口虾蛄繁殖周期及生殖细胞发育的研究

(1.大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;2.天津市水产研究所,天津300221;3.大连海洋大学农业部北方海水增养殖重点实验室,辽宁大连116023)

摘要：对大连市黑石礁海域口虾蛄Oratosquilla oratoria卵巢性腺指数的周年变化进行测定,对雌雄个体的生殖细胞发育进行了组织学观察。结果表明:3月,随着水温的升高,口虾蛄繁殖个体卵巢发育逐渐成熟,性腺指数上升,至6月达到最大值,7月,随着繁殖个体的排卵,性腺指数下降,至9月出现全年的最小值;口虾蛄1龄即可性成熟,每年产卵1次;雄性生殖细胞发育分为精原细胞期、初级精母细胞期、次级精母细胞期、精细胞期和精子期5个时期,雌性生殖细胞发育分为卵原细胞期、卵黄形成前期、卵黄形成期和成熟期4个时期。

口虾蛄Oratosquilla oratoria俗称虾爬子、螳螂虾、虾虎等,隶属于甲壳纲、口足目、虾蛄科、口虾蛄属,是一种多年生的海产经济甲壳类,为中国沿海重要的渔业对象之一。目前,对口虾蛄生物学的研究已引起国内外学者的关注[1-18]。研究口虾蛄的繁殖规律和生殖细胞发育对其资源保护和利用具有重要意义,日本学者在此方面进行了较多的研究[1-7],国内学者堵南山[8]、王春琳等[10]、徐善良等[11-12]也对口虾蛄繁殖生物学进行了研究。然而,迄今有关口虾蛄繁殖周期的报道较少,中国沿海不同海区群体的繁殖特性尚缺乏生物学数据比较。本研究中,作者探究了大连沿海口虾蛄性腺发育的周年变化,并对其生殖细胞的发育进行了组织学观察,旨在为口虾蛄繁殖生物学研究及资源的合理利用与保护提供可借鉴的依据。

1 材料与方法

试验用口虾蛄为2007年1—12月每月从大连市黑石礁海域收购鲜活的口虾蛄。

采样后立即测定其头胸甲长、体长、体质量,解剖测量卵巢质量,观察并记录卵巢的形态特征。

每次选取性腺发育良好且具有代表性的雌、雄个体各3尾,解剖获得精巢和卵巢,用Bouin氏液固定,按常规石蜡切片方法进行脱水、透明、包埋等操作,切片厚度为6～8 μm,用Harris苏木精-伊红染色。在Olympus CX41显微镜下观察并拍照,以目微尺测量切片中细胞、细胞核及核仁大小。

性腺指数采用下式计算:

性腺指数 (%)=卵巢质量/体质量×100。

2 结果

2.1 口虾蛄卵巢性腺指数的周年变化

以每月测定的全部雌虾蛄性腺指数的平均值表示该月取样群体的性成熟度,其性腺周年变化如图1所示。9月,雌性口虾蛄性腺细小,为黑色线状,性腺指数最低,最小值为0.47%,进入秋季性腺指数缓慢增长,持续到翌年1、2月;3月,随着水温的升高,卵巢发育逐渐成熟,性腺指数明显上升,至6月性腺指数达到最大值19.32%;7月,随着繁殖个体的排卵,性腺指数下降。

精巢壁由两层组织构成,外面为嗜酸性的一层较薄上皮细胞,组织结构较致密,主要起保护作用;里层为嗜碱性组织。精巢腔内包裹大量雄性生殖细胞,根据其形态特征,将这些细胞分为精原细胞期、初级精母细胞期、次级精母细胞期、精细胞期和精子期5个时期。

精原细胞期精原细胞直径为8～10 μm,嗜碱性强,细胞质中有颗粒状分布的嗜碱性物质(图2-A)。

初级精母细胞期初级精母细胞直径为6～7 μm,细胞膜不明显,细胞质透明,细胞核为4～5 μm,非圆型,有棱角。染色质呈团块状,嗜碱性,染色深 (图2-B)。

次级精母细胞期次级精母细胞直径为5～7 μm,细胞质较少,细胞核为3～4 μm,呈圆形团块状,嗜碱性增加(图2-C)。

精细胞期精细胞近圆形。细胞核为2.5～3.5 μm,嗜碱性。细胞膜和细胞质不明显,呈透明状,细胞质增多 (图2-D)。

精子期繁殖期中,雄虾蛄交接肢内充满发育完全的精子。精子无鞭毛,直径为5～6 μm,呈圆形。细胞核为2～3 μm,嗜碱性。细胞膜和细胞质不明显,精子间支持组织少 (图2-E)。

2.3 卵细胞的发育

根据卵细胞的形态变化及卵黄的积累,将卵细胞的发育过程划分为卵原细胞期、卵黄形成前期、卵黄形成期和成熟期4个时期 (图3)。

卵原细胞期雌性性腺刚开始发育。卵原细胞为4～8 μm,来自卵巢边缘生殖上皮,细胞嗜碱性较强,细胞质很少,无核仁。卵巢边缘有营养细胞,嗜碱性比卵原细胞强,细胞质中有嗜碱性物质(图3-A)。卵巢呈半透明线状,紧贴于消化道。

卵黄形成前期卵原细胞发育为初级卵母细胞期,排列紧密,嗜碱性减弱,呈卵圆形。细胞明显增大,为20～50 μm。卵膜明显,细胞质增多,染色呈粉色。细胞核近圆形,明显膨大,为18～35 μm,核膜清晰,能看到核中有丝状的染色体分布,核仁1个明显,为4～6 μm。随着细胞的发育细胞质逐渐增多,细胞继续增大 (图3-B),卵巢增粗,呈浅黄色,与消化道区别明显。

卵黄形成期卵巢壁染色逐渐加深,有明显的结缔组织深入卵巢。初级卵母细胞周围的滤泡细胞逐渐增多,明显将卵母细胞分隔开。随着发育滤泡细胞由圆形变扁平,不断受到卵母细胞挤压最终呈长条形。卵母细胞增大过程明显,由70 μm左右增大至300 μm左右。细胞质中卵黄颗粒逐渐增多,块状感渐强,嗜酸性增强。核膜和核仁开始时清晰,随着发育核膜逐渐模糊,直至核内物质与核仁融合,核膜消失。细胞核由20 μm左右增大至55 μm,至成熟前期时又开始变小,并向卵细胞边缘移动。卵巢切片中可以观察到 “S”型区域,其中间的细胞小,两端的细胞大,随着发育这一区域变小,并最终消失 (图3-C～F)。此时期卵巢变化明显,由起初的浅黄色逐渐变为金黄色,中后期透过背部甲壳能清晰地看到卵巢。

成熟期卵巢壁变薄,初级卵母细胞直径为360～500 μm,呈圆形,强嗜酸性。细胞核消失,滤泡细胞仅能见到其核。卵黄颗粒大而明显,充满卵细胞,卵母细胞为富含卵黄的中黄卵,细胞质被排挤到其表层 (图3-H)。卵巢此时的黄色加深,由胸部及腹部分节处向下延伸,在尾扇腹面透明处可以看到卵巢的末端。

3 讨论

3.1 口虾蛄的繁殖周期

通过每月在黄海北部的大连市黑石礁沿海连续取样测定,结合室内人工繁殖实验[15],发现该海区雌性口虾蛄产卵时间为6—7月,但个体差异明显。徐善良等[12]认为,浙江北部海区口虾蛄每年只有一个繁殖季节,3—5月为成熟期,7—8月产卵一次。日本海的雌性口虾蛄成熟期为3—5月,产卵期为6—7月[3,7]。不同海区的水温及其他栖息条件是影响研究结果的主要因素,但也可以看出,口虾蛄产卵期海区的水温均高于18℃。

3.2 生殖细胞的发育

Hamano[3]依据性腺发育过程将日本海雌、雄口虾蛄繁殖周期分为5个阶段:恢复期、发育期、成熟前期、成熟期和排放期。与之相应,性腺中的生殖细胞也在以此周期进行着发生、发育过程。本试验中根据细胞的大小、细胞质的多少、嗜酸碱性及细胞内DNA的变化,将口虾蛄雄性生殖细胞发育分为精原细胞期、初级精母细胞期、次级精母细胞期、精细胞期和精子期5个时期。口虾蛄精子具有较厚的膜,呈圆球形,无鞭毛,与堵南山[8]、徐善良等[11]的报道一致。廖永岩等[19]对黑斑口虾蛄配子的发育进行了研究,发现其精细胞与精子的形状、特征相似,在光镜下很难鉴别。本试验中也没有能从所制备的口虾蛄精巢切片中,分辨出精细胞和精子的形态特征。而通过制备繁殖期雄性虾蛄交接肢的组织切片,发现其中充满游离的精子,虽然无明显的特征变化,但也为研究成熟精子指明了较好的取样点。

徐善良等[11]将口虾蛄卵母细胞的发育分为生长期、卵黄形成前期、卵黄形成期和成熟期4个时期。廖永岩等[19]根据卵黄的发生将黑斑口虾蛄的卵子发育分为未发育期、卵黄形成前期、卵黄形成期和成熟期4个时期。王春琳等[20]将黑斑口虾蛄卵细胞的发育分为卵原细胞期、卵黄形成前期、卵黄形成期和成熟期4个时期,并将卵黄形成期的卵母细胞分为前、中、后三个阶段。本试验中对卵母细胞发育时期的划分与前人报道相近。在卵巢发育较快的春季,不同时期的卵母细胞均会同时出现,只是不同类型细胞的分布及所占比例有所不同。因此,在以卵细胞发育时期为依据,对卵巢发育分期时,应以其中比例最多的卵母细胞时期为准。随着卵母细胞中卵黄物质的积累,卵巢的颜色和形态也随之发生变化,透过胸部和腹部背面透明的甲壳可以较容易地辨别卵巢的发育进程,为人工繁殖操作提供了依据。

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

(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)

Abstract：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.

基金项目：国家海洋局海洋公益项目 (20090827);国家自然科学基金资助项目 (41006079)