家畜精子形态的判别与描述

金穗华+王振云+李慧

摘要：对家畜精子形态的判别方式、方法进行了分析研究。目前精子形态的判别仍以人工目测为主，而计算机（软件）还不能投入到临床使用中，因为软件无法分析各个畜种精子形态上的缺陷，不能自动评估检测结果的可信度，最终还需要人工检测分析辅助。对各类畸形精子的形态进行了描述，提供了畸形精子形态图像的分析资料，同时分析了精子畸形的影响因素，不仅为精子形态学深入研究提供了理论基础，也为今后我国对家畜精液质量的检验提供了可靠参考。

关键词：家畜；正常精子；异常精子；形态；判别；描述；畸形精子成因

中图分类号： S821.3+4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0152-04

收稿日期：2013-09-18

作者简介：金穗华（1948—），男，江苏南京人，高级畜牧师，主要从事家畜繁殖与牛冻精生产技术等方面的研究工作。E-mail：suihua48@126.com。精子形态学是反映家畜繁殖能力的一项重要指标，大量的试验证明，精子形态与其功能密切相关，正常的形态可以保证其正常功能。当形态发生变化和异常（畸形）时，可能影响正常的受精过程，这是由于精子形态所表现的生物学特性均与受精有着密切的关系，因此近年来在家畜繁殖领域，人们越来越重视对种用家畜精子形态变化的监测和评价。

1材料与方法

1.1样品来源

精液样品来自国内各个家畜精液的生产企业，有多个品种的公牛、公羊和种猪等的精液。

1.2样品的检验与判定

本研究中各畜种精子形态的检验方法与判定分别是参照GB 4143—2008《牛冷冻精液》[1]、GB 20557—2006《山羊冷冻精液》[2]和GB 23238—2009《种猪常温精液》[3]中的相关方法进行的，在显微镜透射光明视野（10×100）下，人工目测精子的形态。样品检验人员应该能够熟练操作，通过内部人员之间、国内同类实验室之间检验比对的质量控制方法，达到检验结果的一致性和可靠性。

2结果与分析

2.1精子的形态结构

精子主要由头、颈、尾（中段、主段和终段）三部分构成[4]，一般家畜精子的长度约50～60 μm，尾部约占全长的80%。正常精子的头部呈扁平卵圆形的构造（8 μm×4 μm×1 μm），轮廓规则，其前端部分呈帽状，也就是通常所说的顶体（acrosome），顶体覆盖头部的1/3以上，在顶体上部是顶脊，其后端为核后帽所覆盖；顶体与核后帽的分界处形成核环（赤道节），常见于头的中部。头部长宽比约为2 ∶1，而长宽的比值往往是判断头部形态是否正常的重要参考数值之一。精子的颈部最短，位于头部以后，呈圆柱状或漏斗状，又称连接段。精子尾部的主要结构是贯串于中央的轴丝，中段细长，轮廓直而规则，与头纵轴成一直线，主段最长，由轴丝及其外面的筒状纤维鞘组成，终段纤维鞘逐渐变细并消失。

2.2精子形态的描述

目前关于精子形态的描述基本上分为2个类型，即正常精子和异常（畸形）精子。

2.2.1正常精子经染色后在显微镜下观察可见精子头部顶体呈均匀一致的紫红色，顶体上部的顶脊呈深紫红色，位于顶体基部的核环（赤道节）颜色略浅，呈规则的月牙形；颈、尾部呈淡紫红色，尾部细长，自中段、主段和终段逐步由粗变细，呈自然弯曲状态。

2.2.2异常（畸形）精子精子的异常（畸形）主要是指不正常的变形和缺损，通常按精子缺陷的部位可以分为头部畸形、颈尾部畸形和其他类畸形。

2.2.2.1头部异常（畸形）头部异常主要有以下几种：1.大头精子，其特点是整个精子头部体积明显增大，在山羊、绵羊精液样品中检出有的精子不仅是大头，同时具有双尾。2. 小头精子，大致有3种类型：（1）小圆头形，头圆而规则，染色情况下也能看到头部前端呈帽状结构；（2）长尖头形，头小、细长、尖，呈“长矛”的矛头状，染色致密，有的头部前后端着色不一致；（3）不规则头形，头小，形态不规则，常见有菱形、三角形、梨形等，偶见有顶体。3.长形头精子，其头部长度明显增长，宽度减小，头基部狭窄，此类精子不多见。4.头部突起精子，在精子头部出现不规则的突起，主要有（1）瘤状顶体[5]（knobbed acrosomes），多数出现在顶体部位，局部膨胀或顶脊上呈念珠状，不仅可以影响精子寿命，大量出现时会导致不孕，这种类型的精子在正常公牛精液中的比例低于1%；（2）皱纹状顶体[5]（ruffed acrosomes），特点是顶体上有皱纹。5.顶体受损精子，正常精子头部的顶体具有完整的双层膜性结构，顶体内含有受精时所必需的酶，一旦顶体受到损伤便泄漏相关的酶，从而失去受精能力，并且如果顶体受损，经常会出现与核膜分离、双层膜性结构部分消失、顶体反转与核分离等现象。6.头部不规则精子，当精子头部出现不规则的变化时，其受精能力很低，因为这种精子很难穿透卵子的透明带。7.梨形头精子，梨形头精子的头基部狭窄，头部呈倒置“梨”状。8.头部小缺口精子，这类精子头部出现不规则小缺口，有报道说精子头部出现火山口的缺陷（需要在高倍镜下观察）对受精率影响最大。9.双头精子，这类精子有2个完全分开、完整的头连于一个精子中段，这类精子难以参与受精。

2.2.2.2颈部和尾部异常（畸形）颈部和尾部异常的精子主要有以下几类：1.颈部膨胀的精子，这类精子的颈部在头的基部，2～3颗粒，由于与中段之间没有明显的区分界限，因此也可把颈部归到中段，显微镜下观察可以发现颈部有明显的膨胀，边缘不清晰，着色深。2.颈部断开的精子，颈部是精子最软弱的部分，精子在体内成熟过程中稍微受到不良影响时，很容易在此脱落，同样在体外受到某些影响时，也会从颈部断开，使得尾部脱落，形成无尾精子。3.中、主段畸形的精子，常见的有以下几类：（1）精子的中、主段线粒体膨胀、变粗；（2）精子无线粒体鞘，从而影响精子的活动；（3）中段末端部分纤维磨损，例如随着公牛年龄的增长，缺陷范围增加，从而导致公牛不育；（4）有报道中段畸形的形象如起瓶塞钻的缺陷（“cork screw” detect），在缺陷出现之前，受孕率正常，缺陷一旦产生则影响精子的正常功能，导致公牛不育。4.线粒体膨胀脱落、纤丝裸露的精子，这类精子的尾部发生细胞质膜破裂，导致线粒体膨胀脱落、纤丝裸露，表1中有1个典型的线粒体膨胀脱落、纤丝裸露的精子形态图。5.无尾精子，在公畜睾丸退化时，会出现无活力的精子，这类精子的头和尾已经分开，多在附睾头部发生，有时头尾分离的精子可多达50%以上，并且这种缺陷可以遗传，特别是断尾或头不动尾巴动的，多为遗传缺陷，尾巴不动的则是睾丸退化造成的。6.尾部弯折、卷曲的精子，如果精子的尾部和头部长轴呈现不一致则为异常，属弯折、弯卷曲畸形，表现出尾部发生不同程度的弯折、卷曲，这种异常在精子尾部畸形中出现的频率较高，有的弯折甚至超过90°，发生的原因除了公牛生理方面的因素，采精时某些刺激反应也会造成公畜紧张而导致尾部畸形精子增加。7.双尾精子，精子在中段为单个，然后分成2个相同粗细的尾；也有情况是2个相同完全分开的尾连于单个头的。

2.2.2.3其他类的异常（畸形）其他类的畸形主要是指一些发育不全的精子、有原生质滴精子以及凝集精子，主要有这几类：（1）发育不全的精子，这类精子的头尾缠绕一起，不能伸展。（2）原生质滴精子，这类精子中的原生质小滴往往在尾部中段下部形成一个原生质滴，可能是这些精子在附睾成熟过程中由于某种原因未能完成最后过程；公畜的采精频率高，精液中可出现较多的原生质滴精子，这是附睾功能不足或者是部分精子尚未成熟即被排出造成的；据报道，“假性原生质滴”在中段的鞘里面，多数属不成熟的精子，有这种现象的公牛，随着年龄增长，其精液品质逐渐衰退。（3）混合畸形精子，同个精子在形态结构上存在2种或2种以上的畸形。（4）凝集精子，数量不等的精子发生头-头、尾-尾、头-尾缠绕的凝集，主要是抗精子抗体引起的凝集。

2.2.2.4形态异常（畸形）精子的观察异常（畸形）精子形态的观察与描述详见表1。

3讨论

3.1精子形态的判别

3.1.1人工目测在检测分析过程中，人为因素是影响分析结果的主要因素，这个因素常常表现在检测人员的技术水平和个人的主观性方面，这些都可以很大程度影响检测结果，因表1畸形精子的形态图像分析

畸形类别畜种形态观察形态描述形成的原因及后果头部畸形公牛精子头部顶体沿着某一侧缺少一块与轻度挤压引起的睾丸退化有关，畸形率增加与糖皮质激素的应用有关[5]头部畸形山羊顶体及内膜一并脱落，颈部膨胀主要是由体外不良影响导致的，多数属于继发性缺陷[6]，已失去受精能力头部畸形公牛顶体及内膜一并脱落主要是由体外不良影响导致的，多数属于继发性缺陷[6]，已失去受精能力头部畸形公牛左：顶体半揭开，露出细胞核；右：顶体完整，顶脊明显，核环月牙形顶体受损多由精液冷冻、解冻过程造成，已无受精能力

畸形类别畜种形态观察形态描述形成的原因及后果尾部畸形公牛尾部中段弯折，线粒体脱落，纤丝散露体外受到不良影响而导致，不能运动和受精头部畸形公牛头部不规则的突起，多在顶体部位，也称瘤状顶体是因透明质酸酶分布不均而使顶脊增厚成瘤，局部膨胀或顶脊上呈念珠状头部畸形公牛头小、圆而规则，染色情况下也能看到头部前端呈帽状结构是精子在睾丸发育成熟的过程中受到某种因素影响而导致的形态异常头部畸形公牛不规则头形的小头精子为原发缺陷，除了头小外，形态上还有呈菱形、三角形、梨形等特点，偶见有顶体头部畸形绵羊上：头部体积明显增大；下：正常精子多数因睾丸精细管的精上皮异常而引起，大头精子的出现率为0.2%[5]头部畸形 种猪头基部狭窄，呈倒梨状在发育成熟的过程中受到某些因素影响，出现率0.4%[5]头、尾畸形公牛梨形头、头基部狭窄，颈部膨胀，中段线粒体膨胀脱落，纤丝裸露体外受到影响所致，已失去受精能力颈、尾畸形公牛颈部断开，纤丝散露，尾部遭到致命的损伤多是在体外受到影响造成的；丧失运动能力，失去受精功能，继发性缺陷[6]尾部畸形公牛从精子发育的情况看属正常，但尾部弯曲类似的各种尾部弯曲、卷曲和弯折，极可能因附睾机能障碍及体外应激造成，多属于继发性缺陷[6]

畸形类别畜种形态观察形态描述形成的原因及后果尾部畸形公牛尾部严重卷曲体外的应激造成，多属于继发性缺陷[6]发育不全公牛尾部完全不能伸展发育的过程中受到某种因素影响造成，不能运动，无法参与受精，属于原发性缺陷[6]头部畸形绵羊有2个完全分开的完整的精子头，连于同一个精子的尾在睾丸发育成熟的过程中受到影响，导致形态异常变化，不能参与正常的受精尾部畸形山羊有2个完全分开的完整的精子尾，连于同一个精子的头，顶体完全脱落这是精子在睾丸发育成熟的过程中受到某种影响而导致的形态异常变化，不能参与正常的受精原生质滴公牛精子尾部出现原生质滴；顶体部分脱落多数属于未成熟精子，生理性原生质滴不超过2%～3%，属原发性，可以遗传[5] 尾部畸形公牛只有头，没有尾在附睾头部发生头尾分离，有时可达50%以上，多为遗传缺陷[5]；继发性的，多受精液冷冻影响

此实验室需要制订有效的检测质量控制方案，以保证结果的可靠性，具体应该注意以下几点。

（1）检测人员业务素质。检测人员应该具有一定的专业知识，了解精子的形态与结构，熟悉对标准形态精子的界定，因为对不同标准形态精子的认同不一样，可导致检测计数后非标准形态精子（畸形精子）所占的百分比不同。

（2）对视野中精子观察的顺序。一般情况下应先从精子的头部观察是否正常，然后才继续分析精子的其他部分。

（3）制作图谱。目前实际工作中需要的是给出常见的畸形（非标准形态）精子图谱[7]，这样可以有助于检验人员对精子形态的分析、评价。

（4）随时记录评价结果。精子的染色、观察、记录过程应该及时，以保证结果的准确。

（5）确定形态异常的原因。形态异常（畸形）的来源可分为：（1）一次畸形，即睾丸精细管的精上皮异常而引起的，其中包括头部畸形；（2）二次畸形，即精子通过生殖道时出现的，其中包括弯尾、折尾和头尾分离等[5]。

也有人将精子的形态异常分为原发性缺陷和继发性缺陷2种[6]。检测人员要能够根据外观作出基本判别，对于继发性缺陷的精子（畸形），应该能够分析是否与环境及人为因素有关。

3.1.2计算机（软件）的检测、分析研究者希望通过研究，使得精子形态分析和精子活力检测一样实现自动化。近期国内开发的对于人的精子形态分析软件，不但符合世界卫生组织第5版对正常精子和异常精子的判别标准，可以适应1份标本做2次检测的要求，而且能检验2次检测的均值是否在95%的可信区间内，必要时还能标明误差。

然而家畜的精子形态分析软件基本上不能投入到临床上，因为该软件目前无法分析各个畜种精子的缺陷，如大、小头精子、不定形头、顶体、颈部、线粒体、胞质小滴、尾部畸形等

复杂的异常态，不能自动评估检测结果的可信度，最终还是需要人工检测分析辅助。

3.2异常（畸形）精子形成的原因

异常（畸形）精子的形成由多种影响因素导致，目前的研究表明，主要影响因素涉及生理（年龄、品种、遗传）、环境条件（气候、光照、温度等）、营养（能量、蛋白、维生素、矿物质、微量元素等）、精液处理方式（渗透压、非电解质、温度变化等）、病理性（免疫学反应、睾丸发育不良、全睾丸变性等）等。

各种应激因子也可造成公畜生理上的应急反应，导致畸形精子增加，具体情况有：（1）公畜采精过程中突然受某些刺激或者是采精人员的技术不当，导致公畜紧张，射精反常造成尾部弯曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，弯尾的精子比较多，活力低；（3）公畜在圈养情况下发生自体性行为（射精），又称为“自淫”，经常发生会导致性欲减退，精液量少，精子密度变稀，畸形率升高，并且形成习惯后不容易纠正；（4）有报道表明，日粮中蛋白质过高会引起种公猪的自淫；（5）采精的频率高（每周射精次数），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某种反应敏感的药物或者疫苗而形成应激反应，使得精液品质下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影响，如饲喂了霉变的草料，使黄曲霉等有害物质在体内积蓄，影响精液品质，造成死精多，畸形率高；（8）公牛长期饮用含氟量高于正常水平的水，弯尾精子增多。

参考文献：

[1]GB 4143—2008，牛冷冻精液[S]. 北京：中国标准出版社，2009.

[2]GB 20557—2006，山羊冷冻精液[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[3]GB 23238—2009，种猪常温精液[S]. 北京：中国标准出版社，2009.

[4]谢成侠，刘铁铮. 家畜繁殖原理及其应用[M]. 南京：江苏科学技术出版社，1993：152.

[5]杨学时. 畸形精子及其评定法[C]//全国牛冷冻精液国家标准培训班论文集. 长春：吉林省农业科学院，1985：134-135.

[6]李孝娟，陈坤，张敏，等. 试述种公牛精子畸形的种类[J]. 黑龙江畜牧兽医，2001（10）：19-20.

[7]郑友民. 家畜精子形态图谱[M]. 北京：中国农业出版社，2013：65-113.李小芬，杨晓志，陶勇，等. 微生态制剂对樱桃谷肉鸭屠宰性能及肌肉品质的影响[J]. 江苏农业科学，2014，42（6）：156-157.

3.2异常（畸形）精子形成的原因

异常（畸形）精子的形成由多种影响因素导致，目前的研究表明，主要影响因素涉及生理（年龄、品种、遗传）、环境条件（气候、光照、温度等）、营养（能量、蛋白、维生素、矿物质、微量元素等）、精液处理方式（渗透压、非电解质、温度变化等）、病理性（免疫学反应、睾丸发育不良、全睾丸变性等）等。

各种应激因子也可造成公畜生理上的应急反应，导致畸形精子增加，具体情况有：（1）公畜采精过程中突然受某些刺激或者是采精人员的技术不当，导致公畜紧张，射精反常造成尾部弯曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，弯尾的精子比较多，活力低；（3）公畜在圈养情况下发生自体性行为（射精），又称为“自淫”，经常发生会导致性欲减退，精液量少，精子密度变稀，畸形率升高，并且形成习惯后不容易纠正；（4）有报道表明，日粮中蛋白质过高会引起种公猪的自淫；（5）采精的频率高（每周射精次数），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某种反应敏感的药物或者疫苗而形成应激反应，使得精液品质下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影响，如饲喂了霉变的草料，使黄曲霉等有害物质在体内积蓄，影响精液品质，造成死精多，畸形率高；（8）公牛长期饮用含氟量高于正常水平的水，弯尾精子增多。

参考文献：

[1]GB 4143—2008，牛冷冻精液[S]. 北京：中国标准出版社，2009.

[2]GB 20557—2006，山羊冷冻精液[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[3]GB 23238—2009，种猪常温精液[S]. 北京：中国标准出版社，2009.

[4]谢成侠，刘铁铮. 家畜繁殖原理及其应用[M]. 南京：江苏科学技术出版社，1993：152.

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[6]李孝娟，陈坤，张敏，等. 试述种公牛精子畸形的种类[J]. 黑龙江畜牧兽医，2001（10）：19-20.

[7]郑友民. 家畜精子形态图谱[M]. 北京：中国农业出版社，2013：65-113.李小芬，杨晓志，陶勇，等. 微生态制剂对樱桃谷肉鸭屠宰性能及肌肉品质的影响[J]. 江苏农业科学，2014，42（6）：156-157.

3.2异常（畸形）精子形成的原因

异常（畸形）精子的形成由多种影响因素导致，目前的研究表明，主要影响因素涉及生理（年龄、品种、遗传）、环境条件（气候、光照、温度等）、营养（能量、蛋白、维生素、矿物质、微量元素等）、精液处理方式（渗透压、非电解质、温度变化等）、病理性（免疫学反应、睾丸发育不良、全睾丸变性等）等。

各种应激因子也可造成公畜生理上的应急反应，导致畸形精子增加，具体情况有：（1）公畜采精过程中突然受某些刺激或者是采精人员的技术不当，导致公畜紧张，射精反常造成尾部弯曲的精子增多；（2）在第1次采集的精液中，弯尾的精子比较多，活力低；（3）公畜在圈养情况下发生自体性行为（射精），又称为“自淫”，经常发生会导致性欲减退，精液量少，精子密度变稀，畸形率升高，并且形成习惯后不容易纠正；（4）有报道表明，日粮中蛋白质过高会引起种公猪的自淫；（5）采精的频率高（每周射精次数），精子密度稀，未成熟的精子多；（6）注射某种反应敏感的药物或者疫苗而形成应激反应，使得精液品质下降，精子畸形率升高；（7）有毒有害物的影响，如饲喂了霉变的草料，使黄曲霉等有害物质在体内积蓄，影响精液品质，造成死精多，畸形率高；（8）公牛长期饮用含氟量高于正常水平的水，弯尾精子增多。

参考文献：

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[2]GB 20557—2006，山羊冷冻精液[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

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[5]杨学时. 畸形精子及其评定法[C]//全国牛冷冻精液国家标准培训班论文集. 长春：吉林省农业科学院，1985：134-135.

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[7]郑友民. 家畜精子形态图谱[M]. 北京：中国农业出版社，2013：65-113.李小芬，杨晓志，陶勇，等. 微生态制剂对樱桃谷肉鸭屠宰性能及肌肉品质的影响[J]. 江苏农业科学，2014，42（6）：156-157.