Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Связь трансмембранного градиента ионов калия, натрия, кальция с биологической полноценностью сперматозоидов быков

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Связь трансмембранного градиента ионов калия, натрия, кальция с биологической полноценностью сперматозоидов быков"

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧ!Ю-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖИВОТНОВОДСТВА (ВИЯ)

На правах рукописи

Мамбеталиев Марат Сейталиевич

СВЯЗЬ ТРАНСМЕМБРАННОГО ГРАДИЕНТА ИОНОВ КАЛИЯ, НАТРИЯ, КАЛЬЦИЯ С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛНОЦЕННОСТЬЮ СПЕРМА ТСВОИЛОВ РЫКОВ

03.00.13.- Физиология человека и дивотннч

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученей стеяс-нгг г-тклидата С.и"."сгических наук

. Ду<ровицы Московской сСлг^г::

1 О г, л

Работа выполнена в отделе биологии воспроивведения Всероссийского научно-исследовательского института животноводства.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

- доктор биологических наук, профессор

В.П.Кононов

- доктор биологических наук, профессор Ю.Д.Клинский

Ведущее учреждение

- кандидат биологических наук

. В.В.Ельчанинов

- Всероссийский научно-исследовательский институт

племенного дела

/

Защита состоится " ^¿-в^илЛ 1994 г. в 10 часов на заседании специализированного совета Д.020.16.02 при Всероссийском научно-исследовательском институте животноводства.

Адрес института: 142012, п. Дубровицы, Подольского района, Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " ¿9 " 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат биологических наук

И.И.Шмыгин

-. 3 -

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность. Несмотря на высокую эффективность и пироге распространение метода искусственного осеменения резервы его 1е далеко не исчерпаны и более того существуют проблемы, требую-[е разрешения. По данным Гордона (1988) результаты осеменения моконсервированныы семенем быков часто бывают ниже по сравнению результатами от естественного спаривания. Свести до минимума !И различия - является важнейшей задачей науки. Один из путей гшения состоит в разработке более точных методов оценки биологи-юкой полноценности семени и соответственно потенциала воспроиз-«ительных возможностей отдельных быков. Несовершенство совре-юных методов оценки семени подтверждают данные, показывающие, :о от забракованного семени результаты осеменения могу! быть вы!, чем от признанного пригодным V, еЬ а1,. 1966). Из-!Стно, что биологическая полноценность клеток, в том числе и юрматоаоидов, в значительной степени определяется структурной и 'нкциоиальной полноценностью плазматических мембран, осуществляли многие жизненно важные процессы (В.А.Наук, 1°85). Это в свою [ередь зависит от трансмембранного потенциала, создаваемого ра-1Т0Й мембранных насосов, К+-Ма+-зависимой АТФ-азой, постоянно 1качиваюцих К+ внутрь клетки," а Иа+ выкачивающих из нее против вдиентов концентраций. Величина создаваемого ими трансмембран-1ГО градиента этих ионов достаточно высоко отражает состояние 1а8матических мембран сперматозоидов (В.Г.Семаков, Т.Ф.Рыжков, г75). СсЕр&кешзге средства экспресс-анализов с помощью ионосе-'ктивных электродов позволяют быстро улавливать изменения ионно-> состава в секени и таким образом судить о состоянии мембра [ёрматозоидов. В связи с этим мы сочли возможным с использовани-I этих средств и других методов разработать более точный тест [енки биологической полноценности сперматозоидов и соогветствен->■ воспроизводительного потенциала быков, позволяющий целесооб-внее отбирать зякуляты и производителей в интересах результа-[вности осеменений.

1.2. Дель и задачи исследований. Цель наших исследований сосала в разработке нового теста оценки семени, более точно отра-

жающего биологическую полноценность сперматозоидов и потенщ репродуктивных качеств быков-производителей. Для достижения Ц! ■ необходимо было решить следующие задачи:

- изучить трансмембранные переходы К*, На+, Са++ в сперма' зондах из свежевзятого семени быков;

- выяснить связь трансмембранных перемещений основных кат] нов с последующей устойчивостью сперматозоадов при тех! логической обработке и способностью сохранять биодогич* кую полноценность семени;

- разработать математическую модель оценки семени и ссх ветственно потенциала репродуктивных качеств отдельных ( ков.

4.3. Научная новизна. Впервые выяснено, что в условиях п. менных хозяйств результативность осеменения криоконсервирован семенем быков в большей степени зависит от его индивидуаль принадлежности, чем от других факторов, не связанных с качест семени. С биологической полноценностью семени, определяемой зультативностью осеменения, больше других показателей оценки кулятов сопряжен трансмембранный градиент К+. Этот показатель протяжении длительного периода (2 дет) высоко устойчив у отде

них ИНДИВИДОВ.

1.4. Практическая значимость. Разработанная математичес модель прогноза результативности осеменения, позволяет наибо точно оценивать биологическую полноценность семени и соотве твенно потенциал воспроизводительной способности отдельных бык что дает возможность точнее отбирать их в интересах результат ности осеменения.

1.5. Апробация работы. Основные положения диссертации да жены на:

- 45-й научно-методической конференции аспирантов и моле ученых "Проблемы интенсификации животноводства" (п. Дубровл Московской области, 17-18 июня 1992 г).

- 1-й Международной научной конференции "Мадовановские ч ния" (п. Быково, Московской области, 21-21 апреля 1993 г).

- научной конференции Отделов биологии воспроизведения и

- 5 -

цокринологии ВИЖа (27-29 октября 1993 г).

1.6. Объем работы. Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста, включает 24 таблицы и 3 рисунка. Состоит из ведения, обзора литературы и результатов собственных исследований, выводов и практических предложении. Список литературы включает 81 источников отечественных и 86 зарубежных авторов.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Научно-исследовательская работа выполнена в Отделе биологии воспроизведения Всероссийского научно-исследовательского института животноводства (ВИЯ), на Центральной станции искусственного осеменения (ЦСИО), в племенных хозяйствах: ГПЗ "коммунарка", ПЗ "Ленинский луч"., с-з "Барыбино", учхоз '.Шхайловское", к-з "Владимира Ильича", с-з "Заря Подмосковья" Московской области и в ПЗ "Петровский" и с-з "Ручьи" Ленинградской области.

В опытах использовали семя 100 быков молочных пород, принадлежащих ЦСИО. Быки имели заводскую упитанность, живая масса их в среднем составила - 911,5±28,7 кг. Кормление быков осуществлялось по рациону, сбалансированному по основным питательным веществам по нормам ВИН. Быкам ежедневно предоставляли моцион, в течении двух часов после взятия семени. Семя у быков брали в следующем режиме: в течение двух недель три раза по три эякулята. Учитывали количественные и качественные показатели спермопродук-ции;

Свежевзятое семя оценивали по общепринятой методике: на цвет, запах, консистенцию; объем эякулята, концентрацию сперматозоидов, подвижность, а после замораживания'оттаивания - на под- ' вижносгь сразу после оттаивания и через 5 часов инкубации при 38°С (выживаемость). Кроме того, оценка оттаянного семени дополнительно включала морфологическую сохранность акросом (R.в.Saacke, 1970) и показатель фертилькости по Van Duijn (A.II.Eclkob и соавт. ,1988).

Обработку и замораживание семени производили . по Литовской технологии (П.ИЛГакенас и др. 1980).

Исследования проводились по приведенной схеме. Они включали два аспекта поисков: разработку методики измерения трансмембран-

Разработка теста воспроизводительной

способности быков -1-1-1-

Схема исследований

т

I-'-1

|Методика измерения концентра-1 |ций и трансмембранного гради-| ¡ента ионов К, N8, Са в семени| -^—:-,->

I-'-1

I Способ игме| 1рения разни| |цы концент-) |раций ионов| |К, Са | |в спермато-1 I зондах и | | плазме се- | |мени быков | .1.......1.

I--1

|Калиб-

|ровка

|ионо-

|селек-

|тивных

|элект-

I родов .

I—--

IПодбор | разба-|вите-| лей |семени 1для |изме-|рения

I

-11-

I Изучение Iдавления |на результаты |осеменения. от-|дельных )быков и

|Х08ЯЙСТВ

Изучение связи результативности | осеменения с отдельными физиологи-1 ческими характеристиками быков |

1 - 1"...... I-'" ----------1— I I I I

1 1 |Концен| 1 1 |Харак-| 1 1 |Ре- 1 1 — 1 |Воз- |

|трации| |терис-| |зуль- | |раст |

|ионов | |тики | |таты | |произ|

|К, N3,1 |эяку^ | |осеме-| |води-|

|Са - | ( ............ 1 ■ |лятов | < ..1 (нения | 1 ... .. 1 |телей| 1________ 1

-1

Разработка уравнений прогноза результатов осеменения

I

о>

I

- ? -

ного градиента К+, Na+, Ca"1"1" с помощью ионоселективных электродов и разработку теста оценки семени по величине трансмембранного градиента К+, Na+, Ca*'1'.

Для измерении концентраций ионов были использованы электроды, изготовленные научно-производственным центром "СЕНСОР", и милливольтметр pH-150. Предварительно электроды были откалиброва-ны для перевода показаний электрического потенциала (ЭДС) в-' значения концентраций ионов, для чего были построены калибровочные графики и выведены соответствующие регрессионные уравнения.

Из смеси трех эякулятов одного- взятия от каждого быка брали пробу - 0,1 мл, ив 100 раз разбавляли, специальным не содержащим исследуемых ионов разбавителем. При этом Для разбавления семени были проведены сравнительные испытания двух изотонических разбавителей; QX раствор глюкозы и специально разработанный трис-цит-ратный разбавитель следующего состава: трис(оксиметил)аминометан (основание) - 2,42 г¡лимонная кислота - 1,34 г; глюкоза - 0,1 г; дистиллированная вода 100 мл.

Ионоселективными электродами в разбавленном семени измеряли ЭДС и по нему находили соответствующую концентрацию. Затем к раз бавленному семени для разрушения мембран сперматозоидов добавляли несколько капель 5% водной суспензии дигитонина, перемешивали и вновь проводили измерение ЭДС, по значению которой определяли концентрацию соответствующих ионов.

Наша рабочая гипотеза состояла в следующем. Известно, что K+-Na+-зависимая АТФ-аза биологически полноценных мембран выкачивает из эндоцеллюлярного пространства во внешнюю среду Na+ и, наоборот, закачивает в сперматозоидов К+ против градиентов концентраций. Точно также работает Ca'1"1'-зависимая АГФ-аза, постоянно выкачивая из сперматозоидов Са++ (А.Karagiannidis, 1976). Дигитонин обладает свойством блокировать работу мембранных насосов, а также связывать холестерин мембран и таким образом нарушать их целостность, что приводит к утечкам ионов и соответственно к выравниванию их эндо- и экзоцеллюлярных концентраций. Соответственно этим манипуляциям первое определение должно было отражать концентрацию ионов в жидкой части, семени, второе- суммарную концентрацию в плазме и сперматозоидах после их выравнивания. Таким образом, по разнице концентраций можно было судить о трансмембранном градиенте иона о 'л соответственно о функциональном состоянии чеу'-эаи.

Чтобы выяснить насколько возможно судить о биологической полноценности семени отдельных быков за длительный период использования по отдельным эякулятам, был проведен биометрический анализ. У каждого из 28 быков была измерена концентрация ионов в четырех - :*:улятах, взятых на протяжении двухлетнего периода. Быки были р -.¡ты на 7 групп (по 4 в каждой) и в каждой группе были сопоставлены параметры вариабельности среди-быков и среди эякуля-тов. Затем эти параметры были сведены к усредненным показателям.

Известно, что существует зависимость потенциала оплодотворяющей способности семени быков от возраста. Наилучшая устойчивость сперматозоидов бьшает у быков до 5-летнего возраста CJ.Morst.ln, Б.гоИек, 1986). В связи с этим неизбежные возрастные изменения биологической полноценности сперматозоидов были сопоставлены с результатами измерений трансмембранного градиента отдельных ионов в семени. Для этого в связи с возрастом быки были разбиты на £ группы: 1 гр.- от 2 до Б лет, 2 гр.- от 6 до 7 лет, 3 тр.- 8 V старше: 24, 44, 32 быка соответственно. Непосредственно после взятия семя оценивали по описанным выше биологическим тестам. Вместе с тем для оценки трансмембранного градиента ионов была измерена концентрация К+, Иа+ и Са++ по вышеописанной методике до 1 после добавки дигитонина.

И, накОнец, результаты измерений трансмембранного градиентг ионов были сопоставлены с фактическими результатами осемененш семенем этих быков. Для этого в 8 племенных хозяйствах Московски и Лениы-радской областей были проанализированы результаты первичных осеменений 3241 коров по данным ректальных исследований. После чего результаты осеменений были сопоставлены с разными тестам] оценки семени, в том числе и с данными измерений трансмембранногс градиента ионов калия, натрия, кальция.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЯ.

3.1. Разработка методики оценки репродуктивного потенциал; быков.

3.1.1. Вариабельность характеристик семени среди эякулятов : в свя^и с его индивидуальной принадлежностью.

Разрабатываемый нами метод оценки семени базируется н структурной и функциональной устойчивости мембран, поэтому одно

з первоочередных задач было выяснить насколько постоянны показа-ели их состояния для отдельных индивидов и для'отдельных эякуля-ову одного индивида. В этой связи были проведены исследования а изучению изменчивости, концентраций основных ионов в семени.

Как показывают данные таблицы 1 , вариабельность концентра-дй основных ионов между быками во много раз превышает вариабель-эсть этих же характеристик у одного и. того же быка, где данные хтаточно стабильны, хотя эякуляты были взяты с очень большими 1тервалами на протяжении двух лет. Это значит, что по отдельным Iкулятам без большой ошибки можно судить о потенциале воспроиэ-адительной способности того или иного быка.

3.1.2. Доля влияния индивидуальной принадлежности семени на результаты осеменений.

На результаты осеменения, получаемые в отдельных хозяйствах, :ияет.огромное количество самых различных факторов. В связи с им прямая оценка репродуктивных качеств быков, по результатам вменения, очень затруднительна, если не сказать невозможна. По-ому используемая до настоящего времени методика такой оценки не ет однозначных ответов - от семени отдельных быков в разных хо-йствах могут быть получены совершенно разные результаты.

Чтобы выяснить влияние отдельнык быков на результативность вменения, мы провели соответствующий биометрический анализ авнения зависимости результативности осеменения от репродуктив-го потенциала отдельных быков и других факторов, не связанных с 1ествсм семени (таблица 2).

Данные таблицы 2 показывают, что вариабельность результатов >менения больше зависит от индивидуальной принадлежности семе-чем от условий в хозяйствах, где использовалось семя. Об этом юрит более высокие дисперсия и коэффициент вариабельности ре-пьтатов между отдельными быками, чем между отдельными хозяйски. Хотя крайние пределы вариабельности в связи с воздействую-!и факторами не различаются на статистически достоверную вели-у (Хт=9±4,5; ЪсЗ-С).

Существенное воздействий на результаты осеменения, не свя-ных с бьисами факторов, даже в этих передовых хозяйствах делает оверолтным нахождение достаточно объективной оценки репродук-ного потенциала отдельнык быков, ■ что требует для этого газра-

Таблица 1

Степень изменчивости концентраций ионов калия, натрия и кальция в свежевзятом семени в отдельных эякулятах

быков и у отдельных индивидов

Иссле- Показатель В плазме семени | В сперматозоидах

дуемые вариабельности ----------------------------------------

ионы Между отдельными I Между отдельными

быками зякулятами (быками эякулятами

Калий Дисперсия (б2) 81,2+10,8 12,7±1,3 81,2+10,9 12,7*1,3 Коэффициент вариабельности

(СУ, 7.) 0,70*0,С5 0,28+0,02 0,70+0,05 0,28±0,0£ Разница между

лимитами 19,5+1,5 7,6*0.4 19,5*1.5 7,6*0,4

Натрий Дисперсия (б2) 13,7*2,3 3,2*0,4 13,0*2.3 3,2+0,4 Коэффициент вариабельности

(СУ, 2) 0,23+0,02 0,12*0,07 0.2а±0,02 0,12*0,а Разница между

лимитами 7,1*0,7 3,7+0,2 7,0*0,6 3,7+0,2

Кальций Дисперсия (б2) 15,5+2,5 6,5+0,7 12,8*1,8 5,4+1,1 Коэффициент вариабельности

(Су, %) 0,28*0,02 0,19+0,01 0,25*0,01 0,16*0,0 Разница между

лимитами 7,8+0,6 5,5*0,3 7,^*0,5 4,8^0,5

ботки специальных тестов, не говоря уже о других хозяйствах, более низким уровнем культуры производства.

3.1.3. Связь воспроизводительной способности быков с их возрастом.

Поскольку одним из факторов, существенно влияющих на биологическую полноценность сперматозоидов, является возраст быков, на Таблица 2

Действие отдельных быков и хозяйств на результативность осеменения

Показатель вариабельности

Между отдельными

быками (п-31) хозяйствами (п-8)

Дисперсия (б2) Коэффициент вариабельности (Су, Т.) •Разница между лимитами -

127 24 11±2

51 15 20+4

следующем этапе исследований мы проанализировали влияние возраста быков на их воспроизводительные качества. Предварительно были исследованы основные биологические, характеристики эякулятов, чтобы можно было судить о потенциале оплодотворяющей способности по этим показателям в связи с возрастом быков. • Результаты приведены В таблице 3.

Как видно из таблицы 3, в связи с возрастом быков особых отклонений в основных характеристиках семени не наблюдается. Можно отметить лишь снижения в оттаянной семени процента морфологически .нормальных акросом (Р<0,03) в эякулятах быков 6-7 летнего возраста в сравнении с более молодыми. Обозначившиеся снижения объемов эякулятов, концентрации сперматозоидов в них и соответственно общего числа сперматозоидов, выделяемых за одно взятие, не подтверждаются биометрическими критериями разности и могут быть истолкованы как следствие обычной статистической вариабельности. Что касается повсеместно используемого теста подвижности, то в связи со старением быков отмечается даже тенденция ее повышения.

Нельзя не заметить, что тенденция снижения характеристик ка чества оттаянного семени наблюдается не у самых старых, а в возрасте 6-7 лет, т.е. после пятилетнего возраста действительно

Таблица 3

Основные биологические характеристики семени в связи с возрастом быков

Воз- Основные биологические характеристики эякулятов

раст ■

(лет) Свеж е в з я т о го После о т т а и в а н и я

Объем Концентра- Под- Нормаль- Полуперод Показат

трех ция спер- виж- ных акро- падения фертиль

эякуля- матозоидов ность сом (X) подвижности ности п

тов (мл) (млрд/мл) (X) (мин) Уап

2-5 12±0,6 1,4±0,0б 73+2 8112 84,512,4 599+17

6-7 13±0,5 1,3+0,04 76±1 75+2 79,5+1,9 578+16

8 и < 11±0,4 1,2±0,0б 75±1 77±1 84,311,9 598+16

наступает некоторое ухудшение качественных характеристик семени но спустя последующие два года происходит их частичное восстанов лоние.

В сравнении с этими характеристиками эякулятов были исследо ваны перемещения исследуемых ионов между плазмой и эндоцеллюляр-ным пространством сперматозоидов при различных воздействиях связи с возрастом быков (таблица 4).

Как видно из данных таблицы 4, после пятилетнего возраста эякулятг; быков намечается тенденция снижения концентрации К+, н повышения концентраций Ыа+ и Са++. Обработка семени дигитонино повышает концентрацию всех трех ионов в жидкой части семени Представляет интерес обнаружившийся факт, что изменения концент раций К+ и Ыа+ в связи с возрастом вполне отраглют динамику ха рактеристик оттаянного семени. Самая низкая концентрация К+ и са мая высокая Иа+ были в семени не самых старых и не самых молоды быков, а у животных средней возрастной группы 6-7 летнего возрас та.

Возрастание концентрации К+ в жидкой части семени под воз действием дигитонина не является неожиданностью. Дигитонин разру шил мембраны и произошло выравнивание эндо- и зкзоцеллюлярны концентраций этого иона за счет его утечки из сперматозоидов. Од

Таблица 4

Концентрация основных катионов в семени в связи с возрастом быков (мг/мл)

Исследуемый катион Возраст быков (лет) Концентрация ионов в семени До добавки После добавки дигитонина дигитонина Прирост концентрации от добавки дигитонина

Калии 2-5 6-7 8 и < 2,05±0,24 1,80±0,17 2,27*0,20 2,58*0,21 2,17*0,17 2,62*0,19 0,53*0,16 (26%) 0,37_с0,07 (21%) 0,36*0,09 (15%)

Натрий 2-5 6-7 8 и < 1,82*0,09 2,08±0,0б 2,03±0,08 1,99*0,08 2,30*0,06 2,22*0,08 0,18*0,03 (9%) 0,22±0,04 (11%) 0,19*0,03 ( 9%)

Кальций 2-5 6-7 8 И < 0,19*0,03 .0,27*0,03 0,31*0,03 0,23*0,02 0,30*0,03 0,34*0,04 0,04*0,009 (21%) 0,03*0,005 (11%) 0,03*0,006 (10%)

нако увеличение в жидкой части семени концентрации На1" и Са++ объяснить в том же ключе затруднительно, поскольку в эотивопо-ложность калию эти ионы мембранными насосами биологически полноценных сперматозоидов постоянно откачиваются во внешнюю среду против градиента концентрации и соответственно разрушение целостности мембран не мржет привести к нарастанию их во внешней среде. Видимо мы имеем дело с более сложными процессами, чем представляется на первый взгляд.

Чтобы :ести ясность в этот феномен, был проведен корреляционный анализ, результаты которого приведены в таблице 5.

Как видно из данных таблицы 5, очень высокая корреляция, почти линейная ваву.скмость, наблюдается между концентрациями всех ионов жидкой части семени до и после добавки дигитонина. Это означает, что в том к другом случае источник ионов один и тот же -сперматозоиды.

Следовательно, при первоначальном измерении концентрация ионов в жидкой части семени и в сперматозоидах уже была выравнена.

Таблица 5

Корреляционные взаимоотношения между изменениями концентрации ионов в семени быков в связи с обработкой дигитонином

Пока- Сопряженность между концентрациями ионов до еате- и после добавки дигитонина в зякулятах быков ли ' возрастных групп (лет)

корре----------------------------------------------

ляции 2-5 6-7 8 и более Всех возрасти

Калия г 0,76 0,91 0,90 0,88

Натрия г 0,92 0,83 0,91 0,88

Кальция г 0,94 0,99 0,98 0,98

Во всех случаях Р< 0,0000

Очевидно это следствие того, что уже само разбавление семени может вызвать так называемый dilution shock - блокировать мембран ные насосы и вызывать выравнивание эндо-и- зкзоцеллшярных кон центраций ионов (L.Robertson et al., 1986). Очевидна последующа добавка дигитонина не иницирует, а лишь усиливает разрушени мембран, делая доступным проникновение довольно крупного катион из разбавителя - трис-иона. Последний диффундируя в сторону ыень шей его концентрации вытесняет из сперматозоидов более подвижны ионы калия, натрия и кальция. '

Мевду тем статистический анализ не выявил ни в одном из сну чаев корреляции между,концентрациями ионов и-сперматозоидов. Эт означает, что изначально содержание ионов в сперматозоидах от дельных эякулятов было неодинаковым и это различие возможно та или иначе отражает состояние плазматических мембран сперматовои дов.

Следовательно, о биологической полноценности плазматически мембран сперматозоидов можно судить уже по первоначальной koi иентрации ионов калия в жидкой части сильно разбавленного семем

Эти данные дают основание для шьода, что биологическая noj HOL^ühocTb семени не может быть достаточно полно представлена-кг ксй-1'.йбо одной характеристикой. Очевидно из всего множеств

Сопоставляемые концентрации ионов

Таблица б

Влияние возраста быков на результаты осеменений, оцениваемых по данным ректальных исследований

N Возраст Осеме- Оказалось ------------- 1 11 ........... стельных |Доверительный интервал

пп быков нено Группы

(лет) коров Число X сравнения Ь(1 Р

1. 2-5 1120 568 51±1,Ь -

2. 6-7 1191 510 43±1,4 3,8 1-2 3,8 <0,0001

3. 8 и < 930 427 4б±1,6 2,3 1-3 2,3 <0,05

тестов, каждый оценивает лишь одну сторону физиологического состояния, а не в целом. Для более точной оценки очевидно необходим многосторонний подход, учитывающий по возможности множество аспектов физиологического состояния сперматозоидов.

Чтобы узнать какой из тестов лучше других отражает ее, были учтены результаты осеменений семен'рм изучаемых нами быков в 8 племенных хозяйствах Московской и Ленинградской областей, в связи с их возрастом. Результаты приведены в таблице 6.

Как видно из данных таблицы 6, от семени быков 2-й группы (возраст 6-7 лет) результаты осеменения снижаются на статистически высокодостоверную величину, а от семени быков третьей группы (возраст 8 лет и старше) они несколько повышаются. Эти результаты согласуются с данными изучения семени этих групп быков. Синхронно с результативностью осеменения наблюдается тенденция изменения таких характеристик семени, как сохранность акросом в процессах замораживания-оттаивания, показатель фертильности Уап-ОиЦпа, а также динамики концентраций ионов калия и натрия. • о ' ' . -

3.1.4. Разработка математических моделей связи воспроизводи-

тельной способности быков с характеристиками семени. Для разработки методики оценки воспроизводительной способности отдельных быков Еыясненные нами отдельные характеристики зякулягов были сопоставлены с результативностью осеменений семенем отдельных быков, которая была взята в пределах одного хозяйства, ГШ "Коммунарка", чтобы до минимума свести неспецифические влияния на эти результаты.

Таблица 7

Коррелятивная и регрессионная связь отдельных характеристик семени быков с соответствующей результативностью осеменения (ГГО "Коммунарка")

Характеристики | ( Сопряженность с результатами осеменения

эякулятов

1 [ Корреляция | | Регрессия (Y - а + Ь-Х)

1 1 г | Р |, а | b

Свежевзятое семя

Объем 0,5 0,07 15,7- 6,56-

Концентрация

сперматозоидов

(млрд/мл) -0,32 - -

Число сперматозоидов -

в эякуляте (млрд) -0,29 - -

После замораживания

Сохранность акросом -0,07 -

Полупериод снижения

подвижности -0,01 - • . - - '

Показатель фертильности

по Van Dujin -0.09 - - -

Как видно из данных таблицы 7, при сопоставлении результатов осеменений с характеристиками семени быков в пределах одного хозяйства близкая к статистически достоверной положительная корреляция обнаруживается лишь с одним показателем - объемом'зякуля-тов. Следовательно, лишь этот показатель'может в какой-то мере характеризовать репродуктивный потенциал отдельных быков.

Вместе с тем сопоставление с результатами осеменений характеристик, связанных с концентрациями исследуемых нами ионов дало более обнадеживающие результаты (таблица 8).

Среди отдельных катионов в семени быков (таблица 8) статистически достоверная корреляция с результатами осеменения обнаруживается лишь с трансмембранным отношением концентраций К+, а

Таблица 8

Коррелятивная и регрессионная свявь концентраций К+. Иа+и Са++ в семени быков с результативностью осеменения

Концентрация ионов в семени I Сопряженность с результатами осеменения

| Корреляция Регрессия (У - а + Ь-Х)

1 г | Р Т а | Ь

До добавки дигитонина (1): калия натрия кальция -0,43 -0,29 --0,12 - -

После добавки дигитонина (2): . калия натрия кальция -0,29 -0,25 --0,08 - -

Разница между 2 и 1 измерениями калия натрия кальция 0,52 0,07 -0,23 -0,14 - 38,71 0,18

Отношение -эезультатов 2:1 измерений калия натрия кальция 0.58 0,04 0,11 0,24 - 12,2 26,85

именно с отношением концентрации в цельном семени (после добавки дигитонина) к концентрации в плазме семени (до добавки дигитони-на). Кроме того, близкая к статистически достоверной сопряженность воспроизводительного потенциала быков выявляется с концент-

рацией К+ в сперматозоидах (разность между концентрациями К* до 1 после добавки дигитонина).

На основании полученных корреляций можно составить следующи уравнения прогноза результативности искусственного осеменения:

(1) По объему эякулята (г-0,5; Р<0,07):

У - 15,7 + 6,6-ОЭ , где 03 - объем одного эякулята (мл),

(2) По концентрации ионов калия в сперматозоидах (г-0,52;

Р<0,07):

У - 38,7 + 0,18-КЗ , где КЗ - разность между концентрациями ионов калия в семени до и после добавки дигитонина: КЗ-К2-К1, (мгХ).

(3) По отношению концентрации ионов калия в цельном семени I

концентрации в плазме (г-0,58; Р<0,04):

У - 12,2 + 26.9-К4, где К4 - отношение концентрации ка-• лия в семени после добавки дигитонина к концентрации до добавки: К4-К2:К1.

(4) По всем трем показателям:

I-:-1

• | У - 21,9 + 2,1-ОЭ + 0,06-КЗ + 9,8-К4|

I_I

3.2. Сравнение фактических и прогнозируемых по отдельным уравнениям результатов осеменений.

Разработанные нами уравнения необходимо было проверить не точность оценки воспроизводительной способности отдельных быков. Для этого вычисленная результативность была сопоставлена с фактической.

Как видно {таблица 9), при анализе сопряженности результатов, прогнозируемых по индивидуальным различиям воспроизводительного потенциала быков и фактических результатов в одном хозяйстве, когда в меньшей степени влияют на результаты факторы, не зависящие' от быков, выявлена более высокая корреляция, которая наблюдается при вычислении прогноза по использованным уравнениям.

Таким'образом, среди множества факторов, сопряженных-с ре-

Таблица 9

Степень сопряженности результатов осеменения, прогнозируемых по регрессионным уравнениям

Уравнение, по моторому Использованная в вычислены результаты уравнении харак-осеменения теристика семени

Корреляция вычисленной результативности с фактической

(1) У - 15,7 + 6,6-ОЭ Объем эякулята 0,5 <0,07

(2) У - 08,7 + 0,18-КЗ По концентрации ионов калия в сперматозоидах 0,5 <0,08

(3) У - 12,2 + 26.9-К4 Отношение концентрации калия в цельном семени к концентрации в плазме 0,58 <0,03

(4) У - 21,9+2,1-0Э +0.06-КЗ+9.8-К4 По всем трем показате-телям 0,62 <0,001

зультативностью осеменения, для ее прогноза могут быть использованы концентрация К* в сперматозоидах, а также отношени концентрации К+ в цельном семени к концентрации в плазме. По этим отдельным характеристикам эякулятов можно с удовлетворительной точностью оценивать потенциал воспроизводительной способности быков. Однако более точная оценка может быть получено при расчетах по уравнению, обобщающему три характеристики эякулятов: его объем, концентрацию ионов калия в сперматозоидах и отношение концентрации этого ипна к концентрации его в плазме семени.

В таблице 10 приведено сопоставление результатов, вычисленных по уравнению (4) с фактическими данными.

Как показывают данные таблицы 10. разница медду прогнозом и фактической результативностью осеменения в целей не существенна, хотя абсолютного совпадения не наблюдается. Отклонения эти впшие понятны, поскольку в каждом конкретном случае на результата осеменений действовало множество факторов, не связанных с качеством семени и воспроизводительной способностью быков. Вместе тем, судя

Таблица 10

Степень сопряженности прогнозируемых и фактических результатов осеменения

N Клички Результативность осеменения (X) Уровень

пп быков корреляции

прогно- факти- Разница прогноз:

зируемая ческая фактический

1. Гелиос 41 41 0

2. Геракл 39 46 -7

3. Девон 40 31 9 г - 0,82

4. Джуль 39 29 10 Р - 0,004

5. Зотилас 41 40 1

б. Зуипи • 38 32 6

?. Лидо 51 .56 -5

8. Мильтон 48 49 -1

9. Свет 42 38 4 •

10.Эксперт 42 43 -1

В среднем 42£1 41+3

Минимум 38 29

Максимум 51 56

по корреляции между фактическими и прогнозируемыми результатами оценка по нашему методу семени и воспроизводительной способности отдельных быков вполне реальна.

4. ВЫВОДЫ

На основании проведенных нами исследований и-полученных результатов можно сделать следующие выводы:

4.1. В условиях племенных хозяйств с относительно высокой культурой производства результаты осеменений коров в большой степени зависят от индивидуальной принадлежности семени, чем от факторов. не связанных с характеристиками зякулятов.

4.2. В связи с возрастом быков волнообразно изменяется результативность осеменения, она статистически достоверно снижается после достижения 6-7 лет, но снова повышается после 8 лет и старше. Однако эти изменения воспроизводительной способности быков не сопровождаются соответствующими изменениями основных характеристик оценки эякулятов.

•1.3. С результативностью осеменения семенем отдельных быков сопряжены такие характеристики его оценки как объем эякулята (г-0,5, Р<0,07); концентрации ионов калия в сперматозоидах (г-0,52, Р<0,07); отношения концентрации ионов калия в цельном семени к концентрации в плазме (г-0,58, Р<0,04).

4.4. Наиболее точный прогноз результатов осеменений может быть получен при использовании регрессионного уравнения, построенного на базе нескольких характеристик семени: объема эякулята, концентрации ионов калия в сперматозоидах и отношения концентрации ионов калия в цельном семени к концентрации их в плазме, в этом случае получена самая высокая корреляция вычисленной результативности осеменений с фактической - (г-0,62, Р<0,001).

4.5. Индивидуальные различия концентраций и градиенты концентраций ионов калия, натрия, кальция в сек ни быков достаточно устойчивы в течение длительного времени, минимум два года. Это означает, что состояние плазматических мембран сперматозоидов является врожденным качеством и мало подвержено изменениям под воздействием внешних и внутренних факторов.

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

Для оценки качества семени предлагаем метод измерения трансмембранного градиента концентрации ионов калия в семени. Метод состоит в следующем: свежевзятое семя в количестве 0,1 мл разбавляют в 10 мл трис-цитратном разбавителе следующего состава: трнс (оксиметил) аминометан (основание) - 2,42 г; лимонная кислота -1,34 г; глюкоза - 0,1 г. дистиллированная вода 100 мл. При этом температура разбавителя должна быть одинакова с температурой се-

- 22 -

мени (20°С). •

В разбавленное семеня погружают ионоселективный электрод для измерения ионов калия и хлорсеребряный электрод сравнения. С помощью милливольтметра измеряют разность потенциалов на электродах (ЭДС). Затем в семя добавляют несколько капель 5Х водной суспензии дигитонина и измерение ЭДС повторяют. В том и другом случае концентрацию ионов калия находят по соответствующей калибровочной кривой или уравнению У-(0,03-ЗДС - 34,9)-100, где У - концентрация ионов калия в семени в мгХ, а ЭДС - в микровольтах.

Оценку эякулятов и соответственно репродуктивного потенциала отдельных быков производят по следующему уравнению:

I---——;-1

1- У - 21,9 + 2,1-ОЭ + 0,06-КЗ + 9,8-К4|

I___I

где ОЭ - объем одного эякулята (мл);

КЗ - разность между концентрациями ионов калия

в семени до и после добавки дигитонина (мгХ) К4 - отношение концентрации калия в семени после добавки дигитонина к концентрации до добавки;

У - прогнозируемый процент стельных коров черев 2 месяца после осеменения.

Основные положения диссертации; опубликованы в следующих работах: ....

1. М.С.Мамбегалиев. Связь отдельных характеристик семени с возрастом быков // 1-я Международная научная конференция "милова-новские чтения", апрель, 1993 г. (в печати).'

2. В.П.Кононов, М.С.Мамбеталиев, В.Ф.Турбин. -Трансмембранные перемещения ионов К, Ыа, Са в сперматозоидах бьгков как показатели их биологической полноценности. // С.-х. биология. - 1993. - №4. -С. 47-52.