雄蜂精液儲存

雄蜂精液儲存

現在的蜜蜂育種工作面臨著重要挑戰，需要培育可以抵御引進的或以前未知的病原體及寄生蟲的蜂種。同時，可利用的基因多樣性在迅速下降，西方蜜蜂的亞種和生態型面臨著外來基因型的大量滲入，發展實用的精液儲存方法將可以提高育種者選擇和保存優良蜜蜂種群的能力。目前已成功嘗試了一些使用超低溫冷凍及非冷凍技術儲存精液的方法。

精液儲存方法的成功性評估實驗包括：依據精子活力評估精液質量、統計人工授精蜂王受精囊中的精子數以及比較已授精蜂王所產的工蜂蛹與雄蜂蛹的比例。Harbo還測量了卵的孵化率。不過，這些活體技術需要耗費大量時間和精力，有些試驗還需要損失很多蜂王。一些研究者還對未稀釋或輕微稀釋的精液進行活力測量，發現冷凍-融解的精液與未冷凍精液無差別甚至優于未冷凍精液。

精液的有效儲存技術必須滿足精子存活的最低接受水平。為確定這一水平，Collins（2000）使用新鮮精液和凍死精液的不同比例的混合物對蜂王進行授精，授精后蜂王放入小群中。使用凍死精液（0%新鮮精液）進行授精的蜂王受精囊中無精子，只產雄蜂子。使用25-100%新鮮精液授精的蜂王受精囊中活精子和死精子的比例（由雙熒光染色法確定）在授精后27天沒有明顯區別。使用含50%及以上新鮮精液進行授精的蜂王只產工蜂。所以，她認為精子儲存應該達到50%的存活水平以保證精液的功能。

蜂王人工授精所用的精液通常是新鮮采集或在室溫條件下保存不到一個星期。雄蜂精液在室溫下最長大概可以儲存兩周。2000年，Collins測試了在非冷凍溫度下精子存活的限度。收集的經稀釋的精液儲存在密封的毛細管中，放在室溫下或12℃冰箱中放置一年。使用SYBR-14及碘化丙啶雙熒光染色法測定精子存活情況：在最初6個周內精子存活沒有明顯變化。在6～9周，活精子的數量從80%下降到58%，此水平保持至39周。52周時，保存在室溫下的精液活精子數下降到18.9%。非冷凍儲存法可以進行短期的精液種質保存。根據體外精液的運動性和生存力對儲存時間、雄蜂日齡和污染對精液質量的影響進行研究，分析了4個日齡組（1周、2周、4周及6周日齡）和5種儲存時間（0、1、2、4和6周）。隨儲存時間延長，精液生存能力和能動性明顯下降。但未儲存的精液樣品的運動模式明顯比儲存2周的精液低。隨雄蜂日齡增加，精液生存力明顯下降，但運動模式無改變。被外源顆粒或微生物污染的精液樣品的平均生存力明顯比未被污染的樣品低。

精液儲存實用技術的發展可以明顯提高培育特定基因型及保持遺傳多樣性的能力。所以，精液的低溫儲存技術對蜜蜂保種和育種工作十分有益。但此類技術的發展受到蜜蜂繁殖生物學的阻礙。蜂王羽化出房后不久進行交配，精液儲存在受精囊中，長達2～5年。這意味著冷凍與解凍的精液必須能在受精囊中長期儲存并能產出數以萬計的受精卵。

Harbo（1977）使用液氮儲存的精液對蜂王授精，成功產下工蜂。低溫保護劑為DMSO（二甲基亞砜）。使用精液混合物（60%精液，30%鹽溶液，10%DMSO）授精的蜂王與對照組蜂王相比，受精囊中有41%的精液。不使用DMSO時，精液無存活。遺傳標記顯示蜜蜂精液在-196℃儲存兩年后可以產生后代，使用儲存4天的精液對9只蜂王人工授精，產生22%的工蜂子（范圍在8～55%之間），使用儲存兩年的精液對8只蜂王人工授精，產生8%的工蜂子（范圍在1～25%之間）。

進一步的研究對此儲存技術進行了改良，蜜蜂精液進行以下處理：（1）與10%的DMSO在鹽溶液中進行稀釋，儲存在-196℃；（2）同樣的處理，但儲存在12℃；（3）在鹽溶液中進行稀釋，儲存在12℃；（4）未稀釋、未儲存的精液。對各處理的子代蜂王進行不育性評估，含DMSO的兩組中3%的蜂王產雄蜂卵（第一組為5/166，第二組為6/234），與第三組和第四組差異顯著，后兩組沒有產生后代蜂王，只產雄蜂卵（分別為0/151和0/ 137）。結果顯示，在相應實驗條件下，DMSO引起較低的不育水平。

考慮到西方蜜蜂種內多樣性所受的威脅以及抗病育種所受的壓力，進行雄蜂精液冷凍保存技術研究十分重要。雄蜂精液最常使用的冷凍保護劑為DMSO，使用膜滲透性實驗，Wegener和Bienefeld（2012）測量了4種可能的DMSO替代物1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乙二醇和二甲基甲酰胺的短期毒性。他們還檢測了使用含低溫保護劑的精液人工授精對蜂王受精囊中精子的數量或精子活力的影響。另外，還測試了DMSO和乙二醇混合物是否降低低溫保護劑在活體內的毒性。結果顯示，雖然低溫保護劑的短期毒性都很低，但授精精液中單種低溫保護劑的使用可大大降低到達蜂王受精囊中的精子數量。DMSO也有此效應。乙二醇還可降低到達受精囊的精子的活力。他們認為，過去低估了低溫保護劑對蜜蜂精子和蜂王的毒性。

雄蜂精液的低溫保存受多個因子影響：冷凍速率優化、融解速率優化、低溫保護劑的性質和濃度以及稀釋液的組成。Wegener等（2012）分析了7種體外測試與授精后精子性能的相互關系。測試包括：運動性、細胞構造、暴露于生理化學壓力前后膜的滲透性。他們指出運動性測試結果和到達蜂王受精囊中的精子數量以及授精蜂王中可育卵子的比例明顯相關（相關系數q分別為0.67和0.48）。傳統的雙熒光染色法和新的基于損傷細胞中磷酸葡萄糖異構酶（GPI）滲漏的測試也和到達蜂王受精囊中的精子數相關（q分別為0.54和0.61）。總的認為，運動性、雙熒光染色和GPI-滲漏測試是提高蜜蜂精液低溫保存的有用工具。

Hopkins和Herr（2010）研究了可能影響精子融解后活力的因子，包括低溫保護劑的類型和濃度、冷休克的影響、冷凍速率和溫度敏感性。他們分析了兩種冷卻速率：程序性冷卻和快速冷卻。程序性冷卻是緩慢冷卻樣品，促使胞外結冰而有效使細胞脫水、防止細胞內結冰。而快速冷卻是迅速降低溫度、使細胞內外無法形成冰晶，最低冷卻速率估計為30,000℃/min。這個最低冷卻速率依賴于低溫保護劑的類型和濃度。為了達到這一速率，樣品必須很小，有足夠的表面積。實驗顯示，使用含10%DMSO、緩慢冷卻至結冰溫度之上、以3℃/ min的速率進行冷卻處理的精液活力較高（93%）。此方式冷卻的精液和未冷凍精液相比，活力及能動性無明顯差異。

丁桂玲 譯