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第四章 精子与精液. 第一节 精子形态结构和生理特性. 一、精子的形态结构. 精子有三个主要部分构成，即头部、颈部和尾部。尾部又分为中段、主段和末段。. 头部 头部的绝大部分被染色质高度集聚的细胞核所占据，具有几乎不见核孔的双层被膜。在细胞核前端存在着着帽形囊状 顶体 。顶体后缘的后方，称为 头部顶体后区 。 顶体是膜包囊凹状结构，靠近核膜的单位膜称为 顶体内膜 ，靠近细胞质膜一侧的单位膜叫 顶体外膜 ，顶体内、外膜平行排列，并在顶体后缘彼此相连续。顶体腔中具有 多种水解酶类。.
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第一节 精子形态结构和生理特性 一、精子的形态结构 精子有三个主要部分构成，即头部、颈部和尾部。尾部又分为中段、主段和末段。
头部 头部的绝大部分被染色质高度集聚的细胞核所占据，具有几乎不见核孔的双层被膜。在细胞核前端存在着着帽形囊状顶体。顶体后缘的后方，称为头部顶体后区。 顶体是膜包囊凹状结构，靠近核膜的单位膜称为顶体内膜，靠近细胞质膜一侧的单位膜叫顶体外膜，顶体内、外膜平行排列，并在顶体后缘彼此相连续。顶体腔中具有多种水解酶类。
颈段最短，通常为圆柱形，起于近端中心粒，止于远端中心粒。近端中心粒，固着于核底部的浅窝中，为短圆筒形，与精子尾部的长轴呈微斜或垂直。远端中心粒变为基体，从它产生精子尾部的轴丝。颈段的外面有漏斗状结构包着，漏斗状的扩大部分，固着于核的尾端，而另一端则与精子尾部的中段相连。这种漏斗状结构的壁，有9条粗的纵行纤维组成，它们紧包着中央的腔。颈段最短，通常为圆柱形，起于近端中心粒，止于远端中心粒。近端中心粒，固着于核底部的浅窝中，为短圆筒形，与精子尾部的长轴呈微斜或垂直。远端中心粒变为基体，从它产生精子尾部的轴丝。颈段的外面有漏斗状结构包着，漏斗状的扩大部分，固着于核的尾端，而另一端则与精子尾部的中段相连。这种漏斗状结构的壁，有9条粗的纵行纤维组成，它们紧包着中央的腔。
尾部主段 是精子尾部的主要部分，由纵行的轴丝构成。有中心纤丝两条，中心纤丝的外周还有两圈呈同心圆排列的纤丝，内圈为9对，纤丝较细；外圈为9条较粗。
尾部末端 较短，结构比较简单，仅由中央9＋2结构的轴丝和其外周的质膜构成。
畸形精子 一般根据精子出现畸形的部位，可把精子分为头部、中段和尾部三类畸形。
1．头部畸形：常见的有窄头、梨形头、圆头、巨头、小头和发育不全等。1．头部畸形：常见的有窄头、梨形头、圆头、巨头、小头和发育不全等。 头部畸形的精子多数是在睾丸内精子发生过程中，细胞分裂和精子细胞变形受到某些不良环境影响引起的，对精子受精能力和运动方式有显著影响。
2．中段畸形：包括中段肿胀，纤丝裸露和中段呈螺旋状扭曲等。中段畸形多数是在睾丸或附睾发生的。中段畸形直接影响精子运动方式和运动能力的丧失。
3．尾部畸形：包括尾部各种形式的卷曲、头尾分离、带有原生质滴的不成熟精子。尾部畸形的精子是精子通过附睾、尿生殖道和体外处理过程中出现的。尾部畸形对精子的运动能力和方式影响最为明显。
二、精子的生理特性 （一）精子代谢 精子为了维持其生命，在体内、体外都要进行复杂的代谢活动，精子代谢主要是无氧酵解和有氧氧化作用。一克分子量果糖无氧酵解可产生36大卡的能量，有氧氧化时可达686大卡，两者提供的能量相差20倍。此外精子也能分解蛋白质和脂类。
1.精子的糖酵解作用 精子无氧及有氧条件下都可利用精清中的果糖、葡萄糖及甘露糖进行糖酵解产生丙酮酸或乳酸，最终分解成CO2及H2O,并放出能量。其中以果糖为主，分解果糖能力与精子密度及活力有关，通过测定“果糖酵解指数”可评定精液质量。果糖酵解指数是指109个精子在37℃条件下1h利用果糖的量。正常牛、羊精液的果糖酵解指数为1.74mg。
2.精子的呼吸作用 呼吸作用比糖酵解作用获得的能量大得多，同时也会消耗大量的代谢基质，因此在短时韴内衰竭死亡。精子的呼吸作用受多种因素的影响，如降低温度、隔绝空气及冲入CO2等都可抑制呼吸作用，减少能量的消耗，以延长生存时间。精子呼吸的耗氧量通常按109个精子在37℃条件下1h所消耗的氧量计算。一般活力强的精子耗氧量高，并且耗氧量与受精力有关。正常牛、鸡、兔及绵羊精子的耗氧量分别为21、7、11及22μl。
3.精子对脂类的代谢 精子为了维持其较长的生活力，还能对卵磷脂进行氧化，使脂类分解，放出脂肪酸，经氧化而取得能量。精子在呼吸过程中使精清中的磷脂氧化而产生卵磷脂。但精清中的缩醛磷脂，在有果糖存在时不能分解。由脂类分解而产生的甘油，在精清中，能促进精子消耗氧和生产乳酸。
（二）精子的活力 1.精子活动的方式 在光学显微镜下可以观察到有以下活动方式。 (1)直线运动：精子在适宜的条件下，以直线前进。(2)摆动：头部左右摆动，没有推进力量。(3)转圈运动：精子围绕一处做圆周运动，不能直线向前运动。
2.精子的运动机制 精子中段被线粒体鞘缠绕，是能量代谢中心，线粒体能够利用果糖等单糖产生精子运动所需的ATP，精子纤丝中含有精球蛋白，与肌球蛋白在分子结构及生化性质上很相似，具有ATP酶活性，能够利用ATP；精子纤丝还有一种毡动素与肌动素相似，这两种蛋白的相互作用引起纤丝收缩，导致尾部摇摆而使精子运动。
3.精子运动的特性 精子在液体状态或雌性动物的生殖道内运动时有其独特的形式。(1)向逆行：在流动的液体中，精子表现出向逆流方向游动，并随液体流速运动加快，在雌性生殖道管腔中的精子能沿管壁逆流而上。
4.精子运动的速度 哺乳动物的精子在37℃～38℃的温度下运动速度快，温度低于10℃就基本停止活动。精子运动的速度与动物种类及精子的运动介质有关。通过显微摄影装置连续摄影分析，牛精子的运动速度为97～113μm/s，尾部颤动20次左右，人、马和绵羊分别为75～100μm/s、87μm/s和200～250μm/s。
（三）精子的凝集性 引起精子凝集的原因有两种：其一是理化凝集，其二是免疫性凝集。 理化凝集在繁殖实践中比较常见，如精液稀释、冲洗精子、冷休克、pH值及渗透压的改变及金属盐处理等。通常是头对头或尾对尾凝集在一起，造成精子的异常，精液品质下降。精液中的拧檬酸钠具有抗凝集作用。
精子具有抗原性，可诱导机体产生抗精子抗体，在有补体存在的情况下，这种抗精子抗体可抑制精子运动而发生凝集。另外精清也具有抗原性，精液稀释液中的卵黄也是一种抗原，人类男性不育中有2.9%使免疫性不育，9%的男性不育患者可检出抗精子抗体。精子具有抗原性，可诱导机体产生抗精子抗体，在有补体存在的情况下，这种抗精子抗体可抑制精子运动而发生凝集。另外精清也具有抗原性，精液稀释液中的卵黄也是一种抗原，人类男性不育中有2.9%使免疫性不育，9%的男性不育患者可检出抗精子抗体。
（四）影响精子的外界因素 1.温度 精子一般适应于低温环境，精子的代谢活动受到抑制，当温度恢复时，仍能保持活动力，继续进行代谢。如将新鲜精液由30℃以上温度急剧降到10℃以下时，精子因冷打击而造成丧失不可逆的生活力，称冷休克。精子对高温的耐受力较差，高温下的精子代谢和活动力增强，消耗能量很快，能在短时间内导致死亡。
2.光照 日光对精液短时间的照射，能刺激精子的氧摄取量和活动力，但毕竟是有害的。日光中的红外线能直接使精液温度升高，紫外线可以杀死精子。实验证明，波长366nm的紫外线比波长254nm更能抑制精子的活动力，而以波长440nm的光所产生的影响最大。
3.pH值 精液的pH值可因精子的代谢和其它因素的影响而有变化。当精液的pH值降低时，精子的代谢和活力都减弱；反之，因pH值偏高，精子代谢和呼吸增强，运动活泼，以至容易耗费能量，存活时间缩短。因此，保存精液以pH值偏低为有利。 为使精液能在室温环境保存多日，精液可用CO2饱和或使pH值降到6.35，这相当于是精子处于附睾内状态。
4.渗透压 渗透压对精子的影响与pH值有相等的重要性。精子与其周围的精液基本上是等渗的，如果精清部分的盐类浓度较高，渗透压必高，易使精子本身的水分脱出出现皱缩；反之，低渗压易使精子膨胀。但精子对不同的渗透压有逐渐的适应的性能，这是通过细胞膜使精子内外的渗透压缓缓的趋于相等的结果，但这改变有其一定的限度。
5.电解质 电解质对细胞膜的通透性比非电解质缓弱，所以对渗透压的破坏性大，而且在一定浓度时能刺激并损害精子。在电解质与非电解质比率较小的稀释液，精子可维持较长的存活时间。
6.稀释倍数 稀释倍数的增加会引起精子代谢和活动力的增强，因为精液中有些抑制代谢的物质被冲淡。但任何稀释液用到过度的稀释倍数，精子的活力和受精力会降低。因此，每种稀释液应有适当的稀释倍数和范围，特别是含有单纯或多种电解质的稀释液，其不良影响更严重，不能做高倍稀释。
7.气相 氧对精子的呼吸是必不可少的。精子在有氧的环境中，能量的消耗增加，CO2积累增多，但在缺氧的条件下，CO2的积累能抑制精子的活动。在100%CO2的气相条件下，精子的直线运动停止。若用氮或氧代替CO2，精子的运动可以得到恢复。另外25%以上的CO2可抑制牛、山羊和猪精子的呼吸和分解糖的能力。
8.药品 精液或稀释液中加抗生素、磺胺类药物，能抑制精液中的病原微生物的繁殖，从而延长精子的存活时间。在稀释液中加入甘油后冷冻精液，对精子具有防冻保护作用，可以提高精子的复苏率。
第二节 精 液 一、精液的理化性质 (一)外观 精液的外观因动物的种类、个体、饲料的性质等而有差异，一般为不透明的灰白色或乳白色，精子密度大的混浊性大，粘度及白色度强。
绵羊和山羊的精子密度大，因此浓稠而粘厚呈奶油样。绵羊和山羊的精子密度大，因此浓稠而粘厚呈奶油样。 牛的精液一般为乳白色或灰白色，密度越大乳白色越深；密度越稀，颜色越淡。但也有少数公牛的精液呈淡黄色，这与所用的饲料及公牛的遗传性有关。 猪精液中含有淀粉状的固态胶状物，白色或灰白色半透明，能凝固，富有粘着性。胶状物在自然交配形成子宫拴，防止精液倒流，而在人工授精时，应在采精时用纱布将其过滤出去。
(二)气味 精液一般为无味或略带腥味，如若发生异味，证明精液已变坏或生殖器官炎症。精液存放时间太长，其中的蛋白质等有机成分变性，可使精液发生异味。
(三)精液量 由于动物种类不同、生殖器官特别是副性腺的形态和构造差异，射精量相差很多。牛、羊、鸡等动物射精量小，而猪、马等动物射精量多。 同一品种或同一个体也因遗传、营养、气候、采精频率等而有差异。
(四)精子密度 精子密度又称精子浓度，是指每毫升精液中所含的精子数量。精液量多的动物每毫升所含的精子数少；精液量少的动物每毫升中所含的精子数多。精液量与精子密度也因年龄、类群等有差异。
(五)pH值 决定精液pH值的主要是副性腺分泌液，精子生存的最低pH为5.5，最高为10。PH值超过正常范围对精子有一定影响。绵羊精液的pH值在6.8左右时受胎率高，pH值超过8.2以上就没有受胎力。
(六)比重 精子的比重决定于精子密度，精子密度大的，比重大；密度小的，比重小。若将采出的精液放一段时间，精子及某些化学物质就会沉降在下面，这说明精液的比重比水大。
(七)导电性 精液中含有各种盐类或离子，如其量大，导电性也就强，因而可能通过测定导电性的高低，了解精液中所含电解质的多少及性质。
(八)化学特性 精液中含有精子和各种化学物质，对光线的吸收和通透性不同。精子密度大的透光性就差，精子密度少透光性就强。因此可以利用这一光学特性，采用分光光度计进行光电比色，测其精液中的精子密度。
二、精液的化学组成与作用 （一）精子的主要成分 1.核酸（DNA） 是构成精子头部核蛋白的主要成分，几乎全部存在于核内。它不仅能将父系遗传信息传给后代，而且也是决定后代性别的因素。DNA含量常以一亿精子所含重量表示，牛2.8～3.9mg，绵羊2.7～3.2mg，猪2.5～2.7mg，家兔3.1～3.5mg。
2．蛋白质 精子体内的蛋白质包括核蛋白、顶体复合蛋白及尾部收缩性蛋白三部分。 核蛋白主要与DNA结合，属于鱼精蛋白，能够使遗传物质高度浓缩，储存与精子头部核内。
顶体复合蛋白存在于顶体内，主要由氨基酰氨酸等18种氨基酸及甘露糖、唾液酸等六种糖组成，具有蛋白分解及透明质酸酶的活性，在受精时帮助精子入卵。顶体复合蛋白存在于顶体内，主要由氨基酰氨酸等18种氨基酸及甘露糖、唾液酸等六种糖组成，具有蛋白分解及透明质酸酶的活性，在受精时帮助精子入卵。 尾部收缩性蛋白存在于精子尾部，主要是精球蛋白，精子的运动是由此种蛋白收缩引起的。
3．酶 精子体内含有多种酶，与精子活动、代谢及受精有着密切关系。 水解酶有脱氧核糖核酸酶、透明质酸酶、磷酸酶、糖苷酶及淀粉酶等。 氧化还原酶有乳酸脱氢酶、过氧化物酶以及细胞色素等。 转氨酶有谷草转氨酶、谷丙转氨酶及甘油激酶等。
4．脂质 精子体内的脂质主要是磷脂，占精液中磷脂的90%，大部分存在于精子膜及线粒体内，多以脂蛋白和磷脂的结合状态存在。既能作为精子能量来源，也对精子有保护作用。
（二）精清的来源、主要化学成分与作用 1.精清的来源与组成 （１）睾丸液：睾丸液是伴随精子最早的液体成分。睾丸液主要是由足细胞分泌，足细胞可以从精细管周围组织中主动运送液体到精细管腔。由于血液-睾丸屏障，使得睾丸液的成分不同于流向睾丸的血液和淋巴液。正常的睾丸液不含葡萄糖，而含大量肌醇。
（２）附睾液：附睾液在精子成熟和贮存中起重要作用。附睾的前半部分有强烈的吸收水分作用，而本身的分泌量有很小，所以精子在附睾尾部的浓度非常大。（２）附睾液：附睾液在精子成熟和贮存中起重要作用。附睾的前半部分有强烈的吸收水分作用，而本身的分泌量有很小，所以精子在附睾尾部的浓度非常大。 甘油磷酸胆碱和肉毒碱是附睾液中浓度很高的成分，这两种成分均受激素的控制，对精子成熟起重要作用。附睾液中的糖蛋白不但有润滑剂的作用，而且与唾液酸一起改变精子表面活性结构。附睾液中的乳酸浓度很高，而果糖、葡萄糖和乙酸盐则很少。精子在附睾中利用的基质只能是乳酸。
（3）副性腺分泌物 前列腺分泌物：含有丰富的酶：如酵解酶、核酸酶、核甘酸酶及溶酶体酶（包括蛋白酶、磷酸质酶、糖苷酶）等。 精囊腺分泌物：与前列腺分泌物比较，精囊腺分泌物呈碱性，含干物质较多，并有较多的钾、碳酸氢盐、酸性可溶性磷酸盐和蛋白质。很多的动物（如牛、绵羊、山羊和猪）精液中的大量糖是由精囊腺所分泌，精液除有大量果糖外，某些动物还含有较少量的葡萄糖和山梨醇。
尿道球腺和壶腹：公猪的尿道球腺非常大，几乎呈圆柱状，充满黏液胶状乳白色分泌物，它是射出精液中形成胶质的必须成分。输精管壶腹也分泌一些体进入精液。尿道球腺和壶腹：公猪的尿道球腺非常大，几乎呈圆柱状，充满黏液胶状乳白色分泌物，它是射出精液中形成胶质的必须成分。输精管壶腹也分泌一些体进入精液。
2.精清的生理作用（１）精清：作为精子的天然稀释液，扩大精液量，有助于精液射出体外及精子在雌性生殖道内的运行。猪、马等动物精清中的胶状物能在雌性生殖道内形成子宫颈栓，防止精液倒流。2.精清的生理作用（１）精清：作为精子的天然稀释液，扩大精液量，有助于精液射出体外及精子在雌性生殖道内的运行。猪、马等动物精清中的胶状物能在雌性生殖道内形成子宫颈栓，防止精液倒流。 （２）尿道球腺分泌液：雄性射精之前有冲洗生殖道的作用。
