Dobrze prowadzony rozród bydła zapewnia postęp hodowlany oraz korzyści z urodzonych cieląt przeznaczonych na remont własnego stada lub opas. Stosowanie nasienia seksowanego w połączeniu z odpowiednimi schematami i systemami zarządzania rozrodem, nie tylko nie pogarsza wyników inseminacji, ale generuje olbrzymie korzyści, których nie sposób przecenić. Świadome używanie tej technologii pozwala w szybkim czasie zwiększyć stado, wygenerować dodatkowy zysk ze sprzedaży jałówek hodowlanych, czy mieszańców mięsnych oraz znacząco poprawić wartość hodowlaną stada.
Sortowanie nasienia
Seksowanie (sortowanie) nasienia jest to metoda podziału nasienia ze względu na płeć umożliwiająca identyfikację płci zwierząt jeszcze przed zapłodnieniem i regulacji stosunku liczebnego urodzeń osobników męskich i żeńskich. Seksowanie nasienia pozwala na zdeterminowanie płci zarodka w momencie zapłodnienia. W celu segregacji nasienia na frakcję „męską” i „żeńską” wykorzystuje się metodę cytometrii przepływowej (Rysunek 1.). W metodzie tej dokonuje się pomiarów cech komórek za pomocą cytometru, w którym to komórki przepływają pojedynczo w strumieniu cieczy przez promień światła i punkt analizy. Plemniki zawierające chromosomy żeńskie X mają o około 3,8% materiału genetycznego (DNA) więcej niż plemniki zawierające chromosomy męskie Y. Maszyna sortująca jest w stanie zidentyfikować plemniki X i Y i rozdzielić je według płci. Nasienie jest łączone ze specjalnie przygotowanym rozcieńczalnikiem, który zarówno tworzy ochronę dla plemników, jak i je zabarwia barwnikiem fluorescencyjnym. Barwnik ten łatwo przenika przez nieuszkodzone błony żywych komórek, łączy się stechiometrycznie z DNA, a wzbudzany światłem ultrafioletowym fluoryzuje w paśmie 350nm. Im więcej DNA zawiera plemnik tym więcej wchłania barwnika i mocniej świeci pod wpływem światła. Następnie plemniki przepływają przez laser, który mierzy ich intensywność zabarwienia i dzięki temu identyfikuje te z chromosomem X i te z Y. Delikatny ładunek elektryczny daje możliwość rozdzielenia plemników na trzy strumienie: męski, żeński i nieokreślony. Sortowanie plemników nie jest stuprocentowo dokładne. Wśród przesortowanych plemników, które powinny mieć chromosom X, pozostaje niewielka frakcja z chromosomem Y. Obecne maszyny sortujące trzeciej generacji zapewniają płodność nasienia seksowanego porównywalną z nasieniem konwencjonalnym. W obecnie stosowanych cytometrach przepływowych, specjalizowanych w seksowaniu nasienia, wykorzystuje się omówione wyżej i udoskonalone modyfikacje w połączeniu z nowoczesną elektroniką.
Rys. 1. Sortowanie nasienia metodą cytometrii przepływowej
Dokładność cytometrycznego rozdziału plemników wynosi 90-97%, a stosowana metoda ich segregacji pozwala na uzyskanie w ciągu godziny około 15-20 mln żywych, nieuszkodzonych plemników. Podawana przez producentów nasienia dokładność sortowania na poziomie 90% (i więcej) informuje, że możemy się spodziewać około 90% urodzonych cieląt danej płci. Nasienie seksowane jest standardowo mrożone w słomkach, w porcjach zawierających 2-4 mln plemników. Po rozmrożeniu nasienia odsetek plemników o ruchu postępowym wynosi zwykle 50-60%.
Czynniki wpływające na efektywność nasienia seksowanego
Zastosowanie nasienia seksowanego jest bardzo atrakcyjnym rozwiązaniem dla hodowców bydła, którzy chcą zdecydowanie zwiększyć ilość rodzących się cieliczek w stadzie, szczególnie, że odsetek uzyskiwanych cieląt płci żeńskiej po inseminacji frakcją X nasienia seksowanego wynosi około 90%. Technologia seksowania nasienia jest stale udoskonalana, jednak w przypadku jego użycia skuteczność inseminacji (płodność) jest wciąż niższa w porównaniu z nasieniem konwencjonalnym. Główną przyczyną jest obniżona jakość plemników, które w trakcie seksowania są narażone na oddziaływanie czynników stresowych o charakterze technologicznym.
Zdolność zapładniająca nasienia seksowanego buhajów jest niższa w porównaniu z nasieniem nieseksowanym z dwóch powodów. Jednym jest niższa liczba plemników w dawce inseminacyjnej, drugim uszkodzenia plemników, do jakich dochodzi w trakcie procesu sortowania. W przypadku większości buhajów istotną rolę odgrywają oba te czynniki, jednak nie ustalono do tej pory, który z nich odgrywa większą rolę. Wykazano natomiast, że istnieją duże różnice w skuteczności inseminacji pomiędzy buhajami po użyciu niskich dawek plemników w seksowanym nasieniu.
Badania nad powiązaniem jakości nasienia z jego zdolnością zapładniającą prowadzone są przy zastosowaniu coraz bardziej zaawansowanych technicznie metod. W dotychczasowych badaniach oceniano takie parametry, jak żywotność plemników, integralność błony komórkowej, kapacytację, stan akrosomu, aktywność mitochondrialną, zdolność penetracji śluzu, poziom reaktywnych form tlenu oraz integralność chromatyny. Mimo że wiele z tych badań wykazało korelacje z płodnością, żadna indywidualna cecha oceniana in vitro nie pozwala wystarczająco wiarygodnie przewidywać płodności. Charakter uszkodzeń plemników seksowanych nie został do tej pory wystarczająco wyjaśniony. Istnieje szereg przypuszczeń, w tym możliwość rozciągnięcia witki plemnika w kropli tworzącej się w otworze dyszy, czy też spowolnienie progresji pierwszego cyklu komórkowego pomiędzy zapłodnieniem i pierwszym podziałem komórkowym, na skutek trwałego związania się barwnika z plemnikiem. Dotychczasowe badania wskazują na obniżoną ruchliwość plemników po seksowaniu, uszkodzenia w obrębie błony komórkowej oraz akrosomu i brak uszkodzeń chromatyny.
Niestety, wpływ uszkodzeń plemników na płodność może być tylko częściowo rekompensowany przez podniesienie ich liczby w dawce inseminacyjnej. W prawidłowo zarządzanych stadach przy zastosowaniu dawki 2 mln plemników zazwyczaj uzyskuje się płodność na poziomie 75-85% w stosunku do grupy kontrolnej inseminowanej standardową dawką nasienia nieseksowanego. Wskutek tego najwyższe koszty, jakie ponosi hodowca z powodu użycia nasienia seksowanego, to niższa płodność.
Tab. 1. Właściwości oraz sposób przygotowania do inseminacji nasienia seksowanego i standardowego
Istotnym zagadnieniem pozostaje wpływ barwnika i wzbudzającego go światła laserowego na zdolność zapładniającą seksowanych plemników oraz późniejszy rozwój zarodka. Fluorochromem stosowanym przy separacji nasienia jest Hoechst 33342, wzbudzany światłem UV o długości 350 nm. W przypadku barwionych tym związkiem plemników buhaja obserwowano nieznaczne obniżenie zdolności do zapłodnienia in vitro, jednak nie dotyczyło ono wszystkich badanych ejakulatów. Nie potwierdzono natomiast wysuwanych początkowo zastrzeżeń dotyczących uszkodzeń chromosomów, czy też wad potomstwa jako rezultatu zapłodnienia barwionymi plemnikami. Także badania wpływu wiązki światła UV na plemniki nie potwierdziły wcześniejszych zastrzeżeń.
Rys. 2. Czynniki uniemożliwiające zastosowanie nasienia seksowanego
Ponieważ technologia seksowania w pewnym stopniu obniża jakość plemników, a dodatkowo jest ich znacznie mniej w słomce niż w standardowej dawce (Tabela 1.), dlatego skuteczność zacielenia w tym przypadku jest nieco mniejsza niż przy użyciu nasienia tradycyjnego. Z tego względu należy ściśle przestrzegać zaleceń określających, kiedy są odpowiednie warunki do skutecznej inseminacji nasieniem seksowanym (Rysunek 2., Rysunek 3.). Stosowanie materiału sortowanego zaleca się przede wszystkim u jałówek, chociaż są hodowcy, którzy z powodzeniem używają go również u krów wieloródek. Trzeba jednak mieć na uwadze, że nie powinno się stosować nasienia seksowanego u krów, które w poprzedniej laktacji chorowały na mastitis czy kulawizny. Należy także pamiętać, że stres u zwierząt związany z obsługą, utrzymaniem i żywieniem powinien być maksymalnie zminimalizowany. Dlatego też, należy unasienianym zwierzętom zapewnić spokój i poczucie bezpieczeństwa, zarówno przed i po zabiegu. Zaś dawka pokarmowa nie powinna być zmieniana zarówno miesiąc przed inseminacją, jak i miesiąc po zabiegu. Aby wyniki krycia z użyciem nasienia seksowanego były pozytywne, należy przede wszystkim zwierzętom zapewnić prawidłowe żywienie z wyrównanym bilansem energetyczno-białkowym. Natomiast w czasie przechodzenia na świeże kiszonki oraz w innych okresach częstych zmian dawki pokarmowej należy używać nasienia konwencjonalnego. Nie powinno się stosować nasienia seksowanego, gdy zwierzęta są w nieodpowiedniej kondycji – zarówno, w zbyt słabej, jak i zbyt mocnej. Także nadmierne zgęszczenie zwierząt w grupach wywołujące ich niepokój oraz stres cieplny nie rokują sukcesu z użyciem nasienia seksowanego.
Rys. 3. Czynniki wpływające na skuteczność nasienia seksowanego
Aby krycie nasieniem seksowanym dawało rezultaty, należy nasienie sortowane używać tylko w tych stadach, w których nie ma problemów z rozrodem, dokładnie, rzetelnie i często prowadzić obserwację rui, a także kontrolować długość cyklów rujowych. Jeżeli w stadzie rozród oparty jest o obserwację i krycie z naturalnych rui, ewentualnie o systemy wykrywania rui, to w przypadku nasienia seksowanego zaleca się późniejsze krycie, jak najbliżej momentu owulacji. Idealny termin inseminacji to od chwili, gdy jałówka lub krowa pozwala obskakiwać się innym zwierzętom (tzw. mocna, stojąca ruja). Najlepsze wyniki uzyskuje się kryjąc nieco później niż w przypadku nasienia standardowego, czyli po 20-24 godzinach od momentu wzrostu aktywności (Tabela 1.). Ma to prawdopodobnie związek z wcześniejszą kapacytacją (proces konieczny do zapłodnienia) w przypadku tego rodzaju nasienia. W sytuacji kiedy w stadzie stosowane są programy hormonalne czas inseminacji powinien być zgodny z zasadami protokołu.
Nieskuteczna inseminacja nasieniem sortowanym nie musi wcale być spowodowana mniejszą koncentracją plemników w dawce. Należy pamiętać, że na skuteczność tego zabiegu ma wpływ wiele czynników, między innymi, takich jak prawidłowy termin inseminacji, czy też przestrzeganie procedur rozmrażania nasienia (Rysunek 4).
Rys. 4. Techniki zapewniające skuteczność inseminacji nasieniem seksowanym
Jako że nasienie seksowane zawiera znacznie mniej plemników i są one słabsze, trzeba zachować niezwykłą staranność przy jego rozmrażaniu i przygotowaniu do inseminacji. Od wyjęcia z kontenera do zdeponowania w macicy krowy powinno upłynąć nie więcej niż 5-7,5 minut, dlatego też niedopuszczalne jest rozmrażanie wielu słomek na raz. Należy też chronić rozmrożone nasienie przed szokiem temperaturowym, czyli unikać gwałtownych spadków temperatury po rozmrożeniu.
Nasienie seksowane w warunkach optymalnych może być równie skuteczne w inseminacji, co nasienie konwencjonalne. Należy jednak pamiętać o tym, że oprócz wyżej wymienionych wymagań zwiększających szanse zapłodnienia, ważna jest również jakość nasienia buhaja reproduktora wynikająca z jego indywidualnych predyspozycji. Należy zatem dbać o dobry stan zdrowia buhaja oraz zapewnić mu optymalne warunki dobrostanu. Buhaje powinny być prawidłowo żywione, pielęgnowane, poddawane każdorazowo badaniu przed dopuszczeniem do pobierania nasienia. Pamiętać trzeba też o tym, że w czasie upałów może dochodzić do zachwiania mechanizmu termoregulacji jąder, co z kolei skutkuje obniżeniem wskaźników jakości nasienia, zarówno bezpośrednio, jak i w okresie około 2 miesięcy po zaistnieniu niekorzystnych warunków.
Znaczenie seksowania nasienia
Seksowanie nasienia wpływa pozytywnie na ekonomiczny aspekt hodowli, ponieważ możliwość dysponowania większą liczbą samic w stadzie jest korzystna z punktu widzenia prac hodowlanych, natomiast przewaga samców z ich wyższymi nawet o kilkanaście procent przyrostami masy ciała jest bardzo pożądana na fermach chowu zwierząt rzeźnych. Mimo wyższych kosztów zakupu nasienia seksowanego i jego obniżonej płodności, zyski hodowlane i ekonomiczne z racji uzyskiwania cieląt pożądanej płci są na tyle wysokie, że czynią tę technologię opłacalną. Dlatego też metoda regulacji płci poprzez rozdzielanie plemników X i Y znajduje coraz szersze zastosowanie w hodowli bydła.
Inseminowanie jałówek materiałem sortowanym przynosi hodowcom wymierne korzyści, między innymi poprzez szybszy rozwój stada, wcześniejszy i wyższy wskaźnik cielności krów w pierwszej laktacji oraz mniejsze brakowanie stada. Kolejnym powodem, który przemawia za tą technologią jest szybki postęp hodowlany. Stosowanie inseminacji nasieniem seksowanym umożliwia uzyskanie potomstwa żeńskiego od sztuk najbardziej wartościowych, używając jako ojców najlepszych buhajów. Dzięki temu, hodowca jest w stanie uzyskać w krótkim czasie lepsze, bardziej wydajne i zdrowsze zwierzęta (Rysunek 5.).
Rys. 5. Wpływ stosowania nasienia seksowanego na postęp hodowlany
Chociaż seksowanie nasienia buhajów nie jest pomysłem nowym, dopiero teraz bardziej się upowszechnia. Umożliwiły to coraz doskonalsze metody jego otrzymywania, jak i coraz większe zapotrzebowanie na takie nasienie w hodowli zarówno bydła mlecznego, jak i mięsnego. W ten sposób, w stadach bydła mlecznego intensywność selekcji może być zwiększona dwukrotnie. Natomiast w stadach bydła mięsnego może rodzić się znacznie więcej buhajków. Seksowane nasienie umożliwia także prowadzenie w szerszym zakresie krzyżowania rotacyjnego. Ponadto użytkowanie nasienia buhajów genomowych w hodowli bydła łączy się w ostatnich latach z rozwojem wykorzystania nasienia seksowanego. Jest to również związane z genotypowaniem całych stad, co pozwala inseminować samice o najlepszej wartości hodowlanej nasieniem seksowanym. Otrzymane w ten sposób jałówki są przeznaczone do hodowli, optymalizując tym samym postęp hodowlany w stadach. Stosowanie z dobrymi efektami nasienia seksowanego i rodzenie się dużej liczby żeńskiej młodzieży umożliwia prowadzenie w stadzie ostrej selekcji samic oraz sprzedaż materiału hodowlanego.
Nasienie seksowane jest zalecane do poprawy wskaźników rozrodu. Dzięki ostrej selekcji, jałówki, których nie udało się zacielić po trzech lub w przypadku sztuk o szczególnej wartości hodowlanej – pięciu próbach są eliminowane ze stada. Najlepsze jałówki o wysokim indeksie rodowodowym poddaje się genotypowaniu, którego wyniki służą do indywidualnego doboru buhajów. O wyborze rozpłodników na ojców buhajów decyduje ich wartość hodowlana oraz cechy wnoszone do stada. Stwierdzono, że pierwiastki urodzone z inseminacji nasieniem seksowanym wykazywały istotnie lepszy wskaźnik ciąż, tj. 1,4 słomek na uzyskanie ciąży niż samice urodzone po nasieniu konwencjonalnym, które potrzebowały 2,09 słomek/ciążę. Cechowały się też zdecydowanie krótszym czasem usługi, tj. 42,2 dni, czyli o 21,2 dnia krócej niż rówieśnice urodzone z nasienia konwencjonalnego. Ponadto samice urodzone z nasienia seksowanego odznaczały się krótszym o 20,6 dni okresem międzyciążowym w porównaniu do rówieśnic urodzonych z inseminacji nasieniem konwencjonalnym.
Zastosowanie na szeroką skalę nasienia seksowanego w stadach bydła mlecznego umożliwia poprawę nie tylko płodności, ale również utrzymanie na wysokim poziomie zdrowotności oraz wydajności mlecznej krów. Dzięki ostrej i szybkiej selekcji, stado w krótkim czasie staje się coraz bardziej wyrównane pod względem genetycznym i użytkowym. Ponadto duża liczba jałówek stwarza możliwość sprzedaży materiału hodowlanego, co znacząco zwiększa rentowność produkcji mleka.
Zalety i wady seksowania nasienia
Seksowanie nasienia pozwala, jak już wspomniano wyżej, w zależności od kierunku produkcji, uzyskać statystycznie większą liczbę potomstwa pożądanej płci – większą liczbę samic w przypadku hodowli bydła mlecznego lub większą liczbę samców na fermach bydła mięsnego. Dzięki temu możliwe jest szybkie i tanie (w porównaniu do zakupu zwierząt) powiększenie stada, zwiększenie intensywności selekcji oraz wyrównane stada pod względem genetycznym i użytkowym. Poza tym, pozytywne aspekty unasienniania seksowanym nasieniem to między innymi: poprawa dobrostanu zwierząt związana z łatwiejszymi wycieleniami (porody cieląt płci żeńskiej, z racji mniejszej masy, z reguły są lżejsze oraz wzrost cielności. Niestety z wykorzystaniem sortowanego nasienia wiąże się także wiele wad (Tabela 2.).
Tab. 2. Zalety i wady stosowania nasienia seksowanego
Przede wszystkim znacząco niższa jest skuteczność inseminacji. Wynika to z mniejszej koncentracji plemników w dawce inseminacyjnej. Jednakże przeprowadzone badania wykazały, że stosując nasienie seksowane zawierające 4 miliony plemników w jednej słomce uzyskiwano porównywalny wskaźnik zapładnialności jak przy użyciu nasienia konwencjonalnego. Produkcja nasienia seksowanego z 4 milionami plemników w słomce jest naturalnie bardziej kosztowna i dlatego takie nasienie jest droższe. Ale wyższa cena może wpływać na wyniki płodności z tego względu, że najprawdopodobniej najdroższe nasienie stosowane będzie na najlepsze zwierzęta wykazujące silne objawy rui. Biorąc pod uwagę ten fakt, spodziewać się można, że wyniki płodności będą wyższe.
Ponadto procedura sortowania plemników może wpływać niekorzystnie na zdolność zapładniającą nasienia, skutkując obniżeniem ich żywotności i ruchliwości, dlatego też konieczne jest inseminowanie zdrowych krów w optymalnej fazie cyklu rujowego. A ponadto zarządzanie rozrodem powinno także uwzględniać poprawne żywienie zwierząt oraz zapewnienie im szeroko rozumianego dobrostanu. Tak więc inseminacja przy użyciu nasienia seksowanego jest znacznie trudniejsza niż inseminacja nasieniem tradycyjnym, Dlatego wymagane jest nie tylko bardzo dokładne ustalenie czasu unasieniania, ale również dokładne wykonanie zabiegu. Musi być więc zapewniona specjalna organizacja, a także rozpoznanie wielu czynników warunkujących wysokie efekty stosowania takiej technologii rozrodu.
Nasienie seksowane jest zwykle droższe niż nasienie konwencjonalne tego samego reproduktora, ponieważ w efekcie rozdziału plemników uzyskuje się znacznie mniejszą liczbę porcji z jednego ejakulatu, a sam proces jest też czasochłonny. Ponadto sortowanie plemników nie jest stuprocentowo dokładne (podawana przez producentów nasienia dokładność sortowania jest na poziomie 90-97%).
Regulacja płci cielęcia poprzez wykorzystanie nasienia seksowanego jest metodą droższą od inseminacji nasieniem standardowym, charakteryzuje się również niższą skutecznością zapłodnień, ale jest jednocześnie metodą przynoszącą niezaprzeczalne korzyści ekonomiczne, które wynikają głównie z pozyskiwania przez hodowców cieląt o pożądanej płci oraz poprawy wskaźników rozrodu w stadzie.
Warto zaznaczyć, że ze względu na zdecydowanie trudniejszą inseminację nasieniem seksowanym, technologia ta jest dedykowana hodowcom bydła mlecznego, którzy dbają o wysoki poziom pracy hodowlanej, w tym o dokładne wykrywanie rui, aby zapewnić wysoką skuteczność inseminacji.
Literatura dostępna u autorów.
