Xác định các đặc tính lý hóa và các ảnh hưởng của các yếu tố này đến hoạt lực của tinh trùng cá đã được nghiên cứu trên nhiều loài cá trong nhiều thập kỷ qua, các nghiên cứu tập trung chủ yếu ở cá hồi [11, 22, 34, 37, 49, 50, 71], cá tầm [13, 15, 17, 24, 42, 65, 67] và trong họ cá chép [45, 60, 61, 63]. Ở cá biển, nghiên cứu về đặc tính lý, hóa của tinh trùng mới chỉ được tiến hành trên một số ít loài như trên cá bơn Scophthalmus maximus
[72, 73, 75], cá tuyết Lota lota [47], cá đối mục Mulgi cephalus [26]; cá chẽm châu Âu
Dicentrarchus labrax [12], cá bò da Thamnaconus modestus [52, 54] và cá đù vàng
Larimichthys polyactis [53, 55, 56]. Các phân tích chủ yếu: xác định thể tích và mật độ tinh trùng, các chỉ số của dịch tương (các ion và áp suất thẩm thấu), ảnh hưởng của tỉ lệ pha loãng, các ion và áp suất thẩm thấu với hoạt lực của tinh trùng.
Phân tích trên nhiều loài cá cho thấy, thể tích tinh dịch và mật độ tinh trùng ở các loài cá khác nhau thì khác nhau. Ở một số cá nước ngọt, mật độ tinh trùng cá hồi nâu
Salmo trutta caspius ước tính 3,3 x 109 tb/mL [37]; cá Brycon siebenthalae, mật độ tinh trùng là 13,9 ± 4,0 x 109 tb/mL, với thể tích tinh dịch thu được 1,8 ± 1,2 mL/cá thể đực [64]. Đối với một số loài cá biển như cá mú đen Epinephelus malabaricus có mật độ 4,2 – 8,6 x 109
mL/cá thể đực, mật độ 38,3 ± 5,9 x 109 tb/mL [75]; tuy nhiên, nếu ở điều kiện nuôi nhốt thì thể tích thu được thấp 0,2 – 1,2 mL/cá thể đực, với mật độ tinh trùng 0,7 – 1,0 x 109
tb/mL [72]; cá bò da Thamnaconus modestus có thể tích tinh dịch 0,3± 0,1 mL/cá thể đực và mật độ tinh trùng 2,6 ± 0,1 x 107
tb/mL [54]; cá đù vàng Larimichthys polyactis có thể tích và mật độ tinh trùng thấp (tương đương 1,1 ± 0,3 mL/cá và 2,5 ± 0,2 x 109
tb/mL) [55]. Một số nghiên cứu khác cũng cho thấy, trước mùa sinh sản thì mật độ tinh trùng của cá hồi vân Oncorhynchus mykiss, cá chép Cyprinus carpio và cá tầm Acipences fluvescens
giảm theo sự tăng lên của tuổi cá [17, 49, 62].
Trong dịch tương gồm các thành phần: Na+, K+, Cl-, Ca2+, Mg2+, Glucose, Protein, áp suất thẩm thấu, độ pH. Nghiên cứu trên nhiều loài cá cho thấy, các ion Na+
, K+ và Cl- Ca2+, Mg2+ chiếm ưu thế. Thành phần các ion đặc trưng được nghiên cứu ở một số loài cá thể hiện qua Bảng 1.1.
Bảng 1. 1: Thành phần các ion đặc trưng ở một số loài cá
Tên cá Kali (mM/L) Natri (mM/L) Canxi (mM/L) Clo (mM/L) Magie (mM/L) TLTK Cá chép (Cyprinus carpio) 82,4± 3,3 75,0 ± 3,2 2,0 ± 0,2 0,8 ± 0,04 [61] Cá hồi vân (Oncorhynchus mykiss) 25,7 ± 4,1 159,0 ± 30,8 1,2 ± 0,3 [49] Cá hồi nâu
(Salmo trutta caspius) 33,7 ± 2,0 159,3 ± 8,8 1,68 ± 0,2 133,0 ± 5,9 1,0 ± 0,10 [37]
Cá tầm Iran (Acipenser persicus) 6,9 ± 0,9 62,4 ± 6,8 0,8 ± 0,03 21,1 ± 5,4 0,5 ± 0,03 [17] Cá bò da (Thamnaconus modestus) 9,8 ± 0,9 164,0 ± 4,0 14,9 ± 0,6 151,0 ± 1,2 7,2 ± 0,10 [54] Cá đù vàng (Larimichthys polyactis) 17,1 ± 1,8 148,3 ± 4,7 2,9 ± 0,1 115,5 ± 4,8 1,8 ± 0,40 [55]
Các nghiên cứu cho thấy, các thành phần ion trong dịch tương, áp suất thẩm thấu, nhiệt độ, pH và tỷ lệ pha loãng ảnh hưởng đến hoạt lực tinh trùng [22, 29, 31].
Nghiên cứu ở họ cá chép Cyprinidae cho thấy ion Kali làm tăng khả năng tồn tại và hoạt lực của tinh trùng trong tinh dịch [61]; quan sát này cũng được thấy trên cá Brycon henni
[76]. Ngược lại, ion Kali gây ức chế hoạt lực của tinh trùng cá hồi Salmo gairdneri [22], cá đù Atlantic Micropogonias undulatus [25] và cá tầm Acipenser persicus[13, 15, 17].
pH là yếu tố ít ảnh hưởng đến hoạt lực của tinh trùng cá, điều này đã được xác định ở một số loài như: cá chép Cyprinus carpio, cá hồi vân Oncorhynchus mykiss, cá bơn
Hippoglossus sp, cá tuyết Lota Lota, cá tầm Iran Acipenser persicus, cá Osmerus eperlanus, cá bò da Thamnaconus modestus, cá rô phi vằn Oreochromis niloticus và cá đù vàng Larimichthys polyactis [15, 45, 48, 54, 56, 62].
Áp suất thẩm thấu được xem như là tác nhân kích hoạt chính cho hoạt lực của tinh trùng của nhiều loài cá, khoảng áp suất thẩm thấu cho sự vận động của tinh trùng phụ thuộc vào loài. Tinh trùng cá bơn Scophthalmus maximus bắt đầu vận động ở áp suất thẩm thấu trên 300 mOsm/kg [72]; ở cá chẽm Dicentrarchus labrax là 400 – 1100 mOsm/kg [12]; cá rô phi đen Sarathorendon melanotheron từ 333 – 645 mOsm/kg [30] và cá Oreochromis mossambicus là 100 – 200 mOsm/kg [62]. Ở cá tuyết Lota lota, khi kích hoạt trong môi trường pha loãng 2 lần nước biển với nước ngọt thì tinh trùng không hoạt động; vận động tinh trùng chỉ xảy ra khi được kích hoạt bằng cách chuyển vào trong nước biển nhân tạo với ASTT từ 700 – 1550 mOsm/kg [47]. Trên cá tầm Iran Acipenser persicus tinh trùng hoạt lực tối ưu trong dung dịch có chứa 25 mM NaCl; 0,2 mM KCl; 3 mM CaSO4, 10 mM MgSO4 và đường sucrose với áp suất thẩm thấu 50 mOsm/kg; tuy nhiên, ở nồng độ > 50 mM Na, > 1 mM K, > 3 mM Ca và > 10 mM Mg với áp suất thẩm thấu > 100 mOsm/kg đã làm giảm khả năng di chuyển của tinh trùng [15]. Ở cá rô châu Âu Perca fluviatilis khi áp suất thẩm thấu cao hơn 200 mOsm/kg thì tỷ lệ tinh trùng vận động giảm đáng kể và khi áp suất thẩm thấu cao hơn 300 mOsm/kg thì hoạt động của tinh trùng bị đình trệ [20, 21].