Research on Animal Production

fa تأثیر نانو اکسیدروی بر فراسنجه‌‌های کیفی اسپرم بوقلمون در شرایط مایع Effect of Zinc Nano Oxide on the Quality of Turkey Sperm in Liquid State فیزیولوژی فیزیولوژی پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: در دو دهه گذشته شاهد حجم فزاینده‌ای از تحقیقات در مورد اثرات نانوذرات بر پارامترهای مایع منی بوده‌ایم. نانوذرات مولکول‌هایی با اندازه 1 تا 100 نانومتر هستند. نانوذرات به‌دلیل خواص منحصربه فرد خود، نظرات قابل توجهی را در بیوتکنولوژی، پزشکی، تولیدمثل حیوانات و علوم دامپزشکی به‌خود جلب کرده‌اند . نانوذرات نسبت سطح به حجم بالایی دارند که باعث افزایش واکنش‌پذیری و توانایی نفوذ بیشتر در بافت‌های بیولوژیک می‌شود. این ذرات از پایداری شیمیایی بالایی برخوردار هستند که می‌توانند در برابر شرایط محیطی مختلف پایداری خود را حفظ کنند و همچنین به‌دلیل داشتن اندازه نانوی خود می‌توانند از غشای سلول‌های بیولوژیکی عبور کرده و اثرگذاری بهتر در سلول شوند. یکی از عناصر مهم و ناثیرگذار در سلامت اسپرم عنصر روی است. عنصر روی نقش مهمی در زنده ماندن و تحرک اسپرم دارد و بر متابولیسم پروتئین، سنتز اسید نوکلئیک و تثبیت غشای اسپرم تأثیر می‌گذارد. اکثر آنزیم‌ها، ازجمله کربنیک انیدراز، کربوکسی پپتیداز و سوپراکسید دیسموتاز، به روی به‌عنوان کوفاکتور نیاز دارند. اثر مثبت روی بر کیفیت منی را می‌توان با توانایی آن در افزایش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی اسپرم برای غلبه‌بر استرس اکسیداتیو ناشی از تولید بیش از حد گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) توضیح داد. گونه‌های فعال اکسیژن مولکول‌های واکنشی با عمر کوتاه (10-9 ثانیه) متعلق به دسته رادیکال‌های آزاد هستند که از اکسیژن مشتق شده‌اند و با وجود یک یا چند الکترون جفت نشده در آخرین لایه الکترونی خود مشخص می‌شوند. به دلیل ساختار شیمیایی ناپایدارشان، برای رسیدن به حالت متعادل به مولکول‌های آلی مجاور مانند لیپیدها، پروتئین‌ها و DNA حمله می‌کنند. در واقع، تولید کنترل‌شده‌ی ROSها در اسپرم نقش فیزیولوژیکی مهم در رویدادهای اساسی در اسپرم مانند فعال‌سازی تحرک، چسبندگی گذرای اسپرم به لوله رحم، ظرفیت‌دار شدن، افزایش در فعالیت اسپرم، واکنش آکروزومی و ادغام اسپرم-اووسیت را هدایت می‌کنند. از سوی دیگر اما، هنگامی که سطح ROS مایع‌منی از دفاع آنتی‌اکسیدانی فراتر رود، وضعیتی از استرس اکسیداتیو ایجاد می‌شود. استرس اکسیداتیو در منی منجربه پراکسیداسیون لیپیدی غشای سیتوپلاسمی اسپرم، آسیب غشای آکروزومی، اکسیداسیون و تجزیه DNA و در نهایت ناهنجاری‌های کروموزومی در اسپرم می‌شود. عنصر روی از تولید گونه‌های فعال اکسیژن، اسپرم‌ها و لکوسیت‌های معیوب جلوگیری می‌کند. هم‌چنین با مهار پراکسیداسیون لیپیدی و کاهش سطح آنتی‌بادی‌های ضد اسپرم، دارای اثرات آنتی‌اکسیدانی است. استرس اکسیداتیو در اسپرم پدیده‌ای است که با افزایش سرعت اکسیداسیون اجزای سلولی و تولید بیش از حد گونه‌های فعال اکسیژن مرتبط است. اسپرماتوژنز طی سه مرحله متوالی (اسپرماتوسیتوژنز، اسپرمیوژنز و اسپرماسیون) در مجاری اسپرم‌ساز بیضه رخ می‌دهد. مدت زمان اسپرماتوژنز در پرندگان بسیار کوتاه‌تر از پستانداران است که تقریباً 25 روز است. محتوای بالای اسیدهای چرب غیراشباع در غشای سلولی اسپرم پرندگان، این سلول‌ها را به‌ویژه در برابر پراکسیداسیون لیپیدی حساس می‌کند. بنابراین، برای اطمینان از عملکرد صحیح سلول‌ها، لازم است بین تشکیل ROSها و عملکرد محافظتی سیستم آنتی‌اکسیدانی تعادل وجود داشته باشد. محتوای بالای اسیدهای چرب غیراشباع در فسفولیپیدهای غشای سلولی اسپرم پرندگان عمدتاً اسیدهای آراشیدونیک (20 کربنه) و دوکوزاتترانوئیک اسید (22 کربنه) هستند. که این عامل سلول‌ها را به‌ویژه در برابر پراکسیداسیون لیپیدی حساس می‌کند، آسیب پراکسیداتیو مورفولوژی اسپرم را تحت ‌تأثیر قرار می‌دهد و تحرک اسپرم را کاهش می‌دهد. بنابراین اعتقاد‌بر این است که علت اصلی از دست دادن ظرفیت باروری مشاهده شده در طول ذخیره‌سازی مایع‌منی پرندگان است. گزارش شده‌است که برخی از متالو آنزیم‌ها (مانند لاکتات دهیدروژناز و سوربیتول دهیدروژناز) که نقش مهمی در افزایش تحرک اسپرم دارند، ممکن است حاوی روی در ساختار خود باشند. نانو اکسیروی سبب افزایش یکپارچگی غشا اسپرم آکروزوم شده و سبب حفظ سلامت غشا و بهبود عملکرد در آکروزوم می‌شود هم‌چنین این نانو اکسید بر عملکرد میتوکندری سلول اثر گذار بوده و سبب یکپارچگی عملکرد آن می‌شود. مواد و روش‌ها: نمونه‌گیری از 18 قطعه بوقلمون نژاد Bronze turkey دو بار در هفته و به‌مدت 5 هفته انجام‌گرفت. نمونه‌ها پس از مخلوط شدن با یکدیگر به‌منظور از بین رفتن اثرات فردی به 4 گروه تقسیم شده و مقادیر مختلف نانو اکسیدروی (صفر، 50، 100 و 200 میکروگرم در میلی‌لیتر) به رقیق‌کننده افزوده شد و تحت دمایی 4 درجه سانتی‌گراد فراسنجه‌های کیفی اسپرم (درصد جنبایی کل، درصد جنبایی پیش‌رونده، درصد زنده‌مانی، درصد سلامت غشا و درصد ناهنجاری) در زمان‌های مختلف ذخیره‌سازی (صفر، 12، 24 و 48 ساعت) بررسی شدند. یافته‌ها: این نتایج با استفاده از سطوح 50، 100 و 200 میکروگرم در میلی‌لیتر نانو اکسیدروی حاصل شد. در ارتباط با درصد تحرک کل، پیش‌رونده، زنده‌مانی، سلامت غشا و ناهنجاری، بعد از 24 و 48 ساعت نانو اکسیدروی اثر معنی‌داری بر فراسنجه‌های ذکرشده داشت. تیمار 100 میکروگرم در میلی‌لیتر بهترین عملکرد را در طی افزایش در زمان ذخیره‌سازی از خود بر روی فراسنجه‌های کیفی اسپرم بوقلمون نشان داد و تیمار شاهد دارای پایین‌ترین عملکرد از این نظر بود. نتایج نشان دادند که افزودن سطوح مختلف نانو اکسیدروی در رقیق‌کننده اسپرم بوقلمون بعد از 24 و 48 ساعت باعث تفاوت معنی‌داری نسبت به تیمار شاهد شد و سبب بهبود در فراسنجه‌های کیفی اسپرم بوقلمون در مقایسه با تیمار شاهد شد. نتیجه‌گیری: افزودن نانو اکسیدروی، فراسنجه‌های کیفی اسپرم بوقلمون را در حالت مایع (دمای 4 درجه سانتی‌گراد) بهبود بخشید و اضافه کردن مقدار 100 میکروگرم بر میلی‌لیتر نانو اکسیدروی در رقیق‌کننده اسپرم بهترین عملکرد را بین سطوح مختلف (صفر، 50، 100 و 200 میکروگرم بر میلی‌لیتر) اضافه‌شده داشت.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Over the past two decades, there has been a growing body of research on the effects of nanoparticles on semen parameters. Nanoparticles are molecules with dimensions ranging from 1 to 100 nanometers. Due to their unique properties, nanoparticles have attracted significant attention in biotechnology, medicine, animal reproduction, and veterinary sciences. Their high surface area-to-volume ratio increases reactivity and enhances their ability to penetrate biological tissues. These particles possess high chemical stability, allowing them to remain stable under various environmental conditions, and their nanoscale size enables them to cross biological cell membranes, enhancing cellular efficacy. Zinc is one of the essential elements influencing sperm health. It plays a critical role in sperm viability and motility and affects protein metabolism, nucleic acid synthesis, and sperm membrane stabilization. Most enzymes, including carbonic anhydrase, carboxypeptidase, and superoxide dismutase, require zinc as a cofactor. Zinc's positive effects on semen quality are attributed to its ability to enhance sperm antioxidant capacity, thereby mitigating oxidative stress caused by excessive reactive oxygen species (ROS). ROS are highly reactive, short-lived molecules (10^-9 seconds) derived from oxygen and characterized by one or more unpaired electrons. Due to their unstable chemical nature, they react with nearby organic molecules such as lipids, proteins, and DNA to achieve stability. While controlled ROS production plays a physiological role in key sperm processes—such as motility activation, transient adhesion to the uterine tube, capacitation, increased sperm activity, acrosome reaction, and sperm-oocyte fusion—excessive ROS levels lead to oxidative stress. This stress can cause lipid peroxidation of the sperm's cytoplasmic membrane, acrosomal membrane damage, DNA oxidation and fragmentation, and ultimately chromosomal abnormalities. Zinc helps prevent ROS production and defective sperm and leukocytes. It also exhibits antioxidant effects by inhibiting lipid peroxidation and reducing antisperm antibody levels. Oxidative stress in sperm is associated with accelerated oxidation of cellular components and excessive ROS production. Spermatogenesis occurs in three sequential stages (spermatocytogenesis, spermiogenesis, and spermiation) in the seminiferous tubules. In birds, the duration of spermatogenesis is significantly shorter than in mammals—approximately 25 days. The high content of polyunsaturated fatty acids in avian sperm cell membranes renders them particularly vulnerable to lipid peroxidation. Therefore, maintaining a balance between ROS production and the protective function of the antioxidant system is essential for proper cell function. The predominant polyunsaturated fatty acids in avian sperm membrane phospholipids include arachidonic acid (C20) and docosatetraenoic acid (C22), making the sperm highly susceptible to oxidative damage, which can impair sperm morphology and reduce motility. It is believed that this is a major cause of fertility loss during semen storage in birds. Some metalloenzymes (such as lactate dehydrogenase and sorbitol dehydrogenase), which are important for sperm motility, may contain zinc in their structure. Zinc oxide nanoparticles improve acrosomal membrane integrity, preserve membrane health, enhance acrosomal function, and positively affect mitochondrial performance and its functional integrity <v:shape href="https://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/" id="Picture_x0020_2" o:button="t" style="position:absolute; left:0; text-align:left; margin-left:113px; margin-top:1014px; width:63.75pt; height:23.1pt; z-index:251658240" type="#_x0000_t75"> <v:fill o:detectmouseclick="t"> </v:fill></v:shape>Methods: Semen samples were collected twice weekly for five weeks from 18 Bronze turkeys. After pooling the samples to eliminate individual variation, they were divided into four groups. Different concentrations of zinc oxide nanoparticles (0, 50, 100, and 200 µg/mL) were added to the semen extender, and sperm quality parameters (total motility, progressive motility, viability, membrane integrity, and abnormality) were evaluated at 0, 12, 24, and 48 hours of storage at 4°C. Results: Significant improvements in sperm quality parameters were observed at 24 and 48 hours in groups treated with 50, 100, and 200 µg/mL of nano-zinc oxide. The 100 µg/mL treatment showed the best overall performance in maintaining sperm quality over time, while the control group exhibited the lowest performance. The addition of zinc oxide nanoparticles led to statistically significant improvements in sperm quality parameters compared to the control group. Conclusion: The addition of zinc oxide nanoparticles to turkey semen extender improved sperm quality during liquid storage at 4°C. Among the tested concentrations, 100 µg/mL demonstrated the most effective performance in enhancing sperm quality parameters.  </div> آنتی اکسیدان, استرس اکسیداتیو, زمان‌های ذخیره‌سازی, فراسنجه‌های کیفی, گونه‌های فعال اکسیژن Antioxidant, Oxidative stress, Qualitative parameters, Reactive Oxygen Species, Storage times 155 166 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1867-1&slc_lang=fa&sid=1 Vahid Lotfi vafa وحید لطفی وفا vahid.lotfivafa99@gmail.com 100319475328460024295 100319475328460024295 No Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Industry, Khuzestan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Ahvsz, Iran گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران Khalil Mirzadeh خلیل میرزاده mirzadeh2019@gmail.com 100319475328460024296 0009-0008-7066-1214 Yes Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Industry, Khuzestan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Ahvaz, Iran گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران Saleh Tabatabaei Vakili صالح طباطبائی وکیلی tabatabaei@asnrukh.ac.ir 100319475328460024297 100319475328460024297 No Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Industry, Khuzestan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Ahvaz, Iran گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران Amin Kazemizadeh امین کاظمی زاده aminkazemi97@gmail.com 100319475328460024298 100319475328460024298 No Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Technology, Khuzestan Agricultural Sciences and Natural Resources University, Ahvaz, Iran گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران