在1985年，Nobel研究团队最早提出精子微胶囊化的设想，他们运用多聚赖氨酸将牛精液进行微胶囊化，而后观察发现微胶囊化的精子顶体完整性及精子活力令人满意[7]。随后的试验结果表明，将猪的精子进行微胶囊化后，其具有较高比例的完整顶体，但在体外孵化8小时后仅有7%的精子具有活力，24小时后则几乎完全丧失活力。

    随后，一种无支链多糖的藻酸盐替代多聚赖氨酸成为猪精液微囊化的生物聚合材料。该藻酸盐是由古罗糖醛酸（G）和甘露糖醛酸（M）两种酸缩合而成，有两种存在形式，分别为均聚物（如-GGGG-或-MM-MM-）和杂聚物（如-GMGMGMGM-）。古罗糖醛酸组成G单位，在轴向方向上聚合，构成硅酸盐分子的囊结构，而这些囊结构通常会被二价或者三价离子（如Ca2+,Sr2+,Ba2+,Al3+）补充，构成了一个三维网络水凝胶。水凝胶的机械特性由G/M比率（G单位相对强度大）和离子强度决定。Torre等人采用藻酸钙作为包裹材料，对猪精子进行微胶囊化试验[8]。具体步骤如下：向一份原精液（一次授精量，不稀释）中逐滴加入5～25mmol/L饱和氯化钙溶液，再逐滴加入藻酸钠并不断搅拌。钙离子立刻与藻酸钠反应，导致藻酸钙囊膜的形成。囊膜内部的钙离子在藻酸膜中逐渐扩散，强化和加厚囊膜，形成一道囊膜墙。其结果表明，胶囊结构非常好，但精子活力受到较大影响[8]。随后，Zhang等人提出用钡离子取代钙离子（图4），以避免由钙离子引起的精子细胞膜超极化过程，从而避免了精子过早衰竭[9]。

   

    Vigo等人在2002年研究发现，使用藻酸钡胶囊化后1小时内的活精比例较高，其中试验组胶囊内的活精比例为（86±12）%，参照组稀释精液的活精比例为（97±6）%；胶囊化精子的结构完整性和受精能力均很好[10]。其试验结果也证明了藻酸钡胶囊能够避免精子过早发生顶体反应。随后，Faustini等人在2004年时发现藻酸钡胶囊化4小时后，保持在18℃下的胶囊内未发生顶体反应的精子显著高于参照组（稀释精液）（96%VS85%），胶囊化72小时后同样显著高于参照组（77%VS55%）；此外，在比较精子内关键抗氧化酶和膜维持酶的活性时，胶囊化72小时后精子内细胞色素氧化酶活性极显著高于参照组[（14.9±1.6）VS（5.3±1.1）]，比较六磷酸葡萄糖脱氢酶和乳酸脱氢酶活性与细胞色素氧化酶时，结论也同上[11]。Faustini等人结果也证明将精清维持在一个封闭的微胶囊化生理环境中，不仅可以防止精清里的营养成分浓度降低，也可以更好地保存精子[12]。

    在生产应用方面，Torre等人首先使用5mmol/L藻酸钡进行试验，但母猪分娩率仅有25%（12头母猪分娩4头），显著低于传统人工授精68.6%的分娩率（13头母猪分娩9头），但在产仔数上没有明显的差异[（微胶囊化产仔数为（8.3±3.1）头，传统人工授精产仔数为（11.6±2.6头）][13]。随后，Huang等人报道通过藻酸钙微胶囊精子后，在37℃保存条件下于8～32小时进行授精试验，其结果显示精子微胶囊授精试验组猪的分娩率是75%（4头母猪分娩3头），参照组传统人工授精的分娩率则为100%（4头猪全部分娩）[14]。Vigo等人于2009年进行大规模试验（试验母猪超过4200头），试验组用藻酸钡对精子进行微胶囊化，精子剂量50亿，仅授精1次；参照组常规人工授精，授精剂量50亿精子，授精3次，最后结果显示试验组分娩率为96.5%，产仔数为（11.61±3）头，参照组分娩率为93.1%，产仔数为（11.89±3）头[15]。目前，精子微胶囊技术已经成功应用到犬类动物身上，并能保持精子正常的受精能力达7天之久。

    精子的微胶囊技术是一项非常有前景的技术，它有助于实现对母猪单次人工授精并受孕的目的。精子的微胶囊化可以保证精子的完整性，减少精清营养成分的散失，防止精子过早发生超活化反应和顶体反应。未来该技术的研究主要是针对胶囊精子定时释放、冷冻保存、胶囊化后的最小授精量及优化设计。Anal等人在2007年时提出精子多重包裹法，应用多层胶囊对精子进行包裹以达到各时段释放等量精子的效果[16]（图5a）。Kemmer等人在2011年报道他们设计促黄体生成素（LH）诱发的精子微胶囊生化电路技术，该胶囊主要根据母猪发情状况时所产生的LH浓度定时释放精子[17]。他们将能够表达LH受体的细胞与精子细胞混合进行微胶囊化，LH受体能够激活纤维素酶的表达并溶解胶囊壁（图5b）。此外，Maxwell等人提出精子微胶囊与猪性别控制技术的联用，通过单次输精以减少输精量并达到养猪生产上的性别控制[18]。Corcini等人最近针对该技术也提出一种新的处理精子方案，即向精液内添加明胶，用明胶包裹精子并提高精液内精子的完整性以及运动能力。试验表明在明胶处理后96小时精液内正常精子比例显著提高，此外明胶包裹的精液可以减慢人工授精后的精液回流[19]。

     

    总之，精子微胶囊技术可以优化猪的人工授精技术，最终达到人工授精单次操作，其未来将是猪繁殖技术新的转折点。

（1华南农业大学动物科学学院，陈志林,叶超,吴俊辉,卫恒习,李莉,张守全；2广东华农温氏畜牧股份有限公司，张常明；3广东广三保养猪有限公司，陈预明）