DMF与ZnO NPs联合应用提升冷冻公鸡精液质量的抗氧化协同机制研究

《Poultry Science》：Improvement of Cryopreserved Rooster Semen Quality by Combined Application of DMF and ZnO NPs

本研究针对家禽精液冷冻保存过程中氧化应激损伤导致精子质量下降的关键问题，通过将氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）与二甲基甲酰胺（DMF）联用，系统评估其对冻融后精子形态、抗氧化能力及繁殖潜能的影响。结果表明，ZnO-DMF复合体系可显著提升精子质膜完整性、线粒体活性及抗氧化酶（GPx、GR）活性，降低DNA碎片指数和丙二醛含量，最终将受精率和孵化率分别提高至87.92%和97.79%。该研究为优化家禽遗传资源冷冻保存方案提供了创新性技术支撑。

　　

家禽遗传资源的长期保存是维持生物多样性和农业可持续发展的重要保障，而精液冷冻保存技术在其中扮演着核心角色。然而，冷冻过程中产生的氧化应激会严重损伤精子结构，导致质膜破裂、DNA断裂和受精能力下降，这一直是制约该技术应用的瓶颈。传统冷冻保护剂如甘油虽有一定效果，但存在使用步骤繁琐、需离心去除等问题。二甲基甲酰胺（DMF）因其高膜渗透性和可直接用于人工授精的便利性，逐渐成为替代方案，但其单独使用对氧化应激的缓解能力有限。近年来，纳米材料在生物医学领域的抗氧化作用引起关注，其中氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）凭借其优异的自由基清除能力和抗菌特性，为精液冷冻保护提供了新思路。

为突破现有技术局限，河南农业大学孙桂荣团队在《Poultry Science》发表研究，创新性地将ZnO NPs与DMF结合，系统探究了二者协同作用对冷冻公鸡精液质量的提升效果。研究通过多维度指标分析，证实该复合体系能显著增强精子抗氧化防御能力，为家禽遗传资源保存提供了新技术路径。

关键技术方法方面，研究采用计算机辅助精液分析（CASA）评估精子运动参数，通过低渗膨胀试验（HOST）检测质膜完整性，流式细胞术分析磷脂酰丝氨酸外翻、DNA碎片指数（DFI）和线粒体活性（MA），并利用商业试剂盒测定超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等抗氧化指标。实验选用60只35周龄霍丹鸡的精液样本，通过人工授精验证冻融精子的实际繁殖能力。

精子形态参数影响

研究发现，ZnO-DMF组精子畸形率显著低于单一DMF组（P< 0.05），质膜完整性提升至最高水平。电镜观察显示，复合保护剂能更有效维持精子头部和尾部的结构完整性，减少冷冻导致的形态异常。

遗传完整性保护机制

ZnO NPs的添加使精子存活率显著提高，DFI值下降，线粒体活性增强。流式细胞术数据表明，复合体系能减少早期凋亡样变化（Annexin V+/PI-细胞占比降低），说明ZnO NPs通过抑制氧化应激路径保护了精子遗传物质的稳定性。

抗氧化酶系统激活

在抗氧化指标中，ZnO-DMF组的GPx、谷胱甘肽还原酶（GR）活性和总抗氧化能力（TAC）均显著高于对照组（P< 0.05），而脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量明显降低。这表明ZnO NPs通过激活SOD-GPx/CAT协同通路（2O₂^•?+ 2H⁺→ H₂O₂+ O₂；2H₂O₂→ 2H₂O + O₂），高效清除了冷冻过程中积累的活性氧（ROS）。

繁殖潜能验证

人工授精实验显示，ZnO-DMF组的受精率达87.92%±10.66，孵化率升至97.79%±3.59，晚期胚胎死亡率显著降低。这表明复合保护剂不仅改善了精子体外指标，更直接提升了其体内受精和胚胎发育能力。

研究结论指出，DMF与ZnO NPs的协同作用源于双重机制：一方面，Zn作为SOD的结构成分增强抗氧化酶活性；另一方面，DMF分子引导ZnO形成表面缺陷结构，提高其分散性和自由基清除效率。该复合体系通过减轻氧化损伤、维持细胞膜稳定性和遗传完整性，显著提升了冷冻精液的实用价值。本研究为家禽遗传资源库的优化建设提供了理论依据和技术支持，未来可通过浓度梯度优化和多组学联用进一步揭示其分子机制。