Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Einfluss der Handhabung auf die Variabilität in der Qualität kryokonservierten Spermas beim Bullen

Calisici, Duygu

The objective of this study was to evaluate the influence of process technology on the variability in quality of cryopreserved bovine sperm. The effects of time from semen collection to dilution, velocities of cooling, freezing and thawing as well as the method of emptying straws were analysed. For the study six experiments were performed. Plasma membrane integrity (PMI) and acrosomal damage (AD) were evaluated by flow cytometry using the FITC-PNA/PI assay. Variability of sperm quality within the same ejaculate was examined by estimation of coefficient of variation (CV) from results of 5 straws in each batch. In the first experiment in six ejaculates the effect of time of dilution and storage until cooling was analysed. The ejaculates were split into three aliquots: samples of the first aliquot were diluted and filled in straws immediately after assessment. Samples of the second aliquot were also diluted immediately after assessment but then stored for 30 minutes at room temperature before filling in straws. Samples of the third aliquot were stored immediately after semen collection for 30 minutes in a water bath with a temperature of 32°C before dilution and filling in straws. The time interval between semen collection, dilution and filling did not effect  (P>0.05) means and CV of PMI and AD. In the second experiment the effects of cooling rate were analysed. Seventy-six ejaculates of 10 bulls were prepared and divided into two aliquots. The straws of the first aliquot were cooled to 4°C in a cardboard box and the straws of the second aliquot were cooled on commercial metal ramps. The cooling rates were 2.3°C/ min in the cardboard box and 3.3°C/ min. on the ramp. There were no differences (P> 0.05) in means and CV of PMI and AD between semen samples cooled in the cardboard box and on the ramp, respectively. In the third experiment the effect of the amount of straws in the freezer on semen quality was analysed. The freezing of a small ammount of straws (60 straws) led to higher PMI values (P<0.05) and a lower CV of PMI (P<0.05) compared to the processing of more than 5000 straws at the same time. In contrast, there was no effect (P> 0.05) on of the number of frozen straws on means and CV of AD. In the fourth experiment the effects of localisation of straws in the freezer and the effects of partially covering the aperture of the freezer during removal of straws were analysed. Twenty-four ejaculates of 5 bulls were localised at three different places in the freezer (front top = VO, rear upper = HU and rear lower = HO). Neither localisation of straws in the freezer, nor a partially covering of the aperture affected means and CV of PMI and AD (P> 0.05). In the fifth experiment the effect of thawing velocity on semen quality was analysed. Cryopreserved sperm samples (83 ejaculates of 21 bulls) were either thawed in a water bath with a temperature of 37 °C for 30 s (low temperature: LT) or with a temperature of 70 °C for 5 s (high temperature: HT). PMI values were higher after HT (P<0.0001) than after LT, but CVs were lower after HT (P< 0.01) than after LT. In contrast, means of AD were lower after HT (P<0.01) and CVs of AD were higher after HT (P< 0.05). In the sixth experiment the effect of the emptying method of straws was examined. Eighteen ejaculates were used for this experiment. Five straws per ejaculate were emptied by insemination pistol (BP) or alternatively by cutting straws at both ends (ASB). The method of emptying showed no effect (P> 0.05) on means and CVs of PMI and AD. In summary, the study shows that a large amount of straws during the freezing process has a negative impact on quality and variability in quality of cryopreserved bovine sperm. On the other hand, short time thawing at high temperatures improves sperm quality and reduces the variability of semen quality.

Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob und inwieweit die Variabilität in der Qualität kryokonservierten Spermas auf verfahrenstechnische Aspekte unmittelbar nach der Samen­gewinnung und ‑verdünnung, während des Abkühlens, des Einfrierens und Auftauens sowie des Entleerens der Pailletten zurückzuführen ist. Dazu wurden sechs verschiedene Versuchsansätze durchgeführt, in denen die Spermaqualität durchflusszytometrisch anhand der Anteile plasmamembranintakter (PMI) sowie akrosomal geschädigter (AS) Spermien nach FITC-PNA/PI-Färbung erfasst wurde. Die Variabiltät der Spermaqualität innerhalb derselben Ejakulate wurde mit Hilfe der Varationskoeffizienten (VK), die anhand von Einzelbestimmungen der PMI- und AS-Werte an je 5 Pailletten erhoben wurden, quantifiziert. Im ersten Versuch wurden die Auswirkungen des Zeitpunkts der Verdünnung und der Lagerung bis zur Abkühlung an sechs Ejakulaten untersucht. Die Ejakulate wurden hierzu in drei Aliquots gesplittet. Die Proben des ersten Aliquots wurden unmittelbar nach der Beurteilung verdünnt und in Pailletten abgefüllt. Die Proben des zweiten Aliquots wurden ebenfalls unmittelbar nach der Beurteilung verdünnt, dann aber 30 Minuten bei Raumtem­peratur gelagert, bevor sie in Pailletten abgefüllt wurden. Die Proben des dritten Aliquots wurden unmittelbar nach der Samengewinnung 30 Minuten in einem 32 °C warmen Wasserbad inkubiert, danach verdünnt und in Pailletten abgefüllt. Die Zeitintervalle zwischen Spermagewinnung, Verdünnung und Abfüllung des Samens in die Pailletten hatten keinen Effekt (P>0.05) auf die Mittel- und VK-Werte von PMI und AS. Im zweiten Versuch wurden die Auswirkungen der Abkühlungsgeschwindigkeit untersucht. Für diese Studie wurden 76 Ejakulate von 10 Bullen aufbereitet, welche in zwei Aliquots aufgeteilt waren. Die Pailletten des ersten Aliquots wurden in einem Karton und die des zweiten Aliquots auf Metallrampen auf 4°C abgekühlt. Die Abkühlgeschwindigkeiten betrugen im Karton 2,3°C/min und auf der Rampe 3,3°C/min. Zwischen den offen auf der Rampe und den im geschlossenen Karton abgekühlten Spermaproben bestanden keine Unterschiede (P>0.05) in den Mittel- und VK-Werten von PMI und AS. Im dritten Versuch wurden die Auswirkungen der Zahl der während eines Einfriervorganges eingefrorenen Pailletten untersucht. Bei den Spermaproben, bei denen nur 60 Pailletten pro Einfrierprozess eingefroren wurden, waren die PMI-Mittelwerte höher (P<0.05) und die VK-Werte von PMI niedriger (P<0.05) als bei den Proben, bei denen gleichzeitig über 5000 Pailletten kryokonserviert worden waren. Die Mittel- und die VK-Werte von AS unter­schieden sich nicht (P>0.05) in Abhängigkeit von der Zahl der eingefrorenen Pailletten. Im vierten Versuch wurden die Auswirkungen der Lokalisation der Pailletten im Einfriergerät während der Kryokonservierung und einer teilweise Abdeckung der Öffnung des Einfrier­gerätes während der Umlagerung bestimmt. Dafür wurden 24 Ejakulate von 5 Bullen, welche im Einfriergerät an drei verschiedenen Orten (vorne oben = VO, hinten oben = HO und hinten unten = HU) platziert wurden, untersucht. Weder die Lokalisation der Spermien im Ein­friergerät noch eine teilweise Abdeckung der Öffnung des Einfriergerätes wirkten sich auf die Mittel- und VK-Werte von PMI und AS aus (P>0.05). Im fünften Versuch wurden die Auswirkungen der Auftaugeschwindigkeit untersucht. Hierfür wurden 83 Ejakulate von 21 Bullen verwendet. Die Proben wurden bei 37°C für 30 Sekunden (NG) bzw. bei 70°C für 5 Sekunden (HG) aufgetaut. Die PMI-Werte waren bei HG höher (P<0.0001) als bei NG und die VK-Werte niedriger (P<0.01) als bei NG. Die AS-Werte waren nach HG niedriger (P<0.01) als nach NG und die VK-Werte von AS höher (P< 0,05) als nach NG. Im sechsten Versuch wurden die Auswirkungen der Entleerungsmethode der Pailletten unter­sucht. Für den Versuch standen 18 Ejakulate zur Verfügung. Die Proben wurden durch Ausdrücken des Spermas mit Hilfe einer Besamungspistole (BP) bzw. durch Aufschneiden an beiden Enden der Pailletten (ASB) entleert. Die Entleerungmethode hatte keine Effekte (P>0.05) auf die Mittel- und die VK-Werte von PMI und AS. Zusammenfassend zeigt die Studie, dass eine hohe Zahl der während eines Prozesses eingefrorenen Pailletten sich negativ auf die Qualität sowie die Variabiltät in der Qualität kryokonservierten Spermas auswirkt. Durch kurzes Auftauen bei hohen Temperaturen kann die Qualität verbessert und die Variabilität in der Qualität des Spermas reduziert werden.

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Calisici, Duygu: Einfluss der Handhabung auf die Variabilität in der Qualität kryokonservierten Spermas beim Bullen. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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