的傷害，分離出足夠的精子製成選性精液，再以人工授精的方式繁衍出特定性別之子代。於80年後期至90年代早期：開始將性選精液商品化與進行田間試驗，在1989時第一頭使用性選精液配種的仔女牛誕生了。2003年時Sexing Technologies (ST) 公司獲美國授權生產販售乳牛選性精液。所以，隨著選性精液的取得容易及具有良好的商業效益，促使在技術、費用、速度、性選效率上進步快速，也成功地以極少量的精子數達成商業化之授精劑量。也很幸運地，選性精液之人工授精可達 91％之女牛出生率，這證明了使用選性精液可顯著地提高女牛之出生率。
選性精液製造過程概述
將優良種公牛進行採精，並進行一般冷凍精液製作之標準作業程序，包括精液的採集與標記、精子濃度檢測、精子活力評估，檢測合格後再將此新鮮精液送達選性精液實驗室，實驗人員再次檢測精液品質、配製化學藥品與培養液，使用精液細胞分選儀及電腦群組將精子之X和Y染色體染色處理，在乳牛，X染色體(母)比Y染色體(公)含有較多之DNA (3.85%)，利用鐳射激發X與Y染色體所產生之螢光差異，來分離X與Y精子，如下圖所示：
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X染色體、Y染色體 |
精細胞之螢光染色 X、Y染色體螢光量不同 |
收集X精子，Y精子和未確定精子則廢棄，再將收集到之X精液進行精液品質分析，選性後之X精液其精子存活力要達70％以上，而且X精子的純度要達90％以上。每一麥管劑量之體積為0.25 ml，內含2.1x106 精子數，經完成冷凍步驟後保存於-196℃的液態氮桶內。
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精液分選步驟示意圖： |
選性精液解凍及人工授精
建議只供經驗豐富之授精師使用，授精師穿戴手套並使用長夾將選性精液麥管從液態氮桶內取出，迅速置入35-37 °C中溫水中解凍為時30-45秒，解凍完成後，需在5分鐘內注入牛體子宮角內。如天氣屬寒冷時，要注意授精槍之預暖及精液解凍完成尚未植入母牛體內時之保溫措施，這是非常重要之細節！
使用選性精液成功之關鍵
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1. |
主要使用於有確實穩定發情之女牛進行第一次或第二次配種。在美國使用選性精液之乳牛牧場資料分析，結果顯示出，選性精液用在第一和第二次人工授精之女牛優於經產母牛。 |
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2. |
選性精液解凍與操作的地方必需保持溫暖與不通風，以確保解凍後之精液受到最低之溫差傷害。 |
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3. |
所有會與解凍後之精液麥管接觸之設備皆需預暖，如授精槍、授精管、紙巾等，特別是在低溫季節或者是極端低溫氣候時。 |
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4. |
建議只供經驗豐富之人工授精師使用。因為選性精液之每一麥管劑量為0.25 ml，內含2.1x106 精子數，較傳統冷凍精液低，因此選性精液注入母牛體的位置就顯得非常重要，一般傳統冷凍精液注入於子宮體部位（穿過子宮頸），而選性精液則注入於有成熟濾泡之子宮角部位，故需由經驗豐富之人工授精師先判定左右卵巢那一側有成熟之大濾泡，例如：觸診判定左側卵巢有成熟之大濾泡，預估會先排卵，故授精師將選性精液穿過子宮頸後再往左側之子宮角注入，此動作要非常謹慎小心，因為子宮角管壁較薄較脆弱易人為操作不當時發生刺傷子宮角的意外事件。 |
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5. |
不要將選性精液施用於低繁殖力之牛群（受胎率低於60％）。 |
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6. |
繁殖管理是最重的因子。如果牛群之繁殖管理不彰，那麼使用選性精液是不會成功的！所以基本工要做得紮實，管理者要有很好的專業知識，如明瞭乳牛生殖週期（特別是濾泡階段的動情前期及發情期，黃體階段之動情後期與動情間期）、仔細確實之乳牛發情觀察及授精技術、完善之營養、畜舍及紀錄等等。 |
使用選性精液的優點
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使用選性精液可以得到大量之女牛，所以能讓牛群數目快速成長。 |
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能夠掌握牛隻替代（遞補）的效益，因候補女牛數增多。 |
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因能自行繁殖出足量之候補女牛頭數，相對地外購女牛之需求降低，如此，降低疾病入侵的風險進而增加了生物安全性。 |
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有充沛的候補女牛，就可以將性能不佳之乳牛淘汰，增加了淘汰牛隻的選擇性。 |
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使用選性精液可以降低母牛難產率。 |
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可以得到更快的基因改良（genetic improvement）。 |
選性精液面臨的挑戰
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受胎率降低。 |
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於2009年美國之研究報告顯示，女牛使用性選精液的受胎率為45%，而使用傳統精液的受胎率則為56%， 這表示使用性選精液之受胎率與使用傳統精液上比較仍有一段差距。 |
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每頭公牛生產的精液數量減少。(產母率90%的選性精液) |
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性別分離的過程 (90%產母率) 使選性精液產量只有一般精液產量的1/3至1/2。 |
參考文獻
DeJarnette J. M, Nebel R, L, and Marshall C.E. Evaluating the success of sex-sorted semen in US dairy herds from on farm records. Theriogenology (71) 2009; 49-58.
Hutchison, J.L. and Norman, H.D. Characterization and usage of sexed semen from US field data. Theriogenology (71) 2009; 48.
註：本篇報告之圖片由耕欣農業公司提供，特以誌謝。