Flüssigkonservierung von Bullensperma: Status quo und Ergebnisse aus einer randomisierten klinischen Feldstudie

Wiebke, Marie

Dissertation 2023 CC BY 4.0

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Flüssigkonservierung von Bullensperma : Status quo und Ergebnisse aus einer randomisierten klinischen Feldstudie

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Die in den vergangenen Jahrzehnten gesunkene Reproduktionsleistung von laktierenden Milchkühen und die eingeschränkte Verfügbarkeit von Besamungsportionen junger Bullen hohen genetischen Werts stellen zwei Hauptprobleme der modernen Rinderzucht dar. Die Anwendung der Flüssigkonservierung (FK) könnte bei prämaturen Ejakulaten die Menge an produzierten Besamungsportionen erhöhen und durch Schonung der Spermien zu einer besseren Qualität und weniger verworfenen Chargen führen. Auf weiblicher Seite gab es Hinweise, dass FK-Sperma bei verlängerten Intervallen zwischen künstlicher Besamung (KB) und Ovulation zu besseren Ergebnissen führen könnte als Sperma nach Tiefgefrierkonservierung (TG). Das wäre angesichts der hohen Variabilität dieses Intervalls zwischen Individuen ein großer Vorteil. Dennoch findet FK in der asaisonalen Rinderzucht kaum Anwendung. Ziel der Dissertation war es, den aktuellen Forschungsstand der FK von Bullensperma darzulegen und mit dem Stand der FK von Eber- und Hengstsperma ins Bild zu setzen. Weiterhin sollte dem Hinweis auf überlegene Fertilitätsraten von FK-Sperma bei einem verlängerten Intervall zwischen KB und Ovulation im Rahmen einer Feldstudie nachgegangen werden.

Durch Publikation 1 wurde ersichtlich, dass in den letzten Jahren besonders bei der FK von Ebersperma große Fortschritte gemacht wurden und auch in der Hengstspermakonservierung Anstrengungen unternommen werden, um die Qualität und Praktikabilität von FK-Hengstsperma zu steigern. In der Bullenspermakonservierung gab es zuletzt keine entscheidende Weiterentwicklung der FK, was nicht zuletzt an der geringen Nachfrage außerhalb der saisonalen Rinderzucht liegt.

In der randomisierten kontrollierten Feldstudie in Publikation 2 wurden insgesamt 131 Ejakulate von sieben Bullen im Split-Sample-Verfahren jeweils zu FK- und TG-Sperma verarbeitet. Beide Chargen wurden stets zur gleichen Zeit bei Milchkühen auf fünf landwirtschaftlichen Betrieben in Deutschland eingesetzt. Durch eine transrektale Ultraschalluntersuchung 24 h nach KB wurde eine Ovulationskontrolle durchgeführt. War eine Ovulation zu diesem Zeitpunkt noch nicht erfolgt, wurde sie als „verzögerte Ovulation“ eingeordnet. Die statistische Auswertung von 667 KB mittels verallgemeinerten linearen gemischten Modells zeigte generell eine signifikant (P = 0,016) höhere Konzeptionsrate für FK-Sperma (45,4 %) als für TG-Sperma (33,7 %). In der Gruppe der KB mit „verzögerten Ovulationen“ betrug die Differenz zwischen den Trrächtigkeitsraten von FK- und TG-Sperma fast 20 % (FK: 46,8 %; TG: 27,7 %; P = 0,017). Somit konnten die Tendenzen vorausgegangener Studien bestätigt werden.

Die Flüssigkonservierung kann auch mit den derzeitigen Methoden ein Produkt hervorbringen, welches der Befruchtungskapazität von TG-Sperma überlegen ist. Wird ähnlich wie in der Eberspermakonservierung an neuen Produktionsprotokollen geforscht, welche beispielsweise definierte Kühlungsraten nach der Endverdünnung umfassen, könnte die Qualität von FK-Sperma weiter gesteigert werden. Weiterhin könnte ein Monitoring und eventuell Eindämmen von Vibrationsemissionen während des Transportes von FK-Sperma eine Beeinträchtigung der Spermaqualität verhindern. Dazu muss jedoch zunächst eruiert werden, wie empfindlich Bullenspermien gegenüber Vibrationsemissionen sind. Eine weitere Aufgabe stellt die Forschung an Alternativen zur Verwendung Antibiotika dar, welche auch die TG betrifft. Zentrales Ziel der Weiterentwicklung der FK sollte eine Lager- bzw. Einsatzfähigkeit des Bullenspermas von bis zu 7 d sein.

The progressive decline in the reproductive performance of lactating dairy cows in recent years as well as the limited availability of insemination doses of young bulls with high genetic merit are two major issues of modern cattle breeding. The use of liquid semen (LS) could help resolve this dilemma by increasing the yield of insemination doses per ejaculate of premature bulls and lead to better quality and fewer discarded batches by sparing sperm from cryo-injury. In addition, there is evidence in female cattle that LS could lead to higher P/AI when the interval from AI until ovulation is elongated. This would be a great advantage given the high variability of this interval between individuals. Despite this, LS is rarely used in non-seasonal cattle breeding. The aim of this dissertation was to collect and present information on the current state of research concerning liquid preservation of bull semen and relate it to the status of LS preservation of boar and stallion. Furthermore, the previously published evidence of higher fertility rates of LS in cases with prolonged interval from AI until ovulation were supposed to be investigated in a field study.

Publication 1 has shown that great progress has been made in recent years regarding the liquid preservation of boar semen. There have also been efforts made to improve the quality and practicability of LS of stallions, however, there has been no crucial progression of LS preservation in bulls. A reason for this might be the limited interest in LS outside of seasonal cattle breeding.

In the randomized controlled study of Publication 2, 131 ejaculates of seven bulls were processed into LS and frozen semen (FS) by split-sample-procedure. Both batches of each ejaculate were used at the same time for AI of lactating dairy cows housed on five farms in Germany. Ovulation control was conducted 24 h after AI. Ovulations were classified as ‘delayed’ when the pre-ovulatory follicle was still present at ovulation control. The statistical analysis of 667 AI’s, using a general linear mixed model, showed an overall significantly higher (P = 0.016) P/AI for LS (45.4 %) compared to FS (33.7 %). In cows with delayed ovulations the difference of P/AI between LS and FS was almost 20 % (LS: 46.8 %; FS: 27.7 %; P = 0.017). These results confirmed the findings of previous studies.

This study has shown that even when using current LS methods for preservation of bull semen, potent AI doses of superior fertility in comparison to FS can be produced. If further research would be conducted focused on the improvement of LS methods, such as is the case for boar semen, incorporating for example defined cooling curves for semen after dilution, then the quality of liquid bull semen could be further increased. In addition, monitoring and minimization of vibration emissions during transport of LS could prevent quality loss after production. Therefore, it has yet to be investigated how sensitive bull spermatozoa react to vibration emissions. Another topic will be examining alternatives for use of antibiotics in semen doses, which is relevant for FS as well. Finally, research focusing on methods to extend the shelf life of LS to 7 d will greatly improve its practicability in the field.