家畜禽精液冷凍技術之所以如此重要，主要原因有四：一、可維持家畜禽或野生動物族群之基因多樣性；二、可促進具遺傳優勢之家畜品種分布；三、可用於醫療上不孕症的治療；四、人類健康與疾病相關轉基因動物模式建立後之遺傳物質儲存。回顧精子在低溫生物學及冷凍保存技術之發展，可追朔至16世紀中期；然而此一技術正式被有系統地進行研究，則是肇始於1950年代末至1960年代初期這段期間，因為乳品製造業需要一種能夠長期儲存公牛精子的方法而開啟。後來，更因相關技術有需持續改進之動力推動下，使得精子冷凍保存漸漸演變成為一門重要的科學研究領域。在進一步介紹精子冷凍技術領域前，一定要先介紹冷凍精液技術發展的關鍵人物─Christopher Polge，這位學者於1949年發現將甘油（glycerol）添加於精子冷凍保護稀釋液中，能夠在低溫環境下提供精子相當的保護效果；他的這項發現被後世科學家們一致認為是建立現代精子低溫生物學研究的重要里程碑。雖說如此，冷凍精液發展至今，因為物種間生理特性差異之緣故，仍然只有少數物種的精子經冷凍解凍後活力可以達到50%以上，此一效率相較於未經冷凍之精子，仍有相當大的差異。
所謂「成功」將精子冷凍，可大致定義為冷凍後之精子經過解凍後仍可保有功能之完整性；而功能完整則意味著無論以體內（in vivo）或體外（in vitro）的方式與卵母細胞進行受精，皆可成功形成受精卵。一般評估精子是否保有完整功能的最直接指標，當然是直接將精子與卵母細胞進行受精測試。但是此一過程相當耗時、耗力且需較多之費用，因此科學家們彙整相關研究之數據後，統計整理出可成功達成受精程序之精子主要性狀，並以此為基礎，進而發展出幾種客觀之精子性能評估方法，如：精子活動能力（motility）、精子存活率（viability）、頭帽完整性（acrosome integrity）、粒線體潛能（mitochondria potential）及染色質完整性（chromatin integrity）等之評估，以下將對上述評估方法做簡單的介紹。
一、 精子活動能力評估：
早期精子活動能力之評估多以肉眼目測，判斷時會因為操作者的經驗而異，因而開發出電腦輔助精子分析系統（computer-assisted sperm analysis, CASA）。此系統結合電腦運算與影像錄影系統，搭配精子運動分析軟體後，便能判定精子的各類活動能力。一般精子活動能力評估值包括平均移動路徑（velocity average path, VAP）；直線移動速率（velocity straight line, VSL）；曲線移動速率（curvilinear velocity, VCL）；精子頭部擺動振幅（lateral head displacement, ALH）；精子頭部擺動與平均路徑交叉的次數（beat cross frequency, BCF）；直線前進之比率（linearly, LIN）；直線趨勢（straightness, STR）等這些在傳統方法中無法進行的檢測項目。在牛、豬精液品質分析上發現VSL值與產仔數呈正相關，於測定人類精子品質之研究中也發現VSL值與生育能力呈正相關；而VAP、VCL、VSL及BCF等之數值越高表示精子的運動能力越好；BCF則可作為精子穿入卵子能力的指標。
二、 精子存活率分析：
此方法主要是利用SYBR-14與PI（propidium iodide）兩種可嵌入DNA鹼基之核酸螢光染劑。其中SYBR-14為可穿透細胞膜之小分子，而PI為細胞膜不可穿透性。若為活精子其細胞膜完整者，PI無法進入精子細胞內，只可被SYBR-14染成綠色；反之，則因死精子細胞膜失去阻隔大分子進入細胞之特性，因此PI得以進入死精子內，使之呈現紅色螢光。故染色結果呈現紅色螢光者（PI+）為死精子，呈現綠色螢光者（SYBR-14+）則為活精子。
三、 頭帽完整性評估：
受精過程中，精子需經獲能（capacitation）和頭帽反應（acrosome reaction），始能穿入卵母細胞透明帶完成受精。惟在受精前，精子過早發生獲能及頭帽反應，終將降低該精子之受精能力。因此檢測精子的頭帽狀態，有助於反映精子之受精能力。精子在獲能或是頭帽反應過程中，精子膜之凝集素受體可與外源性凝集素結合，因此可以利用異硫氰酸螢光素（Fluorescein isothiocyanate hydrochloride, FITC）標記的凝集素來檢測精子頭帽狀態。已有諸多凝集素被用於精子頭帽完整性之檢測。其中以花生凝集素（peanut agglutinin, PNA）應用最廣泛，效果亦最佳。
四、 粒線體潛能評估
精子運動能力與粒線體活性有著密切的關係，整個精子代謝所需之能量皆由粒線體提供，故檢測粒腺體潛能亦為判斷精子品質之重要依據之一。常用於檢測粒線體之染劑包括Rhodamine123（R123）、MitoTracker Green（MTG）及5,5',6,6'-tetrachloro-1,1',3,3'-tetraethylbenzimidazolyl- carbocyanine iodide（JC-1）三種。三種染劑間各有優缺點，其中JC-1可專一性結合於膜電位發生改變之粒線體上，且當線粒體膜電位低時，發綠色螢光；膜電位高時發橙色螢光，此一特性搭配流式細胞儀便可輕易區分之。
五、 染色質完整性評估：
精子染色質結構完整性是精子是否具有受精能力之重要關鍵。精子染色質應呈現高度緻密化，此代表DNA與魚精蛋白（protamine）緊密結合。檢測精子染色質結構完整性常用之染劑有propidium iodide（PI）和吖啶橙（acridine orange, AO）。由於PI與AO均無法進入活精子細胞與其DNA結合，因此在分析前應先破壞精子細胞膜，使此等螢光物質可與之結合，並即刻予以固定其DNA，以保存精子在DNA分析前之實際狀態。其中AO染劑結合於完整DNA（雙股DNA）時是以單體（monomer）方式存在，其經470~490 nm波長之能量激發後，可發散出綠色螢光（530 nm）；而AO與斷裂DNA（斷裂末端之單股DNA）結合時則是以聚合體（aggregate）方式存在，經能量激發後則發散出紅色螢光（640 nm），因此可應用染色質完整性與否具不同螢光表現之原理判定。
精子冷凍保存技術乃生殖科技的基礎，必須與人工授精（artificial insemination, AI）、體外受精（In vitro fertilization, IVF）、發情同期化（estrus synchronization）等技術搭配才可發揮最大作用，然而相關的生殖技術範圍廣闊，礙於篇幅僅先就冷凍精液發展及精子性能評估方法作簡單介紹，希望大家可以有概略的了解。