種公豬精液精子密度與其礦物質元素含量相關性分析

王相科，彭鈺箏，，宋曼玲，何健，雷燕，曾凡坤*

(1.西南科技大學生命科學與工程學院，四川 綿陽 621000；2.成都大帝漢克生物科技有限公司，四川 成都 611130)

規模化生豬養殖場，受胎率是影響母豬年生產力的重要因素，而受胎率的高低取決于公豬精液質量。人類不孕不育癥研究發現，不孕不育癥約占8%～12%，而其由男性原因引起的不孕不育約占30%～40%[1]。性成熟后的公豬睪丸在持續不斷產生精子，從精原細胞到精母細胞再經過精子形成，從睪丸排出，進入附睪完成精子的最后成熟。在精子形成的過程中，很多因素如遺傳、年齡、營養水平、季節溫度和健康狀態等都會對精子的產生、精子的成熟產生影響。

公豬精液質量評估包含了射精量、精子密度、精子活力與活率、精子形態等方面。營養條件不僅影響種公豬的健康，還影響其生殖系統的生長發育、繁殖能力和精液品質[2]。種公豬飼喂適當的鋅、硒、鈣、鐵等礦物質元素可以增加有效射精量，改善精子質量，提高精子活力[3]。國內外在研究微量元素對男性不孕不育時觀察到，礦物質元素過高或缺乏導致精子質量下降，而且精液中微量元素的含量與精子的質量之間存在重要關系。精子的質量是評價男性生育能力的最為直接的依據和重要指標，微量元素與男性生殖功能密切相關[4-5]。缺少礦物質元素會對精子生成產生不利影響，導致精子密度偏低、精子活力不強，最終影響母畜受胎率[6-7]。本研究通過對種公豬精液中常量元素和微量元素的測定，旨在探討不同精子密度精液礦物質元素含量以及精子密度與精液中各礦物質元素含量之間的相關性。

1 材料與方法

1.1 精液樣品

樣品采集于四川省綿陽市馮氏牧業有限公司種公豬站，隨機選取28頭健康、年齡為3～4周歲長白大白杜洛克三元雜交種公豬。采用徒手采精法，每個精液樣品吸取10 mL保存，共采集28個樣品。

1.2 精液密度與pH值

使用日本FHK富士平精子密度測定儀將所有采集的精液進行密度測定。根據精液精子密度測定結果，將28個樣品劃分為3個密度梯度：分為高密度(≥4 ×109/mL)、中密度(3～3.99 ×109/mL)和低密度(2.0～2.99 ×109/mL)。測定結果為高密度10個樣品，中密度9個樣品，低密度9個樣品。使用PHB-8型筆式pH計測定pH值。

1.3 元素測定

樣品消化方法：采用硝酸-高氯酸法進行消化。每個樣品取10 mL于凱氏燒瓶中，加數毫升濃硝酸，小心加熱至劇烈反應停止后，再加熱煮沸至近干，加入20 mL硝酸-高氯酸(1∶1)混合液，緩緩加熱，反復添加硝酸-高氯酸混合液破壞完全，小心蒸發至近干，加入適量稀鹽酸溶解殘渣，過濾后濾液于50 mL容量瓶中定容。將處理后樣品送至西南科技大學分析測試中心進行元素測定。

常量元素采用火焰原子吸收光譜儀定量檢測(FAAS)，檢測儀器為原子吸收光譜儀(PerkinEAA700)，分析測定元素為鉀、鎂、鈉、鈣；微量元素采用電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)，檢測儀器為電感耦合等離子體發射光譜儀(賽默飛iCAP6500)，分析測定元素為鉻、銅、鐵、錳、鎳、鉛、鋅。

1.4 數據統計與分析

數據在Excel表格中進行整理，計算出各樣品原精液中礦物質元素含量后，采用SPSS 22.0統計軟件進行統計學分析，多組間比較采用單因素方差分析，計量資料若服從正態分布，以“平均數±標準誤”表示。

2 結果與分析

將28個精液樣品根據精子密度測定結果，劃分為高密度、中密度和低密度組，結果見表1。高密度組平均精子密度極顯著高于中、低密度組(P<0.01)，中密度組的平均精子密度顯著高于低密度組(P<0.05)。

表1 平均精子密度和pH

由表2可見，鉻、鐵的平均含量低密度組和中密度組極顯著高于高密度組(P<0.01)，中低密度組之間無顯著差異(P>0.05)；銅的平均含量低密度組極顯著高于高密度組(P<0.01)，中密度組和其他2組之間差異均不顯著(P>0.05)；鎳平均含量隨精液精子密度增加呈極顯著降低(P<0.01)；鋅平均含量中密度組極顯著高于高密度和低密度組，高密度組極顯著高于低密度組(P<0.01)；錳和鉛平均含量各密度組間無顯著差異(P>0.05)。

表2 不同精子密度精液中微量元素平均含量 μg·mL-1

由表3可見，鈣平均含量低密度組極顯著高于高密度、中密度組，高密度組極顯著高于中密度組(P<0.01)；鎂平均含量低密度組顯著高于高密度、中密度組(P<0.05)，而高密度組和中密度組之間差異不顯著(P>0.05)；鈉和鉀平均含量各密度之間差異不顯著(P>0.05)。

表3 不同精子密度精液中常量元素平均含量 μg·mL-1

由表4、表5可見，精液精子密度與精液中平均鋅含量呈極顯著正相關(r=0.594，P<0.01)，與精液中平均鉻含量呈極顯著負相關(r=-0.638，P<0.01)，與精液中平均鐵含量呈極顯著負相關(r=-0.480，P<0.01)，與精液中平均鎳含量呈極顯著負相關(r=-0.830，P<0.01)，與精液中平均銅含量呈顯著負相關(r=-0.455，P<0.05)，與精液中平均錳和鉛含量無顯著相關(P>0.05)。常量元素中，精液精子密度與精液中平均鈣、鎂、鈉和鉀含量無顯著相關(P>0.05)。

表4 精液精子密度與微量元素含量的相關性

表5 精液精子密度與常量元素含量的相關性

3 討論

公豬精液品質關系到人工授精的成敗、母豬受胎率的高低，好的精液質量不僅可以提高平均產仔數，改善母豬年生產力，還可以把優秀種豬的生產潛能發揮到極致[8]。微量元素在動物體內含量很低，但由于其在分子水平活性很高，因此在雄性動物繁殖過程中起著重要作用。微量元素硒和鋅缺乏會降低精子活力和精子數量。

少精、弱精不育癥患者精子中鈣、鎘、銅和鐵等元素平均含量高于正常男性，而鎂、錳、鎳和鋅等元素的平均含量則低于正常[9]。與本次研究觀察到的低精子密度精液中銅、鐵和鈣等元素的平均含量極顯著高于高密度組，鋅元素平均含量中密度組、高密度組則極顯著高于低密度組的結果一致，而鎳的結果存在差異。鋅與精液密度呈正相關，其中鋅與精子的穩定性密切相關，精液中的鋅離子參與精子內糖酵解和氧化過程，還有保護細胞膜結構的完整性和正常通透性，使精子具有良好的活力和數量增加。有研究證實，豬缺鋅后，睪丸萎縮，第二性征發育不全[10]。嚴重缺鋅影響公豬的繁殖機能，主要表現為公豬的睪丸生長發育停止，生精上皮萎縮，垂體促性腺激素和性激素的分泌釋放減少，性欲降低，導致精子完全停止生產[3]。人類不孕不育的研究結果也證實缺鋅導致男性精子活力和精子數量降低[1]。李世葵等[11]指出精子密度的增加伴有精漿中鋅含量的升高，并證明鋅能提高精子的數量，與本次研究結果一致。精液礦物質元素鋅、鈣、鎂含量對精子質量、精子活力的影響具有一定的正面性，對精液黏度無明顯影響，精漿中鋅、鈣、鎂的含量過低會影響精子的綜合質量[12]。本次研究結果觀察到鈣和鎂低密度組含量更高，與上述研究結果存在差異。鐵是多種酶的組成成分，是構成血紅蛋白的重要組成成分，與體內氧的運輸和生物氧化緊密相關，對公豬的貧血和生長發育產生重要影響。但有研究發現弱精、少精不孕不育患者精液中鐵含量顯著高于正常組[9]。本次研究發現，高密度組鐵元素含量顯著低于低密度和中密度組。盡管銅是機體某些酶的活性成分，主要發揮催化作用，但二價銅具有很強的氧化還原作用，易造成氧化應激，導致精子DNA損壞，從而對精子具有損害作用[13-14]。另外銅對精子運動的抑制表現為精子運動率及運動速度的降低。精子的運動依靠大量的ATP供能，ATP主要靠葡萄糖的無氧酵解和有氧代謝獲得，銅對精子的直接影響是由于抑制了精子呼吸過程的酵解和氧化，使精子活動降低，明顯影響精子的存活率[15]。本次研究觀察到精液精子密度越高，銅元素含量越低。鈣是參與精液液化和凝固的關鍵因子，其在生理活動的調節中發揮了重要作用，但本次試驗得出精子密度越高，鈣含量反而降低，其原因有待進一步研究。有關鉻對公豬精液精子密度影響的研究尚未見報道。而鉻對公豬繁殖性能產生的影響，有人推測鉻主要是通過調節公豬脂肪代謝，降低體脂的沉積來使其保持良好的體況、增強耐力，從而發揮其理想繁殖性能[16]。精漿中鉛含量對精子的運動能力、運動方式等具有一定的毒害作用[12]。礦物質元素大多來源于日糧和飲水中，種公豬攝入過量重金屬元素將對繁殖性能造成傷害。豬的生長需要多種礦物元素，目前研究得知，對公豬繁殖性能影響較明顯的有鈣、磷、鋅、硒、鈷[17]。

本次研究表明種公豬精液精子密度顯著影響精液中鋅、鉻、鐵、鎳、銅、鈣、鎂元素含量，而對鈉、鉀、錳、鉛元素含量無影響。精子密度與精液鋅元素含量呈強的正相關，而與精液鉻、鐵、鎳、銅元素含量呈強的負相關。