pdf35

Ribogospod. nauka Ukr., 2020; 3(53): 69-79
DOI: https://doi.org/10.15407/fsu2020.03.069
УДК [597-1.044:621.59]:597.554.3 

Проникність мембран сперматозоїдів карася (Carassius auratus Linnaeus, 1758) до молекул води та кріопротекторів

А. Ю. Пуговкін, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. , Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків
К. Б. Міксон, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. , Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків

Мета. Визначення параметрів проникності клітинних мембран сперматозоїдів карася Carassius auratus (L., 1758) до молекул води та кріопротекторів як важливий етап розробки протоколу їх кріоконсервування методом вітрифікації.

Методика. Осмотичні реакції сперматозоїдів досліджували за допомогою фотоелектроколориметра KF-77 (Польща), обладнаного магнітним перемішувачем і термостатованим кюветним відділенням за розробленою нами методикою. Для визначення коефіцієнта проникності плазматичних мембран сперматозоїдів до молекул кріопротекторів сперматозоїди інкубували в розчинах етиленгліколю, 1,2-пропандіолу, метанолу різних концентрацій або суміші вказаних кріопротекторів,  виготовлених на ізотонічному до спермальної плазми 0,12 М водному розчині NaCl. Коефіцієнт проникності плазматичних мембран сперматозоїдів для молекул води (Lp) та кріопротекторів (Кp) визначали, апроксимуючи експериментальні залежності відносних об’ємів клітин від часу з рішеннями рівнянь теоретичної моделі. Енергію активації (Еа) процесу перенесення речовин через мембрани клітин розраховували із залежностей lnLp(1/T) або lnKp(1/T), нахил яких згідно з рівнянням Ареніуса дорівнює Еа/R, де R — універсальна газова постійна.

Результати. Встановлено, що за температури 20°С коефіцієнт проникності мембран сперматозоїдів карася до молекул води становить 3,53±0,18  10-14 м3/Нс, а його зниження в діапазоні температур 30–18С характеризується енергією активації 48±4 кДж/моль. Зниження коефіцієнтів проникності мембран до молекул кріопротекторів в діапазоні температур 30–18С характеризується енергією активації 82±5 кДж/моль для етиленгліколю, 99±7 кДж/моль для 1,2-пропандіолу та 84±6 кДж/моль для досліджуваної суміші кріопротекторів. Цей факт свідчить про те, що молекули досліджених речовин проникають у сперматозоїд шляхом пасивної дифузії через ліпідний бішар. Отримані дані можуть бути використані для визначення оптимального режиму кріоконсервування сперматозоїдів коропових риб.

Наукова новизна. Вперше визначені коефіцієнти проникності мембран сперматозоїдів карася до молекул води та кріопротекторів етиленгліколю, метанолу, 1,2-пропандіолу та енергії активації переносу молекул цих речовин через мембрани.

Практична значимість. Результати роботи використовуються при розробці середовищ і режимів кріоконсервування сперматозоїдів прісноводних риб.

Ключові слова: сперматозоїди, карась Carassius auratus (L., 1758) проникність мембран, кріопротектори, енергія активації.

ЛІТЕРАТУРА

  1. Cryopreservation of fish sperm: applications and perspectives / E. Cabrita et al. // J. Appl. Ichthyol. 2010. Vol. 26. P. 623—635. 
  2. Kopeika E., Kopeika J., Zhang T. Cryopreservation of fish sperm // Cryopreservation and freeze-drying protocols / ed. Day J. G., Stacey G. N. Totowa, New Jersey : Humana Press, 2007. P. 203—217. https://doi.org/10.1007/978-1-59745-362-2_14 
  3. Bobe J., Labbé C. Egg and sperm quality in fish // General and Comparative Endocrinology. 2010. Vol. 165. P. 535—548. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2009.02.011  
  4. Progress and challenges of fish sperm vitrification: A mini review / Xin M. et al. // Theriogenology. 2017. Vol. 98. P. 16—22. 
  5. Development of sperm vitrification protocols for two endangered salmonid species: the Adriatic grayling, Thymallus thymallus, and the marble trout, Salmo marmoratus / Kása E. et al. // Fish Physiology and Biochemistry. 2018. Vol. 44. P. 1499—1507. https://doi.org/10.1007/s10695-018-0516-y 
  6. Development of sperm vitrification protocols for freshwater fish (Eurasian perch, Perca fluviatilis) and marine fish (European eel, Anguilla anguilla) / Kása E. et al. // General and Comparative Endocrinology. 2017. Vol. 245. P. 102—107. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2016.05.010  
  7. Vitrification as an Alternative Approach for Sperm Cryopreservation in Marine Fishes / Cuevas-Uribe R. et al. // North American journal of aquaculture. 2017. Vol. 79(2). P. 187—196. https://doi.org/10.1080/15222055.2017.1281855
  8. Kutluyer F., Öğretmen F., İnanan B. E. Cryopreservation of Goldfish (Carassius Auratus) Spermatozoa: Effects of Extender Supplemented with Taurine on Sperm Motility and DNA Damage // CryoLetters. 2016. Vol. 37 (1) P. 41—46.
  9. Kutluyer F., Öğretmen F., İnanan B. E. Effects of Semen Extender Supplemented with Lmethionine and Packaging Methods (Straws and Pellets) on Post-Thaw Goldfish (Carassius Auratus) Sperm Quality and DNA Damage // CryoLetters. 2015. Vol. 36 (5). P. 336—343.
  10. Taghizadeh V., Imanpoor M.R., Sadeghi A. Effect of Extenders and Different Concentrations of Methanol on Motility Parameters of Goldfish (Carassius auratus gibelio) Spermatozoa after Short-Term Storage //  World Journal of Fish and Marine Sciences. 2013. Vol. 5(5). P. 492—496.
  11. A brief exposure to low pH prior to refrigerated storage reduces the motility and viability of goldsh sperm (Carassius auratus, Linnaeus, 1758) / Chantzaropoulos A. et al. // Journal of Applied Ichthyology. 2015. Vol. 31(S1). P. 89—93.https://doi.org/10.1111/jai.12735  
  12. The hypoosmotic swelling test performed with coulter counter: a method to assay functional integrity of sperm membrane in rainbow trout / E. Cabrita et al. // Animal Reproduction Science. 1999. Vol. 55. P. 279—287. https://doi.org/10.1016/S0378-4320(99)00014-7 
  13. Petrunkina A. M. Fundamental aspects of gamete cryobiology // Journal of Reproductive Medicine and Endocrinology. 2007. Vol. 4. P. 78—91. https://doi.org/10.1134/S000635091403018X 
  14. Subzero water permeability parameters and optimal freezing rates for sperm cells of the southern platyfish, Xiphophorus maculates / Pinisetty D.  et al. // Cryobiology. 2005. Vol. 50. P. 250—263. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2005.02.003 
  15. Biophysics of zebrafish (Danio rerio) sperm / Hagedorn M. et al. // Cryobiology. 2009. Vol. 58. P. 12—19. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2008.09.013 
  16. Исследование проницаемости мембран сперматозоидов карпа для молекул воды / Пуговкин А. Ю. и др. // Биофизика. 2014. Т. 59, № 3. С. 481—487. https://doi.org/10.1134/S000635091403018X 
  17. Проникність мембран сперматозоїдів стерляді (Acipenser ruthenus, L., 1758) для молекул води / Пуговкін А. Ю. та ін. // Рибогосподарська наука України. 2016. № 1 (35). С. 70—77. https://doi.org/10.15407/fsu2016.01.070 
  18. Дослідження осмотичної чутливості сперматозоїдів щуки (Esox lucius, L., 1758) для оптимізації їх кріоконсервування / Пуговкін А. Ю. та ін. // Рибогосподарська наука України. 2016. № 4. С. 103—112. https://doi.org/10.15407/fsu2016.04.103 
  19. Puhovkin A. Y., Kopeika E. F. Investigation of water and cryoprotectants molecules transfer through common carp (Cyprinus carpio, L.) spermatozoa membranes (CRYO conference of the Society for Cryobiology, Ostrava, Czech Republic, 2015) // Cryobiology. 2015. Vol. 71, № 3. P. 567. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2015.10.129 
  20. Fauvel C., Suquet M., Cosson J. Evaluation of fish sperm quality // Appl. Ichthyol. 2010. Vol. 26. P. 636—643. https://doi.org/10.1111/j.1439-0426.2010.01529.x 
  21. Спосіб визначення проникності мембран сперматозоїдів коропа до молекул води : пат. 104809 Україна. № u 201215035; заявл. 27.12.2012; опубл. 11.03.2014, Бюл. № 5.
  22. Пуговкін А. Ю., Копєйка Є. Ф. Проникність плазматичних мембран сперматозоїдів коропа (Cyprinus carpio, L., 1758) для молекул води та кріопротекторів на різних етапах кріоконсервування // Проблемы криобиологии и криомедицины. 2016. Т. 26, № 4. С. 340—348. https://doi.org/10.15407/cryo26.04.340 
  23. Оптимізація умов кріоконсервування сперми стерляді (Acipenser ruthenus, L. 1758) для запліднення ікри в умовах рибних господарств / Кононенко І. С. та ін. // Рибогосподарська наука України. 2017. № 3(41). С. 83—97. https://doi.org/10.15407/fsu2017.03.083 
  24. Fürböck S., Lahnsteiner F., Patzner R. A. A fine structural review on the spermatozoa of Cyprinidae with attention to their phylogenetic implications // Histol Histopathol. 2009. Vol. 24(10). P. 1233—1244.

REFERENCE

 

Головна2020№ 3/2020 (53)2020_03-069_079-Puhovkyn-eng