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动物精子细胞中特别是质膜中脂质对精子的受精、顶体反应和精卵融合等生理活动影响重大,同样它们在精子的低温冷冻保存中起着举足轻重的作用。脂质的主要成分是磷脂和胆固醇,因此,对精子细胞磷脂和胆固醇的研究对精子低温冷冻具有重要意义。而且最近这方面的研究比较多并集中于哺乳动物,对鱼类精子脂类的研究相对较少。所以,鱼类精子脂质对精子低温冷冻影响的研究就尤为重要。
本实验主要以模式生物斑马鱼(Daniorerio)的精子为实验材料,首先优化本实验室之前已建立的检测PC(卵磷脂)、PE(脑磷脂)和SM(鞘磷脂)这三种主要磷脂及CHO(胆固醇)的方法。然后检测了鮸鱼、石斑鱼和黄姑鱼精子中冷冻前后这四种脂质的含量并做分析。最后用环糊精做载体改变斑马鱼精子质膜中胆固醇的含量来深入一步探究胆固醇的含量对斑马鱼精子低温冷冻的影响。
检测PC、PE、SM及CHO高效液相色谱条件的优化。本实验在先前建立的检测方法上再次优化,本文采用超声破碎法对精子细胞进行破碎,然后通过有机溶剂萃取法(Bligh&Dyer法)对精子脂类进行提取。采用氨基固相萃取柱对所得精子脂类样品进行净化和初步分离,得到中性脂、脂肪酸和磷脂三种组分。最后采用高效液相色谱法对所得中性脂和磷脂组分进行分析。通过对流动相的组成、检测波长、流速、柱温、色谱柱的型号和长度等方面的筛选,最后确定对PC、PE和SM这三种磷脂的分析采用Rx-SIL(4.6×250mm,5μm)正相柱,乙腈-甲醇-磷酸(90:6.3:3.7,V/V/V)作流动相等梯度洗脱,流速1.2ml/min,柱温40℃,检测波长206nm;对CHO的分析采用Extend-C18(4.6×150mm,5μm)反相柱,100%甲醇作流动相等梯度洗脱,流速1ml/min,柱温30℃,检测波长205nm。
鮸鱼、石斑鱼和黄姑鱼精子冷冻前后脂质检测及与低温冷冻的相关性。采用优化后的方法对样品进行检测,鮸鱼、石斑鱼和黄姑鱼鲜精中PC、PE、SM及CHO的含量分别为131.1、88.7、17.7、14.2μg/108sperm,78.9、51.6、83.1、25.3μg/108sperm和251、135、22.6、11.9μg/108sperm;采用相应的冷冻方案低温冷冻后PC、PE、SM及CHO的含量分别为94.6、63.9、6.1、11.93μg/108sperm,41、31.4、68.4、18μg/108sperm和126、78.5、8.4、8.5μg/108sperm。这三种鱼精子脂质在冷冻后四种脂质的绝对含量均下降,其中CHO(胆固醇)降低的幅度最小,SM(鞘磷脂)下降的幅度最大。实验结果显示,这几种鱼精子在冷冻后活力大幅降低,PC、PE、SM及CHO四种脂质也有显著性减少,并且每种鱼每种脂质减少的幅度也不同。
质膜中胆固醇的增减与斑马鱼精子低温冷冻的关系。首先,实验以环糊精(CD)为载体,其与胆固醇一起处理后得到混合体称之为CLC,CLC与精子一起在室温下孵育可将胆固醇转入到精子质膜中。实验中分别用100μl浓度是1.5、3、5、7、10mg/ml的CLC处理107个精子后再低温冷冻,结果表明5mg/mlCLC处理组冻后活力最高。接下来的实验全部用5mg/mlCLC处理样品。检测处理组和对照组精子PC、PE、SM及CHO四种脂质的含量,结果显示处理组和对照组CHO的含量分别为46μg/108sperm和14μg/108sperm,而PC、PE和SM含量相近。在活力实验中发现冻后精子处理组活力大多数能维持120s,而空白对照组仅能维持60s,并且处理组50%-60%的活力也要高于对照组的30%-40%。通过SY-14/PI双染色实验,结果处理组的质膜完整性能达到70%,而对照组只有40%-50%。线粒体膜电位实验结果显示处理组与对照组的线粒体膜电位没有显著性差别。在人工受精实验中,处理组和对照组的受精率和孵化率都明显低于鲜精组,而处理组的受精率和孵化率比对照组略高但没有显著性差异。总之,CLC确实提高了精子中胆固醇含量、冻后精子活力和冻后精子质膜完整率,但在线粒体膜电位和受精率上作用不明显,总体来说胆固醇增多是对斑马鱼精子低温冷冻有利的。其次,直接用环糊精与斑马鱼精子一起孵育减少其胆固醇含量。同样检测处理组和对照组精子PC、PE、SM及CHO四种脂质的含量,结果显示处理组和对照组CHO的含量分别为9.8μg/108sperm和14.9μg/108sperm,而PC、PE和SM也没差别。在活力实验中发现冻后精子处理组活力大多数仅能维持30s-40s,而空白对照组能维持60s,但在激活后30s内两者活力差别不大。