賈京荊，王 磊

（石首市動物疫病預防控制中心，湖北 石首 434400）

研究證實，一切與生殖繁育有關的現象都受到“下丘腦-垂體-性腺軸”調控［1］，通過科學方法尋找影響這一調控機制的因素是研究動物繁殖性能的重要路徑。隨著遺傳育種學理論發(fā)展的不斷深入，越來越多影響動物遺傳潛力的因素，特別是影響動物繁殖性能的因素被揭示。影響因素研究的焦點既包括基礎的遺傳繁殖選育方法、季節(jié)變化對繁殖的影響，也包括基因層面的催乳素基因、甲狀腺基因表達的調控，還包括有機化合物、無機化合物等的變化以及中草藥物添加劑的應用對動物繁殖性能的影響?？偨Y分析這些影響動物繁殖性能的因素，旨在更好地了解動物遺傳育種中繁殖方面的潛力，為畜牧業(yè)的健康發(fā)展和優(yōu)質遺傳資源的延續(xù)提供理論參考。

1 中國畜牧業(yè)發(fā)展情況

2023 年5 月，中國農業(yè)科學院發(fā)布的《中國農業(yè)產業(yè)發(fā)展報告2023》顯示，2021 年中國畜牧業(yè)競爭力指數在135 個國家中排名第5 位，總體競爭力較強，但仍有不少“卡脖子”的問題亟待解決。中國蛋禽產業(yè)競爭力指數在108 個國家中排名第1 位；生豬、肉羊和肉禽產業(yè)競爭力指數分別在112、108、109 個國家中排名第6 位、第5 位和第7 位；肉牛產業(yè)和奶業(yè)競爭力指數分別在124、132 個國家中排名第34 位和第42 位。2021 年中國生豬和肉雞的出欄率分別為美國同期水平的86%和35%，料肉比分別是美國同期水平的1.1 倍和1.3～1.4 倍，生豬生產成本是美國同期水平的1.7～1.9 倍。報告顯示，中國生豬、肉牛、肉羊、奶牛以及肉雞優(yōu)良品種對外依存度高，其中白羽肉雞自主培育的品種僅占15%。中國畜牧業(yè)整體呈大而不強的狀態(tài)，畜牧業(yè)的發(fā)展質量亟待提高。畜牧業(yè)生產中畜禽遺傳育種對提高畜禽生產效率的貢獻最高，為40%，飼料為20%，疫病防治為10%，飼養(yǎng)管理水平為20%，其他為10%。提升優(yōu)良品種畜禽的繁殖性能，可迅速擴大良種覆蓋率，提高動物生產效率，顯著增加經濟效益，對中國畜牧業(yè)遺傳育種板塊以及整體行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展至關重要。

2 動物繁殖性能的影響因素

2.1 動物遺傳育種方法

隨著現代生物技術的發(fā)展，分子育種技術顯示出強大的生命力，逐漸成為動物育種的趨勢和主流，而動物分子育種將成為21 世紀動物育種的主要方法?；蚪M選擇是一種標記輔助選擇形式，其使用覆蓋整個基因組的遺傳標記，以便所有數量性狀位點與至少1 個標記處于連鎖不平衡狀態(tài)。基因組選擇提高了育種的效率和準確性，并廣泛應用于許多動物物種的純種育種。然而，有研究表明，雜交育種中基因組選擇的準確性有待提高，特別是在雜交種群中的準確性。作為養(yǎng)豬業(yè)應用廣泛的育種方法，雜交育種具有重要的潛在研究價值和經濟價值，可以通過與基因組選擇相結合來進一步提高性能［2］。道德育種涉及使用在行為和外表上忠于其物種的健康動物，并在適用的情況下表現出可持續(xù)的性能。對物種∕品種的關注是育種目標的重要組成部分，包括保護物種∕品種遺傳資源以及個體動物的健康和福利。在開發(fā)新的生產品種或伴侶動物時，往往沒有優(yōu)先考慮道德和福利方面的因素。動物育種實踐正日益成為動物福利辯論的一部分。在生產動物中，繁殖的重點是性能，即數量實體和財務收入［3］。使用基因組信息預測未來的表型或育種價值以供選擇的候選者已成為標準，然而大多數基因組預測程序只考慮與多態(tài)性標記相關的加法（或替代）效應，考慮非加性遺傳變異模型的實施可能更有意義，因為其可以提高預測能力，同時可用于定義植物和動物育種方案中的配偶分配程序，以及可從雜交育種或純種育種方案中的非加性遺傳變異中受益［4］。提升繁殖性能是研究遺傳育種領域的重要方向，是迅速擴大良種覆蓋率、提高動物生產效率、顯著增加經濟效益的重要手段，對中國畜牧業(yè)健康持續(xù)發(fā)展至關重要。

2.2 動物季節(jié)性繁殖機制

棲息在溫帶的生物表現出各種季節(jié)性適應行為，包括繁殖、冬眠、蛻皮和遷徙等。光周期是無噪音和廣泛使用的環(huán)境線索，使動物能夠預測即將到來的季節(jié)并相應地調整自身生理機能。雖然不太明確，但動物的一些人類特征也表現出季節(jié)性，如出生率、情緒、認知大腦反應和各種疾?。?］。動物利用光周期的變化使其生理適應即將到來的繁殖季節(jié)，比較研究有助于了解脊椎動物季節(jié)性繁殖的機制。鳥類是研究這些現象的理想模型，因為它們對光周期的變化反應迅速。鳥類的深部腦光感受器感知光信息并將其傳遞到垂體中的結節(jié)部（PT），在那里產生促甲狀腺激素（TSH）。這種PT-TSH 通過誘導基底下丘腦中2 型脫碘酶的產生局部增加生物活性甲狀腺激素T3 的水平，而T3 水平的增加反過來又控制季節(jié)性促性腺激素釋放激素的分泌。在哺乳動物中，眼睛是唯一的光感受結構，夜間褪黑激素分泌編碼日長信息并調節(jié)PT-TSH 信號級聯反應［6］。總之，這些研究揭示了季節(jié)性的光照變化對動物繁殖行為影響過程中激素水平的調控方式，各激素之間的相互作用機制及其影響動物生理狀態(tài)的機制還需要更加深入的研究。

2.3 催乳素受體（PRLR）基因

催乳素（PRL）是脊椎動物中應用比較廣泛的激素，并且在調節(jié)不同譜系繁殖方面起著關鍵作用。催乳素（PRL）是由哺乳動物的垂體分泌的一種多效神經激素，通過機體血液循環(huán)系統(tǒng)到達大腦以外的許多組織和器官。PRL 與其受體PRLR 結合，引起1 個分子信號級聯，通過這個系統(tǒng)調節(jié)哺乳動物的相關行為，促進女性生殖組織和器官的明顯改變［7］。生長激素受體（GHR）和催乳素受體（PRLR）是同源跨膜細胞因子受體，每個預同源二聚體和配體結合是通過誘導受體同源二聚體內的構象變化來激活Janus Kinase 2（JAK2）信號轉導器和轉錄激活因子（STAT）信號通路。在人類中，GHR 由生長激素（GH）激活，而PRLR 由GH 和PRL 激活［8］。夏冬季個體下丘腦、卵巢和睪丸PRLR表達水平顯著高于春秋季，夏冬季個體促卵泡激素（FSH）和促黃體生成素（LH）血清濃度顯著低于春秋季。PRLR基因在下丘腦、卵巢和睪丸中的表達水平與FSH 和LH 血清濃度呈負相關，說明PRLR基因可能負向調節(jié)季節(jié)性生殖活動。卵巢和睪丸PRLR基因表達水平顯著高于下丘腦，表明PRLR基因在性腺中的調節(jié)作用可能明顯高于下丘腦。此外，春、夏、秋、冬季，女性下丘腦和性腺PRLR基因表達水平顯著高于男性，表明PRLR基因的調節(jié)作用可能有性別依賴性［9］。哺乳動物PRLR 的主要特征包括蛋白質細胞外部分的2 個二硫化物鍵和1 個WS 基序，兩者都是正確加工所必需的，但似乎在PRL 配體的結合中不起作用［10］。研究人員基于生物信息學預測，驗證了circ-CYP24A1 與miR-224 以及miR-224 與PRLR 之間的結合關系。功能試驗表明，circ-CYP24A1 通過結合和抑制miR-224 調節(jié)增殖和凋亡，導致PRLR基因表達增加［11］。PRLR基因與動物繁殖性狀密切相關，利用PRLR基因的作用機制，將其作為影響動物繁殖性能的候選基因有重要意義［12］。

2.4 促甲狀腺激素受體（TSHR）基因

促甲狀腺激素受體（TSHR）是一種糖蛋白激素受體，在鳥類和哺乳動物繁殖時的代謝調節(jié)和光周期控制中起重要作用。已有的全基因組關聯研究表明，TSHR基因與生殖有關，其功能在女性生殖中被鑒定出來，但很少有研究報告TSHR基因的多態(tài)性，鮮見報道綿羊TSHR基因的分子突變［13］。家雞比其主要祖先紅原雞性發(fā)育更快，長得更大，產卵更多，其在馴化過程中選擇的幾種候選遺傳變異基因已被確定，但只有少數研究將它們與不同的表型性狀直接聯系起來。值得注意的是，促甲狀腺激素受體（TSHR）基因的一種變體在過去1 000 年中處于強烈的正向選擇下，但其功能和作用機制在很大程度上仍未明確。雖然家養(yǎng)TSHR 是所有研究的家禽種群中常見的變異體，并且在2 個紅原雞種群之中，但在其他Gallus物種中未檢測到。在功能上，與野生型TSHR 個體相比，具有國內TSHR 變異的個體在下丘腦中的TSHR表達較低，在甲狀腺中的表達略高。TSHB 和DIO2 是鳥類性成熟和繁殖的2 種調節(jié)因子，在家禽變種雞的腦垂體中表達較高。此外，國產變體與露天試驗中的更高活性有關。研究證實，家養(yǎng)TSHR 變體的傳播僅限于家養(yǎng)雞，在較小程度上，它們的野生對應物為紅原雞。此外，TSHR遺傳變異性的影響反映了先前描述的紅原雞和家雞之間基因表達和行為的關鍵差異［14］。甲狀腺激素幾乎存在于所有組織中，并對生長、代謝、繁殖和細胞分化起關鍵調節(jié)作用［15，16］。Hugues 等［17］研究表明，下丘腦TSHR 與促甲狀腺激素β 亞基（TSHβ）結合間接刺激甲狀腺激素（TH）分泌，刺激下丘腦-垂體-性腺軸，以此調控季節(jié)性繁殖活動。對TSHR 的結構功能特性的研究已取得了一定的進展，相信其在提升動物繁殖性能方面會發(fā)揮很大的作用。

2.5 ?；撬釋Υ菩圆溉閯游锓敝车挠绊?/h3>

?；撬嵊置Ｄ懰?、牛膽堿、牛膽素，是一種廣泛存在于哺乳動物體內的游離氨基酸，發(fā)揮著多種生理功能，如參與大腦發(fā)育、視覺傳導、生殖調控、抗氧化及機體免疫等，具有廣闊的生產與生活應用價值。在不同發(fā)情階段小鼠的卵巢中，牛磺酸呈周期性表達。Lobo 等［18］在研究牛磺酸在雌性生殖系統(tǒng)中的表達時發(fā)現，在輸卵管中，?；撬嶂饕ㄎ挥谇簧掀さ睦w毛柱狀上皮和無纖毛柱狀上皮細胞中；在子宮中，?；撬嶂辉诎l(fā)情后期、間情期大鼠子宮的腔上皮和腺上皮中表達。?；撬峥梢愿纳坡涯讣毎|量，促進減數分裂，提高卵細胞受孕概率［19］。?；撬峥梢跃S持精子活力，提高精子存活率，在受精過程中也發(fā)揮了有益作用。范晶晶等［20］研究發(fā)現，?；撬徇€參與調節(jié)胚胎的著床過程，是胚胎著床成功的關鍵調控物質。?；撬崾侨梭w的必需氨基酸，參與眾多生命活動進程，不僅在中樞神經系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及肝膽系統(tǒng)中發(fā)揮重要的生理功能，也與動物生殖過程密切相關。

2.6 金屬銅元素對動物繁殖的調控作用機制

動物機體中銅屬于微量元素，但起到的作用卻非常重要［21］，銅參與機體的氧化反應供能、參與造血相關的鐵代謝、參與鈣磷代謝調控骨骼發(fā)育等。銅在哺乳動物腸道中的攝取和輸送至其他器官由銅轉運體Ctr1 介導完成［22］。銅元素經過消化吸收進入體內后，通過血液循環(huán)到達全身各處組織器官，進而調節(jié)相關生理活動。楊連玉等［23］研究表明，銅可以經過血液循環(huán)穿過血腦屏障沉積在下丘腦、垂體等神經中樞，影響下丘腦-垂體-性腺軸，調節(jié)促性腺激素釋放激素（GnRH）、促性腺激素以及性腺激素之間的反饋與負反饋來調控生殖和性行為。Peacey 等［24］研究表明，銅-GnRH 復合物比單獨使用GnRH 更能觸發(fā)促性腺激素釋放，但銅過量會誘導卵母細胞和精原細胞的自噬基因（Autophagy-related gene，ATG）和相關蛋白質的表達，導致生殖細胞內線粒體斷裂和異位并產生大量的活性氧、自由基，進而破壞性腺，對動物繁殖造成不利影響?？梢?，在繁殖動物不同種類以及不同階段，提供合理劑量的微量元素銅或替代物對動物生殖系統(tǒng)的健康具有一定必要性。

2.7 褪黑素對動物繁殖的調控作用機制

褪黑素（Melatonin，MLT）因可以使兩棲類動物皮膚色澤變淺而得名，最早是從牛的松果腺提取得到，所以也稱為松果腺素。褪黑素是一種以色氨酸為基質合成的晝夜節(jié)律性胺類激素，其分泌表達量隨著晝夜變化而變化，在夜間的表達量高于白晝［25］。褪黑素在動物機體中參與許多生理過程，作用廣泛，如調節(jié)胃腸道運動［26］、抗腫瘤、抗氧化、延緩卵巢衰老、增強免疫力以及調節(jié)動物生殖機能［27］等。褪黑素經腦脊液或血液循環(huán)途徑調控下丘腦-垂體- 性腺軸進而調節(jié)動物的繁殖活動［28］。褪黑素的表達主要受光照影響，光信號通過視網膜傳遞到下丘腦，最后傳遞給松果體，調控松果體分泌褪黑素，因此，褪黑素是光信號與生殖活動中的重要信號激素。史建民［29］的研究表明，通過體外額外注射褪黑素，可以提高母畜的發(fā)情率和生育率。對種公畜而言，精子的運動活力直接關系到其生產性能，而精子線粒體直接影響精子的運動能力，是精子運動的能量源，其結構與功能的改變直接影響精子的運動能力。褪黑素可使精子的存活率和直線運動的比例顯著增加，大大提高種公畜的精液質量［30］。在實際生產中，精子活化是精子能否完成受精作用的關鍵。Vinod 等［31］研究表明，褪黑素可以通過調控精子細胞內的Ca2+代謝，減少NO 產生，進而減少自由基引發(fā)的精子活力損傷，從而促進精子的超活化。Berlinguer 等［32］研究指出褪黑素可以通過上調卵丘擴展基因的表達和表皮生長因子受體的表達水平，促進卵丘擴展增強促黃體生成素（LH）以及人絨毛膜促性腺激素（HCG）的作用，促進卵母細胞成熟相關基因的表達，進而提升卵母細胞成熟效率。在卵母細胞成熟的過程中，褪黑素通過影響細胞凋亡相關基因的表達，可以降低卵母細胞成熟過程中的氧化損傷，提高母畜卵細胞的質量。褪黑素及其受體在動物生殖器官中普遍存在，對于動物的繁殖機能具有很大的影響，結合外界環(huán)境和動物機體情況合理選擇適當的調控方式，對提高動物繁殖力、促進畜禽生產業(yè)發(fā)展有很大幫助。

2.8 中草藥添加劑對動物繁殖的調控作用機制

中草藥添加劑來源于自然界，具有天然結構狀態(tài)和生物活性，且保持了外源精華活性。天然中草藥中含有蛋白質、糖、脂肪、氨基酸、微量元素等營養(yǎng)成分，對動物的生長發(fā)育、繁殖性能的提升和改善起到一定的營養(yǎng)調控作用［33］。中草藥的不同組成及結構成分發(fā)揮不同的作用，有些中草藥如松針、白術、當歸等能誘導母豬發(fā)情、增加泌乳量、提高產仔數，從而提高母豬的繁殖性能［34，35］。

大量研究表明，在飼料中添加中藥制劑能夠增加動物采食量，提高動物免疫力，改善動物體質，促進生殖激素的分泌，提高動物的繁殖性能。常見中藥材如當歸、黃芪、淫羊藿以及益母草等，在實踐中廣泛應用于子宮發(fā)育、催情促產以及消除生殖系統(tǒng)炎癥方面。劉心雨等［36］通過在公豬日糧中添加一定比例的菟絲子和淫羊藿顯著改善了公豬精子活力；張鐵英等［37］報道了在種雞日糧中加入不同劑量的以黃芪和柴胡為主的中草藥添加劑的研究結果，表明加入0.3%的中草藥添加劑，可顯著提高產蛋率和種蛋孵化率?；谏鲜鲅芯?，結合經典中醫(yī)藥理論發(fā)現，中草藥飼料添加劑對提高種豬繁殖性能具有很高的應用前景。

3 小結

通過文獻梳理，對影響動物繁殖潛力提升的多種因素進行分析總結，旨在為動物遺傳育種提供一定的理論參考，以更好地作用于生產實踐。當然，圍繞著“下丘腦-垂體-性腺軸”以及各生殖相關的組織器官，影響動物遺傳育種和動物繁殖性能的因素還有很多，一些新的技術也會逐步應用到生產實踐中，還需要更多的深入研究來進行探索，后續(xù)的研究還需要繼續(xù)進行。