麋鹿精子形態(tài)掃描電鏡觀察

陳 頎 白加德 李俊芳 李夷平 張樹苗

(北京麋鹿生態(tài)實驗中心，北京，100076)

麋鹿(Elaphurus davidianus)是中國特有的瀕危物種，是國家Ⅰ級重點保護野生動物，IUCN紅色名錄列為“野生滅絕”，20世紀初曾在中國本土滅絕。1985年在我國進行了重引入工作，現有麋鹿6000頭左右，是世界上僅存18頭麋鹿的后裔，面臨著嚴重的近親交配問題［1］。通過麋鹿精子形態(tài)結構的觀察，有利于提高人工授精的成功率，利用麋鹿人工授精，建立麋鹿種質資源庫，提高麋鹿血統(tǒng)改良的效率，遏制麋鹿遺傳多樣性的退化趨勢。

精子超微結構研究是檢驗精液品質，揭示精子發(fā)生機制，開展受精生物學研究的一項重要內容［2］。精子的品質直接影響精子的穿卵能力和母體的受孕率［3－5］，麋鹿精子形態(tài)的掃描電鏡觀察尚未見報道，本實驗使用掃描電鏡對12頭處于繁殖季節(jié)的麋鹿的精子進行形態(tài)觀察，觀察其表面的結構，闡明麋鹿精子的超微結構。對研究麋鹿授精機理、繁殖和種質資源的保存［6－7］，特別是利用人工授精技術保護瀕危物種的應用具有重要意義［8］。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 精子標本

2016年6～8月，在麋鹿發(fā)情期，選擇發(fā)情旺盛雄鹿12頭，利用DZCJ-3型電刺激采精儀，對麋鹿進行電刺激采精，取得新鮮精液，通過顯微鏡進行鏡檢，選用精子活動率大于50%的標本12例。

1.1.2 實驗儀器耗材

DZCJ-3型電刺激采精儀，HCP-2臨界點干燥器，SANYO烘箱，IB-5離子濺射儀，eppendorf離心機，Quanta 200掃描電鏡，JEE-420真空噴鍍儀，離心管，樣品托，銀導電膠，眼科鑷子，青霉素小瓶，培養(yǎng)皿，載玻片，牙簽，脫脂棉等。

1.1.3 實驗試劑

0.25%～1%低濃度戊二醛、2.5%戊二醛(由戊二醛化學純配制)、1%鋨酸，丙酮(化學純)、無水乙醇(化學純)、醋酸異戊酯(化學純)、雙蒸水，0.1 mol/L pH 7.2磷酸緩沖液、液體二氧化碳、導電膠等。

1.2 方法

參照人精子掃描電鏡樣本制備方法［9－10］:于精液標本中加入濃度為0.25%的戊二醛，預固定15 min，使精子細胞保持形狀，然后使用低濃度(0.25%～1%)戊二醛固定2 h以上，將精液經2000 r/min，離心10 min，棄去上清液，輕輕加入2.5%的戊二醛，用吹管輕輕吹打，使細胞分散;然后用0.1 mol/L磷酸緩沖液清洗3次，每次5 min，50%、70%、90%乙醇梯度脫水，各1次，每次8 min;100%乙醇脫水3次，每次5 min，醋酸異戊脂置換3次，每次5 min;CO2臨界點干燥;金屬鍍膜;掃描電鏡(Quanta 200)觀察。

2 結果

2.1 精液常規(guī)檢查

由表1可知，對雄性麋鹿電刺激采精12頭次，成功12次，電刺激采精成功率100%，采精量為0.5～2 mL，麋鹿每次射精量平均體積(1.07±0.58)mL，精子的平均密度(10.23±2.77)×108/mL，平均精子活力(0.76±0.09)，72 h鮮精活力(0.62±0.12)，精液品質良好，精液經稀釋液稀釋后72 h，鮮精活力達到0.6以上。

該技術可操作性強，實驗室進行過多次電刺激采精，采精成功率都很高，采集的精液量充足而且質量很高。

表1 麋鹿電刺激采精結果Tab.1 The result of electro-ejaculation from Père David's deer

2.2 掃描電鏡觀察

2.2.1 正常精子形態(tài)

通過掃描電鏡，可以觀察到麋鹿完整的精子，其外形為細長圓柱狀。在掃描電鏡下觀察，麋鹿精子和其他哺乳動物相同，屬于典型的鞭毛精子，精子總長約41 μm。由頭、頸、尾部構成，表面光滑。精子頭部呈梨形，長約6.4 μm，寬約4 μm(圖1)。大部分為精核，精核的電子密度較高，且為濃縮狀。精核的前端較為膨大的部分為頂體，頂體約占頭部的三分之二。連接頭部和尾部的很短的區(qū)域為精子的頸部，細長的部分為精子的尾部，是精子代謝和運動的器官，可分為中段、主段和終段，在和頸部相連接處驟然變細。在掃描電鏡下很難區(qū)別赤道帶，可表現為頂體后溝增寬或位于頭的最厚部分而不顯凹陷。

2.2.2 畸形精子形態(tài)

正常形態(tài)精子的頭部呈梨形，頂體區(qū)較光滑，頸部沒有胞質殘余，尾部可清楚地分為中段、主段和尾段［5，10］，本實驗通過掃描電鏡觀察到了頂體破裂、頸部破裂、頸部膨大、主段膨大等形態(tài)改變的畸形精子，從圖2～圖5可以看出精子的頭部(頂體)、頸部和尾部(主段)均發(fā)生了超微形態(tài)異常。

圖1 正常麋鹿精子的形態(tài)(2000×)Fig.1 The normal morphology of Père David's deer's sperms(2000×)

圖2 頂體破裂的精子(5000×)Fig.2 Sperms with rupture of the acrosome(5000×)

圖3 頸部斷裂的精子(5000×)Fig.3 Sperms with rupture of the neck(5000×)

圖4 頸部膨大的精子(3000×)Fig.4 Sperms with enlargement of the neck(3000×)

圖5 主段膨大的精子(5000×)Fig.5 Sperms with enlargement of the principal piece(5000×)

3 討論

3.1 麋鹿電刺激采精結果

實驗室曾對5只雄性麋鹿進行了6次電刺激采精試驗，均取得了成功，采精技術成熟，電刺激采精成功率100%［8］。分別于6月［1］和9月對12頭雄性麋鹿進行電刺激采精，多數采精量大于1.2 mL，精子活力大于0.6。通過表2可以看出麋鹿每次射精量平均體積、精子的平均密度、平均精子活力、72 h鮮精活力均沒有顯著變化。對9月采集精子進行掃描電鏡觀察，可以觀察到正常精子形態(tài)和部分畸形精子形態(tài)。

表2 2次麋鹿電刺激采精結果對比Tab.2 The result of electro－ ejaculation from Père David's deer

3.2 麋鹿精子結構

與梅花鹿(Cervus nippon)［3］等哺乳動物精子結構相似，麋鹿精子具有膨大的頂體前端，其內儲存著大量的頂體反應所需的多種酶類，以利于受精時精子穿透卵子。其頸段較長，可儲存用于精子運動的大量能量。

3.3 精子樣品的制備

一個合格的掃描電鏡樣品應該能觀察到飽滿的精子細胞、精子表面結構清晰而且無雜物，這就需要關注實驗的漂洗、固定、脫水和干燥等環(huán)節(jié)。合適的實驗條件下，可以觀察到正常麋鹿精子頭部呈梨形。實驗過程中發(fā)現，不同的實驗條件下，會觀察到不同形態(tài)的畸形改變，電鏡下精子頭部明顯皺縮，呈扁片狀，可能原因有:(1)制樣過程中脫水時間過長。由于水的表面具有張力，脫水時間長會使樣品受到脫水張力的損傷，發(fā)生收縮和變形［11］。(2)臨界點干燥不徹底。過渡液醋酸異戊酯與CO2混合后被排盡，去除臨界狀態(tài)下細胞表面張力，從而形成飽滿的形態(tài)［9］，這步臨界點干燥是決定樣品質量的關鍵一步，如果干燥不徹底就會導致細胞黏合成團［12］，不能顯示完成的形態(tài)。因此在制備精子樣品時，需要注意實驗操作。

3.4 精子畸形的部位及原因分析

正常精子標本中可能都有些老、弱、病、殘的精子，實驗中進行電鏡觀察時發(fā)現精子頭部、頸部開裂較多見，而尾部中間斷裂較少。推測是因為:(1)精子是特化細胞，它的頭部和頸部是儲存能量的部位，結構較脆弱，制備過程中耐受性比較差，容易破裂或者斷裂，造成畸形。(2)精子頭部、頸部和尾部的結構和含水量各不相同［13］。而精子尾部含水量相對較多，因此不容易發(fā)生斷裂或開裂現象。

3.5 精子結構研究展望

精子的形態(tài)結構與功能相對應，具備正常的受精能力的精子必須具備完整的形態(tài)結構［14］，畸形的精子受精能力下降明顯。因此在本研究的基礎上，開展對麋鹿精液冷凍保存等研究，進一步分析冷凍精液的形態(tài)結構改變，構建麋鹿冷凍精子庫，應用于麋鹿人工授精，可以有效遏制麋鹿遺傳多樣性的降低，有效保護麋鹿這一珍稀物種。

［1］ 李坤，張林源，鐘震宇，等．麋鹿細管凍精的制備和應用［J］．科技資訊，2011(30):255－256．

［2］ 曾玉峰，閻萍，林金杏，等．哺乳動物精子超微結構研究進展［J］．江西農業(yè)學報，2010，22(9):107－109．

［3］ 馮懷亮，張仁成，郭文場，等．東北梅花鹿精子超微結構的研究［J］．特產研究，1991(4):9－11．

［4］ 董紅燕，陳世超，趙強，等．金錢豹精子的超微結構觀察［J］．動物學報，1988，34(4):384－396．

［5］ 陳大元，段崇文，宋祥芬，等．大熊貓精液品質的研究──精子和非精子的細胞成分超微結構觀察 ［J］．獸類學報，1995，15(1):1－3．

［6］ 曹克清．麋鹿研究［M］．上海:上?？萍冀逃霭嫔?，2005:1－3．

［7］ 丁玉華．中國麋鹿研究［M］．長春:吉林科學技術出版社，2004:1－5．

［8］ 鐘震宇，張林源，李坤，等．麋鹿人工授精技術初步研究［J］．四川動物，2011，30(1):21－24．

［9］ 孔祥林，劉鮮林，常傲霜．人精子掃描電鏡樣品的制備與觀察［J］．貴陽醫(yī)學院學報，2008，33(5):548－550．

［10］ 郭祖文，朱偉杰，曹水良，等．人精子2種掃描電鏡樣品制備方法的比較［J］．生殖與避孕，2006，26(10):598－601．

［11］ 凌詒萍，俞彰．細胞超微結構與電鏡技術——分子細胞生物學基礎［M］．2版．上海:復旦大學出版社，2004．

［12］ 付洪蘭．實用電子顯微鏡技術 ［M］．北京:高等教育出版社，2004:178－182．

［13］ 曹興午．精子形態(tài)學檢驗分析 ［J］．中華檢驗醫(yī)學雜志，2006，29(4):382－384．

［14］ 劉清神，李莉，吳建忠．中國沙皮犬精子的超微結構觀察［J］．仲愷農業(yè)工程學院學報，2009，22(1):49－52．