Содержание к диссертации
Введение
2. Основная часть 12
2.1 Обзор литературы 12
2.1.1 Методы оценки качества семени у быков-производителей 12
2.1.2 Климат и его воздействие на воспроизводство 29
2.1.3 Атмосферные аномалии и воспроизводство 35
2.1.4 Влияние различных эндогенных и экзогенных факторов на воспроизводительные функции быков-производителей 40
2.1.5 Молочная продуктивность и ее влияние на воспроизводство 44
2.2 Материалы и методика исследований 45
2.3 Результаты собственных исследований 51
2.3.1 Влияние способов содержания быков-производителей на их спермопродукцию 51
2.3.2 Возрастные особенности быков-производителей современной селекции 58
2.3.3 Влияние перепадов атмосферного давления на характеристики семени быков-производителей 61
2.3.4 Качество заморожено-оттаянного семени в зависимости от температурного режима оттаивания 74
2.3.5 Распределение эякулятов у быков-производителей по общему числу сперматозоидов 84
2.3.6 Влияние метеорологических факторов на результативность искусственного осеменения голштинизированных телок черно-пестрой породы 94
2.3.7 Влияние молочной продуктивности за лактацию и сезон отела на продолжительность сервис-периода 100
3. Заключение 105
3.1 Выводы 105
3.2.Предложения производству 107
3.3. Перспективы дальнейшей разработки темы 108
Список использованной литературы 109
- Методы оценки качества семени у быков-производителей
- Влияние способов содержания быков-производителей на их спермопродукцию
- Распределение эякулятов у быков-производителей по общему числу сперматозоидов
- Влияние молочной продуктивности за лактацию и сезон отела на продолжительность сервис-периода
Методы оценки качества семени у быков-производителей
Решающее значение в повышении эффективности ведения животноводства имеет интенсификация воспроизводства сельскохозяйственных животных [Милованов В.К. и др., 1977]. Это способствует более быстрому распространению лучшей генетической информации и существенно повышает продуктивность животных, снижает экономические затраты в животноводстве, увеличивает рентабельность ведения хозяйства [Эрнст Л.К., 2004]. В настоящее время для этой цели используют весь арсенал биотехнологических методов: от использования семени выдающихся быков-производителей и клеточных технологий донаправленного выращивания молодняка для более раннего осеменения в 14-16 месяцев.
Разбавление спермы и снижение концентрации сперматозоидов в дозе для осеменения ведут к тому, что в половые пути самки попадает небольшое количество сперматозоидов, что повышает требования к их качеству, оплодотворяемости. Кроме того, очень важно прогнозирование оплодотворяющей способности, что должно служить основным критерием при окончательном решении о дальнейшем использовании каждого конкретного эякулята.
Основные биологические методы исследования спермы в основном изложены в монографии В.К. Милованова "Биология воспроизведения и искусственное осеменение животных" (1962). С развитием новых биологических методов идет усовершенствование известных и поиск новых приемов исследований, направленных как на улучшения репродуктивного потенциала быков-производителей [Борунова С.М. и др., 2017].
Шапиевым И.Ш. и др. (1994) доказано, что оплодотворяющая способность семени напрямую связана с точностью его комплексной оценки по ряду факторов, таких как целостности и стабильности биологических мембран. К этим же выводам пришли и В.П Кононов и др. (2007).
А.М. Малиновский и др. (1993) установили взаимосвязь оплодотворяющей способности семени от скорости движения сперматозоидов, по их данным сперматозоиды со средней скоростью обладают наилучшей оплодотворяющей способностью.
Однако вышеперечисленные методы не нашли широкого применения в животноводческой практике из-за трудоемкости метода или из-за их неточности.
В работах Пыжовой Е.А. (2011,2011а), исследовавшей 279 быков-производителей 11 пород, было показано, что оплодотворяющая способность была на 27,1% обусловлена генетическими факторами (14,2% - генотипом самого быка, 11,2% - его породой и 1,6% - происхождением). Наивысшая фертильность семени отмечена у быков-производителей черно-пестрой породы – 73,9%, а по голштинской лучшими оказались быки немецкой селекции – 62,0%.
Значительный рост генетического потенциала крупного рогатого скота за последние 30 лет по молочной продуктивности привел к снижению репродуктивных качеств животных, увеличился процент рецессивных летальных генов в популяциях [Жигачев и др. 2012; Зиновьева Н.А. и др., 2016; Гуськова С.В. и др., 2014].Развитие новых методов оценки генотипа крупного рогатого скота, использование индексов, включающих показатели здоровья, наравне с совершенствованием техники репродукции будут способствовать решению ряда проблем с фертильностью животных в стадах [Гуськова С.В. и др., 2014; Рукин И. и др., 2013; Зиновьева Н.А. и др., 2016].
Необходимость разработки методов для точной и объективной оценки функциональной полноценности спермы очень важна для повышения эффективности ее исследований и при создании банка генофонда.
В настоящее время применяемые в производственных условиях традиционные методы оценки подвижности и выживаемости сперматозоидов являются субъективными и часто не коррелируют с оплодотворяющей способностью спермы. В последние годы при разработке методов оценки спермы сельскохозяйственных животных был проведен поиск более точных и объективных критериев и экспресс-тестов до и после замораживания-оттаивания.
Большое внимание было уделено разработке методов дифференциации сперматозоидов по их функциональному состоянию и автоматизации этого процесса с целью минимизации «человеческого фактора». Предложены новые критерии и методы оценки, основанные на антигенных свойствах, иммунофлуоресценции, проницаемости мембран и функционального состояния энергетической системы; определении трансмембранных перемещений ионов К+, Nа+ и Са+ с использованием ионоселективных электродов, потенциала энергетического пробоя мембраны, температуры фазового перехода липидов; измерении скорости движения сперматозоидов, степени повреждения акросом, утечки из клеток ферментов; использовании флуоресцентных зондов [Шапиев И.Ш. и др., 1994; Кононов В.П. и др., 2007; Soler K. et.al., 2017].
Никиткина Е.В. и др. (2017) изучали влияние сверхмалых концентраций производных бензимидазола на устойчивость сперматозоидов к действию повреждающих факторов и показали, что при криоконсервации клеток наблюдается выход ионов калия в окружающую среду, который отрицательно сказывается на живучести сперматозоидов. Производные бензимидазола являются ингибиторами На\+ К+ - АТФ-азы, предотвращают избыточный выход из клеток ионов калия. Их молекулы связываются с рецептором на внешней мембране сперматозоида, вызывая каскадную перестройку всех мембранных структур клетки. Одновременно происходит изменение вязкости воды связанной с молекулами белка мембранных структур, вследствие возникновения водородных связей с молекулами воды и кислотными остатками молекул производного бензимидазола. В результате: а) повышается устойчивость мембранных структур сперматозоидов к повреждающему действию изменения осмотического давления, возникающего в процессе замораживания-оттаивания; б) возможно изменяется и характер кристаллообразования при замерзании воды, связанной с мембранами клеток, в сторону уменьшения их размеров, что снижает их повреждающее действие. Отсутствие выраженного эффекта в промежуточных концентрациях перекликается с «классической» теорией «свободных рецепторов» Стефенсона, согласно которому максимальный эффект может быть получен путем связывания лиганд только с небольшой частью рецепторов [Stephenson R.P., 1956].
Ельчанинова Л.Г. (1972) доказала возможность прогнозировать результаты осеменения коров при использовании фотограмметрического метода оценки спермы быков-производителей. Ею предложен метод определения концентрации сперматозоидов универсальным фотометром. Преимущества фотометра по сравнению с фотоэлектрокалориметрическими приборами заключаются в стабильности измерительной системы при вполне достоверной точности.
Rath D. (1987) и другие качество спермы оценивали по видеомикрографической оценке, с помощью компьютера, соединенного с черно белой видеокамерой, связанной с фазово-контрастным микроскопом.
Установлено, что для точного прогноза оценки качества семени необходимо оценивать не менее 12 кадров, сделанных со скоростью 25 снимков в секунду, а для оценки подвижности - минимум 5, а оценки скорости их движения – 6 кадров. Для достаточной точности метода необходимо, чтобы концентрация оцениваемой спермы исследуемого образца составляла 0,08 млн/мл. Для оценки концентрации спермы объем камеры для спермы составлял 10 мкл. Не учитывали сперматозоиды со скоростью движения менее 18 мкм/с и более 150 мкм/c, чтобы исключить при оценке спермии с повышенной из-за посторонних воздействий скоростью движения или неподвижные спермии. Сравнение с традиционными методами исследования показало пригодность новой методики для оценки качества спермы по подвижности, концентрации и скорости движения спермиев.
Способность спермы быка-производителя к оплодотворению яйцеклетки (фертильность) является важным биологическим и экономическим показателем эффективности воспроизводства крупного рогатого скота [Брагина Е.Е. и др., 2014].
Широкое использование искусственного осеменения позволяет спермой одного быка-улучшателя осеменять до ста тысяч самок в год и, таким образом, влиять на генетическое улучшение стада [Милованов В.К., 1962].
Влияние способов содержания быков-производителей на их спермопродукцию
Изучали спермопродуктивность быков-производителей при привязном и беспривязном содержании (рисунки 1, 2, 3, 4, 5). Размеры помещения для одного быка при привязном содержании составляла 4,5 м2 (длина 3 м, ширина 1,5 м), а беспривязном - 7,6 м2 (длина 3,8 м, ширина 2,0 м)
Выявлено, что животные, содержащиеся беспривязно, показывают более высокие показатели спермопродукции (на 8,6-9,4%), чем содержащиеся привязно.
Работа проведена в условиях ОАО «Московское по племенной работе» по производству и реализации спермы быков-производителей пород молочного направления продуктивности (рисунки 2-5).
Показатели, характеризующие спермопродуктивность исследуемых быков, приведены в таблице 1 и рисунке 5.
Из материалов таблицы видно, что животные, содержащиеся на привязи, в среднем, давали объем эякулята на 0,57-0,74 мл (13-16%) ниже, чем их сверстники на беспривязном содержании, однако количество спермиев в 1 мл семени животных первой группы оказалось в 2012 году на 0,063 млрд, а в 2013 – на 0,136 млрд выше, чем у быков второй группы. В целом же, количество спермиев в эякуляте у производителей на беспривязном содержании в 2012 году оказалось на 0,455 млрд и в 2013 г. на 0,341 млрд выше. Следует отметить, что выявленные различия были статистически высокодостоверными (p 0,001).
Анализ информации об интенсивности накопления необходимого запаса семени от быков, содержащихся на привязи и в вольерах, показал более высокую эффективность беспривязной технологии содержания животных. В среднем от одного взятия по этой группе производителей накапливалось на 8,6%, или 23 дозы больше за одно взятие в 2012 году и на 9,4%, или 28 доз семени и больше за одно взятие в 2013 году по сравнению с быками, содержащимися на привязи. Это объясняется тем, что при беспривязном содержании быки-производители более свободны, меньше подвергаются стрессу и больше могут двигаться внутри помещения, чем при привязном содержании.
Следовательно, беспривязное содержание (рисунки 6,7) производителей, используемых организациями по искусственному осеменению сельскохозяйственных животных для получения и накопления спермы, является более предпочтительным, поскольку позволяет сократить срок формирования запланированного накопления замороженного семени и существенно снизить затраты на содержание эксплуатируемых животных. Более раннее выбытие быка также способствует ускорению смены поколений производителей, оцениваемых по качеству потомства, тем самым ускоряя процесс селекции.
Быки-производители при беспривязном содержании, размер помещения:
Длина – 3,8 м
Ширина – 2,0 м
Высота – 2,0 м.
Подстилка - опилка сухая
Быки-производители при привязном содержании, размер помещения:
Длина – 3,0 м
Ширина – 1,5 м
Высота – 1,8 м.
Подстилка - опилка сухая
Распределение эякулятов у быков-производителей по общему числу сперматозоидов
В задачу наших исследований входило изучение распределения эякулятов у быков-производителей черно-пестрой и голштинской пород на базе ОАО «Московское» по племенной работе» по общему числу сперматозоидов в зависимости от возраста и сезона года, на основе анализа 6742 эякулята от 9 быков.
Эякуляты были распределены по общему числу сперматозоидов произвольно по следующим показателям: до 3-х млрд.; 3,1-5,0 млрд.; 5,1 и выше млрд, а также сравнивалось количество эякулятов, имеющих минимальное число сперматозоидов в эякуляте: до 1,5 млрд; 1,6-2,0 млрд; 2,1-3,0 млрд в эякуляте.
Системный анализ полученных эякулятов проведена в 2011, 2012 и 2013 гг. как по сезонам года, так и в отдельности. А также по совокупности трехлетних показателей.
Учитывая, что для быков-производителей самым плодотворным возрастом считается 4-5 лет [Абилов А.И. и др.] мы проводили анализ от быков-производителей в этом же возрасте.
Результаты исследований показаны в таблице 16 и рисунке 21.
Из таблицы 16 видна четкая зависимость числа сперматозоидов, полученных в эякуляте в различные годы исследования.
Общее число сперматозоидов в эякуляте составило 3,52 млрд в 2011 году, а в 2013 году – 4,04 млрд (Р 0,001). В 2011 году 52,9% эякулятов имели количество сперматозоидов до 3-х млрд и 33,2% – до 3,1-5,0 млрд. Процент эякулятов имеющих концентрацию свыше 5,1 млрд сперматозоидов составил 14% (Р 0,001).
Получение качественных эякулятов зависило от года и составляло 63,2% в 2013 году против 81,7% в 2011 году (Р 0,001). Число эякулятов, имеющих концентрацию свыше 5,0 млрд составил от 14 в 2011г. и 23% - в 2013 году. Основное количество эякулятов (37-55%) содержали в среднем до 3-х млрд сперматозоидов.
На следующем этапе мы проводили анализ полученных эякулятов в зависимости от сезона их получения в разные годы. Было проанализировано 1600 эякулятов, полученных в течение 3-х лет в зимнее время года (рисунок 22 и приложение 6).
Из рисунка 22 и приложения 6 видно, что концентрация сперматозоидов в эякуляте меняется в зависимости от года исследований. В 2011 году она составила 3,5 млрд и 53,4% эякулятов имели концентрацию ниже 3,0 млрд., а у 15% эякулятов концентрация была свыше 5,1 млрд. В 2013 году средняя концентрация составила 3,7 млрд. Причем, у 49,8% эякулятов концентрация была ниже 3-х млрд, до 5,0 млрд у 30,7% и у 20% эякулятов концентрация превышала 5,1 млрд сперматозоидов.
Таким образом, выяснено, что самые качественные эякуляты с высокой концентрацией сперматозоидов (свыше 5,1 млрд), не превышали по количеству 15% и колебались в пределах от 10 до 19%.
В зимнее время года более половины эякулятов содержали число сперматозоидов менее 3-х млрд. В среднем в зимнее время года количество сперматозоидов в эякуляте не превышало 4-х млрд и варьировало между 3,24 и 3,75 млрд.
Аналогичный анализ был нами проведен и в весеннее время года на 1814 эякулятах (рисунок 23 и приложение 7).
Из рисунка 23 и приложения 7 видно, что в 2013 году отмечено увеличение числа сперматозоидов в эякуляте по сравнению с зимним периодом почти на 14,4%, а в 2013 году – 15,9%. Статистически достоверная разница имелась по всем показателям между 2011-2013 гг. и между 2012-2013 гг. (Р 0,001).
Число сперматозоидов свыше 3,1 млрд в 2013 году установлено у 65,7% эякулятов, а в 2011 году - у 51,4% эякулятов, то есть было на 14,3% меньше, что свидетельствует о существенной роли факторов внешней среды на сперматогенез.
В летнее время года (рисунок 24 и приложение 8) число эякулятов с количеством сперматозоидов свыше 5,1 млрд колебалось от 11% до 26%. Общее число сперматозоидов в эякуляте в среднем варьировало между 3,4-4,3 млрд данный анализ был проведен на 1663 эякулятах, полученных в течение 3-х лет.
Из рисунка 24 и приложения 8 видно, что количество эякулятов с 5,1 млрд сперматозоидов и выше составляло 25,8%, из общего числа, изученных нами 354 эякулятов в 2013 году.
Анализ данных по качеству эякулятов в осеннее время также проводили в течение 3-х лет на 1665 эякулятах (рисунок 25 и приложение 9).
Из рисунка 25 и приложения 9 видно, что число сперматозоидов в эякулятах в осенний период, в изучаемые нами годы, составило 3,3 - 4,2 млрд. В 2013 году в сравнении с предыдущими годами, количество сперматозоидов в эякуляте увеличилось на 19 и 27% и составило 4,24 млрд. (Р 0,001).
Анализ по концентрации сперматозоидов показал, что эякулятов, имеющих до 3-х млрд сперматозоидов, в 2011-2012 гг. было в среднем 53-55%, а в 2013 году – почти в два раза меньше (27,85%). Аналогично увеличилось количество эякулятов, имеющих 3,1-5,0 млрд сперматозоидов, и составило в общей сложности 46,8%.
Число эякулятов, имеющих более 5,1 млрд сперматозоидов, увеличивалось от 15,3% в 2011 году до 25,3% в 2013 году (Р 0,01).
Таким образом, выяснено, что в зависимости от внешних факторов достоверно меняются показатели семени у быков.
На основании изученных материалов мы провели системный анализ эякулятов по суммарным показателям за 3 года, в зависимости от сезонов года (рисунок 26 и приложение 10).
Влияние молочной продуктивности за лактацию и сезон отела на продолжительность сервис-периода
Учитывая, что продолжительные стресс - факторы оказывают отрицательное влияние на воспроизводительную функцию самцов и самок, мы проводили исследования по влиянию «селекционного вызванного стресса» у обильномолочных высокопродуктивных коров на результативность искусственного осеменения. В качестве анализа воспроизводительной способности мы учитывали продолжительности сервис-периода (СП), в зависимости от уровня молочной продуктивности.
Исследование охватывало два сезона года: весна – март-май, осень – сентябрь-ноябрь.
На первом этапе исследований мы изучали продолжительность СП у коров в зависимости от молочной продуктивности, отелившихся весной (март-май). Животных условно разделили по молочной продуктивности на 4 группы: I группа – от 4 до 5 тыс. кг; II группа - от 5 до 6 тыс. кг; III группа - от 6 до 7 тыс. кг; IV группа - от 7 до 8 тыс. кг молока за одну лактацию. Данные представлены в таблице 23.
Из таблицы 23 видно, что имеется достоверная разница между группами по молочной продуктивности. Отмечается тесная связь между продуктивностью и продолжительностью СП: с увеличением удоя на каждые 1000 кг молока увеличивалась продолжительность СП на 30-40 дней. Наивысший показатель продолжительности СП, вызванный у животных обильномолочным стрессом, зафиксирован в группе коров с продуктивностью 7000 кг молока и выше за лактацию - 205,3±126,8 суток.
Вариабельность внутри группы и между группами не слишком отличается: нижний лимит составил 38-63 суток (разница 25 суток), высший – 248-396 (разница 148 суток) (таблица 24).
На основании полученных данных можно сделать вывод, что вне зависимости от уровня продуктивности, в стаде имеются «проблемные» животные с довольно продолжительным СП. Такой широкий диапазон этого показателя внутри каждой группы побудил нас провести анализ в группах с целью выяснения уровня «проблемности» животных.
Из таблицы 24 видно, что «проблемность» у коров при достоверной разнице увеличивается в зависимости от продуктивности. Продолжительность СП свыше 100 суток у коров между I, III и IVгруппами составила 30-35% при Р 0,001, а между I и II группами – 24% (Р 0,05). Также выявлено, что критическая продолжительность СП во всех группах, кроме I, наблюдается у 28-39% животных, у которых это показатель превышает 200 суток (Р 0,05).
Второй этап исследований заключался в проведении идентичной работы осенью (сентябрь-ноябрь) и полученные данные представлены в таблице 25.
Из таблицы 25 видно, что между группами, также как и у животных, отелившихся весной, имеется статистически достоверная разница между показателями продуктивности молока за лактацию по отношению к I группе (Р 0,05 и Р 0,001).
По среднестатистическим показателям воспроизводительной способности коров осенний сезон оказал положительное влияние на продолжительность сервис-периода. Она уменьшилась в I группе на 12 суток, во III группе – на 19, во II и IV группах разница этого показателя у коров, отелившихся весной и осенью, не отмечена.
В связи с тем, что у высокопродуктивных животных (свыше 5000 кг молока за лактацию) средняя продолжительность СП составила141-207 суток, мы провели индивидуальный внутригрупповой анализ для определения уровня «проблемности» коров, отелившихся в осенний сезон (таблица 26).
Из таблицы 26 видно, что, как и весной имеется статистически достоверная разница между группами, отелившимися осенью по продолжительности СП. Если в I группе всего 40% животных имело продолжительность СП свыше 100 суток и не было коров с СП свыше 200 суток, то во II группе количество коров с сервис-периодом свыше 100 суток увеличилось на 16%, а количество животных с СП свыше 200 суток достиг 24,4% (Р 0,05).
В III и IV группах «проблемность» показали 65,5% и 80,8% коров, соответственно (Р 0,001). Количество критически «проблемных» коров по сравнению со II и III в IV группе увеличилось на 20% и составило 44,2% (Р 0,001) Это объясняется тем, что IV группа животных отличается обильномолочностью, что в свою очередь вызывает своеобразный стресс, а как правило, стресс отрицательно влияет на воспроизводительную функцию.
Полученные нами данные позволяют заключить, что между продуктивностью коров за лактацию и продолжительностью сервис-периода имеется тесная взаимосвязь. У животных с продуктивностью выше 5000 кг за лактацию с увеличением удоя на каждые 1000 кг удлиняется СП на 30-40 суток. Продолжительность СП у коров с продуктивностью 5000 кг и больше выходит за рамки оптимального показателя, т.к. увеличивается до 143-207 суток в зависимости от уровня продуктивности. Сезон отела незначительно влиял на продолжительность сервис-периода. Начиная с удоя 6000 кг молока за лактацию и выше, процент животных, имеющих продолжительность СП более 100 суток, и весной и осенью составлял 54-85%, а более 200 суток – 24-44%.
Таким образом выяснено, что в высокопродуктивном стаде встречается 24-40% животных с критической продолжительностью СП, что требует особого внимания со стороны зооветеринарного персонала.
Полученные данные могут быть применены при работе над совершенствованием селекционных признаков улучшаемых пород для повышения адаптационных и воспроизводительных функций самок крупного рогатого скота.