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Murrah水牛夏季热应激下，通过红外热成像和超声多普勒评估的睾丸温度梯度（TG）和血流动力学参数与精液质量（活力、前向运动能力、顶体完整性等）显著相关，TG>3℃的牛群表现出更优的精液参数和较低的异常率，验证了非侵入性生物标志物在热应激繁殖管理中的实用性。
迪维安舒·拉克汉帕尔（Divyanshu Lakhanpal）| 图沙尔·库马尔·莫汉蒂（Tushar Kumar Mohanty）| 穆克什·巴卡特（Mukesh Bhakat）| 拉马斯瓦米·阿鲁努库马尔（Ramaswamy Arunkumar）| 鲁比娜·K·拜塔卢（Rubina K. Baithalu）| 安贾利·乔汉（Anjali Chauhan）
印度哈里亚纳邦卡纳尔（Karnal）ICAR-国家乳品研究所（ICAR-National Dairy Research Institute）人工繁殖研究中心，邮编132001
摘要
夏季的热应激对穆拉水牛公牛的繁殖效率构成了重大挑战，因为它会干扰睾丸的体温调节和血管灌注，最终影响精液质量。本研究旨在评估在夏季热应激条件下（平均温度湿度指数THI为80.6）生活的十二头成年穆拉水牛公牛的睾丸温度梯度（TG）、阴囊血流量与精液参数之间的关系。研究人员每两周使用红外热成像（IRT）技术测量阴囊近端和远端的表面温度，并通过温差计算TG。每月通过彩色多普勒超声技术主观（血管评分1-5分）和客观（多普勒信号面积百分比）评估睾丸蔓状血管网的血流量。每两周采集一次精液，分析其体积、浓度、精子活动力、前进运动力、存活率、顶体完整性、低渗肿胀试验（HOST）反应以及异常率。根据TG值（>3°C vs <3°C）将公牛分为两组。TG值较高的公牛表现出显著更高的血流量（52.7 ± 1.6% vs 40.6 ± 2.1%；p < 0.05）和血管评分（3.3 ± 0.1 vs 2.5 ± 0.1；p < 0.05）。这些公牛的前进运动力（79.3 ± 1.6% vs 71.1 ± 1.2%）、存活率（82.9 ± 0.9% vs 76.4 ± 1.7%）、顶体完整性（86.6 ± 0.2% vs 84.0 ± 0.3%）以及HOST反应（68.0 ± 0.7% vs 63.0 ± 0.5%）也更为优异，且异常率较低（10.8 ± 0.2% vs 13.3 ± 0.3%；p < 0.05）。相关性和回归分析证实了TG、血流量指标与精液特征之间的强烈关联，而升高的THI对睾丸功能有负面影响。IRT和多普勒评估可以作为检测热应激下穆拉水牛公牛精液质量受损的可靠且无创的生物标志物，具有提高繁殖管理效率、减少热应激不良影响的潜力。
引言
牲畜的繁殖效率，尤其是在水牛中，是热带农业系统中遗传改良和经济可行性的基础。人工授精（AI）已成为传播优质种质和提升水牛群生产力的关键生物技术手段。由于一头高生育力的公牛产生的精液可以为数千头母牛服务，因此可靠的高质量精液产出对于遗传改良和群体生产力至关重要（Praveen等人，2024年）。然而，AI的效果在很大程度上取决于种公牛的繁殖健康状况，特别是其产生高质量精液的能力（Lemma和Shemsu，2015年）。
夏季的环境热应激会通过损害关键的精液质量参数显著影响水牛公牛的繁殖效率。特别是在温度和湿度较高的时期，精子活动力、存活率、顶体完整性和精子浓度会明显下降。同时，氧化应激标志物（如丙二醛MDA）和精子形态异常会增加，反映出生殖功能的受损（Bhakat等人，2015年；Pallavi等人，2024年）。穆拉水牛是南亚最著名的乳用品种之一，虽然它们天生适应温暖的气候，但在生理上仍易受夏季热应激的影响，这会不利地影响精液质量（Bhakat等人，2015年；Yadav等人，2019年）。夏季高峰期的环境温度升高会干扰睾丸的体温调节，降低精子生成能力，减少精子活动力，并增加形态异常（Setchell，2006年）。
研究人员研究了夏季热应激通过多种机制损害水牛公牛生殖功能的途径。首先，体温调节机制如外周血管扩张和泥浴行为会使血液流向远离睾丸的方向，从而提高阴囊温度并干扰精子生成（Jasinski等人，2023年）。在细胞水平上，升高的睾丸温度会加速活性氧（ROS）的产生（Ziaeipour等人，2021年），增加脂质过氧化（丙二醛）并消耗抗氧化防御系统，从而损害精子DNA和膜结构（Mahdivand等人，2021年）。
在水牛中，有效的睾丸冷却依赖于解剖学和生理机制，如蔓状血管网、阴囊皮肤血管以及提睾肌反射，这些机制可将睾丸温度维持在比核心体温低几度的水平（Wallage等人，2017年）。近年来，非侵入性诊断技术（如红外热成像（IRT）和多普勒超声）的发展使研究人员能够准确评估阴囊表面温度和睾丸血流量。IRT技术最初用于牛的乳腺炎检测和代谢应激评估，现已被应用于生殖筛查，通过可视化阴囊表面的温度梯度（Kastelic等人，1997年；Borah等人，2022年）。Yadav等人（2019年）发现，阴囊温度梯度较高的公牛具有更好的精液质量和冷冻保存能力。
同样，彩色多普勒超声也被用作评估睾丸血管动态的工具。Claus等人（2019年）表明，多普勒参数（如阻力指数RI、脉动指数PI和峰值收缩速度PSV）可以反映睾丸灌注情况，并与反刍动物的生育能力相关。Neto等人（2021年）进一步证实，睾丸血流量受损会损害精子生成，导致精子异常率上升和膜完整性下降。
尽管取得了这些进展，但在夏季高峰期热应激条件下，尚未全面研究IRT和多普勒超声结合使用来同时评估睾丸温度调节和灌注及其与精液质量的关系。鉴于雄性生育能力在繁殖计划中的重要性，这种多因素评估可以显著改善公牛的选择标准和生育管理。因此，本研究旨在探讨在自然夏季热应激条件下，睾丸温度梯度、血管灌注（通过IRT和多普勒技术量化）与精液质量之间的关系。通过整合生理成像技术和精液评估方法，本研究旨在提出可用于检测种公牛繁殖效率的诊断指标。
研究地点
本研究在印度哈里亚纳邦卡纳尔的ICAR-国家乳品研究所（NDRI）人工繁殖研究中心（ABRC）进行。根据柯本气候分类（Cwa型），该地区属于湿润亚热带气候，冬季干燥。实验地点海拔250米，纬度29.43°N，经度72.2°E。该地区具有亚热带气候特征，最高环境温度可达45°C。
温度湿度指数（THI）
研究期间六个两周内记录的温度湿度指数（THI）值表明动物持续暴露于高温环境中。第一周（5月16日至31日），THI为76.89；第二周（6月1日至15日）略有上升至77.85。从第三周开始，THI值持续超过79，分别在6月16日至30日、7月1日至15日、7月16日至31日达到82.45、81.55、82.71和82.43。
讨论
本研究提供了有力证据，表明通过睾丸温度梯度（TG）和血管灌注量化的睾丸体温调节在夏季热应激下显著影响穆拉水牛公牛的精液质量。利用非侵入性的红外热成像（IRT）和彩色多普勒超声技术，我们建立了睾丸功能与精液参数之间的生理相关性，这些参数对于水牛繁殖计划的生育评估至关重要。
结论
通过红外热成像和彩色多普勒超声评估的睾丸温度梯度及血管灌注是预测穆拉水牛公牛在夏季热应激下精液质量的可靠指标。TG值较高的公牛表现出更高的睾丸血流量和更好的精液特性，证实了有效的体温调节和灌注对于维持热负荷下的生殖功能至关重要。
作者贡献声明
安贾利·乔汉（Anjali Chauhan）：正式数据分析。
迪维安舒·拉克汉帕尔（Divyanshu Lakhanpal）：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学设计、数据管理。
拉马斯瓦米·阿鲁努库马尔（Ramaswamy Arunkumar）：数据管理。
鲁比娜·库玛丽·拜塔卢（Rubina Kumari Baithalu）：数据可视化、验证。
图沙尔·库马尔·莫汉蒂（Tushar Kumar Mohanty）：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计、资金获取、概念构思。
穆克什·巴卡特（Mukesh Bhakat）：撰写 – 审稿与编辑、监督。
未引用参考文献
Correa等人，1997年；Kushwaha等人，2019年；Kushwaha等人，2018年；Petrocchi Jasinski等人；Polsky等人，2020年；Sharma等人，2018年；Tomar等人，1966年。
利益冲突声明
数据访问声明
由于机构限制/隐私问题，支持本研究结果的数据不对外公开，但可应合理要求向通讯作者获取。
资金信息
该项目由印度农业研究委员会（Indian Council of Agricultural Research）资助——农业研究激励计划：项目V：牛的精液性别鉴定（项目编号CS/F.No.16-8/2017-1A.IV，日期2017年10月26日）。
利益冲突声明
作者确认不存在可能影响本手稿工作的财务、个人或职业利益冲突。所有作者均已披露任何潜在的利益冲突，并确认没有任何关系或活动可能影响提交的工作。
致谢
作者衷心感谢印度哈里亚纳邦卡纳尔ICAR-国家乳品研究所的所长兼副校长提供的必要设施，以支持这项研究。
