家畜精子形態(tài)的判別與描述

金穗華+王振云+李慧

摘要：對家畜精子形態(tài)的判別方式、方法進行了分析研究。目前精子形態(tài)的判別仍以人工目測為主，而計算機（軟件）還不能投入到臨床使用中，因為軟件無法分析各個畜種精子形態(tài)上的缺陷，不能自動評估檢測結(jié)果的可信度，最終還需要人工檢測分析輔助。對各類畸形精子的形態(tài)進行了描述，提供了畸形精子形態(tài)圖像的分析資料，同時分析了精子畸形的影響因素，不僅為精子形態(tài)學(xué)深入研究提供了理論基礎(chǔ)，也為今后我國對家畜精液質(zhì)量的檢驗提供了可靠參考。

關(guān)鍵詞：家畜；正常精子；異常精子；形態(tài)；判別；描述；畸形精子成因

中圖分類號： S821.3+4文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0152-04

收稿日期：2013-09-18

作者簡介：金穗華（1948—），男，江蘇南京人，高級畜牧師，主要從事家畜繁殖與牛凍精生產(chǎn)技術(shù)等方面的研究工作。E-mail：suihua48@126.com。精子形態(tài)學(xué)是反映家畜繁殖能力的一項重要指標(biāo)，大量的試驗證明，精子形態(tài)與其功能密切相關(guān)，正常的形態(tài)可以保證其正常功能。當(dāng)形態(tài)發(fā)生變化和異常（畸形）時，可能影響正常的受精過程，這是由于精子形態(tài)所表現(xiàn)的生物學(xué)特性均與受精有著密切的關(guān)系，因此近年來在家畜繁殖領(lǐng)域，人們越來越重視對種用家畜精子形態(tài)變化的監(jiān)測和評價。

1材料與方法

1.1樣品來源

精液樣品來自國內(nèi)各個家畜精液的生產(chǎn)企業(yè)，有多個品種的公牛、公羊和種豬等的精液。

1.2樣品的檢驗與判定

本研究中各畜種精子形態(tài)的檢驗方法與判定分別是參照GB 4143—2008《牛冷凍精液》[1]、GB 20557—2006《山羊冷凍精液》[2]和GB 23238—2009《種豬常溫精液》[3]中的相關(guān)方法進行的，在顯微鏡透射光明視野（10×100）下，人工目測精子的形態(tài)。樣品檢驗人員應(yīng)該能夠熟練操作，通過內(nèi)部人員之間、國內(nèi)同類實驗室之間檢驗比對的質(zhì)量控制方法，達到檢驗結(jié)果的一致性和可靠性。

2結(jié)果與分析

2.1精子的形態(tài)結(jié)構(gòu)

精子主要由頭、頸、尾（中段、主段和終段）三部分構(gòu)成[4]，一般家畜精子的長度約50～60 μm，尾部約占全長的80%。正常精子的頭部呈扁平卵圓形的構(gòu)造（8 μm×4 μm×1 μm），輪廓規(guī)則，其前端部分呈帽狀，也就是通常所說的頂體（acrosome），頂體覆蓋頭部的1/3以上，在頂體上部是頂脊，其后端為核后帽所覆蓋；頂體與核后帽的分界處形成核環(huán)（赤道節(jié)），常見于頭的中部。頭部長寬比約為2 ∶1，而長寬的比值往往是判斷頭部形態(tài)是否正常的重要參考數(shù)值之一。精子的頸部最短，位于頭部以后，呈圓柱狀或漏斗狀，又稱連接段。精子尾部的主要結(jié)構(gòu)是貫串于中央的軸絲，中段細長，輪廓直而規(guī)則，與頭縱軸成一直線，主段最長，由軸絲及其外面的筒狀纖維鞘組成，終段纖維鞘逐漸變細并消失。

2.2精子形態(tài)的描述

目前關(guān)于精子形態(tài)的描述基本上分為2個類型，即正常精子和異常（畸形）精子。

2.2.1正常精子經(jīng)染色后在顯微鏡下觀察可見精子頭部頂體呈均勻一致的紫紅色，頂體上部的頂脊呈深紫紅色，位于頂體基部的核環(huán)（赤道節(jié)）顏色略淺，呈規(guī)則的月牙形；頸、尾部呈淡紫紅色，尾部細長，自中段、主段和終段逐步由粗變細，呈自然彎曲狀態(tài)。

2.2.2異常（畸形）精子精子的異常（畸形）主要是指不正常的變形和缺損，通常按精子缺陷的部位可以分為頭部畸形、頸尾部畸形和其他類畸形。

2.2.2.1頭部異常（畸形）頭部異常主要有以下幾種：1.大頭精子，其特點是整個精子頭部體積明顯增大，在山羊、綿羊精液樣品中檢出有的精子不僅是大頭，同時具有雙尾。2. 小頭精子，大致有3種類型：（1）小圓頭形，頭圓而規(guī)則，染色情況下也能看到頭部前端呈帽狀結(jié)構(gòu)；（2）長尖頭形，頭小、細長、尖，呈“長矛”的矛頭狀，染色致密，有的頭部前后端著色不一致；（3）不規(guī)則頭形，頭小，形態(tài)不規(guī)則，常見有菱形、三角形、梨形等，偶見有頂體。3.長形頭精子，其頭部長度明顯增長，寬度減小，頭基部狹窄，此類精子不多見。4.頭部突起精子，在精子頭部出現(xiàn)不規(guī)則的突起，主要有（1）瘤狀頂體[5]（knobbed acrosomes），多數(shù)出現(xiàn)在頂體部位，局部膨脹或頂脊上呈念珠狀，不僅可以影響精子壽命，大量出現(xiàn)時會導(dǎo)致不孕，這種類型的精子在正常公牛精液中的比例低于1%；（2）皺紋狀頂體[5]（ruffed acrosomes），特點是頂體上有皺紋。5.頂體受損精子，正常精子頭部的頂體具有完整的雙層膜性結(jié)構(gòu)，頂體內(nèi)含有受精時所必需的酶，一旦頂體受到損傷便泄漏相關(guān)的酶，從而失去受精能力，并且如果頂體受損，經(jīng)常會出現(xiàn)與核膜分離、雙層膜性結(jié)構(gòu)部分消失、頂體反轉(zhuǎn)與核分離等現(xiàn)象。6.頭部不規(guī)則精子，當(dāng)精子頭部出現(xiàn)不規(guī)則的變化時，其受精能力很低，因為這種精子很難穿透卵子的透明帶。7.梨形頭精子，梨形頭精子的頭基部狹窄，頭部呈倒置“梨”狀。8.頭部小缺口精子，這類精子頭部出現(xiàn)不規(guī)則小缺口，有報道說精子頭部出現(xiàn)火山口的缺陷（需要在高倍鏡下觀察）對受精率影響最大。9.雙頭精子，這類精子有2個完全分開、完整的頭連于一個精子中段，這類精子難以參與受精。

2.2.2.2頸部和尾部異常（畸形）頸部和尾部異常的精子主要有以下幾類：1.頸部膨脹的精子，這類精子的頸部在頭的基部，2～3顆粒，由于與中段之間沒有明顯的區(qū)分界限，因此也可把頸部歸到中段，顯微鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)頸部有明顯的膨脹，邊緣不清晰，著色深。2.頸部斷開的精子，頸部是精子最軟弱的部分，精子在體內(nèi)成熟過程中稍微受到不良影響時，很容易在此脫落，同樣在體外受到某些影響時，也會從頸部斷開，使得尾部脫落，形成無尾精子。3.中、主段畸形的精子，常見的有以下幾類：（1）精子的中、主段線粒體膨脹、變粗；（2）精子無線粒體鞘，從而影響精子的活動；（3）中段末端部分纖維磨損，例如隨著公牛年齡的增長，缺陷范圍增加，從而導(dǎo)致公牛不育；（4）有報道中段畸形的形象如起瓶塞鉆的缺陷（“cork screw” detect），在缺陷出現(xiàn)之前，受孕率正常，缺陷一旦產(chǎn)生則影響精子的正常功能，導(dǎo)致公牛不育。4.線粒體膨脹脫落、纖絲裸露的精子，這類精子的尾部發(fā)生細胞質(zhì)膜破裂，導(dǎo)致線粒體膨脹脫落、纖絲裸露，表1中有1個典型的線粒體膨脹脫落、纖絲裸露的精子形態(tài)圖。5.無尾精子，在公畜睪丸退化時，會出現(xiàn)無活力的精子，這類精子的頭和尾已經(jīng)分開，多在附睪頭部發(fā)生，有時頭尾分離的精子可多達50%以上，并且這種缺陷可以遺傳，特別是斷尾或頭不動尾巴動的，多為遺傳缺陷，尾巴不動的則是睪丸退化造成的。6.尾部彎折、卷曲的精子，如果精子的尾部和頭部長軸呈現(xiàn)不一致則為異常，屬彎折、彎卷曲畸形，表現(xiàn)出尾部發(fā)生不同程度的彎折、卷曲，這種異常在精子尾部畸形中出現(xiàn)的頻率較高，有的彎折甚至超過90°，發(fā)生的原因除了公牛生理方面的因素，采精時某些刺激反應(yīng)也會造成公畜緊張而導(dǎo)致尾部畸形精子增加。7.雙尾精子，精子在中段為單個，然后分成2個相同粗細的尾；也有情況是2個相同完全分開的尾連于單個頭的。

2.2.2.3其他類的異常（畸形）其他類的畸形主要是指一些發(fā)育不全的精子、有原生質(zhì)滴精子以及凝集精子，主要有這幾類：（1）發(fā)育不全的精子，這類精子的頭尾纏繞一起，不能伸展。（2）原生質(zhì)滴精子，這類精子中的原生質(zhì)小滴往往在尾部中段下部形成一個原生質(zhì)滴，可能是這些精子在附睪成熟過程中由于某種原因未能完成最后過程；公畜的采精頻率高，精液中可出現(xiàn)較多的原生質(zhì)滴精子，這是附睪功能不足或者是部分精子尚未成熟即被排出造成的；據(jù)報道，“假性原生質(zhì)滴”在中段的鞘里面，多數(shù)屬不成熟的精子，有這種現(xiàn)象的公牛，隨著年齡增長，其精液品質(zhì)逐漸衰退。（3）混合畸形精子，同個精子在形態(tài)結(jié)構(gòu)上存在2種或2種以上的畸形。（4）凝集精子，數(shù)量不等的精子發(fā)生頭-頭、尾-尾、頭-尾纏繞的凝集，主要是抗精子抗體引起的凝集。

2.2.2.4形態(tài)異常（畸形）精子的觀察異常（畸形）精子形態(tài)的觀察與描述詳見表1。

3討論

3.1精子形態(tài)的判別

3.1.1人工目測在檢測分析過程中，人為因素是影響分析結(jié)果的主要因素，這個因素常常表現(xiàn)在檢測人員的技術(shù)水平和個人的主觀性方面，這些都可以很大程度影響檢測結(jié)果，因表1畸形精子的形態(tài)圖像分析

畸形類別畜種形態(tài)觀察形態(tài)描述形成的原因及后果頭部畸形公牛精子頭部頂體沿著某一側(cè)缺少一塊與輕度擠壓引起的睪丸退化有關(guān)，畸形率增加與糖皮質(zhì)激素的應(yīng)用有關(guān)[5]頭部畸形山羊頂體及內(nèi)膜一并脫落，頸部膨脹主要是由體外不良影響導(dǎo)致的，多數(shù)屬于繼發(fā)性缺陷[6]，已失去受精能力頭部畸形公牛頂體及內(nèi)膜一并脫落主要是由體外不良影響導(dǎo)致的，多數(shù)屬于繼發(fā)性缺陷[6]，已失去受精能力頭部畸形公牛左：頂體半揭開，露出細胞核；右：頂體完整，頂脊明顯，核環(huán)月牙形頂體受損多由精液冷凍、解凍過程造成，已無受精能力

畸形類別畜種形態(tài)觀察形態(tài)描述形成的原因及后果尾部畸形公牛尾部中段彎折，線粒體脫落，纖絲散露體外受到不良影響而導(dǎo)致，不能運動和受精頭部畸形公牛頭部不規(guī)則的突起，多在頂體部位，也稱瘤狀頂體是因透明質(zhì)酸酶分布不均而使頂脊增厚成瘤，局部膨脹或頂脊上呈念珠狀頭部畸形公牛頭小、圓而規(guī)則，染色情況下也能看到頭部前端呈帽狀結(jié)構(gòu)是精子在睪丸發(fā)育成熟的過程中受到某種因素影響而導(dǎo)致的形態(tài)異常頭部畸形公牛不規(guī)則頭形的小頭精子為原發(fā)缺陷，除了頭小外，形態(tài)上還有呈菱形、三角形、梨形等特點，偶見有頂體頭部畸形綿羊上：頭部體積明顯增大；下：正常精子多數(shù)因睪丸精細管的精上皮異常而引起，大頭精子的出現(xiàn)率為0.2%[5]頭部畸形 種豬頭基部狹窄，呈倒梨狀在發(fā)育成熟的過程中受到某些因素影響，出現(xiàn)率0.4%[5]頭、尾畸形公牛梨形頭、頭基部狹窄，頸部膨脹，中段線粒體膨脹脫落，纖絲裸露體外受到影響所致，已失去受精能力頸、尾畸形公牛頸部斷開，纖絲散露，尾部遭到致命的損傷多是在體外受到影響造成的；喪失運動能力，失去受精功能，繼發(fā)性缺陷[6]尾部畸形公牛從精子發(fā)育的情況看屬正常，但尾部彎曲類似的各種尾部彎曲、卷曲和彎折，極可能因附睪機能障礙及體外應(yīng)激造成，多屬于繼發(fā)性缺陷[6]

畸形類別畜種形態(tài)觀察形態(tài)描述形成的原因及后果尾部畸形公牛尾部嚴(yán)重卷曲體外的應(yīng)激造成，多屬于繼發(fā)性缺陷[6]發(fā)育不全公牛尾部完全不能伸展發(fā)育的過程中受到某種因素影響造成，不能運動，無法參與受精，屬于原發(fā)性缺陷[6]頭部畸形綿羊有2個完全分開的完整的精子頭，連于同一個精子的尾在睪丸發(fā)育成熟的過程中受到影響，導(dǎo)致形態(tài)異常變化，不能參與正常的受精尾部畸形山羊有2個完全分開的完整的精子尾，連于同一個精子的頭，頂體完全脫落這是精子在睪丸發(fā)育成熟的過程中受到某種影響而導(dǎo)致的形態(tài)異常變化，不能參與正常的受精原生質(zhì)滴公牛精子尾部出現(xiàn)原生質(zhì)滴；頂體部分脫落多數(shù)屬于未成熟精子，生理性原生質(zhì)滴不超過2%～3%，屬原發(fā)性，可以遺傳[5] 尾部畸形公牛只有頭，沒有尾在附睪頭部發(fā)生頭尾分離，有時可達50%以上，多為遺傳缺陷[5]；繼發(fā)性的，多受精液冷凍影響

此實驗室需要制訂有效的檢測質(zhì)量控制方案，以保證結(jié)果的可靠性，具體應(yīng)該注意以下幾點。

（1）檢測人員業(yè)務(wù)素質(zhì)。檢測人員應(yīng)該具有一定的專業(yè)知識，了解精子的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，熟悉對標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)精子的界定，因為對不同標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)精子的認(rèn)同不一樣，可導(dǎo)致檢測計數(shù)后非標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)精子（畸形精子）所占的百分比不同。

（2）對視野中精子觀察的順序。一般情況下應(yīng)先從精子的頭部觀察是否正常，然后才繼續(xù)分析精子的其他部分。

（3）制作圖譜。目前實際工作中需要的是給出常見的畸形（非標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)）精子圖譜[7]，這樣可以有助于檢驗人員對精子形態(tài)的分析、評價。

（4）隨時記錄評價結(jié)果。精子的染色、觀察、記錄過程應(yīng)該及時，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確。

（5）確定形態(tài)異常的原因。形態(tài)異常（畸形）的來源可分為：（1）一次畸形，即睪丸精細管的精上皮異常而引起的，其中包括頭部畸形；（2）二次畸形，即精子通過生殖道時出現(xiàn)的，其中包括彎尾、折尾和頭尾分離等[5]。

也有人將精子的形態(tài)異常分為原發(fā)性缺陷和繼發(fā)性缺陷2種[6]。檢測人員要能夠根據(jù)外觀作出基本判別，對于繼發(fā)性缺陷的精子（畸形），應(yīng)該能夠分析是否與環(huán)境及人為因素有關(guān)。

3.1.2計算機（軟件）的檢測、分析研究者希望通過研究，使得精子形態(tài)分析和精子活力檢測一樣實現(xiàn)自動化。近期國內(nèi)開發(fā)的對于人的精子形態(tài)分析軟件，不但符合世界衛(wèi)生組織第5版對正常精子和異常精子的判別標(biāo)準(zhǔn)，可以適應(yīng)1份標(biāo)本做2次檢測的要求，而且能檢驗2次檢測的均值是否在95%的可信區(qū)間內(nèi)，必要時還能標(biāo)明誤差。

然而家畜的精子形態(tài)分析軟件基本上不能投入到臨床上，因為該軟件目前無法分析各個畜種精子的缺陷，如大、小頭精子、不定形頭、頂體、頸部、線粒體、胞質(zhì)小滴、尾部畸形等

復(fù)雜的異常態(tài)，不能自動評估檢測結(jié)果的可信度，最終還是需要人工檢測分析輔助。

3.2異常（畸形）精子形成的原因

異常（畸形）精子的形成由多種影響因素導(dǎo)致，目前的研究表明，主要影響因素涉及生理（年齡、品種、遺傳）、環(huán)境條件（氣候、光照、溫度等）、營養(yǎng)（能量、蛋白、維生素、礦物質(zhì)、微量元素等）、精液處理方式（滲透壓、非電解質(zhì)、溫度變化等）、病理性（免疫學(xué)反應(yīng)、睪丸發(fā)育不良、全睪丸變性等）等。

各種應(yīng)激因子也可造成公畜生理上的應(yīng)急反應(yīng)，導(dǎo)致畸形精子增加，具體情況有：（1）公畜采精過程中突然受某些刺激或者是采精人員的技術(shù)不當(dāng)，導(dǎo)致公畜緊張，射精反常造成尾部彎曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，彎尾的精子比較多，活力低；（3）公畜在圈養(yǎng)情況下發(fā)生自體性行為（射精），又稱為“自淫”，經(jīng)常發(fā)生會導(dǎo)致性欲減退，精液量少，精子密度變稀，畸形率升高，并且形成習(xí)慣后不容易糾正；（4）有報道表明，日糧中蛋白質(zhì)過高會引起種公豬的自淫；（5）采精的頻率高（每周射精次數(shù)），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某種反應(yīng)敏感的藥物或者疫苗而形成應(yīng)激反應(yīng)，使得精液品質(zhì)下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影響，如飼喂了霉變的草料，使黃曲霉等有害物質(zhì)在體內(nèi)積蓄，影響精液品質(zhì)，造成死精多，畸形率高；（8）公牛長期飲用含氟量高于正常水平的水，彎尾精子增多。

參考文獻：

[1]GB 4143—2008，牛冷凍精液[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]GB 20557—2006，山羊冷凍精液[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3]GB 23238—2009，種豬常溫精液[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[4]謝成俠，劉鐵錚. 家畜繁殖原理及其應(yīng)用[M]. 南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1993：152.

[5]楊學(xué)時. 畸形精子及其評定法[C]//全國牛冷凍精液國家標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)班論文集. 長春：吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，1985：134-135.

[6]李孝娟，陳坤，張敏，等. 試述種公牛精子畸形的種類[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2001（10）：19-20.

[7]鄭友民. 家畜精子形態(tài)圖譜[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2013：65-113.李小芬，楊曉志，陶勇，等. 微生態(tài)制劑對櫻桃谷肉鴨屠宰性能及肌肉品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（6）：156-157.

3.2異常（畸形）精子形成的原因

異常（畸形）精子的形成由多種影響因素導(dǎo)致，目前的研究表明，主要影響因素涉及生理（年齡、品種、遺傳）、環(huán)境條件（氣候、光照、溫度等）、營養(yǎng)（能量、蛋白、維生素、礦物質(zhì)、微量元素等）、精液處理方式（滲透壓、非電解質(zhì)、溫度變化等）、病理性（免疫學(xué)反應(yīng)、睪丸發(fā)育不良、全睪丸變性等）等。

各種應(yīng)激因子也可造成公畜生理上的應(yīng)急反應(yīng)，導(dǎo)致畸形精子增加，具體情況有：（1）公畜采精過程中突然受某些刺激或者是采精人員的技術(shù)不當(dāng)，導(dǎo)致公畜緊張，射精反常造成尾部彎曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，彎尾的精子比較多，活力低；（3）公畜在圈養(yǎng)情況下發(fā)生自體性行為（射精），又稱為“自淫”，經(jīng)常發(fā)生會導(dǎo)致性欲減退，精液量少，精子密度變稀，畸形率升高，并且形成習(xí)慣后不容易糾正；（4）有報道表明，日糧中蛋白質(zhì)過高會引起種公豬的自淫；（5）采精的頻率高（每周射精次數(shù)），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某種反應(yīng)敏感的藥物或者疫苗而形成應(yīng)激反應(yīng)，使得精液品質(zhì)下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影響，如飼喂了霉變的草料，使黃曲霉等有害物質(zhì)在體內(nèi)積蓄，影響精液品質(zhì)，造成死精多，畸形率高；（8）公牛長期飲用含氟量高于正常水平的水，彎尾精子增多。

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3.2異常（畸形）精子形成的原因

異常（畸形）精子的形成由多種影響因素導(dǎo)致，目前的研究表明，主要影響因素涉及生理（年齡、品種、遺傳）、環(huán)境條件（氣候、光照、溫度等）、營養(yǎng)（能量、蛋白、維生素、礦物質(zhì)、微量元素等）、精液處理方式（滲透壓、非電解質(zhì)、溫度變化等）、病理性（免疫學(xué)反應(yīng)、睪丸發(fā)育不良、全睪丸變性等）等。

各種應(yīng)激因子也可造成公畜生理上的應(yīng)急反應(yīng)，導(dǎo)致畸形精子增加，具體情況有：（1）公畜采精過程中突然受某些刺激或者是采精人員的技術(shù)不當(dāng)，導(dǎo)致公畜緊張，射精反常造成尾部彎曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，彎尾的精子比較多，活力低；（3）公畜在圈養(yǎng)情況下發(fā)生自體性行為（射精），又稱為“自淫”，經(jīng)常發(fā)生會導(dǎo)致性欲減退，精液量少，精子密度變稀，畸形率升高，并且形成習(xí)慣后不容易糾正；（4）有報道表明，日糧中蛋白質(zhì)過高會引起種公豬的自淫；（5）采精的頻率高（每周射精次數(shù)），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某種反應(yīng)敏感的藥物或者疫苗而形成應(yīng)激反應(yīng)，使得精液品質(zhì)下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影響，如飼喂了霉變的草料，使黃曲霉等有害物質(zhì)在體內(nèi)積蓄，影響精液品質(zhì)，造成死精多，畸形率高；（8）公牛長期飲用含氟量高于正常水平的水，彎尾精子增多。

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