Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Zusammenhänge zwischen computergestützt ermittelten spermatologischen Merkmalen und der Fertilität von Bullen

Baltissen, Jens

The objective of this study was to investigate the relationship between spermatological parameters and the fertility of AI-bulls, identified by the Non-Return-Rate (NRR). Additionally the identification of subfertile bulls by a thermoresistance test and a storage test after thawing of semen was tested. Thirty-four young dairy sires were included in a widely set-up field trial for which only investigated sperm was used. After dilution, thawing and at 3 timepoints during each resistency test the parameters progressive motility, motility, integrity of plasma membrane (via SYBR 14 und Propidium-Iodid), VSL, VAP, VCL, DSL, DAP, DCL, BCF, Linearity, Wobble, Straightness and ALH were measured using the CASA-System SpermVision®. Sperm morphology was investigated microscopically using fixed samples after dilution and after thawing. In total 28219 inseminations were included in the analysis, on average 830 per bull. After dilution progressive motility, changes in midpiece, tail, and acrosome defects showed the highest correlation with the NRR. After thawing these were progressive motility, changes at the neck, changes in midpiece and tail as well as acrosome defects. Regression analyses explained 67% of the variance of the NRR after dilution, after thawing it reduced to 42% with progressive motility and acrosome defects respectively changes at the neck and BCF contributing most to the explained variance. Integrity of plasma membrane did not increase the prediction of fertility. Differences between the fertile (quartile highest NRR) and the subfertile group (quartile lowest NRR) were not found in the MANOVA. Using descriptive analyses of the single parameters however, linearity and wobble analyzed during the storage test proved especially useful for the identification of subfertile bulls.  Confirming previous results in the literature, alongside the progressive motility, morphological parameters contributed significantly more to the prediction of the NRR than the kinetic parameters. The prediction rate of 67% was rather high, but still not sufficient for use in practice. Since the CASA-System was fully integrated into the routine work flow of the AI-station, routine analyses of linearity and wobble during the storage test in future trials can ensure the successful identification of fertile bulls. It seems useful to develop further parameters which describe the quality of the single sperm to improve the prediction of the fertility rate.  By the identification of subpopulations of sperm through the analysis of physiological and functional parameters additional information can be retrieved to predict fertility more efficiently.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen spermatologischen Parametern und der Fertilität von Besamungsbullen, bestimmt in Form der Non-Return-Rate (NRR) sowie die Identifikation subfertiler Bullen unter Einbeziehung eines Thermoresistenz- und eines Lagerungstests. In einem groß angelegten Feldversuch, bei dem ausschließlich untersuchtes Sperma zum Einsatz kam, wurden bei 34 Jungbullen nach der Verdünnung und nach dem Auftauen sowie zu je drei Zeiten während der Resistenztests die progressive Motilität, Gesamtmotilität, Viabilität (Plasmamembranintegritätsbestimmung mittels SYBR 14 und Propidium-Iodid), VSL, VAP, VCL, DSL, DAP, DCL, BCF, Linearity, Wobble, Straightness und ALH mittels des CASA-Systems SpermVision® gemessen. Die morphologischen Parameter wurden mikroskopisch an einer fixierten Probe nach der Verdünnung und nach dem Auftauen bestimmt. Insgesamt gingen 28219 Besamungen, durchschnittlich 830 Besamungen pro Bulle, in die Analyse ein. Nach der Verdünnung wiesen die progressive Motilität, Veränderungen an Haupt- und Endstück und Kopfkappenveränderungen, nach dem Auftauen die progressive Motilität, Halsveränderungen, Veränderungen an Haupt- und Endstück und Kopfkappenveränderungen die höchsten Korrelationen zur NRR auf. In der Regressionsanalyse konnten 67% der Varianz an der NRR nach der Verdünnung, aber nur 42% nach dem Auftauen des Spermas aufgeklärt werden. Die Merkmale mit der höchsten Prädiktionsleistung waren nach der Verdünnung die progressive Motilität und die Kopfkappenveränderungen, nach dem Auftauen die Halsveränderungen und die BCF. Die Bestimmung der Membranintegrität mittels SYBR 14 und Propidium-Iodid brachte keine Steigerung der Fruchtbarkeitsvorhersage. Unterschiede zwischen der fertilen Gruppe (Quartil höchste NRR) im Vergleich zur subfertilen Gruppe (Quartil geringste NRR) konnten in der multivariaten Varianzanalyse unter Einbeziehung aller Merkmale nicht aufgezeigt werden. Bei deskriptiver Betrachtung der Einzelmerkmale erwiesen sich insbesondere die Merkmale Linearity und Wobble im Lagerungstest als geeignet zur Trennung fertiler von subfertilen Bullen. In Übereinstimmung mit bisherigen Befunden aus der Literatur hatten abgesehen von der progressiven Motilität die morphologischen Merkmale einen wesentlich höheren Anteil an der Prädiktion des Befruchtungserfolges als die kinetischen Parameter. Die Prädiktionsleistung war mit 67% sehr hoch, für praktische Anwendungen aber noch nicht ausreichend. Da das CASA-Gerät in den Routineablauf der Besamungsstation integriert werden konnte, verspricht die routinemäßige Analyse der Merkmale Linearity und Wobble im Lagerungstest in zukünftigen Studien eine erfolgreiche Trennung fertiler und subfertiler Bullen. Für die Zukunft scheint es einerseits sinnvoll, weitere, die Qualität der einzelnen Spermien beschreibende Parameter zu entwickeln, um die Vorhersage der Fertilität zu steigern. Durch die Analyse der an Hand von physiologischen und funktionellen Merkmalen in Subpopulationen selektierten Spermien könnten andererseits zusätzliche Informationen gewonnen werden, die die Befruchtungskompetenz effizienter beschreiben.

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Baltissen, Jens: Zusammenhänge zwischen computergestützt ermittelten spermatologischen Merkmalen und der Fertilität von Bullen. Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

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