口蝦蛄繁殖周期及生殖細(xì)胞發(fā)育的研究

劉海映,谷德賢,姜玉聲,邢坤

(1.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院,遼寧大連116023;2.天津市水產(chǎn)研究所,天津300221;3.大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連116023)

口蝦蛄繁殖周期及生殖細(xì)胞發(fā)育的研究

劉海映1,谷德賢2,姜玉聲3,邢坤1

(1.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院,遼寧大連116023;2.天津市水產(chǎn)研究所,天津300221;3.大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連116023)

對(duì)大連市黑石礁海域口蝦蛄Oratosquilla oratoria卵巢性腺指數(shù)的周年變化進(jìn)行測定,對(duì)雌雄個(gè)體的生殖細(xì)胞發(fā)育進(jìn)行了組織學(xué)觀察。結(jié)果表明:3月,隨著水溫的升高,口蝦蛄繁殖個(gè)體卵巢發(fā)育逐漸成熟,性腺指數(shù)上升,至6月達(dá)到最大值,7月,隨著繁殖個(gè)體的排卵,性腺指數(shù)下降,至9月出現(xiàn)全年的最小值;口蝦蛄1齡即可性成熟,每年產(chǎn)卵1次;雄性生殖細(xì)胞發(fā)育分為精原細(xì)胞期、初級(jí)精母細(xì)胞期、次級(jí)精母細(xì)胞期、精細(xì)胞期和精子期5個(gè)時(shí)期,雌性生殖細(xì)胞發(fā)育分為卵原細(xì)胞期、卵黃形成前期、卵黃形成期和成熟期4個(gè)時(shí)期。

口蝦蛄;繁殖周期;生殖細(xì)胞;組織學(xué)

口蝦蛄Oratosquilla oratoria俗稱蝦爬子、螳螂蝦、蝦虎等,隸屬于甲殼綱、口足目、蝦蛄科、口蝦蛄屬,是一種多年生的海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)甲殼類,為中國沿海重要的漁業(yè)對(duì)象之一。目前,對(duì)口蝦蛄生物學(xué)的研究已引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[1-18]。研究口蝦蛄的繁殖規(guī)律和生殖細(xì)胞發(fā)育對(duì)其資源保護(hù)和利用具有重要意義,日本學(xué)者在此方面進(jìn)行了較多的研究[1-7],國內(nèi)學(xué)者堵南山[8]、 王春琳等[10]、 徐善良等[11-12]也對(duì)口蝦蛄繁殖生物學(xué)進(jìn)行了研究。然而,迄今有關(guān)口蝦蛄繁殖周期的報(bào)道較少,中國沿海不同海區(qū)群體的繁殖特性尚缺乏生物學(xué)數(shù)據(jù)比較。本研究中,作者探究了大連沿?？谖r蛄性腺發(fā)育的周年變化,并對(duì)其生殖細(xì)胞的發(fā)育進(jìn)行了組織學(xué)觀察,旨在為口蝦蛄繁殖生物學(xué)研究及資源的合理利用與保護(hù)提供可借鑒的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用口蝦蛄為2007年1—12月每月從大連市黑石礁海域收購鮮活的口蝦蛄。

1.2 方法

采樣后立即測定其頭胸甲長、體長、體質(zhì)量,解剖測量卵巢質(zhì)量,觀察并記錄卵巢的形態(tài)特征。

每次選取性腺發(fā)育良好且具有代表性的雌、雄個(gè)體各3尾,解剖獲得精巢和卵巢,用Bouin氏液固定,按常規(guī)石蠟切片方法進(jìn)行脫水、透明、包埋等操作,切片厚度為6～8 μm,用Harris蘇木精-伊紅染色。在Olympus CX41顯微鏡下觀察并拍照,以目微尺測量切片中細(xì)胞、細(xì)胞核及核仁大小。

性腺指數(shù)采用下式計(jì)算:

性腺指數(shù) (%)=卵巢質(zhì)量/體質(zhì)量×100。

2 結(jié)果

2.1 口蝦蛄卵巢性腺指數(shù)的周年變化

以每月測定的全部雌蝦蛄性腺指數(shù)的平均值表示該月取樣群體的性成熟度,其性腺周年變化如圖1所示。9月,雌性口蝦蛄性腺細(xì)小,為黑色線狀,性腺指數(shù)最低,最小值為0.47%,進(jìn)入秋季性腺指數(shù)緩慢增長,持續(xù)到翌年1、2月;3月,隨著水溫的升高,卵巢發(fā)育逐漸成熟,性腺指數(shù)明顯上升,至6月性腺指數(shù)達(dá)到最大值19.32%;7月,隨著繁殖個(gè)體的排卵,性腺指數(shù)下降。

2.2 精子的發(fā)育

精巢壁由兩層組織構(gòu)成,外面為嗜酸性的一層較薄上皮細(xì)胞,組織結(jié)構(gòu)較致密,主要起保護(hù)作用;里層為嗜堿性組織。精巢腔內(nèi)包裹大量雄性生殖細(xì)胞,根據(jù)其形態(tài)特征,將這些細(xì)胞分為精原細(xì)胞期、初級(jí)精母細(xì)胞期、次級(jí)精母細(xì)胞期、精細(xì)胞期和精子期5個(gè)時(shí)期。

圖1 大連沿?？谖r蛄卵巢性腺指數(shù)的周年變化Fig.1 Annual changes in gonado-somatic index of ovaries in mantis shrimp in coastal Dalian

精原細(xì)胞期精原細(xì)胞直徑為8～10 μm,嗜堿性強(qiáng),細(xì)胞質(zhì)中有顆粒狀分布的嗜堿性物質(zhì)(圖2-A)。

初級(jí)精母細(xì)胞期初級(jí)精母細(xì)胞直徑為6～7 μm,細(xì)胞膜不明顯,細(xì)胞質(zhì)透明,細(xì)胞核為4～5 μm,非圓型,有棱角。染色質(zhì)呈團(tuán)塊狀,嗜堿性,染色深 (圖2-B)。

次級(jí)精母細(xì)胞期次級(jí)精母細(xì)胞直徑為5～7 μm,細(xì)胞質(zhì)較少,細(xì)胞核為3～4 μm,呈圓形團(tuán)塊狀,嗜堿性增加(圖2-C)。

精細(xì)胞期精細(xì)胞近圓形。細(xì)胞核為2.5～3.5 μm,嗜堿性。細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)不明顯,呈透明狀,細(xì)胞質(zhì)增多 (圖2-D)。

精子期繁殖期中,雄蝦蛄交接肢內(nèi)充滿發(fā)育完全的精子。精子無鞭毛,直徑為5～6 μm,呈圓形。細(xì)胞核為2～3 μm,嗜堿性。細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)不明顯,精子間支持組織少 (圖2-E)。

2.3 卵細(xì)胞的發(fā)育

根據(jù)卵細(xì)胞的形態(tài)變化及卵黃的積累,將卵細(xì)胞的發(fā)育過程劃分為卵原細(xì)胞期、卵黃形成前期、卵黃形成期和成熟期4個(gè)時(shí)期 (圖3)。

卵原細(xì)胞期雌性性腺剛開始發(fā)育。卵原細(xì)胞為4～8 μm,來自卵巢邊緣生殖上皮,細(xì)胞嗜堿性較強(qiáng),細(xì)胞質(zhì)很少,無核仁。卵巢邊緣有營養(yǎng)細(xì)胞,嗜堿性比卵原細(xì)胞強(qiáng),細(xì)胞質(zhì)中有嗜堿性物質(zhì)(圖3-A)。卵巢呈半透明線狀,緊貼于消化道。

卵黃形成前期卵原細(xì)胞發(fā)育為初級(jí)卵母細(xì)胞期,排列緊密,嗜堿性減弱,呈卵圓形。細(xì)胞明顯增大,為20～50 μm。卵膜明顯,細(xì)胞質(zhì)增多,染色呈粉色。細(xì)胞核近圓形,明顯膨大,為18～35 μm,核膜清晰,能看到核中有絲狀的染色體分布,核仁1個(gè)明顯,為4～6 μm。隨著細(xì)胞的發(fā)育細(xì)胞質(zhì)逐漸增多,細(xì)胞繼續(xù)增大 (圖3-B),卵巢增粗,呈淺黃色,與消化道區(qū)別明顯。

卵黃形成期卵巢壁染色逐漸加深,有明顯的結(jié)締組織深入卵巢。初級(jí)卵母細(xì)胞周圍的濾泡細(xì)胞逐漸增多,明顯將卵母細(xì)胞分隔開。隨著發(fā)育濾泡細(xì)胞由圓形變扁平,不斷受到卵母細(xì)胞擠壓最終呈長條形。卵母細(xì)胞增大過程明顯,由70 μm左右增大至300 μm左右。細(xì)胞質(zhì)中卵黃顆粒逐漸增多,塊狀感漸強(qiáng),嗜酸性增強(qiáng)。核膜和核仁開始時(shí)清晰,隨著發(fā)育核膜逐漸模糊,直至核內(nèi)物質(zhì)與核仁融合,核膜消失。細(xì)胞核由20 μm左右增大至55 μm,至成熟前期時(shí)又開始變小,并向卵細(xì)胞邊緣移動(dòng)。卵巢切片中可以觀察到 “S”型區(qū)域,其中間的細(xì)胞小,兩端的細(xì)胞大,隨著發(fā)育這一區(qū)域變小,并最終消失 (圖3-C～F)。此時(shí)期卵巢變化明顯,由起初的淺黃色逐漸變?yōu)榻瘘S色,中后期透過背部甲殼能清晰地看到卵巢。

成熟期卵巢壁變薄,初級(jí)卵母細(xì)胞直徑為360～500 μm,呈圓形,強(qiáng)嗜酸性。細(xì)胞核消失,濾泡細(xì)胞僅能見到其核。卵黃顆粒大而明顯,充滿卵細(xì)胞,卵母細(xì)胞為富含卵黃的中黃卵,細(xì)胞質(zhì)被排擠到其表層 (圖3-H)。卵巢此時(shí)的黃色加深,由胸部及腹部分節(jié)處向下延伸,在尾扇腹面透明處可以看到卵巢的末端。

3 討論

3.1 口蝦蛄的繁殖周期

通過每月在黃海北部的大連市黑石礁沿海連續(xù)取樣測定,結(jié)合室內(nèi)人工繁殖實(shí)驗(yàn)[15],發(fā)現(xiàn)該海區(qū)雌性口蝦蛄產(chǎn)卵時(shí)間為6—7月,但個(gè)體差異明顯。徐善良等[12]認(rèn)為,浙江北部海區(qū)口蝦蛄每年只有一個(gè)繁殖季節(jié),3—5月為成熟期,7—8月產(chǎn)卵一次。日本海的雌性口蝦蛄成熟期為3—5月,產(chǎn)卵期為6—7月[3,7]。不同海區(qū)的水溫及其他棲息條件是影響研究結(jié)果的主要因素,但也可以看出,口蝦蛄產(chǎn)卵期海區(qū)的水溫均高于18℃。

3.2 生殖細(xì)胞的發(fā)育

圖2 精子的發(fā)育Fig.2 The development of sperm

圖3 卵細(xì)胞的發(fā)育Fig.3 The development of an egg

Hamano[3]依據(jù)性腺發(fā)育過程將日本海雌、雄口蝦蛄繁殖周期分為5個(gè)階段:恢復(fù)期、發(fā)育期、成熟前期、成熟期和排放期。與之相應(yīng),性腺中的生殖細(xì)胞也在以此周期進(jìn)行著發(fā)生、發(fā)育過程。本試驗(yàn)中根據(jù)細(xì)胞的大小、細(xì)胞質(zhì)的多少、嗜酸堿性及細(xì)胞內(nèi)DNA的變化,將口蝦蛄雄性生殖細(xì)胞發(fā)育分為精原細(xì)胞期、初級(jí)精母細(xì)胞期、次級(jí)精母細(xì)胞期、精細(xì)胞期和精子期5個(gè)時(shí)期。口蝦蛄精子具有較厚的膜,呈圓球形,無鞭毛,與堵南山[8]、徐善良等[11]的報(bào)道一致。廖永巖等[19]對(duì)黑斑口蝦蛄配子的發(fā)育進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其精細(xì)胞與精子的形狀、特征相似,在光鏡下很難鑒別。本試驗(yàn)中也沒有能從所制備的口蝦蛄精巢切片中,分辨出精細(xì)胞和精子的形態(tài)特征。而通過制備繁殖期雄性蝦蛄交接肢的組織切片,發(fā)現(xiàn)其中充滿游離的精子,雖然無明顯的特征變化,但也為研究成熟精子指明了較好的取樣點(diǎn)。

徐善良等[11]將口蝦蛄卵母細(xì)胞的發(fā)育分為生長期、卵黃形成前期、卵黃形成期和成熟期4個(gè)時(shí)期。廖永巖等[19]根據(jù)卵黃的發(fā)生將黑斑口蝦蛄的卵子發(fā)育分為未發(fā)育期、卵黃形成前期、卵黃形成期和成熟期4個(gè)時(shí)期。王春琳等[20]將黑斑口蝦蛄卵細(xì)胞的發(fā)育分為卵原細(xì)胞期、卵黃形成前期、卵黃形成期和成熟期4個(gè)時(shí)期,并將卵黃形成期的卵母細(xì)胞分為前、中、后三個(gè)階段。本試驗(yàn)中對(duì)卵母細(xì)胞發(fā)育時(shí)期的劃分與前人報(bào)道相近。在卵巢發(fā)育較快的春季,不同時(shí)期的卵母細(xì)胞均會(huì)同時(shí)出現(xiàn),只是不同類型細(xì)胞的分布及所占比例有所不同。因此,在以卵細(xì)胞發(fā)育時(shí)期為依據(jù),對(duì)卵巢發(fā)育分期時(shí),應(yīng)以其中比例最多的卵母細(xì)胞時(shí)期為準(zhǔn)。隨著卵母細(xì)胞中卵黃物質(zhì)的積累,卵巢的顏色和形態(tài)也隨之發(fā)生變化,透過胸部和腹部背面透明的甲殼可以較容易地辨別卵巢的發(fā)育進(jìn)程,為人工繁殖操作提供了依據(jù)。

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Annual reproductive cycle and germ cell development in mantis shrimp Oratosquilla oratoria

LIU Hai-ying1,GU De-xian2,JIANG Yu-sheng3,XING Kun1

(1.College of Marine Science and Environment,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Tianjin Fishery Institute,Tianjin 300221, China;3.Key Laboratory of Mariculture&Stock Enhancement in North China's Sea,Ministry of Agriculture,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China)

The ovary annual changes in gonado-somatic index(GSI)and germ cell development were observed monthly and histologically in mantis shrimp Oratosquilla oratoria in coastal Dalian.The results showed that the mantis shrimp had gradual mature gonads after March when the water became warming,higher GSI and the maximal GSI on June,afterwards lower GSI due to spawning on July,and the minimal GSI on September.The 1 year old mantis shrimp showed maturity,and spawned once a year.The spermatogenesis was divided into five stages including spermatogonia stage,primary spermatocyte stage,secondary spermatocyte stage,spermatid stage,and sperm stage.The oogenesis can be divided into four stages,the oogonium stage,primary oocyte stage,growth stage,and mature oocyte stage.

Oratosquilla oratoria;reproductive cycle;germ cell;histology

S968.2

A

2012-10-12

國家海洋局海洋公益項(xiàng)目 (20090827);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (41006079)

劉海映 (1957-),男,教授。E-mail:hyliu@dlfu.edu.cn

2095-1388(2013)03-0269-04