مقاله تخصصی ارزیابی کیفیت اسپرم در زنبورهای نر | قسمت اول

کیفیت اسپرم نر زنبور عسل در زمینه های مختلف، از بهره وری کلنی گرفته تا آسیب شناسی، سم شناسی و حفظ تنوع زیستی همه با هم مرتبط هستند. علی رغم اهمیت این موضوع در مقایسه با سایر گونه های حیوانی اهلی، دانش کمتری در مورد این موضوع برای زنبور عسل در دسترس است.

ارزیابی مناسب کیفیت اسپرم نیازمند یک رویکرد آزمایش چندگانه است که بین جنبه‌های مختلف یکپارچگی و عملکرد اسپرم تمایز قائل می‌شود. اکثر مطالعات روی کیفیت اسپرم زنبور نر تنها چند پارامتر مانند حجم اسپرم، غلظت اسپرم و یا یکپارچگی غشای پلاسمایی اسپرم را ارزیابی کرده‌اند.

اگرچه مطالعات اخیر بیشتر بر جنبه های مختلف کیفیت مایع اسپرم متمرکز شده است، برخی از تکنیک های مورد استفاده در مهره داران، مانند تجزیه و تحلیل اسپرم به کمک کامپیوتر (CASA) یا آزمایش کیفیت اسپرم چند پارامتری، هنوز در زنبور عسل توسعه یافته است. این ممکن است به مورفولوژی و فیزیولوژی خاص اسپرم در این گونه نسبت داده شود که نیاز به توسعه فناوری هایی دارد که به طور خاص با آن سازگار شده است.

؛؛ این مقاله دانش کنونی کیفیت اسپرم در زنبورهای نر را مرور می‌کند و ویژگی‌های آن را برجسته می‌کند و خطوط تحقیقاتی آینده را پیشنهاد می‌کند.

زنبورهای عسل یکی از مهم‌ترین گرده‌افشان‌ها هستند که نقش حیاتی در گرده‌افشانی گیاهان زراعی و گونه‌های وحشی دارند. به عنوان مثال، تخمین زده شده است که تقریباً 70٪ از همه گونه های گیاهی در سراسر جهان برای گرده افشانی به زنبورها وابسته هستند. با این حال گزارش‌های اخیر از تلفات بالای کلنی در سراسر جهان، نگرانی عمومی را برای آینده زنبورهای عسل برانگیخته است . صرف نظر از علل زمینه‌ای این تلفات، با عوامل زیادی که احتمالاً دخیل هستند ، تولید مثل کارآمد برای جایگزینی کلنی‌های مرده اساسی است.

یک عامل محدود کننده تولید مثل موفق ممکن است کیفیت اسپرم باشد. از آنجایی که ملکه اسپرم های زنده را پس از تلقیح برای چندین سال ذخیره می کند، مطالعه کیفیت مایع منی در این گونه اهمیت ویژه ای دارد. ممکن است موفقیت باروری ملکه و در نتیجه بقای کلنی و سطح بهره وری و همچنین موفقیت لقاح مصنوعی ، که در این گونه تلقیح ابزاری نیز نامیده می شود را تعیین. کیفیت پایین مایع منی باعث تولید ملکه های با کیفیت ضعیف تری می شود، که این یکی از دلایل اصلی از دست دادن کلنی در نظر گرفته می شود.

مطالعه کیفیت اسپرم زنبورهای نر نیز مورد توجه تحقیقاتی قابل توجهی است و تا به امروز از آن برای مطالعه اثرات سن ، اندازه بدن ، ژنتیک ، دما ،  تغذیه ، مدیریت استفاده شده است.

علیرغم اهمیت تغییرات فصلی ، بیماری ، حشره کش ها ، کنه کش ها ، ذخیره مایع منی در حالت های مایع و یخ زده ، دستکاری منی ، رقابت اسپرم ، و فیزیولوژی تحقیقات کمتری در مورد کیفیت مایع منی زنبورهای نر به نسبت حیوانات اهلی انجام شده است.

به عنوان مثال تعداد مقالات پایگاه داده "Web of Science" از سال 1900 تا مه 2020 حاوی کلمه کلیدی "اسپرم" به ترتیب 4717، 1821، 982 و 252 در گاو نر، اسب، بز و زنبور عسل بوده است. اکثر مطالعات بر روی کیفیت مایع منی زنبورهای نر تنها چند پارامتر مانند حجم اسپرم، غلظت اسپرم و یا یکپارچگی غشای پلاسمایی اسپرم را ارزیابی کرده‌اند. با این حال ارزیابی مناسب کیفیت اسپرم به یک رویکرد آزمایش چندگانه نیاز دارد تا بین جنبه‌های مختلف یکپارچگی و عملکرد اسپرم تمایز قائل شود.

؛؛ این مقاله دانش فعلی کیفیت اسپرم در هواپیماهای بدون سرنشین زنبور عسل را مرور می‌کند، ویژگی‌های آن را برجسته می‌کند و خطوط تحقیقاتی آینده را پیشنهاد می‌کند.

1 » ساختار طبیعی اسپرم در زنبور عسل
اسپرم زنبور عسل سلول های طویل و رشته ای با انتهای مخروطی هستند ( شکل 1 ) که با طول 250-270 میکرومتر و عرض 0.7 میکرومتر، اسپرم از یک ناحیه سر نسبتا کوچک و باریک (10 میکرومتر طول و 0.4-0.5 میکرومتر عرض ، سانتریول انتقالی و تاژک تشکیل شده است.

سر اسپرم شامل دو قسمت متوالی با اندازه مساوی است ، مجموعه آکروزومی و به دنبال آن یک هسته خطی. کمپلکس آکروزومی توسط یک وزیکول آکروزومی مخروطی و دو لایه تشکیل می‌شود که سوراخ را تا انتهای هسته قدامی می‌پوشاند، جایی که سوراخ داخل یک حفره عمیق قرار می‌گیرد که یک هسته متراکم و کشیده و دارای کروماتین فشرده است.

تاژک اسپرم از یک آکسونم از الگوی ریزلوله ای 9 9 2، دو مشتق بزرگ میتوکندری و دو جسم جانبی تشکیل شده است. مشتقات میتوکندری از نظر طول و قطر نامتقارن هستند و به موازات آکسونم در سراسر تاژک اسپرم قرار دارند. دو جسم جانبی ساختارهای کشیده ای هستند که بین آکسونم و هر مشتق میتوکندری قرار دارند.

شکل 1. تصویر ترکیبی کنتراست فاز و فلورسانس (Hoechst) از اسپرم زنبور عسل که آکروزوم (a)، هسته (b) و تاژک (c) را نشان می‌دهد. نوار مقیاس = 10 میکرومتر.

2 » چرخه زندگی اسپرم در زنبور عسل

2.1 » اسپرم زایی و ذخیره اسپرم در مردان
اسپرماتوزواها در بیضه های نرها از لارو تا مراحل رشد شفیرگی تولید می شوند. بین روزهای 3 تا 8 پس از تولد ، اسپرم ها از بیضه ها به وزیکول های اسپرم منتقل می شوند، جایی که تا زمان جفتگیری در آن ذخیره می شوند. بلافاصله پس از بیرون آمدن از سلول های خود، نرها به مدت 9 تا 12روز قادر به جفت گیری نیستند. با این حال ممکن است تغییرات زیادی در زمان رسیدن نرها برای رسیدن به بلوغ جنسی وجود داشته باشد، که می تواند به ژنتیک آنها و کیفیت کلنی که در آن پرورش می یابند بستگی داشته باشد .

2.2 » جفت گیری، ذخیره اسپرم در اسپرماتکا و لقاح تخمک
جفت گیری مهم ترین عملکرد یک زنبور نر بالغ است، اگرچه اکثر آنها در این کار شکست می خورند. نرها در طول پرواز جفت گیری در سن 15 تا 23 روزگی ، به طور متوسط ​​21 روز با ملکه جفت می شوند. در بعداز ظهر روزهایی با هوای خوب ، زنبورهای نر از کندوهای خود به مناطق تجمع نرها پرواز می کنند، با قطری در حدود 30 تا 200 متر، جایی که هزاران زنبور نر از صدها کلنی ممکن است در انتظار ورود چند ملکه باشند.

هنگامی که ملکه باکره ای به یک منطقه جماعت نرها نزدیک می شود، زنبورهای نر او را تعقیب می کنند و سعی می کنند با هم جفت شوند و به دنبال ملکه یک گروه دنباله دار مانند از نرها تشکیل می شودد. به طور معمول ملکه به طور متوالی با چندین زنبور نر در توالی سریع در طول پرواز جفت گیری (عروسی) جفت گیری می کند.

مطالعات اولیه نشان می دهد که ملکه ها به طور متوسط ​​با 12 تا 14 زنبور نر ، معمولاً در یک یا دو پرواز جفت گیری می کنند ، اما یک مطالعه اخیر نشان می دهد که درجه تعداد جغتگیری ممکن است بسیار بالاتر باشد، به طوری که ملکه ها می تواند تا 34-77 نر جفت گیری کند .

در طول جفت گیری 6 تا 12 میلیون اسپرم از وزیکول های منی پهباد از طریق اندوفالوس برگشت ناپذیر پهپاد به داخل واژن ملکه منتقل می شود. پس از عمل جفتگیری ، اندوفالوس نر در داخل ملکه شکسته می شود و به عنوان یک پلاگ موقت واژینال عمل می کند که ممکن است از نشت اسپرم جلوگیری کند، و نر مدت کوتاهی پس از آن می میرد. تقریباً 10٪ از اسپرم هر نر به مجرای تخمدان ملکه منتقل می شود که در آنجا مایع اسپرم نرهای مختلف مخلوط می شود.

پس از پرواز جفتگیری ، ملکه به کندو باز می گردد، جایی که فرآیند انتقال اسپرم از مجرای تخمدان به اسپرماتکا می تواند تا 40 ساعت طول بکشد. در نهایت تنها 3 تا 5 درصد از اسپرم های دریافتی، 2 تا 7 میلیون اسپرم معمولاً ذخیره می شوند، با میانگین حدود 4 تا 5 میلیون اسپرم.

ملکه‌ها پس از شروع تخم‌گذاری دوباره جفت نمی‌گیرند ، بنابراین این مقدار اسپرم باید برای بارور کردن میلیون‌ها تخمک در تمام طول عمر آنها کافی باشد. در مطالعه اخیر همچنین نشان داده شد که به طور متوسط ​​تنها دو اسپرم برای لقاح تخمک مورد نیاز است.

3 »  ارزیابی در شرایط آزمایشگاهی کیفیت مایع منی در زنبور عسل

3.1 » مجموعه اسپرم
دو تکنیک اصلی برای جمع‌آوری اسپرم در زنبورهای نر بر اساس تشریح وزیکول‌های منی و القای انزال شرح داده شده است. در اولین مطالعات، مایع منی عمدتاً از وزیکول های منی به دست می آمد ( جدول 1 ). با این حال در دهه گذشته، انزال القایی روش اصلی برای جمع آوری نمونه های اسپرم بوده است.
 

جدول 1. مقادیر میانگین، تکنیک‌های بازیابی اسپرم و رنگ‌آمیزی که برای صفات کیفیت اسپرم استفاده می‌شوند، بیشتر در نرهای زنبور عسل ارزیابی می‌شوند.

انزال نر زنبور عسل معمولاً با اعمال فشار بر روی قفسه سینه و شکم ایجاد می شود. مایع منی به طور مستقیم از نوک اندوفالوس اورژانسی به یک لوله مویرگی شیشه ای متصل به یک سرنگ جمع آوری می شود. ممکن است در پهپادهای مسن تر به جای جوان بالغ میزان موفقیت بالاتری در جمع آوری اسپرم مورد انتظار باشد ، و نتایج ممکن است برای خطوط ژنتیکی و شرایط مختلف پرورش کاملاً متغیر باشد .

جدول 2. درصد انزال منی توسط هواپیماهای بدون سرنشین پس از انزال دستی

بر خلاف سایر گونه های حیوانی اهلی، که در آنها ارزیابی منی برای تلقیح یک عمل معمولی است، در زنبورها این ارزیابی معمولاً به تحقیقات و مطالعات سم شناسی محدود می شود و کاربرد عملی کمی در ارتباط با هوش مصنوعی وجود دارد.

3.2 » حجم اسپرم
حجم اسپرم را می توان با کمک یک سرنگ دقیق یا با اندازه گیری طول پر شده لوله مویرگی تعیین کرد. هر پهپاد تقریباً 1 میکرولیتر اسپرم تولید می کند که بین 0.1 تا 2.4 میکرولیتر است . لازم به ذکر است که نرها معمولاً بیش از آنچه که واقعاً در لوله مویرگی جمع آوری می شود، اسپرم تولید می کنند. در میان عواملی که احتمالاً بر حجم مایع اسپرم جمع‌آوری‌شده در هر زنبور نر تأثیر می‌گذارند، اثرات سن، وزن بدن، فصل و خط تولیدمثل شرح داده شده است.

3.3 » غلظت اسپرم
غلظت اسپرم یکی از پارامترهای اغلب مورد مطالعه کیفیت اسپرم در زنبورهای نر زنبور عسل است که امکان ارزیابی فرآیند اسپرم زایی و بلوغ جنسی نرها را فراهم می کند. با استفاده از هوش مصنوعی، یک رابطه مستقیم بین تعداد اسپرم های جمع آوری شده در هر نر و درصد رسیدن آنها به اسپرماتکا شرح داده شده است، به طوری که تفاوت های فردی در مقدار اسپرم ممکن است با موفقیت پدری نرها مرتبط باشد.

شمارش دستی سلول های اسپرم در زیر میکروسکوپ با کمک هماسیتومتر ، رایج ترین روش مورد استفاده برای ارزیابی غلظت اسپرم در زنبور عسل است ، با این حال این رویکرد وقت گیر است و نتایج متغیری را با توجه به دشواری به دست آوردن توزیع همگن اسپرم در نمونه و در محفظه مشاهده ارائه می دهد.

در تهیه نمونه با استفاده از این تکنیک باید دقت ویژه ای داشت. اسپکتروفتومترها که معمولاً برای تخمین غلظت اسپرم در مایع منی پستانداران استفاده می‌شوند، به ندرت برای استفاده در زنبور عسل مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. توسط Ciereszko و همکاران نشان داده شد که روش اسپکتروفتومتر نیز ممکن است برای این گونه اعمال شود، ترجیحاً با استفاده از طول موج 600 نانومتر، برای تخمین غلظت اسپرم از طریق درجه جذب نور نمونه. با این حال حجم کم اسپرم موجود در زنبور عسل مستلزم استفاده از کووت های کم ظرفیت استاستفاده از سایر فن آوری های توصیف شده برای تعیین غلظت اسپرم در پستانداران، مانند تجزیه و تحلیل تصویر خودکار، فلوسیتومتری، خواندن صفحه فلورسنت یا شمارنده سلولی ، در زنبور عسل استفاده نشده است.

با توجه به مورفولوژی خاص اسپرم زنبور عسل، بدون سر برجسته مانند پستانداران، شناسایی هر اسپرم با تجزیه و تحلیل تصویر ممکن است کار دشواری باشد. با این حال، ترکیب میکروسکوپ فلورسانس و تجزیه و تحلیل تصویر ممکن است امکان شناسایی سریع و دقیق را فراهم کند.

غلظت اسپرم منی زنبورهای نر معمولاً بین 2 تا 9 میلیون اسپرم در میکرولیتر است، با این حال مطالعات در مورد این پارامتر در زنبور عسل معمولاً به مقدار کل اسپرم جمع آوری شده در هر زنبور نر اشاره دارد. میزان پارامتر بسیار متغیر است یعنی غلظت واقعی اسپرم را ضرب در حجم مایع منی مینماید و تفاوت هایی بیش از 100٪ را در بین نرها گزارش میدهد.

در چندین مطالعه اسپرم‌ها با تشریح وزیکول‌های منی نرها 11 یا 12 روزه، با تعداد اسپرم‌ها از 1 تا 30 میلیون در زنبورهای نر ( ‌بطور متوسط ​​7.6 تا 12.0 میلیون اسپرم در مطالعات مختلف ) شمارش شدند. (جدول 2 )

تعداد اسپرم ها در وزیکول های اسپرم ممکن است زمانی که نرها حدود 7 تا 9 روز از عمرشان می گذرد به بالاترین حد برسد.میانگین تعداد اسپرم ها جمع آوری شده به ازای هر انزال زنبور نر معمولاً کمتر از آن چیزی است که برای وزیکول های اسپرم توصیف شده است، بین 0 تا 19 میلیون است (به طور متوسط ​​1.5 تا 7.3 میلیون در مطالعات مختلف تعداد اسپرم تولید شده در هر زنبور نر ممکن است بسته به وزن بدن ، سن ، فصل ، ژنتیک و بیماری متفاوت باشد. به نظر می رسد تولید اسپرم در پاییز و از نرهای بزرگ و سالم در حدود 21 روزگی بیشتر باشد. تفاوت های بزرگ در تعداد اسپرم های یافت شده در زنبورهای نر توسط نویسندگان مختلف ممکن است با اشتباهات در روش استفاده شده ، همخونی و تأثیر شرایط مختلف پرورش و نگهداری زنبورهای نر توضیح داده شود ( جدول 2 )

؛؛ ادامه دارد ...

عوامل مؤثر بر توانایی تولید مثل زنبورهای نر | قسمت دوم