Vliv inovativních postupů technologie výroby inseminačních dávek býků na jejich oplozovací schopnost

Ing. Jan Pytlík

Disertační práce

Effect of innovative bull insemination doses production on a bulls’ fertilizing capability

Anotace:

Umělá inseminace patří mezi nejrozšířenější a nejvíce využívanou reprodukční biotechnologii dneška. Ve vyspělých zemích je většina hospodářských zvířat narozena právě po inseminování člověkem. Obrovský rozmach této biotechnologie byl odstartován přelomovým objevem ochraného účinku glycerolu na samčí pohlavní buňky při zmrazení. Spojení umělé inseminace a zmrazených inseminačních dávek bezprecedentně ovlivnilo užitkovost a kvalitu produktů hospodářských zvířat. Jedním z nejzásadnějších výzkumů, udávajících směr bádání, bylo a je zkoumání kryokonzervace inseminačních dávek býků. Důvodem je zejména dosavadní poměrně dobrá reakce spermií tohoto živočišného druhu na konvenční kryokonzervační protokoly a rovněž rozšířenost používání umělé inseminace v odvětví dojného skotu. I přes učiněné a významné úspěchy, stále existuje mnoho nevyjasněných otázek, z nichž nejpalčivějšími zůstávají, zda a jak kryokonzervace ovlivňuje zdraví potomků a rovněž jak zajistit životaschopnost spermií a obnovení všech jejich funkcí po rozmrazení. Přetvrvávajícím problémem je totiž nízká přežitelnost funkčně zdatných spermií po rozmrazení a značná variabilita mezi býky. Ve snaze zmírnit nepříznivé účinky mrazu na spermie je vyvíjeno značné vědecké úsilí a mnoho strategií od úpravy volby hlavní složky ředidel, využití různých přídavků či úprav výrobních postupů. A právě na modifikaci jednotlivých výrobních kroků byl zaměřen výzkum provedený v rámci disertační práce. Celkově byly provedeny 3 experimenty, které zhodnotily vliv hlavní složky ředidla, vliv suplementace ředidla nízkodenzitními lipoproteiny a vliv rozdílné ekvilibrace a mrazicí křivky na kvalitativní ukazatele spermií. Mezi sledované parametry, analyzované na průtokovém cytometru, patřila celistvost plazmatické membrány, integrita akrozomu, zastoupení životaschopných spermií či úroveň potenciálu membrány mitochondrií. V případě prvního experimentu byl prokázán pozitivní vliv ředidla na bázi ionizovaného žloutku na kvalitativní parametry spermií. V druhém experimentu bylo průkazně zjištěno, že přídavek nízkodenzitních lipoproteinů zlepšuje kvalitu inseminačních dávek býků. Dále byl prokázán vliv rozdílné ekvilibrace a mrazicí křivky, kdy nejlepší kvalitativní ukazatele byly detekovány u dávek vyrobených při použití 4hodinové ekvilibrace a 2fázové mrazicí křivky. Z výsledků práce vyplývá, že problematiku ne zcela optimálních výsledků ředidel ejakulátu lze řešit ať už úpravou složení či výrobního protokolu. Největší přínos byl prokázán v případě volby hlavní složky ředidla či jeho přídavku.

Abstract:

Artificial insemination is one of the most widely used reproductive biotechnologies today. In developed countries, most livestock are born after artificial insemination. The enormous development of this biotechnology was triggered by the revolutionary discovery of the protective effect of glycerol on male sex cells when frozen. The combination of artificial insemination and frozen insemination doses has had an unprecedented impact on the performance and quality of animal products. One of the most important researches that determined the direction of research was and is the research on cryopreservation of bull insemination doses. This is primarily due to the relatively good response of semen of this species to existing conventional cryopreservation protocols, as well as the widespread use of artificial insemination in the dairy cattle industry. Despite the significant successes that have been achieved, there are still many unresolved questions, the most important of which are whether and how cryopreservation affects the health of the progeny, and how to ensure the viability of the semen and the recovery of all its functions after thawing. Thus, the persistent problem is the low survival rate of functionally fit sperm after thawing and the considerable variability between bulls. In an attempt to mitigate the adverse effects of freezing on sperm, considerable scientific effort has been made and many strategies have been employed, ranging from modifying the choice of the main component of diluents, using different additives or modifying production procedures. It was the modification of the individual production steps that was the subject of the research carried out in this dissertation. A total of 3 experiments were conducted to evaluate the effect of the main component of the diluent, the effect of the addition of low density lipoproteins to the diluent and the effect of different equilibration and freezing curves on sperm quality parameters. Parameters analyzed on the flow cytometer included plasma membrane integrity, acrosome integrity, proportion of viable sperm or mitochondrial membrane potential level. In the case of the first experiment, a positive effect of an ionized yolk-based diluent on sperm quality parameters was demonstrated. In the second experiment, the addition of low density lipoprotein was conclusively found to improve the quality of insemination bulls. Furthermore, the effect of different equilibration and freezing curves was demonstrated, with the best quality parameters found in batches produced using a 4-hour equilibration and a two-phase freezing curve. The results of this work suggest that the problem of suboptimal ejaculate dilution results can be addressed either by modifying the formulation or the production protocol. The greatest benefit was demonstrated in the case of the choice of the main component of the diluent or its addition.

Klíčová slova

býk, spermie, inseminační dávka, kvalita, kryokonzervace, průtokový cytometr, suplementace

Keywords

bull, spermatozoa, insemination dose, quality, supplementation, cryopreservation, flow cytometer

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 5. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Luděk Stádník, Ph.D.
• Oponent: Radek Filipčík, Ing., externi, Jiří Bezdíček, externi, Jan Beran, externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Doktorský studijní program:
Zootechnika