种公猪精液精子密度与其矿物质元素含量相关性分析

王相科，彭钰筝，，宋曼玲，何健，雷燕，曾凡坤*

(1.西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621000；2.成都大帝汉克生物科技有限公司，四川 成都 611130)

规模化生猪养殖场，受胎率是影响母猪年生产力的重要因素，而受胎率的高低取决于公猪精液质量。人类不孕不育症研究发现，不孕不育症约占8%～12%，而其由男性原因引起的不孕不育约占30%～40%[1]。性成熟后的公猪睾丸在持续不断产生精子，从精原细胞到精母细胞再经过精子形成，从睾丸排出，进入附睾完成精子的最后成熟。在精子形成的过程中，很多因素如遗传、年龄、营养水平、季节温度和健康状态等都会对精子的产生、精子的成熟产生影响。

公猪精液质量评估包含了射精量、精子密度、精子活力与活率、精子形态等方面。营养条件不仅影响种公猪的健康，还影响其生殖系统的生长发育、繁殖能力和精液品质[2]。种公猪饲喂适当的锌、硒、钙、铁等矿物质元素可以增加有效射精量，改善精子质量，提高精子活力[3]。国内外在研究微量元素对男性不孕不育时观察到，矿物质元素过高或缺乏导致精子质量下降，而且精液中微量元素的含量与精子的质量之间存在重要关系。精子的质量是评价男性生育能力的最为直接的依据和重要指标，微量元素与男性生殖功能密切相关[4-5]。缺少矿物质元素会对精子生成产生不利影响，导致精子密度偏低、精子活力不强，最终影响母畜受胎率[6-7]。本研究通过对种公猪精液中常量元素和微量元素的测定，旨在探讨不同精子密度精液矿物质元素含量以及精子密度与精液中各矿物质元素含量之间的相关性。

1 材料与方法

1.1 精液样品

样品采集于四川省绵阳市冯氏牧业有限公司种公猪站，随机选取28头健康、年龄为3～4周岁长白大白杜洛克三元杂交种公猪。采用徒手采精法，每个精液样品吸取10 mL保存，共采集28个样品。

1.2 精液密度与pH值

使用日本FHK富士平精子密度测定仪将所有采集的精液进行密度测定。根据精液精子密度测定结果，将28个样品划分为3个密度梯度：分为高密度(≥4 ×109/mL)、中密度(3～3.99 ×109/mL)和低密度(2.0～2.99 ×109/mL)。测定结果为高密度10个样品，中密度9个样品，低密度9个样品。使用PHB-8型笔式pH计测定pH值。

1.3 元素测定

样品消化方法：采用硝酸-高氯酸法进行消化。每个样品取10 mL于凯氏烧瓶中，加数毫升浓硝酸，小心加热至剧烈反应停止后，再加热煮沸至近干，加入20 mL硝酸-高氯酸(1∶1)混合液，缓缓加热，反复添加硝酸-高氯酸混合液破坏完全，小心蒸发至近干，加入适量稀盐酸溶解残渣，过滤后滤液于50 mL容量瓶中定容。将处理后样品送至西南科技大学分析测试中心进行元素测定。

常量元素采用火焰原子吸收光谱仪定量检测(FAAS)，检测仪器为原子吸收光谱仪(PerkinEAA700)，分析测定元素为钾、镁、钠、钙；微量元素采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)，检测仪器为电感耦合等离子体发射光谱仪(赛默飞iCAP6500)，分析测定元素为铬、铜、铁、锰、镍、铅、锌。

1.4 数据统计与分析

数据在Excel表格中进行整理，计算出各样品原精液中矿物质元素含量后，采用SPSS 22.0统计软件进行统计学分析，多组间比较采用单因素方差分析，计量资料若服从正态分布，以“平均数±标准误”表示。

2 结果与分析

将28个精液样品根据精子密度测定结果，划分为高密度、中密度和低密度组，结果见表1。高密度组平均精子密度极显著高于中、低密度组(P<0.01)，中密度组的平均精子密度显著高于低密度组(P<0.05)。

表1 平均精子密度和pH

由表2可见，铬、铁的平均含量低密度组和中密度组极显著高于高密度组(P<0.01)，中低密度组之间无显著差异(P>0.05)；铜的平均含量低密度组极显著高于高密度组(P<0.01)，中密度组和其他2组之间差异均不显著(P>0.05)；镍平均含量随精液精子密度增加呈极显著降低(P<0.01)；锌平均含量中密度组极显著高于高密度和低密度组，高密度组极显著高于低密度组(P<0.01)；锰和铅平均含量各密度组间无显著差异(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可见，钙平均含量低密度组极显著高于高密度、中密度组，高密度组极显著高于中密度组(P<0.01)；镁平均含量低密度组显著高于高密度、中密度组(P<0.05)，而高密度组和中密度组之间差异不显著(P>0.05)；钠和钾平均含量各密度之间差异不显著(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可见，精液精子密度与精液中平均锌含量呈极显著正相关(r=0.594，P<0.01)，与精液中平均铬含量呈极显著负相关(r=-0.638，P<0.01)，与精液中平均铁含量呈极显著负相关(r=-0.480，P<0.01)，与精液中平均镍含量呈极显著负相关(r=-0.830，P<0.01)，与精液中平均铜含量呈显著负相关(r=-0.455，P<0.05)，与精液中平均锰和铅含量无显著相关(P>0.05)。常量元素中，精液精子密度与精液中平均钙、镁、钠和钾含量无显著相关(P>0.05)。

表4 精液精子密度与微量元素含量的相关性

表5 精液精子密度与常量元素含量的相关性

3 讨论

公猪精液品质关系到人工授精的成败、母猪受胎率的高低，好的精液质量不仅可以提高平均产仔数，改善母猪年生产力，还可以把优秀种猪的生产潜能发挥到极致[8]。微量元素在动物体内含量很低，但由于其在分子水平活性很高，因此在雄性动物繁殖过程中起着重要作用。微量元素硒和锌缺乏会降低精子活力和精子数量。

少精、弱精不育症患者精子中钙、镉、铜和铁等元素平均含量高于正常男性，而镁、锰、镍和锌等元素的平均含量则低于正常[9]。与本次研究观察到的低精子密度精液中铜、铁和钙等元素的平均含量极显著高于高密度组，锌元素平均含量中密度组、高密度组则极显著高于低密度组的结果一致，而镍的结果存在差异。锌与精液密度呈正相关，其中锌与精子的稳定性密切相关，精液中的锌离子参与精子内糖酵解和氧化过程，还有保护细胞膜结构的完整性和正常通透性，使精子具有良好的活力和数量增加。有研究证实，猪缺锌后，睾丸萎缩，第二性征发育不全[10]。严重缺锌影响公猪的繁殖机能，主要表现为公猪的睾丸生长发育停止，生精上皮萎缩，垂体促性腺激素和性激素的分泌释放减少，性欲降低，导致精子完全停止生产[3]。人类不孕不育的研究结果也证实缺锌导致男性精子活力和精子数量降低[1]。李世葵等[11]指出精子密度的增加伴有精浆中锌含量的升高，并证明锌能提高精子的数量，与本次研究结果一致。精液矿物质元素锌、钙、镁含量对精子质量、精子活力的影响具有一定的正面性，对精液黏度无明显影响，精浆中锌、钙、镁的含量过低会影响精子的综合质量[12]。本次研究结果观察到钙和镁低密度组含量更高，与上述研究结果存在差异。铁是多种酶的组成成分，是构成血红蛋白的重要组成成分，与体内氧的运输和生物氧化紧密相关，对公猪的贫血和生长发育产生重要影响。但有研究发现弱精、少精不孕不育患者精液中铁含量显著高于正常组[9]。本次研究发现，高密度组铁元素含量显著低于低密度和中密度组。尽管铜是机体某些酶的活性成分，主要发挥催化作用，但二价铜具有很强的氧化还原作用，易造成氧化应激，导致精子DNA损坏，从而对精子具有损害作用[13-14]。另外铜对精子运动的抑制表现为精子运动率及运动速度的降低。精子的运动依靠大量的ATP供能，ATP主要靠葡萄糖的无氧酵解和有氧代谢获得，铜对精子的直接影响是由于抑制了精子呼吸过程的酵解和氧化，使精子活动降低，明显影响精子的存活率[15]。本次研究观察到精液精子密度越高，铜元素含量越低。钙是参与精液液化和凝固的关键因子，其在生理活动的调节中发挥了重要作用，但本次试验得出精子密度越高，钙含量反而降低，其原因有待进一步研究。有关铬对公猪精液精子密度影响的研究尚未见报道。而铬对公猪繁殖性能产生的影响，有人推测铬主要是通过调节公猪脂肪代谢，降低体脂的沉积来使其保持良好的体况、增强耐力，从而发挥其理想繁殖性能[16]。精浆中铅含量对精子的运动能力、运动方式等具有一定的毒害作用[12]。矿物质元素大多来源于日粮和饮水中，种公猪摄入过量重金属元素将对繁殖性能造成伤害。猪的生长需要多种矿物元素，目前研究得知，对公猪繁殖性能影响较明显的有钙、磷、锌、硒、钴[17]。

本次研究表明种公猪精液精子密度显著影响精液中锌、铬、铁、镍、铜、钙、镁元素含量，而对钠、钾、锰、铅元素含量无影响。精子密度与精液锌元素含量呈强的正相关，而与精液铬、铁、镍、铜元素含量呈强的负相关。