在受精前,精子和卵子分别要经历一定的生理成熟,才能完成受精而奠定合子正常发育的基础。
一、精子的获能
(一) 精子获能
新射入母犬生殖道内的精子,不能立即和卵子受精,必须经历一定时间,进行某种生理上的准备,经过形态及某些生理生化变化之后,才能获得受精能力。精子获得受精能力的过程称为精子获能。一般认为精子获能的意义在于使精子准备发生顶体反应 (acrosomal reaction,AR) 和超活化,促进精子穿卵。
精子在获能过程中其代谢发生了较明显的变化,主要表现为活力增强,呼吸率升高,耗氧量增多,尾部线粒体内氧化磷酸化功能旺盛等。这些代谢变化,同精子内环磷酸腺苷酶的活性改变有关,使得cAMP产生增多,以提高精子的呼吸活动和能量产生,最后激活精子。
在哺乳动物的活精子膜内外的离子保持在一个平衡状态。如内部具有高浓度的K+,而外部具有高浓度的Na+,这主要靠Na+/K+-ATPase来维持。然而在哺乳动物精子获能过程中其离子平衡发生了相应的变化,膜的离子通透性发生了变化,造成离子随着获能变化而流动,这种流动反过来又促进获能。除离子含量变化外,精子获能后质膜上的离子分布也发生了重排。资料表明,哺乳动物精子获能过程中钙离子起着极其重要的作用。精子获能后精子内部的钙含量升高,可能来自Ca2+-ATPase和/或Na+/Ca2+交换。
在精子获能过程中,其质膜暴露在获能液 (或子宫液、输卵管液) 中,因此,膜成分的变化是不可避免的。精子获能中胆固醇类物质从脂膜中流失,导致膜胆固醇/磷脂 (C/P) 的比值降低,从而提高了膜的通透性,进而促进获能。在精子获能过程中,其顶体尚未发生明显的结构变化,但在顶体内的酶类(如顶体素) 已被激活。
(二)精子在母犬生殖道内的获能部位
精子在雌性生殖道内开始和完成获能,各种动物是不同的。阴道射精型动物,其精子的获能始自阴道,但最有效的部位是子宫和输卵管。子宫射精型动物,获能开始于子宫,但主要部位在输卵管。一般认为获能过程先在子宫内进行,最后在输卵管内完成,子宫和输卵管对精子的获能起协同作用。除子宫和输卵管外,其他组织液也能使精子获能,但这种获能不像在输卵管内获能那样完全,只能部分获能。
现已发现,精子获能不仅可在同种动物的雌性生殖道内完成,还可在异种动物的雌性生殖道内完成,也可在体外人工培养液中完成。最有利于精子获能的部位是发情母犬的生殖道,即处于雌激素作用期的母犬生殖道对获能有促进作用,在孕激素作用下则抑制获能。
(三) 精子获能所需的时间
犬射精后,精子在15分钟基本可以到达输卵管,时间要先于卵子,在此期间精子得以获能。其获能所需时间在6小时左右。
二、卵子在受精前的准备
卵子排出后,在受精前也有类似精子获能的成熟过程,在这段时间内进行了哪些生理生化变化,尚不清楚。犬的卵子在受精前,也就是从卵巢排入输卵管后,还不能与精子结合,必须继续发育并进行第一次成熟分裂,放出第1极体,由初级卵母细胞变为次级卵母细胞后才具备受精能力。星修三的研究结果表明: 排卵后的初级卵母细胞需经过2~3天的成熟分裂,才变成次级卵母细胞。