高體中軸骨骼特性分析

胡 靜，周勝杰，楊 蕊，方 偉，吳林玉，馬振華

（1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，廣東 廣州 510300；2.三亞熱帶水產(chǎn)研究院，海南 三亞 572018）

魚類骨骼系統(tǒng)是其攝食、游泳等生理行為的動力來源[19-20]，也是研究其分類學、遺傳學的依據(jù)[21]。本文運用X光照射技術，結合生物消化作用對高體中軸骨骼構造作了詳細描述和較深入的分析，以豐富該魚生物結構基礎科學數(shù)據(jù)，并為不同魚類骨骼特性差異及骨骼、功能關聯(lián)性研究提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

1.2 樣品處理

個體經(jīng)相機 (Canon EOS 600D，日本) 拍照及生理數(shù)據(jù)稱量后，用數(shù)字化移動式攝影X射線機(Modulo Easy, SMAM S.R.L.) 進行拍照處理，設定參數(shù)kVp (Kilovolt Peak，為X 光設備的輸出能力)為40，mAs (mA×s，毫安和秒的乘積，為X 射線的劑量) 為3.2。X射線背景板[Pixium 3543 EZ，法國泰雷茲集團 (THALES)]。拍攝時，高體置于背景板之上，人站立于背景板之后避免輻射。從開機拍攝至拍攝完成控制時長30 s以內(nèi)，拍完立即將高體放回水中。

圖1 方斑東風螺對高體個體去肌肉、去內(nèi)臟的消化處理Figure 1 Digestive treatment of S.dumerili of muscle and viscera removed by B.areolata

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2 結果

2.1 高體整體及脊柱骨骼結構

圖2 高體X射線影像1.脊椎骨；2.上頜骨；3.下頜骨；4.腦顱；5.眼；6.腹腔；7.鰾；8.肋骨；9.胸鰭；10.背鰭；11.腹鰭；12.臀鰭；13.尾鰭；14.尾桿骨Figure 2 X-ray image of S.dumerili1.Vartebra; 2.Upper jaws; 3.Lower jaws; 4.Neurocranium; 5.Eye; 6.Abdominal cavity; 7.Bladder; 8.Ribs; 9.Pectoral fin; 10.Dorsal fin;11.Pelvic fin; 12.Anal fin; 13.Caudal fin; 14.Urostyle

圖3 經(jīng)方斑東風螺消化后高體中軸骨骼1.頜骨；2.腦顱；3.肋骨；4.髓棘；5.脈棘；6.尾桿骨Figure 3 Axial skeleton of S.dumerili after digestion by B.areolata1.Maxilla; 2.Neurocranium; 3.Ribs; 4.Neural spine; 5.Haemal spine; 6.Urostyle

2.2 高體頭骨

圖4 高體頭骨圖示a.篩區(qū) (1.犁骨；2.側(cè)篩骨；3.前篩骨；4.鼻骨；5.中篩骨)；b.眼區(qū) (1.額骨；2.基蝶骨；3.翼蝶骨；4.副蝶骨)；c.耳區(qū) (1.后耳骨；2.頂骨；3.蝶耳骨；4.上耳骨；5.翼耳骨；6.前耳骨)；d.枕區(qū) (1-a.基枕骨截面；1-b.基枕骨側(cè)面；2.側(cè)枕骨；3.上枕骨)；e.圍眶骨系(1.眶下骨；2.眶前骨；3.眶后骨；4.眶上骨；5.淚骨)；f.頜弓 (1.關節(jié)骨；2.腭骨；3.前頜骨；4.后翼骨；5.上頜骨；6.輔上頜骨；7.中翼骨；8.前翼骨；9.齒骨；10.隅骨；11.方骨)；g.舌弓和鰓弓 (1.舌頜骨；2.角舌骨；3.上舌骨；4.基舌骨；5.續(xù)骨；6.咽頭懸著骨)；h.鰓蓋骨系 (1.間鰓蓋骨；2.下鰓蓋骨；3.前鰓蓋骨；4.鰓蓋骨)Figure 4 Diagram of S.dumerili skulla.Ethmoidal region (1.Vomer; 2.Ectoethmoid; 3.Preethmoid; 4.Nasal; 5.Mesethmoid); b.Orbital region (1.Frontal; 2.Basisphenoid; 3.Alisphenoid;4.Parasphenoid); c.Otic region (1.Opisthotica; 2.Parietal; 3.Sphenotic; 4.Epiotic; 5.Pterotic; 6.Prootic); d.Occipital region (1-a.Basioccipitale bone cross section; 1-b.Basioccipitale bone side section; 2.Exoccipital bone; 3.Supraoccipital bone); e.Circumorbital series (1.Infraorbital bone;2.Preorbital bone; 3.Postorbital bone; 4.Supraorbital bone; 5.Lacrimal bone); f.Mandibular arch (1.Articular; 2.Palatine; 3.Premaxilla;4.Metapterygoid; 5.Maxilla; 6.Supramaxilla; 7.Metapterygoid; 8.Prepterygoid; 9.Alvenlus; 10.Angulare; 11.Quadrate); g.Hyoid arch and branchial arch (1.Hyomandibular; 2.Ceratohyal; 3.Epihyal; 4.Intrahyoid; 5.Symplecticum; 6.Suspensory branchial);h.Opercular series (1.Interoperculum; 2.Suboperculum; 3.Praeopercular; 4.Operculums)

2.3 高體中軸骨骼基本情況

表1 高體中軸骨骼Table 1 Axial skeleton statistics of S.dumeril

表1 高體中軸骨骼Table 1 Axial skeleton statistics of S.dumeril

部位Part組成Composition區(qū)位Region骨骼Skeleton數(shù)量Number合計Total頭部 Head 腦顱+圍眶骨系Neurocranium and circumorbital series篩區(qū) Ethmoidal region 前篩骨 Preethmoid 1塊 7塊犁骨 Vomer 1塊鼻骨 Nasal 1對中篩骨 Mesethmoid 1塊側(cè)篩骨 Ectoethmoid 1對眼區(qū) Orbital region 額骨 Frontal 1對 6塊副蝶骨 Parasphenoid 1塊翼蝶骨 Alisphenoid 1對基蝶骨 Basisphenoid 1塊耳區(qū) Otic region 蝶耳骨 Sphenotic 1對 12塊翼耳骨 Pterotic 1對前耳骨 Prootic 1對后耳骨 Opisthotica 1對頂骨 Parietal 1對上耳骨 Epiotic 1對枕區(qū) Occipital region 側(cè)枕骨 Exoccipital bone 1對 4塊基枕骨 Basioccipital bone 1塊上枕骨 Supraoccipital bone 1塊圍眶骨系 Circumorbital series 淚骨 Lacrimal bone 1對 10塊 (5對)眶下骨 Infraorbital bone 1對眶后骨 Postorbital bone 1對眶上骨 Supraorbital bone 1對眶前骨 Preorbital bone 1對咽顱+鰓蓋骨系Splanchnocranium and opercular series頜弓 Mandibular arch 前頜骨 Premaxilla 1對 24塊 (12對)上頜骨 Maxilla 1對腭骨 Palatine 1對前翼骨 Prepterygoid 1對中翼骨 Mesopterygoid 1對后翼骨 Metapterygoid 1對方骨 Quadrate 1對齒骨 Alvenlus 1對關節(jié)骨 Articular 1對隅骨 Angulare 1對輔上頜骨 Supramaxilla 1對麥克爾氏軟骨 Meckel's cartilage 1對

續(xù)表 1 to be continued

3 討論

3.1 魚類骨骼的研究方法

魚類骨骼發(fā)育是個體分類學、遺傳進化及器官功能研究的重要評價指標，其形態(tài)學是眾多學者重點研究的課題，并形成了多樣化的骨骼標本制作及觀測技術，比較常用的方法有常規(guī)解剖法、micro-CT掃描技術、X光透視以及透明染色法等[22-25]。不同方法各有優(yōu)劣，如X光透視具有操作簡單、樣品完整的優(yōu)勢，而對結構復雜的樣品或部位 (如頭骨) 其觀測清晰度則無法達到預期效果。多數(shù)研究者認可的透明染色法，雖然效果良好，但由于操作復雜、技術精確性及流程周期長等因素，存在樣品損壞風險。本文采用X光透射技術結合生態(tài)消化法，以X光照射所得整體影像為前提，進一步利用方斑東風螺進行消化分解，獲得骨片，結合兩者優(yōu)勢，滿足觀測清晰度的同時，又顯著縮短了研究周期，確保了樣品的完整性，為以魚類為代表的相關物種的骨骼研究提供了新的方法和思路。

3.2 高體骨骼研究分類學意義

3.3 高體骨骼特征及其功能關系

魚類內(nèi)骨骼系統(tǒng)主要分為中軸骨骼和附肢骨骼，其基本功能是支撐身體、保持體型，保護柔軟器官并配合肌肉產(chǎn)生各種形式的運動[33]。中軸骨骼中頭骨結構復雜，包含腦顱 (及圍眶骨系) 和咽顱(及鰓蓋骨系)，其主要功能為包藏腦和嗅、視、聽等感覺器官，是攝食、呼吸及消化等生理活動正常進行的重要結構[36]；硬骨魚類脊柱由數(shù)量不等的椎骨前后連接構成，其功能主要表現(xiàn)為加強身體的活動力，保護神經(jīng)、血管及內(nèi)臟器官，阻止縱肌收縮，支持鰭條等[33]。Juanito等[37]研究表明，長頜擬飛魚 (Parexocoetus mento) 脊椎骨、髓弓、脈弓對其起飛起著重要作用，尾下骨的愈合和尾上骨的延長確保了魚體起飛時的平衡性；Ma等[19]研究表明卵形鯧鲹 (Trachinotus ovatus) 頜骨畸形嚴重影響了個體正常進食，進而引起大規(guī)模死亡現(xiàn)象；Gavaia等[38]研究發(fā)現(xiàn)塞內(nèi)加爾鰨 (Solea senegalensis) 脊柱和尾骨發(fā)育開始于12～13日齡 (DPH, Day post hatch)，促進了個體底棲生活的適應性；卵形鯧鲹[39]、日本鬼鰣 (Inimicus japonicus)[40]、鱖 (S.chuatsi)[41]、刀鱭(Coilia nasus)[42]及黑鯛 (Acanthopagrus schlegelii)[20]的脊柱發(fā)育起點分別為7～9 DPH (標準長3.49～4.0 mm)、8 DPH (全長 5.7 mm)、6.4 mm NL (Notochord Length，脊索長)、11.5 mm NL及13 DPH(標準長 3.6～4.0 mm，NL 2.6～2.8 mm)，各魚種脊柱發(fā)育時間與其所處環(huán)境息息相關，是自身生理功能調(diào)節(jié)的必然結果。

研究魚類骨骼結構與生存環(huán)境間的關聯(lián)性，可促進對個體生活習性的了解，有助于有效指導人工養(yǎng)殖工作[43]。對鲹科屬魚類骨骼發(fā)育的研究主要集中在黃尾和高體，其中研究較多的為黃尾[28-31]，其次為高體。Battaglene和Cobcroft[29]、Cobcroft等[31]、Ma 等[32]及 Kohno[30]分別對黃尾的頜骨和尾部骨骼的發(fā)育及畸形情況展開研究，結果表明仔魚個體尾鰭、頜骨的正常發(fā)育是其攝食、游泳及避敵等功能運行的基本保障，黃尾發(fā)育最早階段即可檢測到米克爾氏軟骨彎曲，其體長為4.78 mm時，魚體開始出現(xiàn)軟骨組織，10.10 mm時礦化完成；Laggis等[18]及Liu[17]對孵化后不同日齡的高體脊柱及鰭條發(fā)育觀察結果顯示，個體體長為4.6 mm時脊柱開始發(fā)育，于4.8 mm開始礦化、9.1 mm礦化完成，上下頜骨于15.9～21.8 mm即已發(fā)育完成，鰓蓋骨于6.6 mm時開始硬化，鰭條于8.1 mm時開始硬化。對比其他魚類骨骼發(fā)育學研究結果發(fā)現(xiàn)，鲹屬在骨骼發(fā)育及適應性方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢[44]。盡管如此，魚類骨骼畸形尤其在人工養(yǎng)殖條件下是較為常見且?guī)缀鯚o法避免的，骨骼畸形對個體攝食、生長、存活及品質(zhì)等均造成了消極影響，制約了產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，魚類骨骼畸形及其致因研究對指導人工繁育養(yǎng)殖具有顯著的實踐意義[45]，目前尚未見有關高體骨骼畸形相關研究。本文研究對象高體分布廣泛、適應性強，直觀檢測下其外形健壯飽滿，X光影像顯示其骨骼完全形成，結合生態(tài)消化后分節(jié)骨片觀察，研究詳細展示了樣本頭部及脊柱各部所有骨骼的基本形態(tài)特征，并通過與其他魚類正常或畸形骨骼發(fā)育情況對比，表明該樣本骨骼發(fā)育正常、無畸形，豐富了高體骨骼形態(tài)學數(shù)據(jù)，可為后續(xù)人工繁育養(yǎng)殖條件下個體骨骼畸形發(fā)生研究提供參照依據(jù)。