热应激对兔睾丸和附睾CAT与SOD水平的影响*

彭海龙,杨淑华,何剑斌

(沈阳农业大学畜牧兽医学院,辽宁沈阳110161)

哺乳动物的精子发生过程是受到下丘脑-垂体-性腺轴所调控的,而且必须经过附睾的孵育才成为具有生殖功能的成熟精子。研究表明适宜的环境温度对精子的发生是必需的[1]。由于温室效应引起的全球气候变暖的不断加剧,近年来,很多地区相继出现持续性高热天气,加之畜牧养殖业规模化、集约化的发展,饲养密度相对过大,使饲养环境温度升高。由环境高温导致的动物热应激给养殖业造成了较大的经济损失[2]。人们也开始逐渐关注气候变暖带来的社会效应,其中之一就是热应激对家畜生殖系统的影响和由此带来的对家畜繁殖效率的影响,以及如何降低热应激对家畜繁殖的影响。但目前对热应激的发生机制尚不十分清楚,特别是热应激对畜禽繁殖性能影响的机制,对雌性家畜研究的相对较多,而对雄性家畜的研究甚少,因此研究热应激对雄性动物生殖机能的影响,对于预防和解决热应激对动物繁殖性能的影响具有重要的理论和实践意义。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物与分组 选用3月龄,体重2 kg～2.5 kg,健康雄性新西兰大白兔60只,随机分为3组,分别为高热应激组(39℃～41℃)、低热应激组(32℃～34℃)和常温对照组。每组20只,预饲1周后开始试验。

1.1.2 试剂与仪器 南京建成生物有限公司的考马斯亮兰蛋白测定试剂盒。南京建成生物科技有限公司生产的过氧化氢酶(CAT)试剂盒。南京建成生物科技有限公司生产的超氧化物歧化酶(SOT)试剂盒。722型分光光度计。

1.2 方法

1.2.1 热应激处理 高热应激组动物,每天11:30～14:30移入39℃～41℃的热应激室内;低热应激组动物,每天11:30～14:30移入32℃～34℃的热应激室内;对照组常温正常饲养。室内相对湿度56%～60%,连续应激60 d。

1.2.2 各项指标的测定 在试验的第15、30、45、60天分别从各组取5只兔子心脏采血处死,立即取睾丸和附睾。取0.2 g～1.0 g组织,按1∶9比例加入8.6 g/kg的冷生理盐水冰浴研磨,制取匀浆液。测定步骤和样本处理均按照试剂盒说明书进行。

1.2.3 数据处理 用SPSS13.0软件对试验数据进行一般线性模型(GLM)分析;统计结果以平均数±标准差(_X±SD)表示。

2 结果

2.1 过氧化氢酶的活性

2.1.1 睾丸组织CAT的活性 如表1所示,随着时间延长,睾丸组织CAT的活性呈增高趋势。对照组在第15天时睾丸中CAT的活性显著低于(P＜0.05)第30天、45天和第60天;低热应激组在第15天和第30天时睾丸中CAT的活性显著低于(P＜0.05)第45天和第60天;高热应激组在第15天时睾丸中CAT的活性显著低于(P＜0.05)第30天、45天和第60天。

随温度升高,睾丸组织CAT的活性呈下降趋势。第15天时高热应激组睾丸中CAT的活性显著低于(P＜0.05)常温对照组和低热应激组;第30天时常温对照组睾丸中CAT的活性显著高于(P＜0.05)低热应激组和高热应激组;第45天时高热应激组睾丸中CAT的活性显著低于(P＜0.05)常温对照组和低热应激组;第60天时高热应激组睾丸中CAT的活性显著低于(P＜0.05)常温对照组和低热应激组。

表1 睾丸中过氧化氢酶(CAT)的活性Table 1 CA T activity in the testesU/mg

2.1.2 附睾组织CAT的活性 如表2所示,随着时间延长,附睾组织CAT的活性呈增高趋势。常温对照组在第15天时附睾中CAT的活性显著(P＜0.05)低于第30天、45天和第60天;低热应激组在第60天时附睾中CAT的活性显著(P＜0.05)高于第15天、30天和第45天;高热应激组在整个试验过程中差异不显著。

随温度升高,附睾组织CAT的活性呈下降趋势。在第15天和第30天时高热应激组附睾中CAT的活性显著(P＜0.05)低于其他两组;第45天和第60天时,低热应激组附睾中CAT的活性显著(P＜0.05)低于常温对照组,而高热应激组附睾中CAT的活性显著低于(P＜0.05)低热应激组。

表2 附睾中过氧化氢酶(CAT)的活性Table 2 CA T activity in the epididymisU/mg

2.2 超氧化物歧化酶的活力

2.2.1 睾丸组织SOD的活力 由表3所示,随时间延长,睾丸组织SOD的活性呈降低趋势。常温对照组在45天和第60天时睾丸SOD的活力显著低于(P＜0.05)第15天和第30天;低热应激组在第15天时睾丸SOD的活力显著高于(P＜0.05)第30、45、60天;高热应激组在第60天时睾丸SOD的活力显著低于(P＜0.05)第15天、30天和第45天。

随温度升高,睾丸组织SOD的活性呈下降趋势。在第15天时高热应激组睾丸中SOD的活力显著低于(P＜0.05)常温对照组和低热应激组;在第30天时常温对照组睾丸中SOD的活力显著高于(P＜0.05)低热应激组和高热应激组;在第45天时高热应激组睾丸中SOD的活力显著低于(P＜0.05)常温对照组和低热应激组;第60天时对照组睾丸中SOD的活力显著高于(P＜0.05)低热应激组和高热应激组。

表3 睾丸中超氧化物歧化酶(SOD)的活力Talbe 3 SOD activity in the testesU/mg

2.2.2 附睾组织SOD的活力 由表4所示,随着时间延长,附睾组织SOD的活性呈降低趋势。常温对照组附睾中SOD的活力在整个试验期无显著变化;低热应激组在第15天和第30天时附睾中SOD的活力显著(P＜0.05)高于第45天和第60天;高热应激组在第60天时附睾中SOD的活力显著(P＜0.05)低于第15天、30天和第45天。

随温度升高,附睾组织SOD的活性呈下降趋势。第15天、30天及45天时常温对照组睾丸中SOD的活力均显著高于(P＜0.05)低热应激组和高热应激组;第60天时常温对照组睾丸中SOD的活力显著高于(P＜0.05)低热应激组;而低热应激组睾丸中SOD的活力显著高于(P＜0.05)高热应激组。

表4 附睾中超氧化物歧化酶(SOD)的活力Table 4 SOD activity in the epididymisU/mg

3 讨论

正常情况下,动物机体产生的自由基直接或间接发挥有益的生物学效应。在热应激状态下,动物机体产生过多的自由基而不能被及时清除,因而导致体内自由基过剩,从而引起脂质过氧化作用,破坏生物膜结构[3]。热应激还会使线粒体中氧化与磷酸化的偶联降低,造成电子泄漏和超氧化物基团增加,从而促进自由基生成[4-5]。

当动物机体受热应激原作用时,体内儿茶酚胺类物质分泌增加,机体可能出现严重的组织缺血、缺氧。此外,热应激状态下,细胞能量分解大于合成,从而为氧自由基大量形成提供了条件,已有的研究表明,氧自由基在应激性疾病发生过程中起着重要作用[6]。

抗氧化酶系统是动物机体内重要的防御系统,它与生殖细胞的分化和发育密切相关。组织中抗氧化酶水平过低时,活性氧水平相应升高,生殖细胞的结构受到损伤,最终使睾丸的生精功能受到损害及精子生成的质量与数量异常。目前抗氧化物酶对睾丸和附睾组织影响的有关报道有:用氧化应激诱导剂可使性成熟期的大鼠睾丸组织中SOD和CAT水平显著下降,生精上皮退化,生殖细胞萎缩,生精小管管腔充满坏死细胞,附睾中精子结构异常,数目下降,导致精子的生成障碍[7]。抗氧化酶还可通过影响激素的水平间接影响精子的发生[8]。动物机体对热应激有较强的自我调节能力,因为机体内部存在有效的清除自由基及抗氧化酶系统,包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等[9]。SOD是动物机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶,对机体的氧化与抗氧化平衡起着至关重要的作用,在清除超氧阴离子自由基、抗氧化损伤、调节机体氧化还原状态等方面都起重要作用,SOD活力的高低间接反映了动物机体清除自由基的能力。当机体受热应激原作用时,体内儿茶酚胺类物质分泌增加,机体可能出现严重的组织缺血、缺氧,细胞能量分解大于合成,从而为氧自由基大量生成提供了条件。并且在缺血状态下,血液和组织中的SOD活性下降,细胞清除氧自由基的能力降低,造成氧自由基堆积。氧自由基增多,使脂类形成脂质过氧化物,发生脂质过氧化作用。脂质过氧化作用是氧自由基对生物大分子的主要毒性作用。脂质过氧化作用一旦引发即可持续进行,呈链式反应,使自由基反应扩增放大。而脂质过氧化作用主要发生在生物膜和亚细胞器,致使脂质含量较高的机体细胞膜的结构发生变化,从而改变其对物质选择性透过的能力。氧化脂质还可破坏维生素,使蛋白质、酶、激素以及核酸等变性失活,引起溶酶体颗粒崩溃,使一些酶漏出细胞,引起细胞破坏或死亡[10]。李权超等[11]研究表明,急性湿热应激可引起体内组织SOD活性发生变化,表现为:随应激时间延长而降低;随应激强度的增高而降低;取消应激后逐渐恢复至正常水平。这些研究均表明,热应激可导致自由基大量生成,导致细胞损伤,同时也证实了SOD等一些与自由基有关的生化指标的测定能准确地反映热应激时自由基代谢变化的规律。

由上述报道可知,热应激可导致机体产成大量自由基,从而损伤细胞。而抗氧化物酶是组成了机体抵抗自由基损伤的防御系统,因此,测定抗氧化酶的活力能够反映热应激时自由基代谢变化的规律。我们采用比色法测定了热应激后的兔子睾丸和附睾组织,上述两种抗氧化物酶活性变化,观察热应激对种公兔生殖机能的影响,积累了一些有价值的科学资料。

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