黑棘鯛胚胎發育過程及特殊結構觀察

官曙光, 劉洪軍, 李祥東, 于道德

(1. 山東省海水養殖研究所, 山東 青島266002; 2. 煙臺百佳水產有限公司 山東 煙臺 265715)

黑棘鯛胚胎發育過程及特殊結構觀察

官曙光1, 劉洪軍1, 李祥東2, 于道德1

(1. 山東省海水養殖研究所, 山東 青島266002; 2. 煙臺百佳水產有限公司 山東 煙臺 265715)

馴化野生黑棘鯛(Acanthopagrus schlegelii)作為親魚, 自然受精, 通過溢水法收集發育同步的受精卵。受精卵孵化條件為水溫(21.0±0.5)℃, 鹽度32～33, pH7.8～8.2, 微充氣。在奧林巴斯SZ61解剖鏡下對黑棘鯛的胚胎發育進行觀察, 并使用CCD圖像傳感器拍照, 描述了各發育時期的發育時序和形態特征。黑棘鯛受精卵為圓球形端黃卵, 單油球, 卵膜薄、局部具龜裂結構, 卵子直徑0.84～0.98 mm,n=30, 卵黃均勻透明。其胚胎發育可分為胚盤形成期、卵裂期、桑椹期、囊胚期、原腸期、神經胚期、器官發生期、尾芽期、肌肉效應期。在水溫(21.0±0.5)℃, 鹽度32～33的條件下, 受精卵歷時32 h完成孵化。在黑棘鯛胚胎發育過程中, 發現部分卵子具兩個油球, 卵黃囊膜較脆弱, 心臟附近具有類似于柯氏囊的囊泡存在。另外, 高溫(25℃)在大大縮短孵化時間的同時, 增加了胚胎的畸形率和死亡率。

黑棘鯛(Acanthopagrus schlegelii); 胚胎發育; 柯氏囊

黑棘鯛(Acanthopagrus schlegelii(Bleeker, 1854)),隸屬鱸形目(Perciformes)、鯛科(Sparidae)、棘鯛屬(Acanthopagrus)[1], 而中國海水養殖中最常見的鯛科魚類, 真鯛(Pagrus major)屬于赤鯛屬(Pagrus)。黑棘鯛的俗稱鱺、黑加吉、烏格魚、海鮒等。為暖溫性底層魚類, 喜棲息于砂泥底質或多巖礁的淺海, 分布于俄羅斯、中國、朝鮮半島及日本沿海。黑棘鯛具有生長迅速、食性較雜、適應能力和抗病力強等特點, 且肉質鮮美、營養豐富, 深受人們喜愛。自20世紀 80年代以來,隨著黑棘鯛人工繁殖技術的突破和苗種培育試驗的成功, 在中國沿海及咸淡水地區, 黑棘鯛的池塘養殖和網箱養殖取得了迅猛發展,成為中國重要的海水養殖品種之一[2]。但是黑棘鯛養成周期長, 抗病力差。為了黑棘鯛養殖業的穩定與持續發展, 由寧波市海洋與漁業研究院開展了真鯛與黑棘鯛的雜交工作[3]。目前, 黑棘鯛主要是作為增殖放流品種而進行人工培育, 而對其胚胎發育過程及特殊結構觀察的研究并不多見。

作者對黑棘鯛的早期發育和特殊結構進行了詳細觀察, 取得了其早期發育大量的生物學資料, 為進一步開展黑棘鯛的生物學研究以及增養殖提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 親魚來源

黑棘鯛親魚為山東省龍口市煙臺百佳水產有限公司自養, 數量 30尾, 雌雄各半。威海周邊海域捕撈的2～3齡野生黑棘鯛, 通過自制親魚餌料進行營養強化和人工生殖調控促性腺發育, 培育成熟, 自然產卵。

1.2 受精卵及孵化條件

每天晚上 16:00～17:00為親魚的產卵高峰期,停氣通過溢水法用網袋收集受精卵, 利用孵化網箱放入恒溫水池進行孵化, 受精卵孵化條件為水溫(21.0±0.5)℃, 鹽度 32～33, pH 7.8～8.2, 微充氣; 初孵仔魚的培育水溫為(22.0±0.5)℃, 隨仔魚發育緩慢升高至23～24℃, 保持此溫度進行培育。

1.3 觀察方法

孵化期間定期取樣, 記錄孵化水溫。使用Nikon YS100型顯微鏡和奧林巴斯SZ61解剖鏡觀察胚胎發育, 記錄發育各時期的形態特征; 使用 CCD圖像傳感器和SONY H-50相機拍照; 使用DN-2顯微圖像處理軟件, 結合目微尺、臺微尺測定卵徑, 每次觀察胚胎3組, 每組至少30粒左右。發育時間的確定按照受精卵50%以上達到該時期界定。

2 結果

觀察結果顯示, 黑棘鯛卵屬端黃卵, 為單油球的懸浮卵, 呈圓球形、分離透明。卵膜局部具龜裂結構, 卵黃均勻無色。卵徑平均為0.84～0.95 mm。黑棘鯛受精卵行盤狀卵裂。在水溫(21.0±0.5)℃, 鹽度33的條件下, 受精后 40 min形成胚盤, 受精后 1 h開始第一次卵裂, 卵裂期共歷時5 h 30 min。這段時期最顯著的特點就是胚盤的形成帶動卵黃囊向上同樣形成一個尖狀突起。受精后7 h 20 min胚盤細胞開始下包并內卷, 胚胎發育進入原腸胚階段, 此階段是胚體發育中變化最劇烈的時期, 在出現胚體雛形的同時形成神經板, 頭部形成眼泡。原口關閉前, 柯氏囊出現(Kupffer’s vesicle, KV), 色素開始形成, 體節6~8對。原口關閉后, 胚胎進入器官形成期, 聽囊、嗅囊、晶體等依次形成。受精后22 h10 min, 胚體尾芽形成并開始脫離卵黃囊, 受精后23 h20 min胚胎開始出現微弱心跳; 隨著胚體進一步發育, 心跳加快, 并伴隨著肌體的間歇顫動。在受精后32 h, 心率達到60次/min左右, 胚體發育進入到最后的孵化時期, 仔魚主要以頭部首先破膜的方式孵化。其具體的發育時序及發育特征見表1及圖1。

表1 黑棘鯛的發育時序及發育特征Tab. 1 Developmental stages and characteristics of Sparus macrocephlus embryo

圖1 黑棘鯛的胚胎發育(×32)Fig.1 Embryonic development of Acanthopagrus schlegelii(×32)

3 討論

與大部分海洋真骨魚類類似, 黑棘鯛的受精卵也是端黃卵, 行盤狀卵裂。而且前期大部分過程: 包括細胞分裂期、桑椹期、高囊胚、低囊胚以及原口閉合前, 與其他魚類尤其是鯛科的真鯛胚胎發育并無差異。在進行海洋魚卵仔魚調查的過程中, 此時用于區分不同魚類卵子的主要特征就依賴于卵徑。當胚胎繼續發育, 尤其是色素出現后, 開始具有種屬的特異性, 黑棘鯛的胚胎發育色素出現在原口關閉后, 最終孵化仔魚的尾部 6體節出的色素帶成為該種類典型的仔魚特征。

3.1 卵黃囊膜

魚類的卵子具有二層膜結構, 外一層為卵膜,內層為卵黃囊膜。在對胚胎進行拍照的過程中, 利用解剖針撥動受精卵, 由于卵膜受到壓力變形, 松開解剖針后, 卵膜恢復彈性, 而部分胚胎的卵黃囊膜會出現破裂(圖 1-26)。作者在進行其他海水魚類(真鯛、牙鲆等)的胚胎發育觀察過程中, 從未發現如此脆弱的卵黃囊膜。這種脆性是否也與黑棘鯛第一次繁殖相關, 尚不清楚。

3.2 油球(oil globule, oil droplets)與龜裂結構

海洋魚類的卵子, 根據物理性質有幾種分類方法: 黏性和非黏性, 浮性和沉性等。其中根據油球的有無可以分為3種類型: 單油球浮性卵(60%)、無油球浮性卵(25%)和多油球浮性卵(15%)[4]。一般來說,油球的有無與卵子的浮性相關, 因為油球的本質為脂肪, 比重輕于海水, 因此具有油球的卵子一般都是浮性卵[4-5]。實際上, 即使是無油球的卵子也可以在 32%~34%下呈現漂浮狀態, 例如條斑星鰈[6], 這是因為這種卵子在最后成熟階段水化過程, 吸入大量比重同樣輕于海水的水(體積增加3~6倍)[7], 而呈現上浮特性, 只是不如油球的明顯[8-9]。本實驗觀察了 3批自然受精卵, 其中只有第一批受精卵具有雙油球, 占 15%~20%(圖 1-25), 由于第二個油球很小,因此應該也屬于單油球類型。作者在以前進行真鯛胚胎觀察的過程中, 發現過類似現象, 而且其同批次的卵子中含第2個油球的比率很高(60%~80%), 據中國科學院海洋研究所李軍教授介紹是由于產卵的真鯛過于老齡化所致(當年的真鯛為13齡, 2007年)。本實驗所用親本為二三齡魚, 不存在老齡化問題,可能是第一次繁殖產卵的緣故。因此筆者推斷部分親本應該屬于第一次進入繁殖期, 具有卵質量不穩定、出現2個油球的可能。另外, 具蔣宏雷等[3]報道的黑棘鯛卵子表面并無龜裂結構, 作者也曾觀察過真鯛的卵子和胚胎發育過程也無此結構出現。本實驗發現的龜裂結構(圖1-23, 圖1-28)可能是由于第一次繁殖所致。

3.3 關于柯氏囊

Kupffer[10]在 1868年發現真骨魚類胚胎發育過程中會出現一個囊泡。此后為紀念這個魚類學家, 以其名命名這個器官, 即為柯氏囊(Kupffer’s vesicle)。而關于柯氏囊的作用一直是個謎, 也成為魚類胚胎學家最感興趣的話題。近年來研究證實了柯氏囊啟動了魚類的不對稱發育[11]。不對稱發育現象普遍存在于脊椎動物, 例如人類身體左側的胃、心臟和脾臟;右側的肝臟就是典型的不對稱發育器官。

柯氏囊是一個內含單纖毛細胞(monociliated cells)的器官[12]。這些單纖毛細胞在柯氏囊的背腹部不對稱分布, 導致內液進行逆時針流動, 正是這種流動起始了胚胎發育的不對稱性[11,13]。作者雖然沒有對柯氏囊進行深入的研究, 但是在進行胚胎觀察的過程中, 發現有的胚胎在心臟原基的部位也會出現一個或幾個類似于柯氏囊的泡狀囊泡(圖1-27), 由于魚類的心臟是屬于發生上出現的第一個不對稱器官, 這種囊泡的存在是否也與柯氏囊的作用類似,還需要進一步深入研究和探討。

3.4 高溫的致死和致畸作用

類似于其他真骨魚類, 在一定的溫度范圍內,胚胎發育過程會隨溫度升高而加快。同時, 在超過一定范圍的溫度條件下, 會導致胚胎發育畸形和死亡[14-16]。將一部分受精卵于25℃的高溫進行孵化, 發現至少兩個死亡高峰期, 囊胚期和原腸晚期(或是原口關閉期), 另外就是強烈的致畸作用: 高溫條件下,魚類過早達到胚胎發育的有效積溫, 而細胞分裂的速度以及發生過程還遠遠滯后于此, 因此, 很多胚胎在尾芽形成后不久就孵化出膜(圖1-29,1-30)。如上述, 由于卵黃囊膜十分脆弱, 過早孵化出的仔魚會缺乏卵黃囊(卵黃囊膜破裂所致)甚至油球(圖 1-29,1-30)。據文獻報道和本文實驗, 可以推測黑棘鯛胚胎發育的最佳溫度為18~22℃。

本實驗發現黑棘鯛的胚胎發育過程的特殊現象,例如卵黃囊膜的脆性, 雙油球的存在以及龜裂結構等, 與以往的實驗結論不同, 是否是與初次性成熟相關, 或者受到其他因素影響, 還需要進一步的觀察和研究。

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Observation of embryonic development ofAcanthopagrus schlegelii

GUAN Shu-guang1, LIU Hong-jun1, LI Xiang-dong2, YU Dao-de1
(1. Mariculture Institute of Shandong Province, Qingdao 266002, China; 2. Yantai Baijia Fishery Limited Corporation, Yantai 265715, China)

Sep., 25, 2009

Acanthopagrus schlegelii; embryonic development; Kupffer’s vesicle

The naturally fertilized eggs of wild broodstock,Acanthopagrus schlegeliiwere collected by the flooding method in order to obtain developmentally synchronized embryos. The fertilized eggs were incubated in filtered sea water under subtle aerated conditions (salinity 32～33, 21.0 ℃± 0.5 ℃,and pH 7.8～8.2). The ontogenetic embryos were observed by Olympus SZ-61 microscope, the duration of every developmental stage was recorded, and the characteristic images were taken using a charge-coupled device (CCD). The fertilized eggs had globular, single oil globule and thin egg membrane, and the diameters of the eggs were in the range of 0.84 to 0.98 mm (n=30). During embryonic development, the main ontogenetic stages include blastodisc forming stage, cleavage stage, morula stage, blastula stage, gastrula stage, neurulation stage, organogenesis stage, tail bud stage, and heart beating stage. The time-table of major embryonic development stages was as follows: blastodisc forming stage at 40 m post fertilization; 4-cell stage at 1 h and 20min pf; morula at 3 h and 30 m pf; low blastula stage at 6 h 40 m pf; early gastrula stage at 7 h 20 min pf; late gastrula at 13 h pf; blastopore closing stage at 14 h 20 min pf; tail bud stage at 22 h 10 min pf; embryo movement at 28 h pf; 50%hatching stage at 32 h pf. High temperature (25℃) shortened the hatching period, but significantly increased embryo mortality rates and deformity rates.

S917.4; Q959.4

A

1000-3096(2011)09-0068-05

2009-09-25;

2010-05-25

農業部948項目(2011-z39); 山東省農業良種工程項目

官曙光(1963-), 男, 山東青島人, 碩士, 主要從事魚類學研究, 電話: 0532-82655167, E-mail: shuguang63@126.com; 于道德,通信作者, 理學博士, E-mail:wensentte@163.com

梁德海)