家畜精子形態的判別與描述

金穗華+王振云+李慧

摘要：對家畜精子形態的判別方式、方法進行了分析研究。目前精子形態的判別仍以人工目測為主，而計算機（軟件）還不能投入到臨床使用中，因為軟件無法分析各個畜種精子形態上的缺陷，不能自動評估檢測結果的可信度，最終還需要人工檢測分析輔助。對各類畸形精子的形態進行了描述，提供了畸形精子形態圖像的分析資料，同時分析了精子畸形的影響因素，不僅為精子形態學深入研究提供了理論基礎，也為今后我國對家畜精液質量的檢驗提供了可靠參考。

關鍵詞：家畜；正常精子；異常精子；形態；判別；描述；畸形精子成因

中圖分類號： S821.3+4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0152-04

收稿日期：2013-09-18

作者簡介：金穗華（1948—），男，江蘇南京人，高級畜牧師，主要從事家畜繁殖與牛凍精生產技術等方面的研究工作。E-mail：suihua48@126.com。精子形態學是反映家畜繁殖能力的一項重要指標，大量的試驗證明，精子形態與其功能密切相關，正常的形態可以保證其正常功能。當形態發生變化和異常（畸形）時，可能影響正常的受精過程，這是由于精子形態所表現的生物學特性均與受精有著密切的關系，因此近年來在家畜繁殖領域，人們越來越重視對種用家畜精子形態變化的監測和評價。

1材料與方法

1.1樣品來源

精液樣品來自國內各個家畜精液的生產企業，有多個品種的公牛、公羊和種豬等的精液。

1.2樣品的檢驗與判定

本研究中各畜種精子形態的檢驗方法與判定分別是參照GB 4143—2008《牛冷凍精液》[1]、GB 20557—2006《山羊冷凍精液》[2]和GB 23238—2009《種豬常溫精液》[3]中的相關方法進行的，在顯微鏡透射光明視野（10×100）下，人工目測精子的形態。樣品檢驗人員應該能夠熟練操作，通過內部人員之間、國內同類實驗室之間檢驗比對的質量控制方法，達到檢驗結果的一致性和可靠性。

2結果與分析

2.1精子的形態結構

精子主要由頭、頸、尾（中段、主段和終段）三部分構成[4]，一般家畜精子的長度約50～60 μm，尾部約占全長的80%。正常精子的頭部呈扁平卵圓形的構造（8 μm×4 μm×1 μm），輪廓規則，其前端部分呈帽狀，也就是通常所說的頂體（acrosome），頂體覆蓋頭部的1/3以上，在頂體上部是頂脊，其后端為核后帽所覆蓋；頂體與核后帽的分界處形成核環（赤道節），常見于頭的中部。頭部長寬比約為2 ∶1，而長寬的比值往往是判斷頭部形態是否正常的重要參考數值之一。精子的頸部最短，位于頭部以后，呈圓柱狀或漏斗狀，又稱連接段。精子尾部的主要結構是貫串于中央的軸絲，中段細長，輪廓直而規則，與頭縱軸成一直線，主段最長，由軸絲及其外面的筒狀纖維鞘組成，終段纖維鞘逐漸變細并消失。

2.2精子形態的描述

目前關于精子形態的描述基本上分為2個類型，即正常精子和異常（畸形）精子。

2.2.1正常精子經染色后在顯微鏡下觀察可見精子頭部頂體呈均勻一致的紫紅色，頂體上部的頂脊呈深紫紅色，位于頂體基部的核環（赤道節）顏色略淺，呈規則的月牙形；頸、尾部呈淡紫紅色，尾部細長，自中段、主段和終段逐步由粗變細，呈自然彎曲狀態。

2.2.2異常（畸形）精子精子的異常（畸形）主要是指不正常的變形和缺損，通常按精子缺陷的部位可以分為頭部畸形、頸尾部畸形和其他類畸形。

2.2.2.1頭部異常（畸形）頭部異常主要有以下幾種：1.大頭精子，其特點是整個精子頭部體積明顯增大，在山羊、綿羊精液樣品中檢出有的精子不僅是大頭，同時具有雙尾。2. 小頭精子，大致有3種類型：（1）小圓頭形，頭圓而規則，染色情況下也能看到頭部前端呈帽狀結構；（2）長尖頭形，頭小、細長、尖，呈“長矛”的矛頭狀，染色致密，有的頭部前后端著色不一致；（3）不規則頭形，頭小，形態不規則，常見有菱形、三角形、梨形等，偶見有頂體。3.長形頭精子，其頭部長度明顯增長，寬度減小，頭基部狹窄，此類精子不多見。4.頭部突起精子，在精子頭部出現不規則的突起，主要有（1）瘤狀頂體[5]（knobbed acrosomes），多數出現在頂體部位，局部膨脹或頂脊上呈念珠狀，不僅可以影響精子壽命，大量出現時會導致不孕，這種類型的精子在正常公牛精液中的比例低于1%；（2）皺紋狀頂體[5]（ruffed acrosomes），特點是頂體上有皺紋。5.頂體受損精子，正常精子頭部的頂體具有完整的雙層膜性結構，頂體內含有受精時所必需的酶，一旦頂體受到損傷便泄漏相關的酶，從而失去受精能力，并且如果頂體受損，經常會出現與核膜分離、雙層膜性結構部分消失、頂體反轉與核分離等現象。6.頭部不規則精子，當精子頭部出現不規則的變化時，其受精能力很低，因為這種精子很難穿透卵子的透明帶。7.梨形頭精子，梨形頭精子的頭基部狹窄，頭部呈倒置“梨”狀。8.頭部小缺口精子，這類精子頭部出現不規則小缺口，有報道說精子頭部出現火山口的缺陷（需要在高倍鏡下觀察）對受精率影響最大。9.雙頭精子，這類精子有2個完全分開、完整的頭連于一個精子中段，這類精子難以參與受精。

2.2.2.2頸部和尾部異常（畸形）頸部和尾部異常的精子主要有以下幾類：1.頸部膨脹的精子，這類精子的頸部在頭的基部，2～3顆粒，由于與中段之間沒有明顯的區分界限，因此也可把頸部歸到中段，顯微鏡下觀察可以發現頸部有明顯的膨脹，邊緣不清晰，著色深。2.頸部斷開的精子，頸部是精子最軟弱的部分，精子在體內成熟過程中稍微受到不良影響時，很容易在此脫落，同樣在體外受到某些影響時，也會從頸部斷開，使得尾部脫落，形成無尾精子。3.中、主段畸形的精子，常見的有以下幾類：（1）精子的中、主段線粒體膨脹、變粗；（2）精子無線粒體鞘，從而影響精子的活動；（3）中段末端部分纖維磨損，例如隨著公牛年齡的增長，缺陷范圍增加，從而導致公牛不育；（4）有報道中段畸形的形象如起瓶塞鉆的缺陷（“cork screw” detect），在缺陷出現之前，受孕率正常，缺陷一旦產生則影響精子的正常功能，導致公牛不育。4.線粒體膨脹脫落、纖絲裸露的精子，這類精子的尾部發生細胞質膜破裂，導致線粒體膨脹脫落、纖絲裸露，表1中有1個典型的線粒體膨脹脫落、纖絲裸露的精子形態圖。5.無尾精子，在公畜睪丸退化時，會出現無活力的精子，這類精子的頭和尾已經分開，多在附睪頭部發生，有時頭尾分離的精子可多達50%以上，并且這種缺陷可以遺傳，特別是斷尾或頭不動尾巴動的，多為遺傳缺陷，尾巴不動的則是睪丸退化造成的。6.尾部彎折、卷曲的精子，如果精子的尾部和頭部長軸呈現不一致則為異常，屬彎折、彎卷曲畸形，表現出尾部發生不同程度的彎折、卷曲，這種異常在精子尾部畸形中出現的頻率較高，有的彎折甚至超過90°，發生的原因除了公牛生理方面的因素，采精時某些刺激反應也會造成公畜緊張而導致尾部畸形精子增加。7.雙尾精子，精子在中段為單個，然后分成2個相同粗細的尾；也有情況是2個相同完全分開的尾連于單個頭的。

2.2.2.3其他類的異常（畸形）其他類的畸形主要是指一些發育不全的精子、有原生質滴精子以及凝集精子，主要有這幾類：（1）發育不全的精子，這類精子的頭尾纏繞一起，不能伸展。（2）原生質滴精子，這類精子中的原生質小滴往往在尾部中段下部形成一個原生質滴，可能是這些精子在附睪成熟過程中由于某種原因未能完成最后過程；公畜的采精頻率高，精液中可出現較多的原生質滴精子，這是附睪功能不足或者是部分精子尚未成熟即被排出造成的；據報道，“假性原生質滴”在中段的鞘里面，多數屬不成熟的精子，有這種現象的公牛，隨著年齡增長，其精液品質逐漸衰退。（3）混合畸形精子，同個精子在形態結構上存在2種或2種以上的畸形。（4）凝集精子，數量不等的精子發生頭-頭、尾-尾、頭-尾纏繞的凝集，主要是抗精子抗體引起的凝集。

2.2.2.4形態異常（畸形）精子的觀察異常（畸形）精子形態的觀察與描述詳見表1。

3討論

3.1精子形態的判別

3.1.1人工目測在檢測分析過程中，人為因素是影響分析結果的主要因素，這個因素常常表現在檢測人員的技術水平和個人的主觀性方面，這些都可以很大程度影響檢測結果，因表1畸形精子的形態圖像分析

畸形類別畜種形態觀察形態描述形成的原因及后果頭部畸形公牛精子頭部頂體沿著某一側缺少一塊與輕度擠壓引起的睪丸退化有關，畸形率增加與糖皮質激素的應用有關[5]頭部畸形山羊頂體及內膜一并脫落，頸部膨脹主要是由體外不良影響導致的，多數屬于繼發性缺陷[6]，已失去受精能力頭部畸形公牛頂體及內膜一并脫落主要是由體外不良影響導致的，多數屬于繼發性缺陷[6]，已失去受精能力頭部畸形公牛左：頂體半揭開，露出細胞核；右：頂體完整，頂脊明顯，核環月牙形頂體受損多由精液冷凍、解凍過程造成，已無受精能力

畸形類別畜種形態觀察形態描述形成的原因及后果尾部畸形公牛尾部中段彎折，線粒體脫落，纖絲散露體外受到不良影響而導致，不能運動和受精頭部畸形公牛頭部不規則的突起，多在頂體部位，也稱瘤狀頂體是因透明質酸酶分布不均而使頂脊增厚成瘤，局部膨脹或頂脊上呈念珠狀頭部畸形公牛頭小、圓而規則，染色情況下也能看到頭部前端呈帽狀結構是精子在睪丸發育成熟的過程中受到某種因素影響而導致的形態異常頭部畸形公牛不規則頭形的小頭精子為原發缺陷，除了頭小外，形態上還有呈菱形、三角形、梨形等特點，偶見有頂體頭部畸形綿羊上：頭部體積明顯增大；下：正常精子多數因睪丸精細管的精上皮異常而引起，大頭精子的出現率為0.2%[5]頭部畸形 種豬頭基部狹窄，呈倒梨狀在發育成熟的過程中受到某些因素影響，出現率0.4%[5]頭、尾畸形公牛梨形頭、頭基部狹窄，頸部膨脹，中段線粒體膨脹脫落，纖絲裸露體外受到影響所致，已失去受精能力頸、尾畸形公牛頸部斷開，纖絲散露，尾部遭到致命的損傷多是在體外受到影響造成的；喪失運動能力，失去受精功能，繼發性缺陷[6]尾部畸形公牛從精子發育的情況看屬正常，但尾部彎曲類似的各種尾部彎曲、卷曲和彎折，極可能因附睪機能障礙及體外應激造成，多屬于繼發性缺陷[6]

畸形類別畜種形態觀察形態描述形成的原因及后果尾部畸形公牛尾部嚴重卷曲體外的應激造成，多屬于繼發性缺陷[6]發育不全公牛尾部完全不能伸展發育的過程中受到某種因素影響造成，不能運動，無法參與受精，屬于原發性缺陷[6]頭部畸形綿羊有2個完全分開的完整的精子頭，連于同一個精子的尾在睪丸發育成熟的過程中受到影響，導致形態異常變化，不能參與正常的受精尾部畸形山羊有2個完全分開的完整的精子尾，連于同一個精子的頭，頂體完全脫落這是精子在睪丸發育成熟的過程中受到某種影響而導致的形態異常變化，不能參與正常的受精原生質滴公牛精子尾部出現原生質滴；頂體部分脫落多數屬于未成熟精子，生理性原生質滴不超過2%～3%，屬原發性，可以遺傳[5] 尾部畸形公牛只有頭，沒有尾在附睪頭部發生頭尾分離，有時可達50%以上，多為遺傳缺陷[5]；繼發性的，多受精液冷凍影響

此實驗室需要制訂有效的檢測質量控制方案，以保證結果的可靠性，具體應該注意以下幾點。

（1）檢測人員業務素質。檢測人員應該具有一定的專業知識，了解精子的形態與結構，熟悉對標準形態精子的界定，因為對不同標準形態精子的認同不一樣，可導致檢測計數后非標準形態精子（畸形精子）所占的百分比不同。

（2）對視野中精子觀察的順序。一般情況下應先從精子的頭部觀察是否正常，然后才繼續分析精子的其他部分。

（3）制作圖譜。目前實際工作中需要的是給出常見的畸形（非標準形態）精子圖譜[7]，這樣可以有助于檢驗人員對精子形態的分析、評價。

（4）隨時記錄評價結果。精子的染色、觀察、記錄過程應該及時，以保證結果的準確。

（5）確定形態異常的原因。形態異常（畸形）的來源可分為：（1）一次畸形，即睪丸精細管的精上皮異常而引起的，其中包括頭部畸形；（2）二次畸形，即精子通過生殖道時出現的，其中包括彎尾、折尾和頭尾分離等[5]。

也有人將精子的形態異常分為原發性缺陷和繼發性缺陷2種[6]。檢測人員要能夠根據外觀作出基本判別，對于繼發性缺陷的精子（畸形），應該能夠分析是否與環境及人為因素有關。

3.1.2計算機（軟件）的檢測、分析研究者希望通過研究，使得精子形態分析和精子活力檢測一樣實現自動化。近期國內開發的對于人的精子形態分析軟件，不但符合世界衛生組織第5版對正常精子和異常精子的判別標準，可以適應1份標本做2次檢測的要求，而且能檢驗2次檢測的均值是否在95%的可信區間內，必要時還能標明誤差。

然而家畜的精子形態分析軟件基本上不能投入到臨床上，因為該軟件目前無法分析各個畜種精子的缺陷，如大、小頭精子、不定形頭、頂體、頸部、線粒體、胞質小滴、尾部畸形等

復雜的異常態，不能自動評估檢測結果的可信度，最終還是需要人工檢測分析輔助。

3.2異常（畸形）精子形成的原因

異常（畸形）精子的形成由多種影響因素導致，目前的研究表明，主要影響因素涉及生理（年齡、品種、遺傳）、環境條件（氣候、光照、溫度等）、營養（能量、蛋白、維生素、礦物質、微量元素等）、精液處理方式（滲透壓、非電解質、溫度變化等）、病理性（免疫學反應、睪丸發育不良、全睪丸變性等）等。

各種應激因子也可造成公畜生理上的應急反應，導致畸形精子增加，具體情況有：（1）公畜采精過程中突然受某些刺激或者是采精人員的技術不當，導致公畜緊張，射精反常造成尾部彎曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，彎尾的精子比較多，活力低；（3）公畜在圈養情況下發生自體性行為（射精），又稱為“自淫”，經常發生會導致性欲減退，精液量少，精子密度變稀，畸形率升高，并且形成習慣后不容易糾正；（4）有報道表明，日糧中蛋白質過高會引起種公豬的自淫；（5）采精的頻率高（每周射精次數），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某種反應敏感的藥物或者疫苗而形成應激反應，使得精液品質下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影響，如飼喂了霉變的草料，使黃曲霉等有害物質在體內積蓄，影響精液品質，造成死精多，畸形率高；（8）公牛長期飲用含氟量高于正常水平的水，彎尾精子增多。

參考文獻：

[1]GB 4143—2008，牛冷凍精液[S]. 北京：中國標準出版社，2009.

[2]GB 20557—2006，山羊冷凍精液[S]. 北京：中國標準出版社，2006.

[3]GB 23238—2009，種豬常溫精液[S]. 北京：中國標準出版社，2009.

[4]謝成俠，劉鐵錚. 家畜繁殖原理及其應用[M]. 南京：江蘇科學技術出版社，1993：152.

[5]楊學時. 畸形精子及其評定法[C]//全國牛冷凍精液國家標準培訓班論文集. 長春：吉林省農業科學院，1985：134-135.

[6]李孝娟，陳坤，張敏，等. 試述種公牛精子畸形的種類[J]. 黑龍江畜牧獸醫，2001（10）：19-20.

[7]鄭友民. 家畜精子形態圖譜[M]. 北京：中國農業出版社，2013：65-113.李小芬，楊曉志，陶勇，等. 微生態制劑對櫻桃谷肉鴨屠宰性能及肌肉品質的影響[J]. 江蘇農業科學，2014，42（6）：156-157.

3.2異常（畸形）精子形成的原因

異常（畸形）精子的形成由多種影響因素導致，目前的研究表明，主要影響因素涉及生理（年齡、品種、遺傳）、環境條件（氣候、光照、溫度等）、營養（能量、蛋白、維生素、礦物質、微量元素等）、精液處理方式（滲透壓、非電解質、溫度變化等）、病理性（免疫學反應、睪丸發育不良、全睪丸變性等）等。

各種應激因子也可造成公畜生理上的應急反應，導致畸形精子增加，具體情況有：（1）公畜采精過程中突然受某些刺激或者是采精人員的技術不當，導致公畜緊張，射精反常造成尾部彎曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，彎尾的精子比較多，活力低；（3）公畜在圈養情況下發生自體性行為（射精），又稱為“自淫”，經常發生會導致性欲減退，精液量少，精子密度變稀，畸形率升高，并且形成習慣后不容易糾正；（4）有報道表明，日糧中蛋白質過高會引起種公豬的自淫；（5）采精的頻率高（每周射精次數），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某種反應敏感的藥物或者疫苗而形成應激反應，使得精液品質下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影響，如飼喂了霉變的草料，使黃曲霉等有害物質在體內積蓄，影響精液品質，造成死精多，畸形率高；（8）公牛長期飲用含氟量高于正常水平的水，彎尾精子增多。

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3.2異常（畸形）精子形成的原因

異常（畸形）精子的形成由多種影響因素導致，目前的研究表明，主要影響因素涉及生理（年齡、品種、遺傳）、環境條件（氣候、光照、溫度等）、營養（能量、蛋白、維生素、礦物質、微量元素等）、精液處理方式（滲透壓、非電解質、溫度變化等）、病理性（免疫學反應、睪丸發育不良、全睪丸變性等）等。

各種應激因子也可造成公畜生理上的應急反應，導致畸形精子增加，具體情況有：（1）公畜采精過程中突然受某些刺激或者是采精人員的技術不當，導致公畜緊張，射精反常造成尾部彎曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，彎尾的精子比較多，活力低；（3）公畜在圈養情況下發生自體性行為（射精），又稱為“自淫”，經常發生會導致性欲減退，精液量少，精子密度變稀，畸形率升高，并且形成習慣后不容易糾正；（4）有報道表明，日糧中蛋白質過高會引起種公豬的自淫；（5）采精的頻率高（每周射精次數），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某種反應敏感的藥物或者疫苗而形成應激反應，使得精液品質下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影響，如飼喂了霉變的草料，使黃曲霉等有害物質在體內積蓄，影響精液品質，造成死精多，畸形率高；（8）公牛長期飲用含氟量高于正常水平的水，彎尾精子增多。

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