Teplotní závislost motility spermatu u různých druhů ryb

MSc. Hadiseh DADRAS ASYABAR

Doctoral thesis

Temperature dependency of sperm motility in different fish species

Abstract:

The reproduction of fish either in nature or controlled condition in aquaculture is a biological event that can be strongly related to the reproductive success. In addition, study of sperm physiology and control of sperm quality can be taken into account as an issue to obtain successful production in aquaculture systems. It is often admitted that sperm quality as one of the limiting factors of the fertilization success is affected by different factors, so some researches have paid attention to sperm quality. Motility is regarded as one of the most reliable parameters for predicting sperm quality, and to evaluate the sperm fertilizing potential, observation of decrease in sperm motility performance under in vivo or in vitro circumstances has been commonly used. These studies were conducted based on the hypothesis that aims to assess sperm motility characteristics and some physiological changes of spermatozoa (such as antioxidant enzymes activity and lipid composition) in out range of spawning temperature of each species. The investigation of the fish spermatozoa motility function and enzymatic response in relation to different in vitro temperatures was carried out using activation of spermatozoa from taxonomically distant fish species (common carp, rainbow trout and sterlet) at 4, 14, and 24° C. Special attention was taken to the sperm motility parameters (motility rate, duration and velocity), activity of catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD), and thiobarbituric acid-reactive substance (TBARS) content as marker of lipid peroxidation. As results of this study, duration of motility in three aforementioned species were shown to be longest at 4° C compared to 14 and 24° C. In rainbow trout and carp, velocity was significantly increased at 14 °C after 10 and 30 s of spermatozoa activation respectively. While, at 60 s post-activation, the velocity of spermatozoa in sterlet was highest at 24° C. Activity of CAT was in the highest level at 4° C in rainbow trout and sterlet, while no difference was observed in carp spermatozoa. As second aim of the present study, lipid composition was analyzed in motile or immotile carp spermatozoa at different in vitro temperatures (4, 14 and 24° C). The lower proportions of some fatty acids, 18:3 (n-3) and 22:6 (n-3) in motile spermatozoa were detected at 24° C. With respect to importance of phospholipids as source of energy in fish spermatozoa movement, the total phospholipid content was lesser in motile than in immotile spermatozoa at 24° C. At 24° C also, phosphatidylcholine and phosphatidylserine proportions were lesser in motile than immotile spermatozoa. On the basis of these data, lipid composition of carp motile spermatozoa is affected by temperature, with decrease in proportion of some lipid compositions at higher temperature, elevation of sperm curvilinear velocity and decreased duration of the period over which motility is sustained. The third study was designed to investigate role of different factors that might control the activation of spermatozoa motility, using physiological functions of osmolality, calcium (Ca2+) ion and particularly temperature in burbot. Spermatozoa motility was tested at temperatures of 4 and 30° C in following media: seminal fluid (SF), isotonic media (plus Ca2+ and without it) and hypotonic media (plus Ca2+ and without it). With regard to activation of burbot spermatozoa motility in seminal fluid at high temperature (30° C), it seems that no risk of semen handling will occur during hatchery routine practice. The results suggest that initiation of spermatozoa motility in burbot is mediated by the simultaneous involvement of Ca2+ and temperature. Thus, it might be concluded that burbot spermatozoa is more sensitive to high temperature for initiation of motility relative to other freshwater fish species.

Abstract:

Reprodukce ryb ať už v přirozených nebo kontrolovaných podmínkách akvakultury je biologickou záležitostí, která může být silně svázána s reprodukčním úspěchem. Navíc, studium fyziologie spermatu a kontrola kvality spermií může být brána v potaz jakožto nástroj umožňující úspěšnou produkci v akvakulturních systémech. Často se připouští, že kvalita spermatu jakožto jeden z limitujících faktorů reprodukčního úspěchu je ovlivňována různými faktory, proto některé výzkumy věnují pozornost kvalitě spermatu. Motilita je považována za jeden z nejspolehlivějších parametrů pro predikci kvality spermatu a pro zhodnocení oplozovacího potenciálu spermatu se běžně používá pozorování snížení motility spermatu za in vitro a in vivo podmínek. Tyto studie byly provedeny na základě hypotézy, která má za cíl vyhodnotit charakteristiky motility spermií a některé fyziologické změny spermatu (jako je aktivita antioxidačních enzymů a složení lipidů) v rozmezí výtěrové teploty každého druhu. Bylo provedeno zjištění funkce motility rybích spermií a enzymatické odezvy ve vztahu k různým in vitro teplotám s použitím aktivace spermií u taxonomicky vzdálených druhů ryb (kapr obecný, pstruh duhový a jeseter malý) při 4, 14 a 24 ° C. Speciální pozornost byla věnována parametrům motility spermií (rychlost, trvání a velocita), aktivitě katalázy (CAT) a superoxidu dismutázy (SOD) a látkám reagujícím s kyselinou thiobarbiturovou (TBARS) jakožto ukazatelům peroxidace lipidů. Výsledky studie ukazují, že trvání motility u tří výše zmíněných druhů je nejdelší ve 4°C ve srovnání s 14 a 24°C. U pstruha duhového a kapra byla signifikantně zvýšená velocita při 14°C po 10 a 30s od aktivace spermatu. Zatímco po 60s po aktivaci byla nejvyšší velocita u jesetera malého při 24°C. Aktivita CAT byla nejvyšší při 4°C u pstruha duhového a jesetera malého, zatímco u kapra nebyl pozorován žádný rozdíl. Jakožto další cíl studie byl analyzován obsah lipidů mezi pohyblivým a nepohyblivým kapřím spermatem za různých in vitro teplot (4, 14 a 24°C). Nejnižší obsah některých mastných kyselin 18:3 (n-3) a 22:6 (n-3) u pohyblivého spermatu byl detekován ve 24°C. Vzhledem k významu fosfolipidů jakožto zdroje energie pro pohyb spermatu, celkový obsah fosfolipidů byl nižší u pohyblivého než u nepohyblivého spermatu ve 24°C. Poměry phosphatidylcholinu and phosphatidylserinu byly nižší u pohyblivého než u nepohyblivého spermatu. Na základě těchto dat lze říci, že obsah lipidů u pohyblivého spermatu kapra je ovlivňován teplotou, sníženým poměrem některých lipidových částí při vyšší teplotě, zvýšením velocity a sníženým trváním periody, po kterou je udržována motilita. Třetí studie byla navržená, aby zkoumala úlohu různých faktorů, které by mohly ovlivnit aktivaci motility spermií s využitím fyziologických funkcí osmolality, iontů vápníku (Ca2+) a obzvlášť teploty u mníka. Motilita spermatu byla testována za teploty 4 a 30°C v následujících roztocích: seminální tekutina (SF), isotonické médium (plus Ca2+ nebo bez), hypotonické médium (plus Ca2+ nebo bez). Pokud jde o aktivaci motility spermatu v seminální tekutině při vysoké teplotě (30°C), zdá se, že během rutinní praxe v líhni nedochází k žádnému riziku při manipulaci se spermatem. Výsledky ukazují, že iniciace motility spermatu u mníka je zprostředkována souběžným působením Ca2+ a teploty. Proto lze dojít k závěru, že sperma mníka je mnohem citlivější na vysokou teplotu při iniciaci motility ve srovnání s jinými sladkovodními druhy ryb.

Keywords

Antioxidační enzymy, složení lipidů, sperma, teplota

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 9. 2018

Thesis defence

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery