CC BY
4
УДК / UDC 636
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ БЫКОВ-ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ С РАЗНЫМ КАЧЕСТВОМ СЕМЕНИ
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR BIOENERGETIC EVALUATION OF BREEDING BULLS WITH DIFFERENT SEED QUALITY
Самусенко Л.Д., кандидат биологических наук, доцент Samusenko L.D., Candidate of Biological Sciences, Docent
Мамаев A.B., доктор биологических наук, профессор Mamaev A.V., Doctor of Biological Sciences, Full Professor Мамаева O.A., аспирант Mamaeva O.A., Postgraduate student ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
E-mail: ldsamusenko@mail.ru
Современные научные данные в области продуктивных животных позволили разработать эффективные технологии производства продуктов животного происхождения, однако резервы биотехнологических методов диагностики и коррекции продуктивных и воспроизводительных возможностей животного организма далеко не исчерпаны. В этой связи, особое значение приобретает выяснение фундаментальных механизмов жизнеобеспечения живых систем, разработка достоверных и информативных методов диагностики функционального состояния, управления процессами, обеспечивающими реализацию продуктивных и репродуктивных возможностей сельскохозяйственных животных. Целью исследований являлось изучение функционального гомеостаза животных с разной воспроизводительной способностью и качеством семени на основе биоэнергетической оценки быков -производителей. Объектами исследований служили проверяемые бычки черно-пестрой голштинской породы в возрасте 12 месяцев, а также быки -производители в возрасте от 2 до 4 лет и их семя. Измерение уровня биоэлектрического потенциала проводили прибором типа ЭЛАП в ПЛБАЦ №5,7,11,41,44. Локализация и нумерация центров приняты по Г.В. Казееву (1994). Наличие нарушений воспроизводительной способности устанавливали по результатам андрологической диспансеризации бычков в возрасте 12 мес. По результатам андрологической диспанцеризации проверяемых быков-производителей животные со средним УБП ПЛБАЦ 68,85±1,16мкА отличались нарушениями воспроизводительной функции: аспермия, некроспермия, тератоспермия, азоспермия и др. В эякулятах быков со средним УБП ПЛБАЦ -74,53±1,33 мкА, аномалий обнаружено не было и животные были признаны здоровыми, без нарушений воспроизводительной функции. В опытах установлена определенная зависимость уровня активности элементов системы ПЛБАЦ и качества сперматозоидов семени, связанных с характером ношения аномалий спермиев.
Ключевые слова: поверхностно локализованные биологически активные центры, биоэлектрический потенциал, быки производители, нарушение воспроизводительной фукнции, качество семени.
Modem scientific data in the field of productive animals have made it possible to develop effective technologies for the production of animal products, but the reserves of biotechnological methods for diagnosing and correcting the productive and reproductive capabilities of the animal organism are far from exhausted. In this regard, it is of particular importance to clarify the fundamental mechanisms of life support of living systems, to develop reliable and informative methods for diagnosing the functional state, managing processes that ensure the realization of productive and reproductive capabilities of farm animals. The aim of the research was to study the functional homeostasis of animals with different reproductive capacity and seed quality based on bioenergetic evaluation of breeding bulls. The objects of research were the tested bulls of the black-mottled Holstein breed at the age of 12 months, as well as breeding bulls aged 2 to 4 years and their seed. The level of bioelectric potential was measured with an ELAP-type device in PLBAC No. 5,7,11,41,44. Localization and numbering of centers were adopted according to G.V. Kazeev (1994). The presence of reproductive disorders was established by the results of andrological medical examination of bulls at the age of 12 months. The presence of reproductive disorders was established by the results of andrological medical examination of bulls at the age of 12 months. According to the results of andrological dispensarization of the tested breeding bulls, animals with an average UBP of 68.85± 1.16 mcA differed in reproductive function disorders: aspermia, necrospermia, teratospermia, azospermia, etc. In the ejaculates of bulls with an average UBP of 74.53 ±1.33 ^A, no anomalies were detected and the animals were recognized as healthy, without violations of reproductive function. In the experiments, a certain dependence of the activity level of the elements of the PLBAC system and the quality of semen spermatozoa associated with the nature of carrying sperm abnormalities was established. Key words: superficially localized biologically active centers, biopotential level, bulls, violation of thereproductive function, quality seed.
Введение. Эффективное использование на племенных животноводческих предприятиях быков-производителей требует значительных материальных затрат. Предприятие должно быть уверено, что производители обладают высокой племенной ценностью, отличной воспроизводительной способностью и высоким качеством семени. Это обязательное условие для дальнейшего эффективного использования производителей. Современные научные данные в области продуктивных животных позволили разработать эффективные технологии производства продуктов животного происхождения, однако резервы биотехнологических методов диагностики и коррекции продуктивных и воспроизводительных возможностей животного организма далеко не исчерпаны. В этой связи, особое значение приобретает выяснение фундаментальных механизмов жизнеобеспечения живых систем, разработка достоверных и информативных методов диагностики функционального состояния, управления процессами, обеспечивающими реализацию продуктивных и репродуктивных возможностей сельскохозяйственных животных. В настоящее время общеизвестным является положение о том, что в организме животных существует единая нейроэндокринная система регуляции, которая выполняет функцию по координации деятельности всех органов и систем как единого целого, сопровождаемая возникновением и распространением электрических потенциалов в живых клетках и тканях. [4,5]. Одним из таких регуляторных механизмов является система поверхностно локализованных биологически активных центров (ПЛБАЦ), обеспечивающая системный интегральный характер
приспособительного акта результатом которого являются гомеостатические константы [3]. Поэтому значительное научное и практическое значение представляет разработка и совершенствование методов диагностики нарушений воспроизводительной способности быков-производителей и оценки качества их семени с использованием современных биоинформационных технологий.
Цель исследований изучение функционального гомеостаза животных с разной воспроизводительной способностью и качеством семени на основе биоэнергетической оценки быков - производителей.
Условия, материалы и методы. Объектами исследований служили проверяемые бычки черно- пестрой голштинской породы в возрасте 12 месяцев, а также быки - производители в возрасте от 2 до 4 лет и их семя. Группы формировали по принципу аналогов по пять голов в каждой. Измерение уровня биоэлектрического потенциала проводили прибором типа ЭЛАП в ПЛБАЦ №5,7,11,41,44. Локализация и нумерация центров приняты по Г.В. Казееву (1994).
Наличие нарушений воспроизводительной способности устанавливали по результатам андрологической диспансеризации бычков в возрасте 12 мес.
Отбор семени у быков - производителей проводили по ГОСТ 32222-2013 «Средства воспроизводства. Сперма Методы отбора проб». Вязятие семени проводили по графику в определенное время. Качество семени быков-производителей оценивали в соответствии с методиками ГОСТ 32277-2013 «Средства воспроизводства. Сперма. Методы испытаний физических свойств и биологического, биохимического, морфологического анализов». Содержание в эякуляте сперматозоидов на аномальность форм изучали под микроскопом Hitachi TM -1000, на приготовленных препаратах по методике Г0СТ-32277-2013. Целостность акросом сперматозоидов оценивали по результатам дифференцированного окрашивания препаратов. Морфологически нормальными считались сперматозоиды у которых головка, средняя часть и хвост соответствовали определенным критериям. Остальные сперматозоиды относили к аномальным (аномалии головки, средней части, хвоста, сочетанные аномалии головки и хвоста, головки и средней части, средней части и хвоста, а также сочетанные аномалии головки, средней части и хвоста (тройные).
Полученные данные обрабатывались статистически с использованием критерия достоверности различий по Стьюденту.
Результаты и обсуждения. Результаты измерений уровня биопотенциала ПЛБАЦ (УБП) бычков и их андрологической диспансеризации на наличие обнаружения нарушений их воспроизводительной способности представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Уровень биоэлектрического потенциала ПЛБАЦ быков-производителей и наличие нарушений воспроизводительной функции, М±т
Показатели Группа опыта
1(контроль) 2
Количество животных, голов 5 5
Средний УБП ПЛБАЦ, мкА 68,85±1,16 74,53±1,33 ***
2,01 1,32
Нарушения воспроизводительной функции 5 -
Разница статистически достоверна по сравнению с контролем: *** Р<0,001
Из таблицы 1 видно, что существует линейная корреляционная связь между средним УБП ПЛБАЦ проверяемых быков - производителей и нарушениями их воспроизводительной функции. По результатам андрологической диспанцеризации проверяемых быков-производителей животные со средним УБП ПЛБАЦ 68,85±1,16мкА отличались нарушениями воспроизводительной функции: аспермия, некроспермия, тератоспермия, азоспермия и др. В эякулятах быков со средним УБП ПЛБАЦ - 74,53±1,33 мкА, аномалий обнаружено не было и животные были признаны здоровыми, без нарушений воспроизводительной функции.
Доброкачественная сперма содержит достаточное количество живых, устойчивых во внешней среде и способных принять участие в оплодотворении спермиев. Выявление в эякуляте повышенного содержания сперматозоидов с аномальной акросомой - одна из причин идиопатического бесплодия сельскохозяйственных производителей, даже при нормативных параметрах спермограммы.
Из литературных данных известно, что акросома спермиев быка имеет менее плотную консистенцию, чем другие части спермия. Отсутствие и повреждение акросомы у сперматозоида вызывается нарушением процесса сперматогенеза с генетической детерминацией к какому - либо заболеванию. Дегенерация акросомы выражается в разрушении плазматической мембраны что приводит к снижению фертилизационной способности эякулята производителей. Отсюда, дальнейшие исследования были посвящены изучению УБП ПЛБАЦ быков производителей и качества сперматозоидов их семени
В результате оценки качества спермотозоидов семени быков -производителей с высоким УБП ПЛБАЦ, в поле зрения препарата было обнаружено высокое содержание сперматозоидов с интактной акросомой, что составило в среднем 89,3% от общего числа сперматозоидов в исследуемых препаратах и имело статистически достоверные различия относительно животных опытной группы - с более низким УБП ПЛБАЦ (** p<0,01), в том числе и по сезонам года. Это указывает на высокую пенетрацию сперматозоидом оболочек ооцита. Однако, следует отметить, что в зимний и осенний периоды было получено больше интактного семени в обоих группах, что имело прямолинейную зависимоть с УБП ПЛБАЦ. Спермиогенез представляет собой серию морфологических превращений гаплоидной сперматиды, в результате чего формируется сперматозоид, состоящий из уплощенной и удлиненной головки, а также средней части и хвоста. В процессе спермиогенеза происходят изменения на молекулярном уровне, главным из которых является замещение гистонов на протамины и плотная упаковка ДНК сперматозоидов, что защищает ее от повреждения [11, 12, 13, 14, 15].
При подсчете числа сперматозоидов с аномальными формами выявлено наибольшее их количество у быков- производителей с низким средним УБП ПЛБАЦ, что составило в среднем 15,38%, при достоверной разнице относительно контрольных животных (*- p<0,05; ** - p<0,01 ), в том числе по всем сезонам года (табл.2). Таким образом установлено, что у быков-производителей с более низким УБП ПЛБАЦ, сперма может иметь пониженную воспроизводительную способность из - за ослабленной функциональности сперматогенеза, в том числе связанного с процессом возможного повреждения ДНК половых клеток.
Таблица 2 - Качество сперматозоидов семени и УБП ПЛБАЦ быков-производителей, М ±т_
Показатели Высокий УБП (контроль) п=6 Низкинй УБП п=6
X а X а
Зима
УБП ПЛБАЦ, мкА 67,07±0,80 1,80 2,68 63,74±0,76 *** 1,71 2,68
Спермотозоиды акросомами, % с интактными 83,0±0,49 1,095 1,3 80,0±0,79 ** 1,78 2,2
Спермотозоиды формами,% с аномальными 17,16±0,46 1,04 6,06 19,33±0,50 ** 1,13 5,8
Весна
УБП ПЛБАЦ, мкА 75,7±0,53 1,19 1,57 67,72±0,95*** 2,13 3,14
Спермотозоиды акросомами, % с интактными 96,2±0,65 1,47 1,5 87,7±0,8 *** 1,96 2,23
Спермотозоиды формами, % с аномальными 3,72±0,42 0,95 25,5 11,61±0,5*** 1,10 9,4
Лето
УБП ПЛБАЦ, мкА 71,88±0,52 1,17 1,6 66,68±0,65*** 1,45 2,17
Спермотозоиды акросомами, % с интактными 96,33±0,72 1,63 1,6 89,0±0,63 *** 1,41 15,8
Спермотозоиды формами, % с аномальными 3,22±0,51 1,14 35,4 11,33±0,3 *** 0,66 5,8
Осень
УБП ПЛБАЦ, мкА 70,55±1,41 3,16 4,4 65,72±125** 2,79 4,24
Спермотозоиды акросомами,% с интактными 83,16±0,59 1,02 5,7 80,0±0,84 ** 0,85 4,41
Спермотозоиды формами, % с аномальными 17,89±0,45 1,32 1,58 19,27±0,38* 1,89 2,36
Различия статистически достоверны по сравнению с контролем: *-р<0,05; ** - р <0,01; ***-р<0,001.
По данным полученным в результате проведенных исследований был рассчитан коэффициент регрессии и создан прогноз в виде математических моделей зависимости изучаемых признаков при низком и высоком УБП ПЛБАЦ (рис. 1-4).
Рисунок 1 - Зависимость УБП ПЛБАЦ (низкий) и количества спермотозоидов с аномальными формами.
Рисунок 2 - Зависимость УБП ПЛБАЦ (низкий) и количества и спермотозоидов с интактными акросомами.
Рисунок 3 - Зависимость УБП ПЛБАЦ (высокий) и количества и спермотозоидов с интактными акросомами, %
Рисунок 4 - Зависимость УБП ПЛБАЦ (высокий) и количества спермотозоидов с аномальными формами
Из рисунков видна высокая корреляционная совпадаемость двух связанных переменных, коэффициент детерминации достаточно высокий и находится в пределах 0,2087-0,4501.
Выводы. В опытах установлена определенная зависимость уровня активности элементов системы ПЛБАЦ и качества сперматозоидов семени, связанных с характером ношения аномалий спермиев.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Диагностика, терапия и групповая профилактика болезней органов размножения быков-производителей: метод. пособие / Россельхозакадемия, ГНУ Красноярский НИИЖ. - Красноярск, 2014. 46 с.
2. Волкова C.B., Влияние возраста быков и времени года на качество спермы/ Али-фанов В.В., Алифанов C.B. // Современные проблемы науки и образования. 2008. №6. С. 5.
3. Мамаев A.B. Самусенко Л.Д. Изменение биоэлектрического потенциала биологически активных центров быков-производителей разного возраста и с разным качеством спермопродукции II Вестник аграрной науки. 2019. №1. С. 63-69.
4. Наук В.А. Структура и функция спермиев с.-х. животных при криоконсервации: монография. Кишинев: Штиинца, 1991. 197 с.
5. Самусенко Л.Д. Биотехнологические показатели спермопродукции быков разного экогенеза // Биология в сельском хозяйстве. 2020. №3 (28). С. 23-27.
6. Самусенко Л.Д., Мамаев A.B. Качество спермотозоидов быков -производителей с разным уровнем биопотенциала ПЛБАЦ // III национ. (всерос.) науч. конф. с междунар. участием «Теория и практика современной аграрной науки». Новосибирск. 2020.
7. Самусенко Л.Д., Мамаев A.B. Коновалов К.В Оценка показателей спермопродукции быков- производителей с разным уровнем биоэлектрического потенциала биологически активных центров и в разные сезоны года// Вестник КРАСГАУ.2019. №2 (143).С. 70-76
8. Четвертакова Е.В. Доля аномальных форм спермотозоидов в нативной и криоконсервированной сперме быков разных линий в зимнее-весенний период // Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития: Всерос. науч.-практич. конф. Ч. 2. (секц. 6) I Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2009 а. С. 224-226.
9. Пат. №2778787 «Способ диагностики нарушений воспроизводительной способности проверяемых быков- производителей»
10. Клещев М.А. Оценка морфологических аномалий сперматозоидов у быков -производителей // Эффективное животноводство. 2018. №2. С. 69-71
11. Пыжова Е.А., Иванов Ю., Ескин Г. Влияние комплекса признаков на качество спермы быков-производителей // Молочное и мясное скотоводство. 2011. № 1. С. 21-22.
12. Major morphologicalsperm abnormalities in the bull are related to sperm DNA damage I Enciso M. [et all] II Theriogenology. 2011. Vol. 76. № 1. p. 23-32.
13. Boer P., de Vires M., Ramos L. A mutation study of spermhead shape and motility in the mouse: lessons for the clinic IIAndrology. 2015. № 3. P. 174-202.
14. Saacke R.G. Sperm morphology: Its relevance to compensable and uncompensable traits in semen II Theriogenology. 2008. Vol. 70, № 3. P. 473-478.
REFERENCES
1. Diagnostika, terapiya i gruppovaya profilaktika bolezney organov razmnozheniya bykov-proizvoditeley: metod. posobie I Rosselkhozakademiya, GNU Krasnoyarskiy NIIZh. - Krasnoyarsk, 2014. 46 s.
2. Volkova S.V., Vliyanie vozrasta bykov i vremeni goda na kachestvo spermyI Ali-fanov V.V., Alifanov S.V. II Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2008. №6. S. 5.
3. Mamaev A.V. Samusenko L.D. Izmenenie bioelektricheskogo potentsiala biologicheski aktivnykh tsentrov bykov-proizvoditeley raznogo vozrasta i s raznym kachestvom spermoproduktsii // Vestnik agrarnoy nauki. 2019. №1. S. 63-69.
4. Nauk V.A. Struktura i funktsiya spermiev s.-kh. zhivotnykh pri kriokonservatsii: monografiya. Kishinev: Shtiintsa, 1991. 197 s.
5. Samusenko L.D. Biotekhnologicheskie pokazateli spermoproduktsii bykov raznogo ekogeneza // Biologiya v selskom khozyaystve. 2020. №3 (28). S. 23-27.
6. Samusenko L.D., Mamaev A.V. Kachestvo spermotozoidov bykov - proizvoditeley s raznym urovnem biopotentsiala PLBATs // III natsion. (vseros.) nauch. konf. s mezhdunar. uchastiem «Teoriya i praktika sovremennoy agrarnoy nauki». Novosibirsk. 2020.
7. Samusenko L.D., Mamaev A.V. Konovalov K.V Otsenka pokazateley spermoproduktsii bykov- proizvoditeley s raznym urovnem bioelektricheskogo potentsiala biologicheski aktivnykh tsentrov i v raznye sezony goda// Vestnik KRASGAU.2019. №2 (143).S. 70-76
8. Chetvertakova Ye.V. Dolya anomalnykh form spermotozoidov v nativnoy i kriokonservirovannoy sperme bykov raznykh liniy v zimnee-vesenniy period // Innovatsii v nauke i obrazovanii: opyt, problemy, perspektivy razvitiya: Vseros. nauch.-praktich. konf. Ch. 2. (sekts. 6) / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2009 a. S. 224-226.
9. Pat. №2778787 «Sposob diagnostiki narusheniy vosproizvoditelnoy sposobnosti proveryaemykh bykov- proizvoditeley»
10. Kleshchev M.A. Otsenka morfologicheskikh anomaliy spermatozoidov u bykov -proizvoditeley // Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2018. №2. S. 69-71
11. Pyzhova Ye.A., Ivanov Yu., Yeskin G. Vliyanie kompleksa priznakov na kachestvo spermy bykov-proizvoditeley // Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. 2011. № 1. S. 21-22.
12. Major morphologicalsperm abnormalities in the bull are related to sperm DNA damage / Enciso M. [et all] // Theriogenology. 2011. Vol. 76. № 1. p. 23-32.
13. Boer P., de Vires M., Ramos L. A mutation study of spermhead shape and motility in the mouse: lessons for the clinic //Andrology. 2015. № 3. P. 174-202.
14. Saacke R.G. Sperm morphology: Its relevance to compensable and uncompensable traits in semen // Theriogenology. 2008. Vol. 70, № 3. P. 473-478.
