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猛虾蛄卵巢发育特征及其纳精囊内容物超显微观察

赵旺 杨其彬 陈旭 陈明强 温为庚

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猛虾蛄卵巢发育特征及其纳精囊内容物超显微观察

    作者简介: 赵 旺(1987 — ),男,硕士,助理研究员,从事水产动物繁殖生物学研究。E-mail: zhaowang522@163.com;
    通讯作者: 温为庚, wenweigeng@163.com
  • 中图分类号: S 968

Developmental features of ovary and ultramicroscopic observation of thelycum contents of Harpiosquilla harpax

    Corresponding author: Weigeng WEN, wenweigeng@163.com
  • CLC number: S 968

  • 摘要: 该研究收集了168尾雌性猛虾蛄(Harpiosquilla harpax)并逐一解剖,比较了不同个体猛虾蛄卵巢和纳精结构的发育特征,对乳白色纳精结构内容物进行了超显微观察。结果显示,猛虾蛄具成对的卵巢,位于围心窦和消化道之间,从头胸甲后部延伸至尾节。卵巢发育颜色变化为无色-灰黄色−土黄色−浅黄色−橘黄色,成熟的卵巢呈橘黄色或粉红色。性腺指数分别为1.62±0.53、2.73±0.44、3.82±0.48、6.84±1.04和11.63±2.11;雌性虾蛄第6、第7、第8胸节腹部有3条平行带,为储存精子的器官,其表观颜色也有变化(无色透明−浅白色浑浊−乳白色),性腺成熟度越高,纳精结构乳白色越明显。其内容物具集群状态的精子,群外被包膜,精子间充满丝状间质,精子近球形,无鞭毛,无顶体,大小为1~3 μm。研究结果可为猛虾蛄的繁殖生物学和人工育苗研究提供参考依据。
  • 图 1  雌性猛虾蛄外形参数测量方法

    Figure 1.  Measurement of morphometric parameters of female H. harpax

    图 2  雌性猛虾蛄步足腹面观

    Figure 2.  Abdomen of paraeiopod of female H. harpax

    图 3  猛虾蛄卵巢发育表观颜色

    Figure 3.  Apparent colours of developing ovary of H. harpax

    图 4  乳白色纳精囊内容物超显微观察

    Figure 4.  Ultramicroscopic observation of contents of milky white thelycum

    表 1  SEM生物样品准备流程表

    Table 1.  Flow chart of SEM biological sample preparation

    序号
    No.
    操作
    operation
    试剂
    reagent
    次数
    times
    时间
    time
    1浸泡固定
    (30倍体积)
    2.5%戊二醛13 h以上
    2浸泡清洗0.1mol·L−1
    磷酸缓冲液
    4~620 min
    3浸泡30%乙醇115 min
    4脱水50%乙醇115 min
    5脱水70%乙醇115 min
    670%乙醇浸泡过夜
    7脱水90%乙醇115 min
    8脱水无水乙醇115 min
    9脱水无水乙醇115 min
    10脱水无水乙醇115 min
    11浸泡置换叔丁醇 (4 ℃固化)315 min
    12加入六甲基硅烷
    13干燥冷冻干燥13 h以上
    下载: 导出CSV

    表 2  雌性猛虾蛄形态参数及纳精囊、卵巢表观特征

    Table 2.  Morphologic parameter, apparent features of thelycum and ovary of female H. harpax

    项目
    item
    形态参数、纳精囊和卵巢表观特征
    morphologic parameter, apparent features of thelycum and ovary
    甲壳长/cm carapace length3.0~3.53.4~3.83.2~4.23.2~4.03.3~4.4
    甲壳宽/cm carapace width2.1~3.02.6~3.32.8~3.52.6~2.82.8~3.6
    体长/cm total length14.5~15.614.8~16.415.9~18.715.5~17.317.2~20.0
    体宽/cm abdomen width3.1~3.63.2~3.83.4~4.03.4~3.63.4~4.1
    体质量/g body mass37.08~50.8847.26~56.4754.37~79.0449.60~69.3861.84~96.69
    卵巢表观特征 apparent features of ovary无色灰黄色土黄色浅黄色橘黄色
    性腺指数 GSI1.62±0.532.73±0.443.82±0.486.84±1.0411.63±2.11
    纳精囊表观特征 apparent features of thelycum无色,透明浅白色,浑浊乳白色,浓密
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-07
  • 录用日期:  2018-09-03
  • 网络出版日期:  2018-12-10
  • 刊出日期:  2019-04-01

猛虾蛄卵巢发育特征及其纳精囊内容物超显微观察

    作者简介:赵 旺(1987 — ),男,硕士,助理研究员,从事水产动物繁殖生物学研究。E-mail: zhaowang522@163.com
    通讯作者: 温为庚, wenweigeng@163.com
  • 1. 中国水产科学研究院南海水产研究所热带水产研究开发中心,海南 三亚 572000
  • 2. 农业农村部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东 广州 510300

摘要: 该研究收集了168尾雌性猛虾蛄(Harpiosquilla harpax)并逐一解剖,比较了不同个体猛虾蛄卵巢和纳精结构的发育特征,对乳白色纳精结构内容物进行了超显微观察。结果显示,猛虾蛄具成对的卵巢,位于围心窦和消化道之间,从头胸甲后部延伸至尾节。卵巢发育颜色变化为无色-灰黄色−土黄色−浅黄色−橘黄色,成熟的卵巢呈橘黄色或粉红色。性腺指数分别为1.62±0.53、2.73±0.44、3.82±0.48、6.84±1.04和11.63±2.11;雌性虾蛄第6、第7、第8胸节腹部有3条平行带,为储存精子的器官,其表观颜色也有变化(无色透明−浅白色浑浊−乳白色),性腺成熟度越高,纳精结构乳白色越明显。其内容物具集群状态的精子,群外被包膜,精子间充满丝状间质,精子近球形,无鞭毛,无顶体,大小为1~3 μm。研究结果可为猛虾蛄的繁殖生物学和人工育苗研究提供参考依据。

English Abstract

  • 甲壳动物中的口足类被称为虾蛄,俗称螳螂虾、濑尿虾、富贵虾、虾爬子等[1],是大型底栖甲壳类,其生活海区底质为泥底或沙泥底,广泛分布于热带、亚热带海区、中国沿海[2]、日本[3]、印度[4]及印尼[5-6]等东南亚各国附近海域,墨西哥湾[7]和地中海沿岸[8]也有分布。从潮间带到1 500 m水深均可发现其行踪[1]。虾蛄种类繁多,目前全世界发现虾蛄超过450种[1],中国报道97种[9-10]

    猛虾蛄(Harpiosquilla harpax)属甲壳纲、口足目、虾蛄科、猛虾蛄属。猛虾蛄属是口足类中体形最大的种类,棘突猛虾蛄(H. raphidea)体长超过300 mm[10]。猛虾蛄更因其个体大、可食用部分多、出肉率可达35%[11]而倍受喜爱。随着生活水平的提高,开发利用虾蛄资源的经济意义越来越突出。虾蛄养殖业的发展必然依赖于人工育苗,因此,研究其生殖系统并明确猛虾蛄的繁殖规律尤为重要。关于猛虾蛄食性[2,12]和外形性状分析[6, 13-17]的研究很多,而关于其繁殖生物学的报道较少。卵巢发育是虾蛄繁殖生物学的重要研究方向,根据卵巢表观颜色、大小和体积等形态特征,及细胞核形态、成熟卵细胞比例和卵细胞直径等组织学特征,Mulyono等[5]把猛虾蛄卵巢发育分为4期:发育早期、发育期、成熟期和成熟后期;根据卵巢表观颜色特征、卵细胞和细胞核变化及卵黄颗粒的积累,El-Sherif等[8]Oratosquilla massavensis卵巢发育分为6期:未发育期、卵黄发育前期、初级卵黄发生期、次级卵黄发生期、成熟期和产卵期;根据卵巢形态特征和卵子发生,薛梅等[18]把口虾蛄(O. oratoria)卵巢发育分为8期:未发育时期、卵母细胞期、生长前期、生长中期、生长后期、成熟前期、成熟期和恢复期;甚至有分为3期[6]和10期[19]。卵巢发育是连续的过程,没有明显的分界线,评判标准不同将导致分期结果差异。纳精囊是生殖系统的重要组成部分,是繁殖生物学的重要内容,但鲜见关于猛虾蛄纳精结构及其内容物的研究报道。雌性虾蛄第6~第8胸节腹面3对步足左右相连,近似“王”字形结构,外表呈深浅不同的乳白色,其内容物类似胶质,卵巢成熟度越高,乳白色越显著,山崎诚和富士昭[20]认为是胶质腺,邓景耀和程济生[21]认为是贮精沟,堵南山[22]则认为是粘合腺。因此,有必要对雌性虾蛄这一显著特征作深入研究,统一认识。猛虾蛄是北部湾的优势种类,夏季平均资源密度高达209.83 kg·km–2[23]。本文以猛虾蛄为研究样品,对其进行解剖,并对“王”字结构的内容物进行超显微观察,以期为猛虾蛄的繁殖生物学和人工育苗研究积累基础资料。

    • 2018年4月和5月,分别从三亚渔港和新村渔港的渔获物中收集鲜活雌性猛虾蛄3批次,共168尾,用厚尼龙袋加入5 L干净海水,每袋投入20~25尾,充入氧气,扎紧袋口,运回实验基地,在室内水泥池中暂养,备用。养殖密度为10尾·m–2,连续充气,不投饵料。

    • 用直尺测量并记录收集的雌性虾蛄的甲壳长、甲壳宽、体长和体宽(图1);用滤纸吸干虾蛄体表的水分;用JM-B 10002型电子天平(诸暨产,0.01 g)称取并记录体质量;逐个检查、观察并记录纳精囊的表观特征;用解剖剪剪掉掠足,剪开头胸甲、剪开腹部和尾扇背部的甲壳,分离出卵巢,记录其表观颜色及其他特征,称质量(精确至0.01 g);根据公式:性腺指数(gonadosomatic index,GSI)=性腺质量(g)/体质量(g)×100,计算并记录每个个体的性腺指数;剪去纳精囊的多余部分(剪至边缘),剔除肌肉,沿中线剪开,用镊子(或胶头滴管)夹取(或吸取)乳白色显著的囊腔内容物,移入实验前装有3 mL 0.1 mol·L–1、pH 7.2磷酸缓冲液配制的戊二醛和1%锇酸的5 mL离心管中,贴上标签,常温保存,备用。按照表1的步骤处理备用样品。然后将样品取出,裁剪至适当大小,粘贴于载物台上,离子溅射真空镀膜,于20 kV电压下进行扫描电子显微镜的观察、拍照。

      图  1  雌性猛虾蛄外形参数测量方法

      Figure 1.  Measurement of morphometric parameters of female H. harpax

      序号
      No.
      操作
      operation
      试剂
      reagent
      次数
      times
      时间
      time
      1浸泡固定
      (30倍体积)
      2.5%戊二醛13 h以上
      2浸泡清洗0.1mol·L−1
      磷酸缓冲液
      4~620 min
      3浸泡30%乙醇115 min
      4脱水50%乙醇115 min
      5脱水70%乙醇115 min
      670%乙醇浸泡过夜
      7脱水90%乙醇115 min
      8脱水无水乙醇115 min
      9脱水无水乙醇115 min
      10脱水无水乙醇115 min
      11浸泡置换叔丁醇 (4 ℃固化)315 min
      12加入六甲基硅烷
      13干燥冷冻干燥13 h以上

      表 1  SEM生物样品准备流程表

      Table 1.  Flow chart of SEM biological sample preparation

    • 雌性猛虾蛄纳精囊位于第6、第7、第8胸节3对步足附近,由微微隆起的结构相连,形成3条平行的带状结构,中线附近部分向尾部略凸起,表面甲壳质、坚硬、中空,近似“王”字形(图2),图2-a显示纳精结构浅白色且浑浊,图2-b显示纳精结构为显著的乳白色。其表观特征可描述为3个类型:无色透明−浅白色且浑浊−明显的乳白色且内容物致密。不同个体外观特征颜色有差异(表2)。内容物类似胶质、无固定结构,镊子可取出絮团状物。解剖雌性猛虾蛄,卵巢2叶,互相粘连,始于头胸甲后部,终于尾节,位于围心窦下方和消化道上方。不同个体其表观颜色特征差异显著,可描述为5个类型:无色−灰黄色−土黄色−浅黄色−橘黄色(表2图3)。卵巢无色和部分灰黄色样品对应纳精囊外观无色;部分卵巢土黄色、灰黄色和浅黄色样品对应纳精囊外观呈浅白色且浑浊;卵巢橘黄色和部分浅黄色样品对应纳精囊外观呈致密的乳白色(表2)。卵巢无色透明的雌性虾蛄样品39尾(占样品总数的23.21%),卵巢有黑点且灰黄色的34尾(20.23%),土黄色的26尾(15.47%),浅黄色的32尾(19.06%),橘黄色的37尾(22.02%)。不同个体性腺质量差异显著,对应上述5类不同卵巢表观颜色的雌性虾蛄,其性腺指数分别为1.62±0.53、2.73±0.44、3.82±0.48、6.84±1.04和11.63±2.11 (表2)。

      图  2  雌性猛虾蛄步足腹面观

      Figure 2.  Abdomen of paraeiopod of female H. harpax

      项目
      item
      形态参数、纳精囊和卵巢表观特征
      morphologic parameter, apparent features of thelycum and ovary
      甲壳长/cm carapace length3.0~3.53.4~3.83.2~4.23.2~4.03.3~4.4
      甲壳宽/cm carapace width2.1~3.02.6~3.32.8~3.52.6~2.82.8~3.6
      体长/cm total length14.5~15.614.8~16.415.9~18.715.5~17.317.2~20.0
      体宽/cm abdomen width3.1~3.63.2~3.83.4~4.03.4~3.63.4~4.1
      体质量/g body mass37.08~50.8847.26~56.4754.37~79.0449.60~69.3861.84~96.69
      卵巢表观特征 apparent features of ovary无色灰黄色土黄色浅黄色橘黄色
      性腺指数 GSI1.62±0.532.73±0.443.82±0.486.84±1.0411.63±2.11
      纳精囊表观特征 apparent features of thelycum无色,透明浅白色,浑浊乳白色,浓密

      表 2  雌性猛虾蛄形态参数及纳精囊、卵巢表观特征

      Table 2.  Morphologic parameter, apparent features of thelycum and ovary of female H. harpax

      图  3  猛虾蛄卵巢发育表观颜色

      Figure 3.  Apparent colours of developing ovary of H. harpax

    • 在扫描电镜下观察乳白色纳精囊内容物,放大5 000倍可见成群的精子,精子圆球形,大小差异显著,直径为1~3 μm,2.5 μm的精子占多数,约60%,无鞭毛,无顶体。部分精子表面光滑,部分精子表面附着颗粒状物(图4-a);精子群外被包膜,包膜不光滑,波浪形,附着有丝状物(图4-b);放大40 000倍时,单个精子近球形,游离,无鞭毛,精子表面不光滑,有微量不均匀的附着物,有大量微孔,微孔分布均匀,孔径约1 nm (图4-c);放大15 000倍时,可见精子之间充满丝状间质,有的间质丝包裹在精子表面,有的间质丝呈网状填充在精子之间,可见极少数直径小于0.5 μm类似于精子的球形结构(图4-d)。

      图  4  乳白色纳精囊内容物超显微观察

      Figure 4.  Ultramicroscopic observation of contents of milky white thelycum

    • 本文观察到雌性猛虾蛄第6、第7、第8胸节腹部3对步足附近由微微隆起的结构相连,形成3条平行的带状结构,中线附近部分向尾部略凸起,表面甲壳质、坚硬、中空。吴长功等[24]发现,鹰爪虾(Trachypenaeus curvirostris)纳精囊也由甲壳质特化而来,无生命力。本研究也观察到,不同个体的雌性猛虾蛄,其纳精结构表观颜色特征差异显著,可描述为3个类型:无色透明−浅白色且浑浊−明显的乳白色且内容物致密,这与蒋霞敏等[25]的研究结果相似,认为黑斑口虾蛄(O. oratoria) “王”结构(纳精囊)最初为透明色,随卵巢发育日趋白色。Jennifer和Wortham-Neal[26]的研究也认为,起始时雌性虾蛄第6、第7、第8胸节腹部看不到带状结构,中期3个平行排列的带状结构清晰,后期带状结构更清晰,充满稠密分泌物,乳白色。本文对雌性猛虾蛄纳精囊内容物超显微观察显示其含有大量精子,充满丝状间质,精子由间质保护、营养。这种间质可能是一种胶质。吴长功等[24]发现鹰爪虾交配后纳精囊被胶体物质堵塞,三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)临近交配季节纳囊内也含琥珀色胶状物质[27]。这种胶质可能是粘多糖,可不断地向纳精囊腔中分泌,用于保护和营养精子[28]。因此,可以认为猛虾蛄纳精囊内容物是精子和某种胶质的混合物。虾蛄的纳精囊曾被学者认为是胶质腺[20],或是贮精沟[21],或是粘合腺[22]。在甲壳类动物的体内由外骨骼(甲壳)特化而来的囊状结构,储存精子和精子附属物,统称为纳精囊或受精囊[26]。为此,本文把雌性猛虾蛄第6、第7、第8胸节腹面的带状结构称为纳精囊。而纳精囊表观特征颜色随着卵巢发育而加深,这一机理有待研究。

    • 超显微观察结果显示,猛虾蛄纳精囊内的精子近圆球形,大小差异显著,直径为1~3 μm,无鞭毛。与黑斑口虾蛄精子形态[29]相似,但比黑斑口虾蛄精子(8.5 μm×7.0 μm)[29]小得多。而中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)精子大小为3 μm,日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)和凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)精子大小为4 μm,均无鞭毛,不运动,且大小差异不显著[30]。与之相比较,猛虾蛄纳精囊内精子大小差异显著。可能是猛虾蛄精子处于不同发育阶段,在纳精囊内精子继续发育,又或精子大小表示其优劣。同属甲壳类的对虾有开放式和闭合式纳精囊[31],虾蛄与大多数虾类一样,有闭合式纳精囊。已交配的雌性虾蛄纳精囊内已储存有精子,精子可能不需要额外运动即可接触卵子,因而精子无鞭毛[29]。而具有开放式纳精囊的凡纳滨对虾,精子也无鞭毛[31],但精子可通过磷酸化作用和改变形态获得能量[32],靠近卵子,完成受精。中国明对虾和日本囊对虾精子有顶体结构[30],精子顶体部特有的胰蛋白酶,在顶体反应、穿透卵膜中起重要作用[33],卵黄膜和卵子皮质杆诱发精子顶体反应,帮助受精[34]。但猛虾蛄精子如何穿透卵膜完成受精仍有待探究。

    • 猛虾蛄卵巢2叶,从头胸甲后部延伸至尾节[19]。表观特征颜色可描述为5种:无色−灰黄−土黄−浅黄−橘黄。与黑斑口虾蛄[35]O. massavensis[8]随着卵巢的发育表观特征颜色变化一致。随着卵巢发育,卵黄逐渐积累,导致卵巢表观颜色加深。可以透过背部和尾节腹部的甲壳,根据卵巢特征颜色进行分期,虽然不够准确[35],但可作为日常工作中判断虾蛄卵巢成熟度的简单方法。本文研究了收集到的猛虾蛄的性腺指数,将其分为5个等级(1.62±0.53、2.73±0.44、3.82±0.48、6.84±1.04、11.63±2.11)。El-Sherif等[8]研究了卵巢发育不同阶段的O. massavensis,把性腺指数描述为5个等级:1.30±0.04、2.07±0.63、3.91±0.30、8.14±0.12和1.26±0.05,性腺指数先升后降。El-Sherif等[8]把产卵后(卵巢呈乌云色)的性腺指数列在末端,但对卵巢发育初期和产卵后期的个体未加以区分,故而性腺指数排列有差异。另外,蒋霞敏等[36]收集海区纳精囊呈乳白色的黑斑口虾蛄成功孵化出假蚤状幼体,并进行人工育苗。说明纳精囊呈乳白色的虾蛄已交配、受精。而已交配的野生或养殖的斑节对虾均可多次产卵并孵化出无节幼体,但孵化率会逐次下降[37]。锯缘青蟹(Scylla serrata)交配以后,第2次产卵时卵子仍依靠纳精囊中留存的精子受精,这些精子至少在纳精囊中留存6个月之久[29]。至于已交配的雌性虾蛄是否可以多次产卵并成功孵化、精子留存多久,仍需要进一步研究。

参考文献 (37)

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