Složení ředidel pro výrobu inseminačních dávek býků a jejich kryoprotektivní účinek na spermie

Ing. Jan Vodička

Doctoral thesis

Composition of diluents for production of the bulls insemination doses and their cryoprotective effect on sperm

Anotácia:

Cílem výroby inseminačních dávek (konzervace ejakulátu býků) je zajistit co nejvyšší oplozovací schopnost spermií, která v průběhu náročného procesu samotné výroby a následné manipulace s inseminačními dávkami klesá o cca 40 až 50 %. Proto je snaha optimalizovat proces výroby dávek pomocí použití vhodného ředidla, popřípadě vhodné koncentrace přídavků různých komponentů, zde tedy LDL cholesterolu, do komerčně vyráběných ředidel. V celém procesu od výroby přes skladování až po užití inseminačních dávek je snaha se vyvarovat, či co nejvíce snížit toxicitu použitých ředidel a jejich přídavků, dále pak také zajistit spermiím dostatečnou odolnost vůči chladovému šoku, ke kterému dochází v průběhu poklesu teplot a zajistit tak harmonický proces mrazení v mrazicím boxu. Stejně tak tomu musí být u následného procesu rozmrazení inseminačních dávek ve vodní lázni vůči zachování jejich co největší oplozovací schopnosti. Postup a způsob ředění spermatu je důležitou součástí výroby inseminační dávky. Jako ředidla jsou dostupné specifické biochemické látky, které ovlivňují oplozovací schopnost spermií a předcházejí jejich poškození v průběhu mrazícího procesu, protože slouží jako ochrana pro spermie během procesu mrazení (snaha zabránit chladovému šoku) včetně dosažení zlepšení motility po následném rozmrazení. Spermie jsou citlivé na teplotu a jejich motilita se snižuje postupně, jak jsou spermie zchlazovány. Chladový šok způsobuje nevratnou ztrátu motility, které lze předcházet mimo jiné také použitím vhodné báze ředidla a aplikací přídavku ochranné látky pro spermie. V rámci sledování vlivu báze ředidla bylo v této práci zjištěno, že ředidla na bázi vaječného žloutku dosáhla vyšší zachování pohyblivosti spermií, než tomu bylo u ředidla bez vaječného žloutku u většiny býků, kromě jednoho. Ve studii byly prokázány signifikantní dopady vlastního vlivu býků tzv. býčí individualita na motilitu, životaschopnost, mitochondriální aktivitu a poškození membrán rozmrazených spermií v jednotlivých ředidlech. Tato skutečnost ukazuje na to, že je velmi vhodné pro konkrétního býka – býčí individualitu (vnitřní podmínky), chovaného za daných vnějších podmínek, pro zachování co nejvyšší oplozovací schopnosti spermií vybrat v rámci inseminační stanice právě dle v této metodice sledovaných ukazatelů, kterými jsou životaschopnost, mitochondriální aktivita a poškození membrán rozmrazených spermií, jedno určité ředidlo z celé škály v současné době vyráběných a komerčně dostupných ředidel, která jsou založena právě na různých bázích. Stejně tomu tak je u stanovení procentní výše přídavku LDL, kde se u daného býka využívaného pro produkci inseminačních dávek v určitých procentních hladinách přídavku LDL oplozovací schopnost spermií zvyšuje či naopak snižuje. Dle výsledků této práce nelze plošně určit, které ředidlo nebo která ředidla jsou pro zachování oplozovací schopnosti v rámci procesu kryokonzervace nejlepší, či jaká je nejvhodnější výše hladiny přídavku LDL. Jedná se zde o působení kombinace vnitřních a vnějších vlivů, včetně frekvence odběrů působících na každého plemenného býky velmi individuálně. Výsledky sledování a jejich vyhodnocení prokazují, že nejen použité báze ředidel založené jak na bázi vaječného žloutku či ionizovaného vaječného žloutku, tak na bázi sójového lecitinu, mají u jednotlivých hodnocených býků rozdílné výsledky v jednotlivých kvalitativních parametrech rozmrazené inseminační dávky. Podobně je tomu ale i u použité výše koncentrace přídavku LDL do inseminační dávky. I zde měly jednotlivé hodnocené kvalitativní pa

Anotácia:

rametry u jednotlivých býků v daných koncentracích rozdílné výsledky v kvalitativních parametrech rozmražených inseminačních dávek. Z uvedených zjištění lze přijmout jednoznačný závěr, že se zde plně projevuje vliv tzv. individuality býka, kdy je velmi vhodné na inseminačních stanicích provést u každého býka použitého v inseminaci sledování reakce jeho ejakulátu či kvalitativních parametrů spermií na dané ředidlo, respektive jeho bázi, a na výši koncentrace přídavku LDL do inseminační dávky. Na základě uvedených poznatků lze v návazných sledováních a výzkumech sledovat další kombinace býčí individuality daného plemenného býka ve vztahu k chovnému prostředí, kdy se dá předpokládat vliv technologie ustájení nebo pastvy v době její sezóny. Zejména je pak účelné v čase sledovat parametry ejakulátu či kvalitativní ukazatele spermií v rámci vlivu býčí individuality ve vztahu k dané krmné dávce, která se přirozeně v průběhu hospodářského roku mění nebo se mění dle zdrojů krmiv. Tak jako se v poslední době v chovu hospodářských zvířat, v tomto případě chovu skotu, stále více do praxe aplikují jednotlivé prvky tzv. precizního zemědělství – nejen v oblasti produkce a využívání krmiv, či technologií získávání mléka – dojení nebo používání sofistikovaných technologií či prvků ustájení a řízení různých vlivů a podmínek chovu, ale v posledních letech i využívání řízených procesů reprodukce ze strany samic, tak se v současné době stále více ukazuje uplatnění i využití různých prvků v rámci precizního zemědělství i u samčí komponenty, tj. inseminační dávky využívané k reprodukci skotu.

Abstract:

The aim of the production of insemination doses (conservation of bull ejaculate) is to ensure the highest possible fertilizing ability of sperm, which decreases by approximately 40 to 50% during the demanding process of production itself and subsequent handling of insemination doses. Therefore, the effort is to optimize the batch production process by using a suitable diluent, or a suitable concentration of additions of various components, in this case LDL cholesterol, to commercially produced diluents. In the entire process, from production to storage to the use of insemination doses, the effort is to avoid or reduce as much as possible the toxicity of the used diluents and their additives, and also to ensure that the spermatozoa are sufficiently resistant to the cold shock that occurs during the drop in temperature, thus ensuring a harmonious freezing process in the freezer box. The same must be true for the subsequent process of thawing the insemination doses in a water bath in order to preserve their greatest possible fertilization ability. The procedure and method of diluting the sperm is an important part of the production of the insemination dose. As diluents, specific biochemical substances are available that affect the fertilizing ability of sperm and prevent their damage during the freezing process, as they serve as protection for sperm during the freezing process (trying to prevent cold shock), including achieving improved motility after subsequent thawing. Sperm are sensitive to temperature and their motility decreases gradually as sperm are cooled. Cold shock causes an irreversible loss of motility, which can be prevented, among other things, by the use of a suitable diluent base and the application of the addition of a protective substance for sperm. As part of monitoring the effect of diluent base, this work found that egg-yolk-based diluents achieved higher sperm motility retention than non-egg-yolk diluents in most bulls except one. The study demonstrated significant effects of the bulls' own influence, the so-called bull individuality, on motility, viability, mitochondrial activity and damage to the membranes of thawed sperm in individual diluents. This fact shows that it is very suitable for a specific bull - bull's individuality (internal conditions), bred under the given external conditions, in order to preserve the highest possible fertilizing ability of spermatozoa to be selected within the insemination station precisely according to the indicators monitored in this methodology, which are viability , mitochondrial activity and damage to the membranes of thawed spermatozoa, one particular diluent from the whole range of diluents currently produced and commercially available, which are based precisely on different bases. The same is the case with the determination of the percentage level of LDL addition, where in a given bull used for the production of insemination doses, at certain percentage levels of LDL addition, the fertilization ability of sperm increases or, conversely, decreases. According to the results of this work, it is not possible to determine across the board which diluent or diluents are the best for preserving the fertilization ability within the cryopreservation process, or what is the most suitable level of LDL addition. This is the effect of a combination of internal and external influences, including the sampling frequency, which affects each breeding bull very individually. The monitoring results and their evaluation prove that not only the used diluent bases based on egg yolk or ionized egg yolk, but also on soy lecithin, have different results in the individual evaluated bulls in the individual qualitative parameters of the thawed insemination dose. However, the same applies to the used concentration of LDL added to the insemination dose. Here, too, the individual evaluated qualitative parameters for individual bulls in the given concentrations had different results in

Abstract:

the qualitative parameters of the thawed insemination doses. From the above findings, a clear conclusion can be made that the influence of the so-called individuality of the bull is fully manifested here, when it is very appropriate at the insemination stations to monitor the reaction of his ejaculate or the quality parameters of the sperm to the given diluent, or its base, for each bull used in insemination, and on the concentration of LDL added to the insemination dose. On the basis of the aforementioned findings, additional combinations of bull individuality of a given breeding bull in relation to the breeding environment can be observed in follow-up monitoring and research, where the influence of housing technology or grazing during its season can be assumed. In particular, it is expedient to monitor ejaculate parameters or sperm quality indicators over time as part of the influence of the bull's individuality in relation to the given feed ration, which naturally changes during the economic year or changes according to feed sources. Just as recently in the breeding of farm animals, in this case cattle breeding, individual elements of so-called precision agriculture are increasingly being applied in practice - not only in the area of production and use of fodder, or milk extraction technologies - milking or the use of sophisticated technologies or elements of housing and the management of various influences and breeding conditions, but in recent years also the use of controlled reproduction processes by females, so the application and use of various elements within the framework of precision agriculture is becoming more and more evident in the male component as well, i.e. insemination doses used for the reproduction of cattle .

Kľúčové slová

býk, spermie, inseminační dávka, oplozovací schopnost, složení ředidel, kryoprotektivní účinek

Keywords

bull, sperm, insemination dose, fertilization ability, composition of diluents, cryoprotective effect

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 5. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. Ing. Luděk Stádník, Ph.D.
• Oponent: Jiří Bezdíček, externi, Jan Beran, externi, Petr Slavík, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme:
Applied Animal Science