遠海梭子蟹胚胎發育觀察

廖永巖, 李 鋒, 董學興

(1. 廣東海洋大學 水產學院, 廣東 湛江 524025; 2. 鹽城工學院, 江蘇 鹽城 224003)

遠海梭子蟹胚胎發育觀察

廖永巖1,*, 李 鋒1, 董學興2

(1.廣東海洋大學 水產學院,廣東 湛江524025; 2.鹽城工學院,江蘇 鹽城224003)

在水溫25～26 ℃、鹽度30和 pH 7.8～8.4條件下, 觀察遠海梭子蟹胚胎發育全過程, 其結果發現, 遠海梭子蟹胚胎發育經歷卵裂、囊胚、原腸胚、無節幼體、后無節幼體和原溞狀幼體等六個階段。遠海梭子蟹卵排出約28 h開始表面卵裂，約40 h，形成囊胚，約60 h，預定內胚層細胞出現, 并與集中在其周圍的細胞一起內陷,形成原腸胚。約90 h, 3對附肢的無節幼體出現，約110 h，5對附肢的后無節幼體出現，約140 h， 7對附肢的原溞狀幼體出現。復眼、心跳、色素形成均在原溞狀幼體階段完成。原溞狀幼體孵出時(約300 h), 顎足長出羽狀剛毛, 變為溞狀幼體。整個胚胎發育過程約300 h。

遠海梭子蟹; 胚胎發育; 形態學

蟹類的胚胎發育是蟹類生活史中最復雜的階段(Sánchez et al, 2005), 因而是蟹類研究的重要領域之一(Sánchez et al, 2005; Petersen & Anger, 1997; Giménez, 2002; Webb et al, 2006)。胚胎發育的形態學觀察, 是研究蟹類胚胎發育過程中組織、器官和系統形成的基礎。有關青蟹(Scylla serrata)(Wei & Luo, 1986)、中華絨螯蟹(Eriocheir sinensis)(Du et al, 1992)、三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)(Xue et al, 1998; Xue et al, 2001a; Xue et al, 2003)、地中海溪蟹(Potamon edulis)(Pace et al, 1976)、毛刺蟹屬的Pilumnus novaezealandiae和P. lumpinus(Wear, 1967)等蟹類的胚胎, 均有詳細的形態描述。遠海梭子蟹(Portunus pelagicus)隸屬于節肢動物門(Arthropoda),甲殼亞門(Crustacea)軟甲綱(Malacostraca)(Liu &Zheng, 2009)十足目(Decapoda)腹胚亞目(Pleocyemata)梭子蟹科(Portunidae)梭子蟹屬(Portunus) (Li et al, 2007)。此蟹俗稱花蟹、藍蟹、沙蟹, 分布于西太平洋?印度洋海域；個體大、生長快, 是重要的食用經濟蟹類(Bryars, 2006; Liao, 2011), 也是西太平洋?印度洋最適于養殖的四大重要經濟蟹類之一(Williams & Primavera, 2001)；但是,有關遠海梭子蟹胚胎方面的研究, 除報道過抗真菌藥對遠海梭子蟹胚胎的影響外(Liao & Zhao, 2001),其胚胎發育的形態觀察方面尚未有報道。本實驗詳細觀察了遠海梭子蟹的胚胎發育過程, 可為遠海梭子蟹的人工繁育提供理論依據, 并可為蟹類胚胎發育的進一步研究提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 親蟹 親蟹購自湛江東風市場。體重80～120 g, 附肢齊全, 活力強, 無病, 無寄生生物, 性腺發育良好。親蟹帶水、充氣運至實驗室。

1.1.2 海水 海水取自湛江海域, 沙濾后再經400目紗絹網過濾, 用曝氣自來水和海水晶調鹽度至30待用, pH 7.8～8.4。

1.1.3 培養池及材料 培養池為試驗室內鋪瓷磚水泥池, 規格為1×1×0.8 m3。培養池用水清洗后, 再用20 mg/L高錳酸鉀浸泡消毒6 h, 沖洗干凈備用。池底鋪細沙, 粒徑0.1～0.2 mm, 先用水浸泡, 浮選出雜質, 再用20 mg/L高錳酸鉀浸泡消毒, 洗凈備用。自動控溫采用HQ908加熱棒, 功率為300 W。氣泵采用山本-6500型。

1.1.4 餌料 購自湛江東風市場的新鮮牡蠣肉作為親蟹培育用餌料。

1.2 方法

1.2.1 親蟹的培育 培養池底部鋪沙約5 cm, 占整個面積的80%, 出水口用磚擋住留為空檔, 加海水約30 cm, 2支加熱棒控溫, 氣泵連續充氣, 溶解氧4 mg/L。挑選10只性腺發育良好的雌蟹放入池中進行培育, 水溫初時為12 ℃, 緩緩加溫,半個月后, 加溫至目標溫度(25～26 ℃)。親蟹培育溫度為(25.5±0.5) ℃。1天投餌2次, 分別為8：00—9：00和20：00—21：00。投餌量為親蟹體重5%～10%, 8：00—9：00投餌，占總餌量20%～30%；20：00—21：00投餌量，占總餌量70%～80%。視水質情況決定換水與否。換水時先預熱水溫, 使其溫差小于1 ℃。

1.2.2 親蟹及抱卵蟹的觀察 檢查親蟹的產卵情況, 檢查次數視蟹行為而定, 無產卵行為時每天檢查2次, 有產卵行為出現時, 每小時檢查1次。

1.2.3 胚胎發育的觀察 進行胚胎發育觀察時, 用鑷子取少量卵, 于解剖鏡或顯微鏡下觀察其胚胎發育情況, 受精卵卵裂前期、卵裂期4 h觀察一次, 囊胚期以后8 h觀察一次。將觀察到的胚胎形態, 利用描繪鏡繪出模式圖。

2 結 果

2.1 親蟹及抱卵蟹培育

經約20 d的培養, 相繼有6只親蟹抱卵, 抱卵率達60%。親蟹約在凌晨4：00—6：00產卵。親蟹產卵時, 不再臥于池底或鉆入沙內, 而趨于沙少較硬的底質, 排出的卵附著在腹肢剛毛上。卵團顏色隨發育期而變(表1)。

表1 遠海梭子蟹受精卵和胚胎發育過程中抱卵蟹卵團的顏色變化Tab. 1 The color variation of egg mass during the fertilized eggs and embryonic developmental stages of Portunus pelagicus

2.2 遠海梭子蟹胚胎發育觀察

雌蟹產卵時, 受精卵借次級卵膜固著在腹肢剛毛上, 結集成葡萄狀卵團。卵剛產出時為均質狀,數小時后發生變化, 卵黃顆粒逐漸變大。受精卵產出后并不立即進行卵裂, 而存在一個約28 h的卵裂前期(水溫25～26 ℃)。

2.2.1 卵裂(cleavage) 當水溫25～26 ℃時, 卵產出約28 h后, 受精卵行第一次卵裂。遠海梭子蟹的卵為富含卵黃的中黃卵, 其受精卵的卵裂方式為不完全卵裂中的表面卵裂。第一次卵裂溝偏向一極,卵裂溝為不規則曲線狀(圖1：1), 第一次卵裂在外表上將受精卵分成不相等的兩部分, 其中植物極部分卵黃顆粒清晰, 顏色較亮; 動物極顏色較灰暗。第二次卵裂發生在第一次卵裂后約2 h(圖1：2)。至16細胞期, 卵表面呈足球狀(圖1：3)。卵產出約40 h,卵裂進入256細胞期(圖1：4), 胚胎發育至囊胚期。

圖1 遠海梭子蟹卵裂到無節幼體模式圖Fig. 1 Embryonic development of Portunus pelagicus from the cleavage to nauplius stage

2.2.2 囊胚(Blastula) 囊胚期卵表面呈均勻、致密狀態, 卵裂溝及卵裂塊消失, 看不出任何塊狀結構(圖1：5)。卵裂產生的細胞排列在胚胎周圍, 組成一層薄的囊胚層, 而囊胚層下的囊胚腔則全被卵黃顆粒所填充, 后構成卵黃囊。邊圍的囊胚層和居中的卵黃共同構成邊圍囊胚(或叫表裂囊胚)。囊胚后期, 出現獨立、完整的細胞。整個囊胚期持續約20 h。

2.2.3 原腸胚(Gastrula) 當水溫25～26 ℃時, 受精卵排出體外約60 h后, 卵的一端的卵黃被吸收,出現一呈透明狀區域, 卵黃顆粒不明顯, 胚胎進入原腸胚期。呈透明狀的原腸作用部位, 周圍具數個錐狀突起, 即預定內胚層細胞(presumptive endoderm), 預定內胚層細胞排成一圈呈倒喇叭狀(圖1：6), 其它部位的細胞逐漸向此處集中。

預定內胚層細胞與集中過來的細胞一起內陷形成原腸和原口(圖1：7)。原腸的形成, 確立胚胎發育的縱軸。隨胚胎的發育, 胚區細胞不斷地分裂,產生4個相距較近的細胞團突起, 即上部的2個視葉原基和近原口處的2個胸腹原基(圖1：8)。在頭部附肢原基發生前, 1對胸腹原基逐漸愈合, 形成胸腹突。隨著胚胎的發育, 胸腹突逐漸增大使得卵黃囊形態似馬鞍狀。在視葉與胸腹突之間, 大顎原基首先發生, 隨后, 大觸角原基在大顎原基與視葉原基之間出現。至此, 胚胎外觀突起共有4對原基：1對視葉原基、1對大觸角原基、1對小觸角原基、1對大顎原基及愈合的胸腹突。隨著小觸角原基在大觸角原基與視葉原基間發生, 胚胎進入無節幼體期(圖1：9)。

2.2.4 無節幼體(nauplius) 當水溫25～26 ℃時,受精卵排出后約90 h, 小觸角原基在大觸角原基與視葉原基間形成。小觸角、大觸角及大顎3對附肢原基形成, 標志著胚胎發育進入無節幼體階段(圖1：9)。視葉原基、小觸角原基、大觸角原基及大顎原基隨細胞分裂不斷增大, 分別形成視葉、小觸角、大觸角及大顎。

2.2.5 后無節幼體(metanauplius) 當水溫25～26 ℃時, 胚胎發育約110 h, 進入后無節幼體階段。大顎之后, 胸腹原基前部外側先后出現2 對附肢原基, 不久即發育為2 對小顎的肢芽, 即第一小顎和第二小顎; 此時胚胎共形成了5 對附肢, 透明區明顯增大; 后無節幼體后期(約136 h), 胚前開始出現一整塊明亮區, 此處大量卵黃物質被快速吸收轉化(圖2：10)。又一輪大規模的物質和能量轉化已經完成, 預示著胚胎(特別是前部)緊接著將進行一段更為復雜的發育過程。

圖2 遠海梭子蟹后無節幼體及原溞狀幼體模式圖Fig. 2 Embryonic development of Portunus pelagicus from the metanauplius to protozoea stage

2.2.6 原溞狀幼體(protozoea) 當水溫25～26 ℃時, 胚胎發育約140 h, 進入原溞狀幼體階段。2 對小顎后面, 胸腹原基后部外側又先后長出2 對顎足肢芽, 內側為第二顎足, 外側為第一顎足; 此時胚胎共形成了7 對附肢, 身體明顯可見分節(圖2：11)。腹部已很明顯, 長而分節, 包括尾節在內, 明顯地分6節。頭胸甲原基不斷生長, 左右相連, 成為頭胸甲。復眼剛出現時為排列成弧形的數列短棒狀結構(圖2：12), 隨著胚胎發育逐漸演變成橢圓形(圖2：13), 在孵化前呈斜楔形(圖2：18), 顏色也由淡紅、紫紅逐漸轉變為紫黑色。胚胎發育經過180 h后, 開始形成囊狀心臟(圖2：13，14), 隨后出現心跳。最初的心跳不穩定且沒有規律, 表現為連續跳動幾下后間歇一段長的時間, 或是間歇不等的博動,頻率約為20～30 次/min。在心跳形成10 h后, 色素細胞開始形成(圖2：15，16)。到色素細胞形成時胚胎心跳也明顯加快, 為80次/ min。胚胎心跳到孵化前達150～180 次/min。隨著胚胎的發育, 卵黃逐漸被吸收, 至后期, 卵黃囊呈蝴蝶狀(圖2：17), 卵黃顆粒大而清晰。至孵化前各部分相當清楚, 卵黃囊被分割成三團。附肢7對, 為小觸角、大觸角、大顎、第一小顎、第二小顎、第一顎足、第二顎足(圖2：18)。孵化前的卵徑為原卵徑的1.5倍。原溞狀幼體經過一次蛻皮(孵化)后, 2 對顎足上分別長出4根長羽狀剛毛, 形成(第一期)溞狀幼體孵出。

遠海梭子蟹受精卵排出體外后, 經過約300 h [水溫(25.5±0.5) ℃, 鹽度30, pH 7.8～8.4], 孵出第一期溞狀幼體, 胚胎發育過程中各項時間見表2。

3 討 論

3.1 蟹類胚胎發育的分期

已有的資料對蟹類胚胎發育的分期不統一, 毛刺蟹胚胎發育分為3期(Wear, 1967); 地中海溪蟹胚胎發育分為4期(Pace et al, 1976); 三疣梭子蟹胚胎發育分為6期(Xue et al, 1998)或9期(Xue et al, 1998; Xue et al, 2001b); 中華絨螯蟹的胚胎發育分為6期(Du et al, 1992); 青蟹(Scylla serrata)的胚胎發育分為8期(Wei & Luo, 1986); 牧人魁蟹(Chionoecetes opilio)的胚胎發育則被分為10期以上(Moriyasu & Lanteigne 1998)。由于分期雜, 標準不統一, 導致很多研究者在進行蟹類胚胎研究時無所適從, 只能將蟹類的胚胎簡單地分為胚胎早期和胚胎晚期(Sánchez et al, 2005); 或粗略的根據蟹胚胎表面顏色變化, 將其分為亮橙色期(light orange)、暗橙色期(dark orange)、黑色期(black)和孵化期(hatched egg stage)等4期(Moriyasu & Lanteigne，1998)。

表2 遠海梭子蟹在25～26℃胚胎發育各期所需時間Tab. 2 The comparison of embryonic development time of Portunus pelagicus under 25?26℃ condition

十足目甲殼動物的胚胎或胚后期, 常出現無節幼體、后無節幼體、原溞狀幼體、溞狀幼體、糠蝦幼體或后溞狀幼體、十足幼體等幼體期(Du, 1987; Schram , 1986; Anderson, 1982)。這說明, 無節幼體、后無節幼體、原溞狀幼體、溞狀幼體等幼體期, 分別代表著一種重要的甲殼動物幼體階段。加上學術界公認的卵裂、囊胚、原腸胚等胚胎發育期, 比較合理的蟹類胚胎發育過程應包括卵裂(cleavage)、囊胚(blastula)、原腸胚(gastrula)、無節幼體(nauplius)、后無節幼體(metanauplius)、原溞狀幼體(protozoea)等6個發育期。本文的遠海梭子蟹胚胎發育, 按以上6個階段進行分期。

3.2 蟹類胚胎發育過程中的顏色變化及識別

蟹類的胚胎發育過程中, 隨著胚胎的不斷發育,其色素也發生相應的變化。剛產出的卵裂前的受精卵, 顏色較淺, 較為鮮艷, 為橙黃色(卵裂前的受精卵狀態)。一旦受精卵卵裂, 胚胎從外觀上看顏色轉暗, 其在附肢出現前, 大多為土黃色(卵裂-原腸胚)。胚胎發育至附肢分化期(無節幼體-后無節幼期),顏色轉灰。當胚胎發育至原溞狀幼體, 由于眼色素的出現, 使整個胚胎發育轉深灰或黑, 心跳出現并逐漸加快, 表示蟹胚胎將要孵化(表1)。所以, 當條件限制, 沒有相關設備, 不能準確區分蟹胚胎發育期時, 根據胚胎的外部顏色變化, 也可對蟹類的胚胎發育期進行粗略識別(Moriyasu & Lanteigne, 1998)。

3.3 梭子蟹科重要蟹類胚胎發育的比較

遠海梭子蟹、三疣梭子蟹和鋸緣青蟹同屬梭子蟹科(Portunidae), 其中遠海梭子蟹和三疣梭子蟹同屬梭子蟹屬(Portunus), 其胚胎發育過程基本相似,但由于種、屬區別, 其胚胎發育過程也存在差異。其具體情況如表3。

表3 梭子蟹科三種蟹胚胎發育差異比較特征Tab. 3 Characteristic comparison in embryonic development among three species Portuniade

從表3的結果可以看出, 梭子蟹科這三種蟹除胚胎發育分期差別較大外, 胚胎發育本身差別不大,只存在一些種、屬間的區別。三疣梭子蟹為溫水性蟹類, 鋸緣青蟹、遠海梭子蟹為暖水性蟹類, 其胚胎發育在水溫適應性上有其各自的范圍。

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External morphological characteristics during the embryonic development ofPortunus pelagicus

LIAO Yong-Yan1,*, LI Feng1, DONG Xue-Xing2

(1. College of Fisheries, Guangdong ocean university, Zhanjiang 524025, China; 2. Yancheng Institute of Technology, Yancheng 224003, China)

The embryonic development ofPortunus pelagicuswas studied under laboratory conditions at a water temperature of 25?26 ℃, salinity of 30, and pH of 7.8?8.4. The embryogenesis ofPortunus pelagicuswas divided into six stages: cleavage, blastula, gastrula, nauplius, metanauplius, and protozoea. Embryogenesis lasted about 300 h post spawning. Eggs began superficial cleavage about 28 h after spawning when the nucleus appeared at the surface of the egg till the egg divided into 16 cells. The blastula stage was observed about 40 h post spawning and gastrula stage appeared when the presumptive endoderm and other cells near them invaginated. The fourth-stage of embryogenesis, nauplius, was characterized by three pairs of appendages appearing about 90 h post spawning, while metanauplius, the fifth-stage of embryogenesis, was characterized by five pairs of appendages, which appeared about 110 h post spawning. The sixth stage of embryogenesis was protozoea, which was characterized by seven pairs of appendages appearing about 140 h post spawning. The compound eye, heart and pigment cells were also found in the protozoea stage. After the natatory seta formed on the top of maxilliped, the protozoea developed into the zoea at the time of hatching (about 300 h post spawning).

Portunus pelagicus; Embryonic development; Morphological character

Q959.223.630.4；Q133

A

0254-5853-(2011)06-0657-06

2011-07-04；接受日期：2011-08-05

廣東省教育廳重點學科建設項目(0709162)

?通訊作者(Corresponding author)，E-mail: rock6783@126.com

廖永巖(1965－),男,副教授,研究方向：西太平洋-印度洋經濟蟹類和鱟生物、生態學

10.3724/SP.J.1141.2011.06657