vestngauВестник университета биотехнологийVestnik University of biotechnologiy3033-8433Publishing Centre “Zolotoy Kolos” of Novosibirsk State Agrarian University10.31677/2072-6724-2023-69-4-286-293vestngau-2174Research ArticleВЕТЕРИНАРИЯ И ЗООТЕХНИЯVETERINARY MEDICINE AND ANIMAL SCIENCEОценка влияния концентрации кальция в шерсти быков-производителей на качественные характеристики спермыEvaluation of the effect of calcium concentration in the wool of sires on se- men quality characteristicsСлепцовИ. И.SleptsovI. I.

кандидат экономических наук, научный сотрудник

Оренбург

PhD in Economic Sciences, Researcher

Orenburg

forleh@mail.ruМирошниковС. А.MiroshnikovS. A.

доктор биологических наук, профессор

Оренбург

Doctor of Biological Sciences, Professor

Orenburg

ФроловА. Н.FrolovA. N.

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

Оренбург

Doctor of Biological Sciences, Leading researcher

Orenburg

Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий РАНРоссияFederal Scientific Center for Biological Systems and Agricultural Technologies of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20231601202404286293Copyright © Слепцов И.И., Мирошников С.А., Фролов А.Н., 20242024Слепцов И.И., Мирошников С.А., Фролов А.Н.Sleptsov I.I., Miroshnikov S.A., Frolov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestngau.elpub.ru/jour/article/view/2174

   Химические элементы, являясь структурными компонентами тела, влияют на физиологические процессы и функции организма, рост, продуктивные и репродуктивные качества, резистентность и др.

   В связи с этим целью настоящего исследования являлась оценка влияния различных концентраций кальция в шерсти быков– производителей голштинской породы на качественные характеристики спермы.

   Исследования проведены в условиях Ленинградской и Вологодской областей на быках–производителях голштинской породы в возрасте 3–5 лет (n = 40). Концентрацию кальция в шерсти определяли методами атомно–эмиссионной и масс–спектрометрии (АЭС–ИСП и МС–ИСП). По результатам этого анализа и сопоставления с ранее разработанными референсными интервалами нами было сформировано 4 группы быков–производителей: 1-я – уровень концентрации кальция меньше 25-го процентиля, 2-я и 4-я – в границах 25–75-го процентилей (физиологическая норма 1597–2926 мг/кг) и 3-я – больше 75-го процентиля. По результатам такого распределения концентрация кальция в шерсти животных 2-й группы была выше на 75,9 % по сравнению с 1-й, в свою очередь, особи 4-й группы превосходили 3-ю на 27,9 %. По результатам оценки качественных характеристик спермы установлено, что в группе быков–производителей с уровнем кальция в границах ранее разработанных референсных интервалов была выше концентрация сперматозоидов на 15,3 % а их активность – на 0,17 балла в свежей сперме по сравнению с группой со сниженным его уровнем (ниже 25-го процентиля). Высокое содержание кальция (выше 75-го процентиля) в шерсти способствовало снижению концентрации сперматозоидов на 9,0 % по сравнению с нормальными его значениями. Таким образом, концентрация кальция, оцененная по уровню ее в шерсти, влияет на концентрацию и активность сперматозоидов. Необходимо проводить систематическую его оценку для повышения качественных характеристик спермы.

   Chemical elements, as structural components of the body, influence physiological processes and functions of the organism, growth, productive and reproductive traits, resistance and others.

   In this regard, the present study aimed to evaluate the effect of different calcium concentrations in the wool of Holstein sires on the semen quality characteristics.

   The studies were conducted in conditions of Leningrad and Vologda regions on Holstein sires, 3–5 years old (n = 40). Calcium concentration in wool was determined by atomic emission and mass spectrometry (AES–ICP and MS–ICP). According to the results of this analysis and comparison with previously developed reference intervals, we formed four groups of sires: I – level of Ca concentration less than 25th percentile, II and IV – within 25–75th percentile (physiological norm: 1597–2926 mg/kg) and III – more than 75th percentile. As a result of this distribution, the Ca concentration in the wool of animals of Group II was higher by 75.9 % compared to Group I; in turn, individuals of Group IV exceeded Group III – by 27.9 %. According to the results of semen quality characteristics evaluation, it was found that in the group of sires with Ca level within the previously developed reference intervals, the concentration of spermatozoa was higher by 15.3 % and their activity – by 0.17 points in fresh semen in comparison with the group with its reduced level (below the 25th percentile). High Ca content (above the 75th percentile) in wool contributed to a 9.0 % decrease in the concentration of spermatozoa compared to its average values. Thus, the calcium concentration, assessed by its level in the fur, affects the concentration and activity of sperm. It is necessary to evaluate it to improve the quality characteristics of sperm systematically.

голштинская породабыки-производителишерстьэлементный составкальцийспермаHolstein breedsireswoolelemental compositioncalciumspermРабота выполнена в соответствии с планом НИР за 2019–2023 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (№ 0761–2019– 0006)The work was carried out in accordance with the research plan for 2019-2023 FGBNU FNC BST RAS (No. 0761-2019–0006)ReferencesMineral nutrition and reproductive performance of the dairy animals: a review / M.C. Sharma, C. Joshi, G. Das, K. Hussain // Indian J. Anim. Sci. – 2007. – Vol. 77. – P. 599–608.Sharma M.C., Joshi C., Das G., Hussain K., Mineral nutrition and reproductive performance of the dairy animals : a review, Indian J. Anim. Sci., 2007, Vol. 77, pp. 599–608.Стрижкова М.В., Коновалова Т.В., Короткевич О.С. Содержание макроэлементов в сыворотке крови животных черно–пестрой породы // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). – 2017. – № 4 (45). – С. 75–82.Strizhkova M.V., Konovalova T.V., Korotkevich O.S., Vestnik NGAU (Novosibirskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet), 2017, No. 4 (45), pp. 75–82. (In Russ.))Fraser L.R. Minimum and maximum extracellular Ca<sup>2+</sup> requirements during mouse sperm capacitation and fertilization in vitro // J Reprod Fertil. – 1987. – Sep, Vol. 81 (1). – P. 77–89. – DOI: 10.1530/jrf.0.0810077.Fraser LR., Minimum and maximum extracellular Ca<sup>2+</sup> requirements during mouse sperm capacitation and fertilization in vitro, J Reprod Fertil, 1987, Sep, Vol. 81 (1), pp. 77–89, DOI: 10.1530/jrf.0.0810077.The impact of calcium, magnesium, zinc, and copper in blood and seminal plasma on semen parameters in men / W.Y. Wong, G. Flik, P.M. Groenen [et al.] // Reprod Toxicol. – 2001. – Mar–Apr, Vol. 15 (2). – P. 131–136. – DOI: 10.1016/s0890–6238(01)00113–7.Wong W.Y., Flik G., Groenen P.M., Swinkels D.W., Thomas C.M., Copius–Peereboom J.H., Merkus H.M., Steegers–Theunissen R.P., The impact of calcium, magnesium, zinc, and copper in blood and seminal plasma on semen parameters in men, Reprod Toxicol., 2001, Mar–Apr, Vol. 15 (2), pp. 131–136, DOI: 10.1016/s0890–6238(01)00113–7.Marzec–Wróblewska U., Kamiński P., Lakota P. Influence of chemical elements on mammalian spermatozoa. Folia Biol (Praha). – 2012. – Vol. 58 (1). – P. 7–15.Marzec–Wróblewska U., Kamiński P., Lakota P., Influence of chemical elements on mammalian spermatozoa, Folia Biol (Praha), 2012, Vol. 58 (1), pp. 7–15.Role of cholesterol, calcium, and mitochondrial activity in the susceptibility for cryodamage after a cycle of freezing and thawing / M. Meseguer, N. Garrido, J.A. Martínez–Conejero [et al.] // Fertil Steril. – 2004. – Mar, Vol. 81 (3). – P. 588–594. – DOI: 10.1016/j.fertnstert.2003.09.035.Meseguer M., Garrido N., Martínez–Conejero J.A., Simón C., Pellicer A., Remohí J., Role of cholesterol, calcium, and mitochondrial activity in the susceptibility for cryodamage after a cycle of freezing and thawing, Fertil Steril., 2004, Mar, Vol. 81 (3), pp. 588–594, DOI: 10.1016/j.fertnstert.2003.09.035.An overview on role of some trace elements in human reproductive health, sperm function and fertilization process / M. Mirnamniha, F. Faroughi, E. Tahmasbpour [et al.] // Rev Environ Health. – 2019. – Dec 18, Vol. 34 (4). – P. 339–348. – DOI: 10.1515/reveh–2019–0008.Mirnamniha M., Faroughi F., Tahmasbpour E., Ebrahimi P., Beigi Harchegani A., An overview on role of some trace elements in human reproductive health, sperm function and fertilization process, Rev Environ Health, 2019, Dec. 18, Vol. 34 (4), pp. 339–348, DOI: 10.1515/reveh–2019–0008.Determination of trace elements in bovine semen samples by inductively coupled plasma mass spectrometry and data mining techniques for identification of bovine class / G.F. Aguiar, B.L. Batista, J.L. Rodrigues [et al.] // J Dairy Sci. – 2012. – Dec, Vol. 95 (12). – P. 7066–7073. – DOI: 10.3168/jds.2012–5515.Aguiar G.F., Batista B.L., Rodrigues J.L., Silva L.R., Campiglia A.D., Barbosa R.M., Barbosa F.Jr., Determination of trace elements in bovine semen samples by inductively coupled plasma mass spectrometry and data mining techniques for identification of bovine class, J Dairy Sci, 2012, Dec, Vol. 95 (12), pp. 7066–7073, DOI: 10.3168/jds.2012–5515.Banjoko S.O., Adeseolu F.O. Seminal Plasma pH, Inorganic Phosphate, Total and Ionized Calcium Concentrations In The Assessment of Human Spermatozoa Function // J Clin Diagn Res. – 2013. – Nov, Vol. 7 (11). – P. 2483–2486. – DOI: 10.7860/JCDR/2013/6194.3585.Banjoko S.O., Adeseolu F.O., Seminal Plasma pH, Inorganic Phosphate, Total and Ionized Calcium Concentrations In The Assessment of Human Spermatozoa Function, J Clin Diagn Res, 2013, Nov, Vol. 7 (11), pp. 2483–2486, DOI: 10.7860/JCDR/2013/6194.3585.Seminal concentssrations of total and ionized calcium from men with normal and decreased motility / S.D. Prien, C.D. Lox, R.H. Messer, F.D. DeLeon // Fertil Steril. – 1990. – Jul, Vol. 54 (1). – P. 171–172.Prien S.D., Lox C.D., Messer R.H., DeLeon F.D., Seminal concentssrations of total and ionized calcium from men with normal and decreased motility, Fertil Steril, 1990, Jul, Vol. 54 (1), pp. 171–172.Thomas P., Meizel S. An influx of extracellular calcium is required for initiation of the human sperm acrosome reaction induced by human follicular fluid // Gamete Res. – 1988. – Aug, Vol. 20 (4). – P. 397–411. – DOI: 10.1002/mrd.1120200402.Thomas P., Meizel S., An influx of extracellular calcium is required for initiation of the human sperm acrosome reaction induced by human follicular fluid, Gamete Res, 1988, Aug, Vol. 20 (4), pp. 397–411, DOI: 10.1002/mrd.1120200402.Zinc, magnesium and calcium in human seminal fluid: relations to other semen parameters and fertility / M.B. Sørensen, I.A. Bergdahl, N.H. Hjøllund [et al.] // Mol Hum Reprod. – 1999. – Apr, Vol. 5 (4). – P. 331–337. – DOI: 10.1093/molehr/5.4.331.Sørensen M.B., Bergdahl I.A., Hjøllund N.H., Bonde J.P., Stoltenberg M., Ernst E,. Zinc, magnesium and calcium in human seminal fluid: relations to other semen parameters and fertility, Mol Hum Reprod, 1999, Apr, Vol. 5 (4), pp. 331–337, DOI: 10.1093/molehr/5.4.331.The impact of calcium, magnesium, zinc, and copper in blood and seminal plasma on semen parameters in men / W.Y. Wong, G. Flik, P.M.W. Groenen [et al.] // Reproductive Toxicology. – 2001. – Vol. 15 (2). – P. 131–136. – doi: 10.1016/S0890–6238(01)00113–7.Wong W.Y., Flik G., Groenen P.M.W. et al., The impact of calcium, magnesium, zinc, and copper in blood and seminal plasma on semen parameters in men, Reproductive Toxicology, 2001, Vol. 15 (2), pp. 131–136, doi: 10.1016/S0890–6238(01)00113–7.Elemental composition of human semen is associated with motility and genomic sperm defects among older men / T.E. Schmid, P.G. Grant, F. Marchetti [et al.] // Hum Reprod. – 2013. – Jan, Vol. 28 (1). – P. 274–282. – DOI: 10.1093/humrep/des321Schmid T.E., Grant P.G., Marchetti F., Weldon R.H., Eskenazi B., Wyrobek A.J., Elemental composition of human semen is associated with motility and genomic sperm defects among older men, Hum Reprod, 2013, Jan, Vol. 28 (1), pp. 274–282, DOI: 10.1093/humrep/des321.Relationship between trace elements status in mane hair and atrial fibrillation in horse / K. Asano, K. Suzuki, M. Chiba [et al.] // J Vet Med Sci. – 2006. – Jul, Vol. 68 (7). – P. 769–771. – URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Relationship-between-trace-elements-status-in-mane-Asano-Suzuki/5119ffd1c87419ac14b465173e7579e99cdf68da.Asano K., Suzuki K., Chiba M., Sera K., Asano R., Sakai T., Relationship between trace elements status in mane hair and atrial fibrillation in horse, J Vet Med Sci, 2006, Jul, Vol. 68 (7), pp. 769–771, URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Relationship-between-trace-elements-status-in-mane-Asano-Suzuki/5119ffd1c87419ac14b465173e7579e99cdf68da.Фролов А.Н., Завьялов О.А., Харламов А.В. Взаимосвязь уровня концентраций химических элементов в шерсти с количественными и качественными характеристиками семени у быков производителей голштинской породы // Аграрный научный журнал. – 2022. – № 11. – С. 91–95. – doi: 10.28983/asj.y2022i11pp91–95.Frolov A.N., Zavyalov O.A., Kharlamov A.V., Agricultural Scientific Journal, No. 11, pp. 91–95, doi: 10.28983/asj.y2022i11pp91–95. (In Russ.)Качество спермы быков красных пород ОАО племпредприятие «Барнаульское» и устойчивость её к криоконсервации / А.И. Желтиков, Т.В. Коновалова, О.И. Себежко, В.В. Ильин, П.Н. Пальчиков, О.С. Короткевич, В.Л. Петухов, М.В. Стрижкова, О.А. Зайко, В.Г. Маренков, К.Н. Нарожных // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). – 2021. – № 1 (58). – С. 92–100. – DOI: 10.31677/2072–6724–2021–58–1–92–100.Zheltikov A.I., Konovalova T.V., Sebezhko O.I., Ilyin V.V., Palchikov P.N., Korotkevich O.S., Petukhov V.L., Strizhkova M.V., Zaiko O. .A., Marenkov V.G., Narozhnykh K.N., Vestnik NGAU (Novosibirskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet), 2021, No. 1 (58), pp. 92–100, DOI: 10.31677/2072–6724–2021–58–1–92–100. (In Russ.)Оценка быков–производителей черно–пестрой породы по качеству спермопродукции / А.И. Желтиков, О.С. Короткевич, В.В. Вастьянов, Е.В. Камалдинов // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). – 2010. – № 1 (13). – С. 26–29.Zheltikov A.I., Korotkevich O.S., Vastyanov V.V., Kamaldinov E.V., Vestnik NGAU (Novosibirskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet), 2010, No. 1 (13), pp. 26–29. (In Russ.)Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных : справ. пособие. – 3–е изд., перераб. и доп. / под ред. А.П. Калашникова, В.И. Фисинина, В.В. Щеглова, Н.И. Клейменова. – М., 2003. – 456 с.Norms and rations for feeding farm animals. Reference manual. 3<sup>rd</sup> edition revised and expanded (Norms and rations for feeding farm animals), Ed. A.P. Kalashnikova, V.I. Fisinina, V.V. Shcheglova, N.I. Kleimenova, Moscow, 2003, 456 p.Фролов А.Н., Завьялов О.А., Харламов А.В. Референсные интервалы концентраций химических элементов в шерсти быков–производителей голштинской породы // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2022. – № 100. – С. 286–292. – URL: https://proceedings.kubsau.ru/issue/2022/100/286-292.Frolov A.N., Zavyalov O.A., Kharlamov A.V., Proceedings of the Kuban State Agrarian University, 2022, No. 100, pp. 286–292, URL: https://proceedings.kubsau.ru/issue/2022/100/286-292.. (In Russ.)Banjoko S.O., Adeseolu F.O. Seminal Plasma pH, Inorganic Phosphate, Total and Ionized Calcium Concentrations In The Assessment of Human Spermatozoa Function // J Clin Diagn Res. – 2013. – Nov, Vol. 7 (11). – P. 2483–2486. – DOI: 10.7860/JCDR/2013/6194.3585.Banjoko S.O., Adeseolu F.O., Seminal Plasma pH, Inorganic Phosphate, Total and Ionized Calcium Concentrations In The Assessment of Human Spermatozoa Function, J Clin Diagn Res, 2013, Nov, Vol. 7 (11), pp. 2483–2486, DOI: 10.7860/JCDR/2013/6194.3585.The rate of change in Ca<sup>(2+)</sup> concentration controls sperm chemotaxis / L. Alvarez, L. Dai, B.M. Friedrich [et al.] // J Cell Biol. – 2012. – Mar 5, Vol. 196 (5). – P. 653–563. – DOI: 10.1083/jcb.201106096.Alvarez L., Dai L., Friedrich B.M., Kashikar N.D., Gregor I., Pascal R., Kaupp U.B., The rate of change in Ca<sup>(2+)</sup> concentration controls sperm chemotaxis, J Cell Biol., 2012, Mar 5, Vol. 196 (5), pp. 653–563, DOI: 10.1083/jcb.201106096.Tyler N.C., Namntu M., Ciacciariello M. Research Note: The effect of crude protein and calcium intake on fertility of male broiler breeders // Poult Sci. – 2021. – Sep, Vol. 100 (9). – P. 101284. – DOI: 10.1016/j.psj.2021.101284.Tyler N.C., Namntu M., Ciacciariello M., Research Note: The effect of crude protein and calcium intake on fertility of male broiler breeders, Poult Sci, 2021, Sep, Vol. 100 (9), pp. 101284, DOI: 10.1016/j.psj.2021.101284.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.