长江中下游捕刀甲壳动物的发育观察

长江中下游捕刀甲壳动物的发育观察

刀属（koppia），属于科可分为钠，属于科可分为钠。体长、头侧扁,向后渐细尖呈镰刀状,故俗称刀鱼。过去在我国长江、黄河、钱塘江及其它通海河流及沿海均有分布,其中以长江流域产量最高。目前仅有长江流域还具有一定产量,其它地方已经很少了。刀鲚属洄游性鱼类,每年春季成熟的个体,成群由海入江,沿江而上作生殖洄游,时间一般在2月下旬3月初,其鱼群组成以3～4龄为主,洄游入江时亦有进入支流和附属水体的。当年孵化的幼鱼顺流而下,在海口咸淡水中生活,第二年才开始入海生长和肥育。刀鲚是一种经济价值很高的特种鱼类,现在由于人类的活动给刀鲚的生存环境造成了极大的破坏,使得刀鲚的资源总量严重减少,种质退化。生态环境的污染和破坏给刀鲚的生存造成威胁。因此,必须对刀鲚采取人工繁殖育苗、苗种培育等重要措施,否则刀鲚会很快与鲥鱼一样遭到灭绝的命运。这对长江鱼类种质资源都将是一个巨大的损失。此外,上世纪70年代对刀鲚性腺发育状况做过分析,但生态环境发生重大改变后,的洄游刀鲚性腺发育状况很少有人做过分析。本研究的目的是通过对洄游中的刀鲚性腺发育状况的分析来了解和掌握其性腺的发育规律,从而可以进行人工繁殖和苗种培育,这将对长江渔业资源的保护具有重要意义。1材料和方法1.1常规生物学测定实验所用刀鲚样本于2004-2005年4-7月在长江南通和安徽安庆江段捕捞而得,捕捞样本进行常规生物学测定,并取卵巢或精巢用Bouin氏液固定和保存,两年中共固定标本151尾,其中雌体95尾,雄体56尾。1.2切割用Bouin氏液固定和保存的性腺材料带回实验室制成石蜡切片,切片厚8μm,用H-E染色后在Olympus显微镜下观察并拍照。2结果2.1刀男性精巢发育情况卵巢发育情况4月份南通江段采集刀鲚雌性标本15尾,切片观察表明,卵巢发育处在Ⅱ期-Ⅲ期。4月上旬,5尾为Ⅱ期(图版-1),2尾为Ⅲ期早期。4月中、下旬共10尾样品,8尾发育为Ⅲ期,2尾为Ⅲ期末(图版-2)。雌性个体成熟系数在0.89～2.16间。精巢发育情况4月份南通江段共采集9尾刀鲚雄性标本,切片观察表明,4月上、中旬时,精巢发育处在Ⅱ期-Ⅲ期。Ⅱ期精巢中,由于精原细胞增值使其数量增多,并成束排列,束间含有血管和结缔组织,构成实心的精细管,在Ⅲ期精巢中,随雄性生殖细胞数量的增多和精巢的发育,精细管体积增大且在精细管中出现管腔,精细管的结缔组织增多。此时精细管又称精小叶,从精小叶形态结构看,刀鲚精巢为壶腹型精巢(图版-3)。至4月下旬采集的3尾雄性标本的精巢已发育到Ⅳ期,此时精小叶内具有少量的精原细胞、初级精母细胞及已变态的精子,数量最多的是次级精母细胞和精子细胞(图版-4)。2.2刀成熟程度的影响卵巢发育情况切片观察表明,5月8日-5月30日捕获的11尾刀鲚中卵巢多数已发育到Ⅳ期,仅有2尾还处在Ⅲ期。6月初,部分刀鲚的性腺发育状况与5月下旬相似,成熟系数在1.50以下。切片观察卵巢处Ⅳ期初,但其中也有一定数量的刀鲚轻挤腹部后即有卵粒流出,成熟系数大多数在6.0以上,最高者达11.60。卵巢组织中以Ⅳ时相中末期的卵母细胞为主,Ⅱ、Ⅲ时相的卵母细胞数量明显减少(图版-5)。6月中旬、下旬的刀鲚卵巢发充仍参差不齐,有些可挤出卵粒,已发育到Ⅳ期末,还有些处在Ⅳ期初,但成熟系数在2.0以下的个体数量已明显减少。当成熟系数达到5.0以上者性腺发育已达成熟阶段。卵巢内的卵细胞大多处于Ⅳ时相中或末期,卵黄等营养物的合成和积累已完成,部分卵核已移位到动物极(图版-6)。此时,只要适宜产卵的生态条件出现,这些刀鲚均会产卵受精。洄游至安庆江段的刀鲚精巢发育状况刀鲚洄游至安庆江段时,精巢的发育大多已达Ⅴ期的成熟阶段,从精巢切片观察可以看出,精巢的精小叶内充满了已成熟的变态精子(图版-7)。此时的精巢由于充满成熟的精子,精小囊外的薄层结缔组织被膜破裂,而且数个精小叶的结缔组织也破裂形成比精小叶更大的小叶状结构。在这种成熟的精巢内还有一些尚未变态的精子细胞和次级精母细胞,而精原细胞和初级精母细胞的数量则很少。洄游至安庆江段的雄性刀鲚中,有一部分虽未达到完全成熟的阶段,但大多已发育到Ⅳ期末。此种精巢中,部分精小叶内的雄性生殖细胞已变态形成精子,多数精小叶内的生殖细胞还未变态为精子,但也多处在精子细胞或次级精母细胞阶段。此外,还有一些处于初级精母细胞阶段的精小囊,而精原细胞则很少。在安庆江段有些精巢已部分排出过精液(图版-8)。2.3时相卵母细胞的发育情况刀鲚雌性生殖细胞在发育过程中分别经历卵原细胞、初级卵母细胞和次级卵母细胞3个阶段。在此3个阶段中,根据卵细胞发育中的不同阶段和形态结构特征,又可分为I时相卵原细胞,Ⅱ时相初级卵母细胞,Ⅲ时相初级卵母细胞,Ⅳ时相初级卵母细胞和Ⅴ时相次级卵母细胞等,5个时相的卵细胞各有其主要形态结构特征:Ⅰ时卵原细胞Ⅰ时相卵原细胞由原始生殖细胞经有丝分裂增殖而形成。该细胞卵径很小,刀鲚的卵原细胞直径仅5～8μm,细胞呈卵圆形。细胞由质膜、卵质和卵核3部分构成(图版-8)。卵质较少,染色较浅淡,呈弱嗜酸性。核相对较大,染色也浅淡,内有核仁1～2个。此外,Ⅰ时相卵原细胞中还包括由卵原细胞向最早期的初级卵母细胞过渡的卵细胞。此种细胞的质膜外出现2～3个滤泡细胞,附于质膜外侧,卵质由弱嗜酸性转变为弱嗜碱性,卵径略有增大达10～13μm。Ⅱ时相初级卵母细胞此种卵细胞处于卵细胞发育中第一次成熟分裂前期的双线期,即进入卵细胞生长发育中的卵质的合成、积累和贮存的重要时期。Ⅱ时相卵母细胞是进入卵子发生的小生长期的初级卵母细胞,亦即卵黄形成前期的初级卵母细胞,此时卵细胞因进入小生长期,其卵质的积累明显增多,细胞体和卵核也随之明显增大,卵径约为45～150μm。卵质由弱嗜碱性变成强嗜碱性,为苏木精所深染。卵核内核仁数也明显增多,一个切面上可观察到20～30枚核仁,此期卵细胞质膜外围的滤泡细胞数量不断增多,最终形成一层附着于质膜外的由滤泡细胞构成的单层滤泡膜。由于此期卵细胞的形态结构发生明显的变化,因此又可以把Ⅱ时相卵细胞分成早、中、晚3个阶段(图版-9),刀鲚Ⅱ时相卵细胞中未观察到明显的卵黄核的结构,当发育到Ⅱ时相晚期时,卵径可达150μm,卵质也逐渐由强嗜碱性转变为弱嗜碱性。Ⅲ时初级相卵母细胞Ⅲ时相卵母细胞为进入大生长期的初级卵母细胞,由于卵质内不同物质的合成、积累使得卵径增长较大,刀鲚Ⅲ时相卵径可达150～300μm。进入Ⅲ时相阶段最为明显的特征是在卵质外围首先出现液泡。液泡数量不断增多,刀鲚Ⅲ时相卵母细胞内的液泡直径较小,液泡内包含有糖蛋白类营养物质。随后,Ⅲ时相卵母细胞卵质内出现较为细小的的卵黄颗粒,数量逐渐增多。Ⅲ时相卵细胞另一特点是在Ⅱ时相的一层滤泡膜外,又形成一层由低立方形细胞构成的滤泡膜,因此共有二层滤泡膜。随卵细胞的增大卵核也相应增大,沿内核膜边缘处分布有相当数量的核仁,核膜呈凹凸不平的形状。尽管Ⅲ时卵母细胞在卵子发生中出现的时间不长,但根据此期卵细胞的主要形态特征,也可划分出早、中、晚三个阶段:Ⅲ时相早期主要形态特征是卵质中液泡出现,卵质仍为弱嗜碱性;中期为液泡充满,核仁数明显增多,卵质由弱嗜碱性转变为弱嗜酸性;晚期时,卵黄颗粒合成和积累,卵径达此时相的最大值,卵质变为嗜酸性(图版-2)。Ⅳ时相初级卵母细胞这是处在发育时期的初级卵细胞。卵细胞内随着卵黄的不断合成积累,卵细胞的卵径可达300～700μm。根据卵黄颗粒积累的程度,Ⅳ时相卵细胞也可划分为早、中、晚3个阶段。Ⅳ时相早期的主要形态特征为卵质外围出现2～3层卵黄颗粒(图版-5);中期为卵黄颗逐渐增多,但还没有充满核外空间;晚期时卵黄颗粒已充满核外空间,且卵黄颗粒相互融合形成较大的卵黄颗粒。液泡已明显减少,仅质膜周围有少量液泡存在,此即卵细胞中的皮质颗粒(图版-10)。在绝大多数Ⅳ时相卵细胞中没有观察到明显的脂肪油球的存在。Ⅴ时相次级卵母细胞V时相卵细胞为处在第二次成熟分裂中期,由初级卵母细胞向次级卵母细胞过渡的阶段。在鱼类的体内属于已游离于卵巢腔中的等待受精的发育成熟的卵细胞。此时卵细胞已完成第一次成熟分裂,排出第一极体,然后进行第二次成熟分裂,但未完成而处在第二次成熟分裂中期,需受精后,才会完成第二次成熟分裂。V时相卵细胞可观察的最明显的特征是卵膜外的二层滤泡膜在破裂而脱落,仅剩质膜外包裹的一层胶质的初级卵黄膜。因卵细胞已长足,刀鲚的Ⅴ时相卵细胞卵径为600～700μm左右。3讨论3.1刀资源量的季节动态刀鲚是江海洄游性鱼类,在长江流域分布很广,20世纪70年代前,产量很高,1973年的调查表明,长江流域江浙沿海刀鲚产量达1000×104kg。此后,由于长江流域的水利建设致使江湖隔绝,加之局部水质污染及过度捕捞等因素的影响,刀鲚自然资源量急剧减少,2005年刀鲚产量仅为5×104kg左右,为了开发和利用现有刀鲚资源,及时进行刀鲚的人工养殖和繁殖试验,尤其是通过人工繁殖、育苗、育种、再繁殖,使刀鲚资源量能达到逐年增长的良好趋势。为此,必须对长江现有刀鲚的性腺发育规律进行分析,为人工繁殖的顺利开展奠定基础。从2004-2005年3-7月份的性腺组织切片的观察可以看出,当2-3月份刀鲚洄游进入长江后,雄性个体的精巢已发育到Ⅲ期,雌性个体卵巢则大多处在Ⅱ期阶段,历经3-5个月的缓慢溯江洄游到达长江的安庆江段时,约有50%～70%左右的雌性个体的卵巢已发育到Ⅳ期或Ⅴ期,进入产卵场后即可产卵受精,雄性个体约90%已到达成熟阶段,因此雄性个体的精巢发育成熟速度略快于雌性个体,从刀鲚性腺发育状况的分析可看出,每年的6月中旬至7月下旬是在长江安庆江段适时捕捞性腺发育已达成熟阶段的亲本刀鲚最佳时期,实际上也是自然条件下,刀鲚产卵的盛期。此外,从近年对刀鲚的各种常规测量数据与1977年“长江流域刀鲚资源调查报告”中的相应数据比较后发现,现今捕捞到刀鲚的卵巢重量较以往的要小很多,如1977年的数据,Ⅲ期卵巢重可达2.0～5.8g,2004-2005年的重量多在1g以下;1977年时Ⅳ期卵巢重可达5.4～25g,二年来捕捞到刀鲚卵巢的重量最大为5g,通常多在5g以下,最大精巢重为1.3g,通常在1g左右,1977年的数据为,Ⅲ期精巢重量在0.3～1.9g,Ⅳ期精巢可达1.5～4.5g。这些数据表明,刀鲚性腺的重量已明显下降,其中原因尚待进一步研究。3.2组织结构蛋白、蛋白质合成、第一、三大前体的蛋白及功能分子的发生和发育阶段动物卵细胞的发育通常要经历卵原细胞,初级卵细胞,次级卵母细胞和卵子几个阶段。卵原细胞为性腺发育的第一时期即增殖期,该期是生殖干细胞通过不断的有丝分裂使细胞数量增加成为卵原细胞。卵原细胞再发育进入第一次成熟分裂阶段,并转变成初级卵母细胞。此时的初级卵母细胞处在第一次成熟分裂前期的双线期。动物界大多数动物卵子发生中的双线期所经历的时间最长。在此期间,由于大多数动物的卵子担负着卵子进一步发育的启动和指导早期胚胎发育的重要使命,因而在卵子发育中需合成和积累与其使命相关的各种物质,其中包括能源、细胞器、各种酶、核酸,结构蛋白、蛋白质合成的前体分子及营养物卵黄等。现已知卵质中的这些物质主要在第一次减数分裂前期中合成和积累的。由于卵黄的合成和积累是形态观察中的一个重要标志,为此往往把减数分裂前期Ⅰ的双线期分为卵黄形成前期和卵黄形成期。鱼类卵细胞的Ⅱ时相卵细胞处在卵黄形成前期,此期经历的时间较长,此时主要是通过基因的调控转录各种RNA,合成各类结构蛋白,进而组装成内质网,核糖体、线粒体等参与蛋白合成的细胞器,为卵细胞进入卵黄形成期间做各种物质准备,随后卵细胞进入快速生长的卵黄形成期,在卵黄形成期,不仅合成和积累卵黄,还合成和积累各类RNA,糖原颗粒、核糖体、脂质及线粒体等物质,为卵受精后进一步发育做准备。鱼类的卵黄形成期包括Ⅲ时相和Ⅳ时相二种类型卵细胞。成熟分裂前期双线期历时较长,即卵细胞发育中的第一次阻断。对刀鲚来说,卵细胞的发生打破第一次阻断是在进入长江生殖洄游之前,进入长江洄游之后,卵细胞的发育经历小生长期和大生长期的营养积累,然后进行第二次成熟分裂并停留在第二次成熟分裂中期,成为等待受精的成熟卵子。不同动物打破第一次阻断的适当信号刺激不一样,主要包括二类,一是生理生态环境,如水温水流