魚類精子的生物學(xué)---影響魚類精子活動和壽命的外界因素

雄魚精巢發(fā)育成熟后，精巢和輸精管中含有大量的液狀物，稱為精液。精液對精子有營養(yǎng)和利于輸送的作用，精液中的各種氨基酸和礦物質(zhì)含量及組成與精子的運(yùn)動和壽命密切相關(guān)。

（一）精子的活力和壽命

精液中精子過稠，缺乏氧氣和水分，而二氧化碳的濃度過高，因此。精子在精液中是不活動的。但是，精液遇水后，精子開始劇烈運(yùn)動，很快即死亡。例如：黃鰭鯛精子在鹽度8時，壽命為1 min，平鯛的精子在鹽度 10時，壽命為5s；鰣的精子在鹽度為7時，壽命為3 min; 鰱、草魚精子在淡水中的生命力，一般能維持 50～60s，中華鱘約為5 min，匙吻白鱘 4.4～6 min。精子的活動力隨動物的種類、精子的質(zhì)量和環(huán)境條件等而異。通常，體外受精動物的精子活動持續(xù)時間不如體內(nèi)受精動物的長。淡水動物精子活動持續(xù)時間不如海水動物的長（海水無脊椎動物精子的活動時間一般較長，有的達(dá)十幾小時或幾天）。精子在水中壽命短的主要原因是本身含有的原生質(zhì)非常少，缺乏供運(yùn)動消耗的能量貯備。

精子在水中活動時，只有部分能量消耗在運(yùn)動方面，而大部分能量消耗在調(diào)節(jié)滲透壓方面。魚類的精子在水中處于不等滲環(huán)境中，為了調(diào)節(jié)滲透壓，消耗大量能量來反抗外界水的滲入和滲出，這就加快了精子的死亡。相反，精子在等滲溶液中可大大延長其壽命。如鯉精子在5鹽度的溶液中壽命最長，約1小時4分鐘38秒，比在純水中長60倍。相反，如果把淡水魚類精子置于低滲溶液中，其壽命比在淡水中更為短促。將鯉精子置于蒸餾水中，其壽命僅1分鐘30秒。鰣精子在鹽度5的溶液中壽命約為4分鐘，若置于蒸餾水中，壽命約為1分37秒。

（二）影響魚類精子活動和壽命的外界因素

這些因素包括鹽度（滲透壓）、PH、溫度、光線、金屬離子等。

1、鹽度

鹽度對精子活動力和壽命的影響是通過滲透壓而實現(xiàn)的。觀察精子活動力用渦動時間表示，即自精子激活開始至90%的精子原地顫動止的快速運(yùn)動時間。實驗觀察黃鰭鯛、平鯛、黑鯛三種魚的精子，黃鰭鯛精子在鹽度為8時，即有激活反應(yīng)，從激活到全部死亡時間為1 min,但渦動時間為0。平鯛精子在鹽度為10時，開始有激活反應(yīng)，從激活到全部死亡的時間為5s左右，渦動時間為0。真鯛精子須鹽度高于10時才能激活。這三種魚精子激活的最適宜鹽度分別為21、22和25。在高鹽度條件下（激活鹽度為38-40），黃鰭鯛精子的適應(yīng)性最強(qiáng)，精子活力最好，平鯛精子對高鹽條件的適應(yīng)性差。鰣生殖洄游進(jìn)入淡水后，精子適應(yīng)低鹽度溶液，在鹽度5時壽命最長（表4-2）

海水魚類對鹽度的適應(yīng)能力在不同鹽度范圍內(nèi)有所不同。用蒸餾水和粗制海鹽配成鹽度5，10，15，20，32，40的溶液，以能自由游動的精子占全部精子的百分?jǐn)?shù)表示活力，于室溫（17℃～20℃）下保存了1，24，48 h的牙鲆精子在上述鹽度溶液中的活力和受精能力表明，在 15～30的鹽度范圍內(nèi)，于室溫下保存 1，24和 48 h的牙鲆精子20 min內(nèi)的活力分別為50%～70%、15%～20%和3%～15%，與一定量的卵子混合后，受精卵能正常發(fā)育和孵化，孵出的仔魚能夠正常生長，直至卵黃吸收。當(dāng)牙鲆精子置于蒸餾水中時，精子膜破裂?；|、黑鯛、大彈涂魚和真鯛的精子也是在鹽度15～30時活力達(dá) 50%以上。

不同溶質(zhì)對牙鲆精子運(yùn)動能力的作用不同（表4-3）。牙鲆精子在濃度為 330 μmol/L的蔗糖溶液中的活力為5%，而在相同滲透壓的NaCI和KCI溶液中處于靜止?fàn)顟B(tài)在濃度為 600 μmol/L NaCI和 KCI溶液中，牙鲆精子的運(yùn)動力為 20%，而在 1000 μmol/L蔗糖溶液中全部處于靜止?fàn)顟B(tài)；在適宜的濃度下，精子在蔗糖溶液中運(yùn)動速度快，持續(xù)時間長。其原因可能是：NaCI、KCI等在水溶液中以離子形式影響精子，而蔗糖是二聚分子，在水溶液中基本不電離，不能被精子吸收，是通過改變精子的體積而使其內(nèi)部的離子濃度發(fā)生改變。葡萄糖溶液使精子的運(yùn)動能力增強(qiáng)的另一個原因可能是魚類精子能攝取葡萄糖，并將其分解利用。

鮭精子啟動過程中伴隨K＋外流現(xiàn)象。當(dāng)溶液中K＋濃度較高時，鮭精子處于靜止?fàn)顟B(tài)；將溶液稀釋后，鮭精子能運(yùn)動，其內(nèi)部CAMP濃度升高。牙鲆是否具有這種現(xiàn)象目前尚不知曉。但從上表可以看出K＋濃度升高到一定值時會誘導(dǎo)牙鲆精子活動。K＋與其他離子相互作用，共同作用于魚類精子而改變其運(yùn)動能力。當(dāng)溶液中K＋/Na＋＞1/16時，能夠使大麻哈魚精子運(yùn)動。K＋濃度的變化能引起精子細(xì)胞膜局部電動勢的變化，而電動勢的變化是使精子運(yùn)動的主要原因。

將牙鲆精子與人工海水（1000 ml中含 30 g NaCl；0.8 g KCl；1.3 g CaCl2；6.6 g MgSO4；0.18 g NaHCO3）混合，精子的活力接近100%。在這種溶液中逐漸加人EDTANa2（2 mol/L）至其濃度為 10 mol/L時，精子的活力為 20%；至 EDTANa2終濃度為 40 mol/L時，精子活力降至0%。此時再向混合溶液中逐漸加人 CaCl2溶液（2 mol/L），至其終濃度為 20 mol/L、40 mol/L和 80 mol/L，精子的活力沒有恢復(fù)。用相同摩爾數(shù) MgCl2和MgSO4代替人工海水中的CaCl2,使其不含Ca2＋，牙鲆精子的活力分別為 0%和 50%。這表明Ca2+不是牙鲆精子運(yùn)動的必要條件。相反，30 ml的 MgCl2 和 CaCl2 溶液對鯉、團(tuán)頭魴精子已產(chǎn)生輕度抑制作用，150 ml時精子頭朝內(nèi)，尾朝外，頭對頭成群聚集，完全喪失活動能力。16 ml以下的MgCl2和CaCl2對大麻哈魚、鯉、團(tuán)頭魴等魚類的精子活力無抑制作用。

魚類精子的生理特性與其生態(tài)環(huán)境相適應(yīng)。大彈涂魚穴居于半咸水和有機(jī)質(zhì)豐富的沿岸河口潮間帶灘涂，其精子的適宜鹽度和PH值范圍明顯低于生活于近岸淺海的花鱸、黑鯛和棲息于近海島礁的真鯛。在適宜的溫度、鹽度和PH值范圍內(nèi)，花鱸、黑鯛和真鯛精子運(yùn)動持續(xù)時間超過20 min，大彈涂魚可達(dá) 89～90 min。

2、水溫

溫度也是影響精子活動和壽命的重要因素。各種魚的精子都要求一定的適宜溫度，水溫過高或過低都不利于精子成活。真鯛精子的活力在18.8℃時最高，高于或低于這一溫度，精子活力均下降，低于13.7℃，精子則失去快速運(yùn)動的能力。黑鯛精子在20.6℃時活力最好，高于活低于這個溫度，精子活力均下降。平鯛精子在15.1～20.2℃時，隨著水溫升高，其活力增強(qiáng)，超過20.2℃時則活力下降。在鹽度25的溶液中，水溫15.1時平鯛精子的壽命約37 min，水溫15.1℃時平鯛精子的壽命約37 min ,水溫17.2℃時約58 min，20.2℃時壽命最長約61 min，24.9℃時壽命降至約13 min。斜帶石斑魚精子活力的最適鹽度范圍為27～35，鹽度33時精子活力最強(qiáng)，此時精子的快速運(yùn)動時間和壽命分別為20 min和27 min。鹽度在25℃以下和40以上時精子活力明顯下降，鹽度10時，精子不能激活。

精子壽命在一定范圍內(nèi)隨溫度升高而縮短的主要原因是：溫度越高，精子代謝強(qiáng)度越大，活力也越強(qiáng)，本身能量很快耗盡。相反，低溫能夠降低精子的代謝活動，故能延長精子壽命。有人曾對鰱、草魚精液在不同溫度下的保存時間進(jìn)行了試驗：0℃～4℃時，精液保存2 h，受精力與新鮮精液相同；24 h活動時間縮短為 25～35 s，活精子 80%～100%；36 h壽命為 15～25 s，精子成活率 60%；48 h，壽命僅 10～20 s，成活率 20%～30%；72 h壽命為 0～20 s，僅有 5%～10%活精子。在 26℃～28℃時，精液中的精子 4 h便開始死亡。在26℃～29℃下，鯉精子存活6～9 h；22℃～23℃時能存活14h，而在0℃～2℃條件下精子存活了15晝夜。所以，生產(chǎn)上常采用低溫保存精液。

3、PH值

魚類精子在弱堿性水中活動力最強(qiáng)，壽命最長。過堿或過酸對精子的壽命和活力都有不利影響。用氫氧化鈉和醋酸調(diào)節(jié)自然海水（砂濾）pH，設(shè)置pH梯度。試驗表明，真鯛精子在pH為8.08的溶液，精子活力最好，渦動時間約為23 min，pH高于9.0或低于7.0時，精子活力明顯下降，pH 10.01時，渦動時間只有7.0 min, pH為5.06時，渦動時間僅5.0min?；|精子在pH4.3～10.4的溶液中均能存活，在pH7.8～8.3的溶液中活力最強(qiáng)，渦動時間為24.0～20.0min。中華烏塘鱧精子在鹽度5～15的溶液中，pH5.5～9.5范圍內(nèi)，精子激活率在70%以上，pH6.0～7.5時，精子激活率在90%以上，以pH6.0時激活率最高，活力最好；當(dāng)pH高于6.0時，隨著pH的升高，精子活力逐漸下降；當(dāng)pH低于6.0時，隨著pH降低，精子活力迅速降低，到pH為4.5時，精子不能被激活。

用 l mol/L的HCl和NaOH調(diào)節(jié)過濾海水，使其具有不同的pH值，表明牙鲆、花鱸、黑鯛、真鯛、大彈涂魚精子對PH值具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。pH值在5～9范圍內(nèi)，精子的活力均在50%以上，適宜的PH值約在7～8之間。在對照實驗中發(fā)現(xiàn)，不同PH值的去離子水并不能使精子的運(yùn)動力發(fā)生改變。

不同pH的海水對幾種魚類精子運(yùn)動力（%）的影響

魚類人工繁殖

4、氧和二氧化碳

無氧會抑制精子的呼吸、活動和代謝作用，所以，精子在缺氧條件下比在有氧條件下存活的時間長。二氧化碳對精子有抑制作用，魚類精子在缺氧和二氧化碳濃度高的環(huán)境中不活動。干法受精就是利用精子這一特點(diǎn)，使精子在無水、缺氧的情況下均勻分布于卵表面，加水后精子立即強(qiáng)烈運(yùn)動，鉆入卵中，以提高受精率。

5、光線

紫外線和紅外線對精子有危害作用，因此，不要讓日光直接照射精液，直射的陽光對精子有致死影響。鯉精子經(jīng)陽光直接照射10～15min后，有80%～90%死亡。用等滲液稀釋鯉精液，放在陽光下精子異常活躍，但很快就死亡，其壽命隨陽光照度的增加而縮短。但是，白天的散射光對精子并無不良影響。所以，人工受精時不要讓陽光直接照射。保存精液最好用棕色瓶。