Библиографическое описание:

Каряка В. В., Хохлов А. М. Филогенетические особенности развития половых клеток у хряков разных генотипов и процесс оплодотворения у свиней // Молодой ученый. — 2015. — №5.2. — С. 14-18.

Аннотация. Использование интерференционной микроскопии при оценке генетических и морфологических показателей спермы хряков позволяет устанавливать размеры, количество сухого вещества, белков и ДНК в головках спермиев, формы и частоту встречаемости патологичных спермиев в эякуляте хряка и даёт экспресс метод оценки хряков-производителей по их воспроизводительным качествам.

Ключевые слова: свинья, спермий, яйцеклетка, ядро, цитоплазма, ДНК, порода.

Вступление. Основным фактором повышения генетического потенциала свиней является точность оценки животных. На каждом этапе селекционного процесса, наряду с использованием общепринятых методов оценки экстерьера животных, оценки спермы по густоте, активности и концентрации, необходимо проводить более глубокие, современные исследования с оценкой морфологического и генетического потенциала половых клеток, как самца, так и самки, в зависимости от видовых, возрастных и породных особенностей.

По данным А.Банникова, В. Флинта дикий кабан появился в нижнем олигоцене в Европе и был самым первым диким животным из семейства Suidae, подвергнувшимися доместикации [1]. Свиньи – это наиболее распространенный вид одомашненных животных с широким ареалом. По данным ФАО, в настоящее время в мире насчитывается около 730 пород и породных типов свиней, большую часть из которых разводят в Европе и Китае, в частности, 270 из них считаются редкостными. Одновременно 58 пород (25 региональных и 33 международных), зарегистрированных как широкораспространенных, то есть они размножаются более чем в одной стране [6]. Достоверно, что в мире наиболее распространенными являются пять пород: крупная белая (117 стран), дюрок (93страны), ландрас (91 страна), гемпшир (54 страны) и пьетрен (35 стран) [2]. Возникает вопрос, каков же путь филогенеза этого вида, какие биологические и генетические различия между современными породами свиней и их исходными формами.

Материалы и методы. Для изучения биологических и генетических особенностей исследовали нативную сперму хряков современных мясных пород в сравнении с особенностями половых клеток спермы хряков дикого европейского кабана, который является генетическим корнем при создании отечественных и зарубежных пород свиней. Мазки спермы хряков для интерференционной микроскопии изучали при использовании микроскопа МР1-5, состоящего из поляризатора, анализатора и двоякоприломляющих призм Волластона, позволяющих получать раздвоенные изображения спермиев с противоположенными сдвигами фаз световых волн [7].

При этом изучали как морфологические, так и генетические показатели спермы. Частоту дефектов строения подсчитывали в процентах к общему числу спермиев в поле зрения в интерференционном контрасте, подсчитывалось не менее 1000 половых клеток на различных участках мазка. В интерферационном микроскопе различимы дефекты спермиев, классифицируемые по Э. Блому [8]: мажорные дефекты – дегенеративные, двойные формы, пуговичная акросома, подвижный отдельный хвост, диадема головки, грушеобразные головки, маленькие аномальные головки, отдельные патологические головки, штопорообразный митохондриальный чехлик, проксимальная капелька, псевдокапелька и др. До мажорных относят 15 дефектов спермы. До минорных относят узкие головки, маленькие нормальные головки, гигантские и широкие короткие головки, дистальная капелька, простой излом хвоста, кольцеобразный хвост и др., всего 9 дефектов. Появление минорных аномалий спермиев, в основном обусловлены действием внешних факторов (содержание, кормление животных и т.д.), а появление мажорных дефектов очень часто обусловлено как генотипом производителя, так и влиянием некоторых паратипических факторов. Наряду с этим, нами проведены биологические исследования по возрастным особенностям размеров яичников и яйцеклеток у свиней крупной белой породы.

Результаты и их обсуждение. При исследовании спермы хряков домашних и диких животных, наиболее информативными показателями ее качества являются не только подвижность спермиев, концентрация, но и целостность структуры клеток, количество ДНК и белков в головках спермиев. Исследовали нативную сперму хряков крупной белой породы, ландрас, дюрок и гибридных хряков ландрас × дюрок, а также сперму дикого европейского кабана. Морфофункциональные показатели спермиев дикого кабана и хряков современных пород представлены в таб. 1.

Таблица 1

Морфологические показатели спермы диких и домашних хряков

Хряки

Число эякулятов

Длина головки спермия, мкм

Ширина головки спермия, мкм

Длина средней части спермия, мкм

Площадь головки спермия, мкм²

Дикий кабан

15

8,2 ±0,2

4,6±0,1

14,2±0,2

29,6±0,4

Крупная белая

28

9,1±0,2

4,15±0,1

11,2±0,3

29,5±0,3

Ландрас

14

9,02±0,1

4,0±0,2

11,0±0,3

28,3±0,3

Дюрок

11

9,1±0,2

4,1±0,2

11,1±0,3

29,3±0,3

Ландрас× Дюрок

15

9,1±0,2

4,1±0,4

11,1±0,4

29,3±0,5

Анализ данных таблицы 1 показал, что у дикого европейского кабана длина головки спермия достоверно уступала по размерам половых клеток современным отечественным и зарубежным породам свиней. Однако по ширине головки спермия и длине средней части спермия наблюдается достоверное превосходство у Sus scrofa ferus. Средняя часть сперматозоида или тело спермия имеет мощный митохондриальный аппарат, который способствует как активности, так и адаптивности спермы у дикого европейского кабана. По общей площади головки спермия различия не достоверные.

Содержание сухого вещества в головке спермия и соотношение белка и ДНК представлено в табл. 2.

Таблица 2

Содержание сухого вещества в головках спермиев хряков

Хряки

Число

эякулятов

Сухая масса головки

спермия, пг

Содержание в головке спермия, пг

Соотношение

в (%)

Частота дефектов строения (%)

Белка

ДНК

Белка

ДНК

Дикий кабан

15

8,6±0,3

5,8±0,4

2,8±0,5

67,40

32,60

7,2

Крупная белая

28

8,61±0,2

5,81±0,3

2,8±0,4

67,40

32,60

7,1

Ландрас

14

8,58±0,2

5,98±0,3

2,6±0,4

69,60

30,40

7,3

Дюрок

11

8,5±0,2

5,4±0,3

3,1±0,4

63,50

36,50

12,3

Ландрас× Дюрок

15

8,59±0,5

5,82±0,5

2,77±0,7

67,47

32,53

10,5

 

Исследования показали, что если по сухой массе головки спермиев у дикого кабана и одомашненных свиней различия незначительные, то в соотношении дезоксинуклеиновой кислоты и белка в головке спермия и частоте дефектов в строении половых клеток наблюдаются более существеннее различия. Так, крупная белая порода свиней, созданная в 1851 году в Великобритании, по происхождению от дикого европейского кабана имеет с ним общее филогенетические корни и одинаковое соотношение в головке спермия белка и ДНК (67,4 - 32,6). Датская порода ландрас филогенетически создана при широком участии крупной белой породы свиней. Исследования показали, что у хряков породы ландрас соотношение в головке спермия белка и ДНК (69,6 и 30,4%), а у гибридных хряков (67.47 и 32,53%).

Сперматогенез происходит у хряков во все сезоны года и в течении всего периода половой жизни. У дикого европейского кабана этот процесс изучен недостаточно. У вида Sus scrofa мужская половая клетка резко отличается от женской по величине, форме и подвижности. Длина спермиев колеблется от 35 до 78 мкм, а длина головки от 7 до 10 мкм. Основой головки сперматозоида является ядро, где от 30,4 до 36,5% сухого вещества содержится ДНК.

Яйцевые клетки самки – самые крупные в организме. Они богаты желтком – запасные питательные материалы. У свиноматок диаметр яйцеклетки и зародыша на первых стадиях дробления - 165±0,8 мкм, объем 3,6240млн. μ³, максимальный диаметр 188,8 мкм. При этом проявляются как возрастные, так и видовые особенности. Наши расчеты показали, что при средней площади головки спермия 32 мкм² и толщине – 1,2 мкм, объем головки спермия – 38,4 μ³ или в 110 тыс. раз меньше, чем объем яйцеклетки (табл. 3).

Таблица 3

Линейные размеры яйцеклеток у свиноматок разного возраста (мкм)

Группа

Возраст свиноматок

Кол-во яйцеклеток

Диаметр яйцеклетки

Диаметр овоплазмы

Размер перивител

линового пространства

Толщина прозрачной оболочки

I

6-7 мес.

56

146±0,8

105±0,9

7,5±0,9

13,5±0,4

II

8-9 мес.

68

154±0,7

110±0,8

7,5±1,1

14,4±0,7

III

10-11 мес.

69

157±0,5

112±0,7

8,2±1,0

14,3±0,6

IV

12-13 мес.

86

159,5±0,7

113±0,8

9,0±1,2

14,3±0,8

V

1,5 года

62

161,2±0,8

115±0,6

9,5±0,9

14,3±0,9

VI

2 года

64

165,8±0,6

119±0,7

9,6±1,6

13,8±0,8

VII

4 года

65

166,0±0,8

120,1±0,8

9,2±1,5

13,7±0,8

VIII

5 лет и старше

58

164,1±1,5

116,5±0,9

10,4±1,5

13,4±1,0

 

Процесс оплодотворения. Особенность оплодотворения у свиноматок заключается в том, что яйцеклетки благодаря биологической жидкости, выделяющейся из фолликулов, и засасывающим сокращением яйцевода быстро проходят верхнюю половину яйцевода. Располагаются яйцеклетки обычно группой. Процесс оплодотворения происходит в верхней трети яйцевода в результате чего образуется зигота. Зигота способна к дальнейшему росту и развитию. В самом процессе оплодотворения выделено четыре следующие одна за другой стадии[3-5].

В первой стадии в верхней трети яйцевода происходит встреча яйцеклеток со сперматозоидами. При этом сперматозоиды, выделяя фермент гиалуронидазу разрыхляют фолликулярные клетки яйца. В разрыхлении фолликулярных клеток яйца не существует строго видовой специфичности сперматозоидов по отношению к яйцеклетке. У свиней стадия разрыхления фолликулярных клеток почти отсутствует, так как яйцеклетки при прохождении яйцепровода освобождаются от фолликулярного слоя клеток.

Во второй стадии сперматозоиды проникают через прозрачную оболочку яйцеклетки. В этой стадии уже существует строгая видовая избирательность сперматозоидов. Исследования показали, что сперматозоид проникает в тело яйцеклетки наклонно, внедряясь в её плазму головкой вместе с протоплазматической частью хвоста. При этом акросома спермия является важнейшей органеллой половой клетки, состояние которой в значительной степени определяет оплодотворяющую способность яйцеклетки. Это связано с тем, что внутри акросомы содержится фактор первого этапа оплодотворения – фермент гиалуронидаза, необходимый для разрыхления клеток лучистого венца яйцеклетки, скрепленного гиалуроновой кислотой. Кроме того, в акросоме содержится ингибитор другого важного фактора оплодотворения – трипсиноподобный фермент акрозин, который локализован под акросомой в протоплазме спермия и во внутренней ядерной мембране. Акрозин необходим для осуществления важного этапа оплодотворения – проникновения спермия через прозрачную оболочку яйца. Акрозин разжижает небольшой участок в оболочке и открывает проход для проникновения спермия. Ингибиторы акрозина содержащиеся в акросоме, не позволяют ферменту проявить свою активность раньше времени и произвести разрушительное действие на другие структуры спермия. Кроме того, неповрежденная акросома не дает возможности вытечь акрозину во внешнюю среду. После контакта спермия с яйцеклеткой происходит так называемая акросомная реакция – отторжение акросомы, а с ней и ингибиторов акрозина, что обеспечивает возможность прохождения второго этапа оплодотворения. Морфологически акросома формирует передний край головки сперматозоидов и может быть выявлена микроскопически с использованием фазового контраста или флюоресценции.

В третей стадии происходит проникновение сперматозоида в тело яйцеклетки. В результате избирательности в тело яйцеклетки из прозрачной оболочки проникает только один сперматозоид, растворяющий ферментом гиалуронидазой протоплазму яйца, в результате чего выделяется второе полярное тельце яйцеклетки с половинным набором хромосом. В этот период происходит полное созревание яйца. Протоплазма сперматозоида растворяется в протоплазме яйца, и их пронуклеусы (ядра) сливаются.

В четвертой стадии происходит ассимиляция ядер сперматозоида и яйцеклетки с образованием зиготы. Следует различать многоплодие потенциальное, эмбриональное и фактическое. Под потенциальным многоплодием - подразумевают число образовавшихся яйцеклеток в яичниках маток за один половой цикл. У свиней созревает за один половой цикл, в среднем 15-25 яйцеклеток, однако около 30-50 % их погибает до и после оплодотворения на различных стадиях развития плода. По этому показателю оценивают эмбриональное многоплодие. Фактическое многоплодие – это количество родившихся живых поросят за один опорос. Потенциальное многоплодие у свиноматок базовых пород (крупная белая, ландрас) в норме 17-25 яйцеклеток, а фактическая -10-15 поросят в гнезде, хотя биологический потенциал свиноматки по многоплодию -30-40 яйцеклеток и 26-34 поросят за опорос от свиноматки. В наших исследованиях на крупной белой породе свиней самая крупная масса яичников наблюдается у полновозрастных свиноматок, у которых наибольшая живая масса, а наименьший – у молодых свинок. Более крупные яичники, как правило, содержат большее количество фолликулов, что положительно сказывается на потенциальном и фактическом многоплодии маток.

Выводы

1. Впервые удалось получить нативную сперму у дикого европейского кабана (Sus scrofa ferus) и провести сравнительный анализ морфофункциональных показателей спермы дикого кабана и хряков современных пород.

2. Вариабельность сухой массы головок нативных спермиев у всех исследуемых пород хряков была сравнительно не большой и находилась в пределах 5-7%, что указывает на высокое качество исследуемой спермы.

3. Оплодотворяющая способность спермы зависит от сухой массы головок спермиев, количества ДНК в них и целостности структур клеток.

4. Метод интерференционной микроскопии позволяет достоверно производить морфологическую оценку размеров половых клеток, определять количество сухого вещества, белков и ДНК в головках спермиев и дифференцировать различные дефекты в строений спермиев.

5. Размеры и масса яичников изменяются с возрастом и находятся в прямой зависимости от общего развития свиноматок. Полновозрастные свиноматки имеют наиболее крупные яичники и самое высокое потенциальное многоплодие.

6. Линейные и объемные размеры яйцеклеток у молодых свиноматок мельче, чем у взрослых, что свидетельствует об их биологической неравноценности по сравнению с яйцеклетками взрослых маток.

 

Литература:

  1. Банников А.Г., Флинт В.Е. Жизнь животных.-Т.7.-М.: Просвещение, 1989.-с.426-434.
  2. Гладырь Е.А., Эрнст Л.К. Изучение генома свиней (Sus scrofa) с использованием ДНК – маркеров // Сельскохозяйственная биология, 2009, -№2.- С. 16-27.
  3. Жегунов Г.Ф., Цитоплазматические основы жизни. – Х.: Золотые страницы, 2004, -С.499-569.
  4. Квасницкий А.В. О физиологических резервах в свиноводстве// Свиноводство, 1980. - №7. – С.8-9.
  5. Походня Г.С. и др. Опыт интенсивного воспроизводства свиней.–М.: знания, 1989.–64 с.
  6. Состояние мировых генетических ресурсов животных. Доклад по состоянию мировых генетических ресурсов животных. – Рим, Секретариат ФАО. – 2002. - 63 с.
  7. Bath A.D., Oko R.J. Abnormal morphology of bovine spermatozoa // Iowa State University Press.-1989.-281 p.
  8. Blom E. Sperm morphology with reference to bull infertility // First All – Indian Symp. Anim. Rehrod. Ludhiana. -1977 - P.61-81.
Основные термины: дикого европейского кабана, половых клеток, спермы хряков, головки спермия, хряков современных, сухого вещества, нативную сперму хряков, хряков современных пород, дикого кабана, головках спермиев, площади головки спермия, тело яйцеклетки, Sus scrofa, спермы хряков дикого, гибридных хряков, головке спермия, показателей спермы хряков, крупной белой породы, головках спермиев хряков, спермы хряков домашних

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle