趙展展,柳夢圓,陳雷,雷明剛
1.華中農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)動物遺傳育種與繁殖教育部重點實驗室,武漢 430070; 2.湖北金旭種公豬站有限公司,襄陽 441100
人工授精(AI)是現(xiàn)代豬繁殖育種中不可或缺的重要一環(huán),而精液質(zhì)量直接決定AI的效果和豬場的效益[1];但由于豬精子膜結(jié)構(gòu)的特殊性,使其抗冷應(yīng)激的能力較差,因此生產(chǎn)中99%以上AI使用常溫保存的豬精液,而稀釋粉在精液的常溫保存中扮演著非常重要的角色[2-3]。
稀釋粉決定著精液稀釋后的pH值、滲透壓、營養(yǎng)物質(zhì)等多種關(guān)乎精液質(zhì)量的關(guān)鍵指標,是影響精液質(zhì)量的一個重要外在因素[1,4]。而中效稀釋粉以價格實惠、3~5 d適宜的保存時長,已然成為稀釋粉中的主力,但我國稀釋粉市場品牌紛雜,質(zhì)量參差不齊,給養(yǎng)豬企業(yè)造成了很大的困擾[2]。因此,本研究從市場上選擇了業(yè)內(nèi)知名度較高的9種中效稀釋粉進行常溫保存對比試驗,以期為養(yǎng)豬企業(yè)在選擇稀釋粉時提供參考,為我國制定稀釋粉相關(guān)標準以及稀釋粉進一步研發(fā)提供試驗與理論依據(jù)。
試驗公豬精液來自湖北某公豬站,選擇12頭體型健壯、無生殖疾病史的杜洛克公豬,年齡在1~1.5歲,固定采精頻率為每周1次。精液的采集和初檢遵照GB/T 25172—2010和GB 23238—2009執(zhí)行[5-6]。本試驗所用的9種稀釋粉由業(yè)內(nèi)知名度較高的8個品牌組成,產(chǎn)品說明的有效保存時長均≥5 d,分別將其編號為稀釋粉A、B、C、D、E、F、G、H、I。
稀釋粉的溶解按照各產(chǎn)品外包裝的標識進行;低滲液由3.675 g的二水檸檬酸鈉和6.750 g的果糖溶解至500 mL超純水中配合而成(現(xiàn)配現(xiàn)用)。
首先依據(jù)國標《豬常溫精液生產(chǎn)》[5]中的要求推算稀釋密度,結(jié)合原精量和測定密度確定稀釋比。同時根據(jù)GB/T 25172—2010《豬常溫精液生產(chǎn)與保存技術(shù)規(guī)范》[6]和NY/T 636—2002《豬人工授精技術(shù)規(guī)程》[7]的操作要求以精液與稀釋液溫差不超過1 ℃為標準進行稀釋。稀釋后待精液穩(wěn)定0.5 h進行初檢。最后,將稀釋分裝后的精液用毛巾包裹好,待其溫度降至接近室溫,再放入17 ℃恒溫箱中,每隔12 h搖勻1次。
1) 酸堿度。每隔24 h取1.5 mL精液至10 mL離心管中,用pH計測定酸堿度的變化,每個樣重復測定3次。
2)活力和有效保存時長。用HT CASAⅡ系統(tǒng)每24 h對精液進行1次活力檢測,每個樣品重復測定3次。
活力有效保存時長指稀釋后的精液直線運動精子數(shù)占總精子的比例不低于60%的保存時長[2]。當活力連續(xù)2次檢測均低于60%,即停止該稀釋粉稀釋精液所有指標的檢測。
3)畸形率。根據(jù)前人研究結(jié)果和預試驗的分析,發(fā)現(xiàn)精子畸形率等指標的變化慢于精子活力的變化,故本試驗每隔48 h檢測1次精子畸形率、頂體和質(zhì)膜完整率的變化。
涂片后參照南京建成《精子快速染色液說明書》進行染色,用油鏡放大1 000倍進行觀察。每個樣品制3張涂片,每張涂片至少計3個視野和200個以上的總精子,每張涂片的精子畸形率差異不超過20%,計算均值。
4)頂體完整率。由于頂體觀察的前處理和畸形的處理相同,故頂體的觀察和畸形同步進行,測定要求相同。
精子頂體完整率=所觀察頂體完整的精子數(shù)/所觀察的總精子數(shù)×100%
5)質(zhì)膜完整率。質(zhì)膜完整率采用低滲腫脹法(HOST)檢測,先取適量低滲液和精液于37 ℃水浴10 min,然后按精液比低滲液為1∶10的比例混勻,于37 ℃孵育15 min,期間不時上下?lián)u晃混勻。取10 μL在顯微鏡下放大300倍,計視野下的精子總數(shù)和彎尾數(shù),每個樣每次計200個以上總精子,根據(jù)以下公式計算彎尾率,即質(zhì)膜完整率。每個樣重復測定3次,3次間差異不超過20%,求均值。
精子質(zhì)膜完整率=彎尾精子數(shù)/精子總數(shù)×100%
不同稀釋粉稀釋后,精液pH值隨時間的變化情況見表1(由于試驗各公豬原精的pH差異較大,且稀釋后的變化規(guī)律相似,故此處僅列其中1頭公豬精液的pH值變化情況,此公豬原精pH為7.29)。
表1 不同中效稀釋粉稀釋精液后pH值的變化Table 1 Changes of pH value of semen diluted with different medium dilution powders
各中效稀釋粉所配稀釋液的初始pH值中僅稀釋粉D呈酸性,其余8種的初始pH值均在7.00~7.40。精液稀釋后隨著保存時間的延長,pH值整體呈先小幅上升后下降的趨勢,其中稀釋粉B和I的pH最大值與最小值相差最大,變化幅度最大,稀釋粉D和G的變化幅度最小。
由表2不同稀釋粉稀釋的精液精子活力變化情況可知,保存的第1天各稀釋粉組活力差異不顯著(P>0.05),稀釋粉E、H、I稀釋的精液精子活力一直較高,其中稀釋粉E的活力在保存3 d后顯著高于稀釋粉C、D、F、G(P<0.05);而稀釋粉A、B、C間差異不顯著(P>0.05),活力僅次于稀釋粉E、H、I。稀釋粉E和I的有效保存時長最長,達10.91 d和10.33 d,顯著高于另外6種(P<0.05),其次為稀釋粉H、C、B、A。稀釋粉D、F的有效保存時長最短,僅5.10 d和5.55 d。
表2 不同中效稀釋粉稀釋的精液精子活力的比較Table 2 Comparative analysis of the sperm motility in different medium term dilution powders %
本試驗稀釋粉對精子畸形率的評定參照國標GB 23238—2009《豬常溫精液生產(chǎn)》中的要求執(zhí)行。根據(jù)表3中精子在不同中效稀釋粉中的畸形表現(xiàn)可發(fā)現(xiàn),在活力有效期內(nèi),畸形率整體呈先上升后下降的趨勢。稀釋粉C和I稀釋的精液在活力有效期內(nèi)畸形率超過20%,其中稀釋粉C除第3天低于I外,其余時間一直顯著高于另外8種(P<0.05);稀釋粉B的畸形率僅次于C。而稀釋粉D、E、G、H稀釋的精液畸形率較低,其中稀釋粉D、E顯著低于另外4種(P<0.05)。圖1所示為經(jīng)巴氏染色后在油鏡下觀察到的正常形態(tài)精子和畸形精子。
表3 不同中效稀釋粉稀釋的精液精子畸形率Table 3 Deformity rate of sperm in different medium term dilution powders %
由表4可看出,頂體的完整率在某個時點呈迅速下降,如稀釋粉B、D、G、I在保存4~6 d時頂體完整率出現(xiàn)近10%的降幅。在活力有效期內(nèi),稀釋粉C、F、G的頂體完整率差異不顯著(P>0.05)。稀釋粉A除第2天外,頂體完整率一直最高,顯著高于稀釋粉C、D、F(P<0.05)。
表4 不同中效稀釋粉稀釋的精液精子頂體完整率Table 4 Acrosome integrity rate of sperm in different medium term dilution powders %
圖2所示為挑選的經(jīng)巴氏染色后在油鏡下觀察到的頂體完整和異常情況。
a:正常; b:梨形頭; c:尾部折斷; d:尾部卷曲; e:斷頭; f:頸部彎曲。 a:Normal; b:Pear-shaped head; c:Broken tail; d:Curled tail; e:Curled head; f:Neck bend.
a:正常; b:頂體破損; c:頂體膨脹; d:頂體全脫。 a:Normal; b:Acrosome damage; c:Acrosome expansion; d:Acrosome abscission.
質(zhì)膜完整率在活力有效期內(nèi)的變化見表5。其中6種稀釋粉稀釋的精液在保存4~6 d時,精子質(zhì)膜完整率出現(xiàn)集中快速下降,下降幅度超10%。在試驗2~12 d時,稀釋粉E、H的質(zhì)膜完整率較高,其中稀釋粉H顯著高于稀釋粉D、F(P<0.05);稀釋粉B、D、F、G的質(zhì)膜完整率較低,其中稀釋粉D的質(zhì)膜完整率顯著低于其余8種(P<0.05)。圖3所示為經(jīng)低滲液處理后的精子彎尾情況,其中尾部發(fā)生彎曲即代表質(zhì)膜正常,否則為質(zhì)膜破損。
表5 不同中效稀釋粉稀釋的精液精子質(zhì)膜完整率Table 5 Comparative analysis of the integrity rate of sperm in different medium term dilution powders %
a:發(fā)生彎尾,質(zhì)膜正常; b:尾部筆直,質(zhì)膜破損。 a:The sperm plasma membrane is normal and the tail is curved; b:The sperm plasma membrane is damaged,the tail is straight.
根據(jù)國標GB 23238—2009《豬常溫精液生產(chǎn)》中對精液型式檢驗合格的要求[5],本試驗所用的9種稀釋粉稀釋的精液在72 h內(nèi),外觀均呈乳白色,無雜質(zhì)、精子活力和每劑量直線運動精子數(shù)均達國家相應(yīng)標準,而畸形率中除稀釋粉C稀釋的精液超20%外,其余8種均符合要求,故9種中效稀釋粉達國標要求率為88.89%。9種稀釋粉產(chǎn)品說明中標注的有效保存時長均≥5 d,本試驗結(jié)果表明除稀釋粉C外,其余稀釋粉在5 d內(nèi)精液外觀、活力、每劑量直線運動精子數(shù)和畸形率均符合國家標準,達產(chǎn)品說明的合格率為88.89%。
戈新等[10]認為,精液代謝過程中產(chǎn)生的乳酸等物質(zhì)會使精液的pH值降低,對精子的長期保存不利,所以應(yīng)使用堿性稀釋液。但有研究表明精液在附睪中位于酸性環(huán)境,使其處于休眠狀態(tài);當射精排出體外和副性腺分泌的堿性物質(zhì)混合而復蘇變得活躍[22-24]。何蘭花等[25]研究認為精液儲存的最適pH值應(yīng)為6.40;邢月超等[26]研究發(fā)現(xiàn)精液保存的最佳pH為6.40~6.50??梢?,研究者們對豬精液稀釋液的適宜pH值并沒有統(tǒng)一的看法。雖然本試驗用的9種稀釋粉中有88.89%呈堿性,但酸堿性稀釋粉的綜合表現(xiàn)卻各有優(yōu)劣,未能證明偏酸或偏堿綜合測定效果更好;綜合前人研究結(jié)論和本研究結(jié)果可得出,豬精液對稀釋液的pH值可能是有一定耐受性的,只要在適合的相對較大的耐受區(qū)間內(nèi)即可,而非固定的某一個值或一個較小的pH范圍。
本試驗各稀釋粉稀釋精液后pH值變動幅度有一定差異,可能是由于稀釋粉D、F、G、H中的緩沖物質(zhì)對穩(wěn)定pH的效果較好,而稀釋粉A、B、I略差造成的。對于稀釋保存期間pH值的波動范圍,本試驗結(jié)果表明效果較好的稀釋粉C、D、G,pH值的波動范圍均較小。與邢月超等[26]發(fā)現(xiàn)精液在稀釋后pH值保持穩(wěn)定有利于精液的長期保存的研究結(jié)論相吻合。同時,本試驗發(fā)現(xiàn)9種稀釋粉稀釋精液后pH值整體呈先緩慢上升后下降,這和侯麗鵬等[27]測定的3種稀釋液對精液pH值的變化結(jié)果相近。推測可能是由于精液被稀釋后,代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)被稀釋液中的緩沖物質(zhì)中和,但由于緩沖物質(zhì)被激活后無法立刻失活而導致pH值緩慢上升,隨著保存時間的延長,緩沖物質(zhì)被完全中和,pH值隨即下降。而當使用的緩沖物緩沖效果較好或足量時,其pH值的下降和波動會相應(yīng)減小。
頂體和質(zhì)膜的完整率在我國現(xiàn)有相關(guān)標準中均未提及,但其在評判精液質(zhì)量中的作用卻極為重要。頂體內(nèi)包含多種受精所需的酶類,包括對頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)等起關(guān)鍵作用的酶類,是判斷精子是否具有受精能力的重要指標[28]。質(zhì)膜是保護精子的重要屏障,若受損則精子內(nèi)物質(zhì)發(fā)生外流,會致精子死亡,故其與精子代謝、獲能、存活時長等直接相關(guān)[29],二者對評定精液質(zhì)量均具有重要意義。
本試驗結(jié)果表明,9種稀釋粉稀釋的精液頂體和質(zhì)膜完整率均存在較大差異,對應(yīng)活力和畸形率的變化可發(fā)現(xiàn),頂體和質(zhì)膜完整率較高的稀釋粉稀釋的精液精子活力和畸形率指標也較好;同時頂體的變化晚于活力的變化,而質(zhì)膜的變化早于活力的變化,這與耿果霞等[30]對精液質(zhì)膜完整率和活力變化的測定結(jié)果相同,與洪潔赟等[8]采用4種不同稀釋粉對稀釋精液的頂體完整率和活力變化研究結(jié)果相近。頂體位于精子頭部,較易受損;質(zhì)膜覆蓋于精子體表,是精子的“盾”,被認為是精子儲存過程中最易受損的部分[24]。侯麗鵬[29]研究發(fā)現(xiàn)精子代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)會對精子的頂體和質(zhì)膜造成損傷,若稀釋液不能及時中和酸性物質(zhì),就會對精液質(zhì)量造成極大破壞。而相關(guān)研究證實添加β-環(huán)糊精[31]、路易波士的提取物[32]、曲酸和雙乙酸鈉[33]等均可以起到保護頂體和膜結(jié)構(gòu)完整性的效果。所以精子頂體和質(zhì)膜保存效果較好的稀釋粉中可能添加了起到特殊保護作用的物質(zhì),保存效果較差的稀釋粉可能因為中和代謝酸的物質(zhì)不足或效果較差。而精子的頂體和質(zhì)膜在保存期的某個時段快速下降,推測可能由于部分保護劑含量和效果有限,或ROS積累到一定濃度,從而對精子質(zhì)膜和頂體產(chǎn)生了集中性破壞造成的。
在許多豬場技術(shù)員和配種員觀念中,常溫保存的豬精液有效期只有3~5 d。而本試驗中的中效稀釋粉E、H有效保存時長均超過10 d,且各測定指標表現(xiàn)均較好。通過對一種稀釋粉稀釋精液質(zhì)量的長期測定,其最適輸精時段可以得到準確把握,配種員應(yīng)摒棄對豬常溫精液的傳統(tǒng)認識,這將有利于豬場效益的穩(wěn)定和提升。
本試驗的結(jié)果表明,所選9種中效稀釋粉的綜合合格率達88.89%,但企業(yè)在選擇稀釋粉時仍應(yīng)持謹慎態(tài)度。本試驗通過測定9種中效稀釋粉對豬精液常溫保存期間pH值、活力、畸形率以及頂體和質(zhì)膜完整率的變化,發(fā)現(xiàn)部分稀釋粉的效果不容樂觀。若有條件,企業(yè)可定期對稀釋粉稀釋精液后的多項指標變化情況進行綜合測定,特別是精子畸形率和質(zhì)膜完整率。通過對稀釋粉稀釋精液常溫保存整體效果的評測,選擇最適稀釋粉,避免單一指標評估降低準確性,可以有效提升豬常溫精液質(zhì)量,從而更好地提升豬場的效率和效益。