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不同溫度下雌激素對(duì)施氏鱘早期性腺發(fā)育及血清性激素的影響

2011-08-01 08:58:10孫大江曲秋芝劉海金
關(guān)鍵詞:血漿

張 穎,孫大江,曲秋芝,劉海金

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,哈爾濱 150030;2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所,哈爾濱 150070;3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院,北京 100141)

施氏鱘(Acipenser schrenckii)為鱘科魚(yú)類(lèi),俗名七粒浮子,分布于中俄界河的黑龍江及其附屬水系。近年來(lái),由于環(huán)境惡化及過(guò)渡捕撈使野生施氏鱘的資源急劇下降,目前為我國(guó)Ⅱ級(jí)保護(hù)種類(lèi)[1]。鱘魚(yú)籽醬具有“黑色黃金”之稱(chēng),國(guó)際市場(chǎng)上高達(dá)500~700 美元·kg-1[3]。因此,在鱘魚(yú)商品魚(yú)養(yǎng)殖利潤(rùn)空間穩(wěn)定的情況下,鱘魚(yú)的全雌化生產(chǎn)將提高鱘魚(yú)養(yǎng)殖的利潤(rùn)空間,促進(jìn)鱘魚(yú)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

自Yamamoto等1969年提出了性激素在誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)性別轉(zhuǎn)換方面的作用后,該方法已成功在50多種海、淡水魚(yú)類(lèi)的全雌化生產(chǎn)中應(yīng)用[4-6]。外源雌激素誘導(dǎo)法因其操作簡(jiǎn)單,在幼魚(yú)時(shí)期即可操作,省時(shí)省力,成為鱘魚(yú)全雌化生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)。但由于諸多因素的限制,目前也僅在短吻鱘、意大利鱘和雜交鱘中有成功的報(bào)道,如Grandi等采用17β-E2400 μg·L-1浸泡意大利鱘受精卵后,促使意大利鱘的性分化提前[7-10]。Shawn等的研究表明濃度分別為10、50 和 100 mg·kg-1的 17β-E2對(duì) 5 月齡的短吻鱘(Acipenser brevirostrum)持續(xù)投喂9個(gè)月后的雌性化誘導(dǎo)率分別是65%和58%[8]。Nataka等對(duì)已發(fā)生性分化的3月齡的雜交鱘(Huso huso♀×Acipenser ruthenus♂)投 喂 1 μg·g-117β -E2和 17α -methyltestosterone(MT)450 d后可發(fā)生雌性化和雄性化[11]。目前尚末在施氏鱘中有相關(guān)報(bào)道。此外,魚(yú)類(lèi)的性別是由遺傳因素和環(huán)境因素相互作用共同決定的。在諸多的環(huán)境因素中,研究較多的是溫度對(duì)性腺分化的影響。不同的溫度可誘導(dǎo)不同種魚(yú)類(lèi)的性腺向雄性或雌性分化。如在高溫(36℃)下,奧利亞羅非魚(yú)(Oreochromis aureus)雄性率可達(dá)98%。在(32±1)℃的條件下[12],泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)的雄性率可達(dá)90%[13]。而在一些魚(yú)類(lèi)則相反,如南美洲的另一種銀漢魚(yú)(Odontesthes bonariensis)在低溫(17℃)下,雌性率達(dá)100%,在高溫(29℃)下則為0%[14],而溫度對(duì)鱘魚(yú)性分化作用方面還未見(jiàn)研究報(bào)道。因此,本試驗(yàn)采用溫度和外源雌激素注射的誘導(dǎo)方法,期望在施氏鱘性腺發(fā)育早期了解其性腺分化、性別比率和血清性激素水平,了解溫度和外源雌激素在施氏鱘發(fā)育早期對(duì)其性分化的影響機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)魚(yú)

試驗(yàn)用魚(yú)采自中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院鱘魚(yú)繁育工程中心在2010年4月下旬自繁純種施氏鱘。人工飼料開(kāi)口馴化結(jié)束后,即孵化后70 d運(yùn)輸?shù)街袊?guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所,暫養(yǎng)到90 d后,開(kāi)始試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)魚(yú)平均體長(zhǎng)(10.2±5.88)cm,平均體重(15.19±2.95)g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用循環(huán)水系統(tǒng),水族箱為95 cm×50 cm×60 cm,試驗(yàn)魚(yú)經(jīng)充分暴氣3 d后的水馴養(yǎng)1周后,供試驗(yàn)用,pH保持在7.5左右,溶解氧濃度>6.0 mg·L-1,光照為自然光源。同批魚(yú)卵孵化至90 d,按平均體長(zhǎng)、體重一致的原則,將實(shí)驗(yàn)魚(yú)隨機(jī)分為5個(gè)溫度處理(15,18,21,24和27℃)組,每個(gè)溫度處理組2個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)30尾魚(yú)。采用電子溫控器控制溫度(±0.5℃)。將雌激素溶解于30%、45%、60%和75%的醫(yī)用乙醇中,配置為2 mg·mL-1的濃度,計(jì)算死亡率后選取最適乙醇濃度注射,注射濃度為0.1 ug·g-1。各試驗(yàn)組在所設(shè)定的溫度中培育30 d至孵化后120 d。各試驗(yàn)組和對(duì)照組于注射第1天、7天、15天和30天采集血漿液氮保存。對(duì)照組為相同溫度下的未注射組。養(yǎng)殖方法幼魚(yú)期投喂人工飼料,每日投喂3次,日投喂率為4%。

1.3 血漿性激素的測(cè)定方法

用注射器浸潤(rùn)肝素鈉后,于尾椎動(dòng)(靜)脈取血。血樣先注入置于碎冰中的1.5 mL塑料離心管內(nèi),室溫放置 1 h 后,5 000 r·min-1離心 10 min,血漿入液氮中速凍后再置-20℃冰箱中保存,待測(cè)l7β-雌二醇(17β-estradiol,E2)和睪酮(Testosterone,T)含量。采用BECMAN ACESSⅡ電化學(xué)法光儀測(cè)定血漿中E2和T濃度,E2和T電化學(xué)發(fā)光試劑盒由BECMAN提供。

1.4 組織學(xué)切片制作

飼養(yǎng)試驗(yàn)30 d結(jié)束后,于120 d分別計(jì)算其成活率。采其性腺組織,Bouin′s液固定,常規(guī)石蠟切片,HE染色。在OLYMPUS BX51顯微鏡(配冷光源數(shù)碼相機(jī)OLYMPUS DP70)下觀察,拍照。早期性腺發(fā)育分期參照Flynn的方法[9]。通過(guò)對(duì)各組所有存活個(gè)體的性腺切片進(jìn)行觀察,確定性別,計(jì)算其雌雄比率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后采用SPSS11.0軟件對(duì)成活率和雄性率進(jìn)行t檢驗(yàn)(t-test)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度和注射17β-E2對(duì)施氏鱘死亡率的影響

不同溫度處理組的死亡率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)照組(未注射)中,28℃處理組的死亡率顯著高于其他溫度組,而其他溫度試驗(yàn)組間的死亡率差異不顯著,均低于1%。經(jīng)激素處理后,28℃組的死亡率最高,其他組的死亡率沒(méi)有顯著的規(guī)律。由此可見(jiàn),除高溫組外,其他溫度對(duì)試驗(yàn)魚(yú)的死亡率沒(méi)有影響。

2.2 不同養(yǎng)殖溫度下注射17β-E2對(duì)施氏鱘血漿T濃度的影響

如表2所示,注射17β-E224 h后,各溫度組血漿T含量下降到0 ng·mL-1,顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。注射后1~15 d各組血漿T含量均為0 ng·mL-1,一直持續(xù)到注射后 30 d,21、25 和 28℃高溫組血漿T含量開(kāi)始緩慢回升到0.33~0.41 ng·mL-1,說(shuō)明注射 17β-E2顯著降低了血漿 T 含量。總的變化趨勢(shì)是:處理后24 h后達(dá)到最低值,即各溫度組血漿T含量明顯下降到0。30 d時(shí)以高溫組開(kāi)始回升,21、24和27℃組血漿T水平與對(duì)照組差異不顯著(P>0.05)。注射 17β-E2后,溫度同時(shí)也對(duì)施氏鱘的血漿T水平具有一定調(diào)控作用。

表1 不同溫度下注射17β-E2的死亡率Table 1 Mortality of 17β-E2injection by different temperature

表2 17β-E2注射后不同溫度下施氏鱘血清T水平的變化Table 2 Changes of serum T levels of Amur sturgeon under different temperature by 17β-E2injection

2.3 不同養(yǎng)殖溫度下注射外源雌激素對(duì)施氏鱘血漿E2濃度的影響

如表3所示,17β-E2注射后24 h血漿E2水平顯著升高,明顯高于對(duì)照組(P<0.05)。注射7~15 d,血漿溫度E2水平顯著下降,以15℃組下降最慢顯著高于對(duì)照組(P<0.05),28℃組與對(duì)照組無(wú)顯著差異(P>0.05),而18℃組、21℃組和24℃組顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。注射30 d時(shí)E2水平略有回升,其中18℃組、21℃組和24℃組與對(duì)照組無(wú)顯著差異(P>0.05),15℃組和27℃組顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。由此可以看出,注射17β-E2后,在短時(shí)間內(nèi)顯著提高了施氏鱘血漿E2水平后,隨之血漿E2水平后很快降低,不久后又開(kāi)始持續(xù)回升。總的變化趨勢(shì)是:注射17β-E224 h后,各溫度組血漿E2水平明顯升高,7 d后開(kāi)始緩慢降低,15 d后降到最低值后,開(kāi)始回升,30 d時(shí)有所回升,以21和24℃組回升最快。注射17β-E2后,溫度也對(duì)施氏鱘血漿E2水平具有一定調(diào)控作用。

表3 17β-E2注射后不同溫度下施氏鱘血清E2水平的變化Table 3 Changes of serum E2levels of Amur sturgeon under different temperature by 17β-E2injection

2.4 不同養(yǎng)殖溫度下注射外源雌激素對(duì)施氏鱘性腺分化及性別比率的影響

與對(duì)照組比,17β-E2注射的各溫度處理組的性腺外部形態(tài)結(jié)構(gòu)相同,其發(fā)育特點(diǎn)是早期性腺均為線條狀,白色,成對(duì)存在,外被一層薄的結(jié)締組織(見(jiàn)圖版Ⅰ-a)。

本試驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)照組的性腺已完成PGC細(xì)胞向性腺原基的遷移,體細(xì)胞、性原細(xì)胞和生殖上皮細(xì)胞數(shù)量迅速增加,體組織增生物向性腺腹腔凸出,形成原始性腺雛形,性腺內(nèi)血管增多(見(jiàn)圖版I-b)。低溫沒(méi)有抑制了施氏鱘性腺的早期發(fā)育(見(jiàn)圖版Ⅰ-c,d),而高溫更促進(jìn)了施氏鱘性腺的早期發(fā)育(見(jiàn)圖版Ⅰ-m,n)。激素處理組中的高溫組的性腺出現(xiàn)2種不同的表面結(jié)構(gòu),性腺開(kāi)始分化。其中,生殖上皮光滑,不具有皺褶或生殖溝的性腺原基發(fā)育為精巢(見(jiàn)圖版Ⅰ-c,h,k,n),而生殖上皮有內(nèi)陷、褶皺和深溝的性腺原基發(fā)育為卵巢(見(jiàn)圖版Ⅰ-d,f,g,m)。注射 17β-E2和溫度能使施氏鱘的性分化時(shí)間提前,但不能改變?nèi)后w中的雌雄1∶1的性別比率(見(jiàn)表4)。

表4 溫度和外源雌激素對(duì)施氏鱘性別比率的影響Table 4 Effects of temperature and 17β-E2on sex ratios of Amur sturgeon

圖版Ⅰ 溫度和外源雌激素對(duì)施氏鱘性分化和性別比率的影響PlateⅠ Effect of temperature and estradiol-17β on sex differentiation and sex ratio of Amur sturgeon

3 討論

3.1 激素處理對(duì)死亡率的影響

研究表明,激素誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)性轉(zhuǎn)化時(shí),處理強(qiáng)度對(duì)成活率有影響。Flynn等研究表明estradiol-17β對(duì)短吻鱘幼魚(yú)具有一定的致死作用[9]。張曉彥、Knorr和阮洪超等的研究結(jié)果表明,性激素的劑量與試驗(yàn)魚(yú)死亡率關(guān)系密切[15-17]。在本試驗(yàn)中,雌二醇濃度的濃度為0.1 μg·L-1注射處理,隨養(yǎng)殖水溫的不同出現(xiàn)了較高的死亡率。由此可見(jiàn),本試驗(yàn)所使用的激素劑量對(duì)施氏鱘成活率基本沒(méi)有影響。

3.2 溫度和外源雌激素對(duì)施氏鱘血漿性激素的影響

在性激素產(chǎn)生過(guò)程中,有一系列的酶促反應(yīng)參與,高溫或低溫有可能通過(guò)芳香化酶的催化作用,最終影響?hù)~(yú)體內(nèi)雌、雄激素的產(chǎn)生[18-20]。本試驗(yàn)中,在受到外源激素的影響后,21℃組的雌激素含量恢復(fù)較快,這可能與溫度影響體內(nèi)性激素(雄激素和雌激素)的產(chǎn)生的結(jié)論相一致。溫度影響芳香化酶的表達(dá)已有試驗(yàn)證明,如對(duì)斑馬魚(yú)(Danio rerio)的研究表明,高溫誘導(dǎo)基因型雌性斑馬魚(yú)轉(zhuǎn)化為表型雄性的逆轉(zhuǎn)過(guò)程中,引起了卵母細(xì)胞凋亡和性腺中的芳香化酶活性降低[20-21]。此外,南方鯰(Silurus meridionalis)的人工繁殖后代全是雌性,但使用非類(lèi)固醇類(lèi)芳香化酶抑制劑(Fadrozole)處理孵化不久的幼魚(yú)可以得到高比例的雄魚(yú),表明芳香化酶的活性可能受到了抑制,不能催化雄激素轉(zhuǎn)化成雌激素,從而使雌魚(yú)性逆轉(zhuǎn)為雄魚(yú)[22]。

注射17β-E2后,施氏鱘體內(nèi)的內(nèi)分泌平衡水平被破壞。其總的規(guī)律是不同溫度下,血漿E2的水平增加而T濃度顯著降低至0 pg·mL-1,這可能高水平的E2濃度與T濃度產(chǎn)生拮抗作用,抑制體內(nèi)T濃度的產(chǎn)生[23]。此外,對(duì)真鯛(Pagrus major)的研究表明,在一天的不同時(shí)間內(nèi)采樣測(cè)定血漿T和E2的含量,會(huì)有很大差別,血漿性類(lèi)固醇激素的分泌存在日變化節(jié)律,且與光周期有密切關(guān)系[24]。本研究中施氏鱘為底層魚(yú)類(lèi),各組的采樣條件也均一致,因此不受采樣時(shí)間和光周期的限制。環(huán)境不適或操作脅迫均可能造成血漿T水平升高不顯著或者下降,特別是環(huán)境脅迫作用最有可能是血漿T水平下降的直接原因[24]。本試驗(yàn)中,雖然注射雌二醇后,不同溫度條件下的T濃度顯著降低至0 pg·mL-1,但隨著體內(nèi)E2的水平的變化,30 d后開(kāi)始恢復(fù),因此不認(rèn)為是環(huán)境脅迫作用導(dǎo)致血漿T水平的顯著下降。

3.3 溫度和外源雌激素對(duì)施氏鱘性分化和性比的影響

解剖學(xué)上鱘開(kāi)始出現(xiàn)雌雄分化的時(shí)間在不同種之間差異較大。Grandi等報(bào)道納氏鱘(A.naccarii)于6月齡性腺開(kāi)始雌雄分化,俄羅斯鱘(A.gueldenstaedtii)在 3月齡、雜交鱘(Huso huso x A.ruthen)在6月齡、小體鱘(A.ruthen)在8月齡、短吻鱘(A.brevirostrum)在 7月齡、而中華鱘(A.sinensis)在 9月齡性腺開(kāi)始雌雄分化[9,25-27]。本研究中,施氏鱘在孵化后120 d還沒(méi)開(kāi)始性分化,表明施氏鱘的性腺分化時(shí)間要長(zhǎng)于俄羅斯鱘。姚道霞等人和張曉彥等人對(duì)黃顙魚(yú)和半滑舌鰨的報(bào)道表明,用17β-E2處理黃顙魚(yú)和半滑舌鰨時(shí),雌二醇促使其卵巢提前分化,而使精巢分化推遲[15,28]。其原因可能是在魚(yú)類(lèi)性分化過(guò)程中起了關(guān)鍵作用的芳香化酶可以刺激卵巢的分化,而外源性雌激素可以顯著提高魚(yú)類(lèi)芳香化酶的產(chǎn)生[15]。因此,在魚(yú)類(lèi)性分化之前,進(jìn)行外源性雌激素處理,會(huì)促使魚(yú)體內(nèi)雌性激素的分泌量增加和雄性激素的降低,從而使魚(yú)類(lèi)的卵巢分化提前,精巢分化滯后。本研究中17β-E2和溫度處理使施氏鱘性腺均已在組織學(xué)水平上出現(xiàn)性分化,其中27℃高溫組明顯的促進(jìn)其性腺的提前發(fā)育,未觀察到精巢分化滯后的現(xiàn)象。此外,雌激素用于誘導(dǎo)產(chǎn)生雌魚(yú),雄激素則根據(jù)劑量不同用于誘導(dǎo)雄性化或不育魚(yú)。而激素處理對(duì)性分化的影響除了正常的性轉(zhuǎn)化外,還可能使性腺出現(xiàn)畸形,如卵巢與精巢共存、精巢中出現(xiàn)卵巢腔或是性腺萎縮等[28]。本試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)雌雄間體、性腺萎縮等現(xiàn)象這與半滑舌鰨性分化的組織學(xué)的研究結(jié)果一致[15]。

研究表明,CYP19可以催化雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素,被認(rèn)為是性腺性別分化中的關(guān)鍵酶,控制著性激素的相對(duì)比率,比率的高低決定性別分化的方向[29]。溫度通過(guò)影響芳香化酶基因的表達(dá)或其調(diào)節(jié)基因的活性而最終影響性腺性別的分化[29-30]。在本試驗(yàn)中溫度和外源雌激素是否是通過(guò)影響芳香化酶,從而影響雄激素/雌激素比率來(lái)影響施氏鱘性別分化的還需要進(jìn)一步研究,但是可以肯定的是在本研究中,施氏鱘的雄激素/雌激素比率通過(guò)溫度和外源雌激素發(fā)生了顯著的改變。有研究認(rèn)為,魚(yú)類(lèi)性分化過(guò)程中芳香化酶起了關(guān)鍵作用,可以刺激卵巢的分化,而外源性雌激素可以顯著提高魚(yú)類(lèi)芳香化酶的產(chǎn)生[31-33]。

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