超聲成像技術在大西洋鮭早期性別及發育期鑒別的應用研究

仇登高, 徐世宏, 劉 鷹, 6, 宋昌斌, 遲 良, 王順奎, 于凱松

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超聲成像技術在大西洋鮭早期性別及發育期鑒別的應用研究

仇登高1, 2, 5, 徐世宏1, 5, 劉 鷹1, 5, 6, 宋昌斌3, 遲 良1, 王順奎4, 于凱松4

(1. 中國科學院 海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 福建省水產研究所 福建省海洋生物增養殖與高值化利用重點實驗室, 福建 廈門 361013; 3. 中國科學院 半導體研究所, 北京 100083; 4. 山東東方海洋科技股份有限公司, 山東 煙臺 264003; 5. 海洋生態養殖技術國家地方聯合工程實驗室, 山東 青島 266071; 6. 大連海洋大學, 遼寧 大連 116023)

采用KX-5100便攜式B超機(7.5MHz高頻線陣探頭)對273尾1齡或2齡大西洋鮭()的性別及性腺發育階段進行了檢測, 同時對檢測的大西洋鮭進行了解剖和取樣, 利用組織學觀察法驗證了超聲成像技術對大西洋鮭雌雄性別和發育階段的鑒別結果。研究結果顯示: 利用超聲成像技術鑒別雌、雄大西洋鮭的平均準確率為86%, 且鑒別雌魚的準確率(93%)較雄魚(81%)高。超聲成像技術鑒別Ⅱ期+Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ期卵巢的準確率分別為87%、92%和100%, 鑒別Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ期精巢的準確率分別為64%、71%、86%和84%。總體看來, 超聲成像技術鑒別早期性腺(Ⅱ期~Ⅲ期)發育的準確率較低, 僅為75%, 而對晚期性腺(Ⅳ期~Ⅴ期)發育鑒別的準確率較高, 達到89%。

超聲成像技術; 大西洋鮭(); 早期性別鑒別; 性腺發育階段

大西洋鮭()屬鮭形目(Salmonifomes)、鮭科(Salmonidae)、鮭屬(), 為世界范圍養殖的冷水性魚類。大西洋鮭在性成熟階段, 雌魚體色會變成棕色或黃色, 雄魚鱗片上的黑色斑點變為紅色, 上下頜延長并彎曲成鉤狀[1]。但是, 在性腺開始發育初期, 雌、雄個體的第二性征不明顯, 從外部形態難以鑒別其性別和性腺發育期, 而在同池飼養的過程中, 雌、雄大西洋鮭可以各自分泌性激素誘導對方性腺成熟[2], 造成大西洋鮭的生長趨緩、魚肉品質下降等問題。因此, 如何快速準確地鑒別大西洋鮭早期性別對促進科學管理和精準養殖十分有必要。目前, 國內外傳統的性別鑒別技術主要有腹腔外科手術法[3]、內窺鏡法[4]、卵黃蛋白濃度分析法[5]、放射免疫測定法[6]等。這些檢測技術盡管可以獲得比較高的鑒別準確率, 但是耗時較長且工作量較大, 并且還要侵入魚類體內, 容易造成細菌等微生物的感染, 甚至可能導致檢測魚的死亡[7]。相比之下, 超聲成像技術是一項無損傷、速度較快、準確率高的檢測技術, 當前已廣泛應用于醫療和獸醫行業。國外一些學者將超聲成像技術引入到魚類養殖領域, 如Shields[8]等采用超聲波診斷技術檢測了庸鰈()卵母細胞成熟程度和排卵期; Blythe[9]等超聲檢查了條紋狼鱸()雌雄性別和成熟狀況;

Wildhaber[10]等報道了超聲鑒別亞拉巴馬鏟鱘()性別技術; Mattson[11]初步建立了超聲波掃描技術鑒別大西洋鮭性別和性腺大小的方法, 同時作者指出超聲圖像質量和測量可靠性需要進一步改進和提高。目前, 隨著科學技術的飛躍發展, 超聲成像技術已升級換代, 有必要采用現代的、圖像更為清晰細膩的便攜式超聲診斷儀進一步優化大西洋鮭早期性別及性腺發育階段的無損鑒別技術。基于上述考慮, 作者通過超聲成像技術檢測大西洋鮭的性別和性腺發育階段, 掌握不同發育階段卵巢和精巢的超聲波圖像特征, 以期為超聲波檢測技術在中國魚類養殖中的應用研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實驗魚

實驗所用大西洋鮭于2012年4月~12月取自山東東方海洋科技股份有限公司開發區分公司魚類研究中心, 隨機取1~2齡大西洋鮭273尾, 體質量為200~2 880 g, 體長為25.2~54.5 cm。

1.2 方法

1.2.1 儀器

采用徐州市凱信電子設備有限公司生產的全數字B超診斷儀KX5100。探頭選擇線陣寬頻探頭, 頻率為7.5 MHz, 掃描深度選擇為6~24 cm。

1.2.2 實驗魚飼養環境

降海后的大西洋鮭飼養在水溫相對恒定的循環水養殖生產系統的八邊形水泥池內, 養殖池規格為長7 m、寬7 m、深2.3~2.5 m, 養殖期間鹽度為28±2.7, 水溫為13.6~15.0℃。

1.2.3 操作方法

取樣前將實驗魚用MS-222(20 ppm ~40 ppm)麻醉, 待大西洋鮭安靜不掙扎時, 采用KX-5100超聲波診斷儀(線陣高頻探頭, 7.5 MHz)進行性腺的超聲波掃描并拍照。檢測時, 被檢測魚側放于光滑的桌面, 魚的腹部朝向操作者, 操作者手持探頭, 將探頭對準脊椎方向, 并緊貼魚體鰓蓋后緣呈45°進行測量, 輕輕擺動探頭以獲得較清晰的圖像(圖1)。

1.3 數據統計

采用SPSS18.0統計軟件和Excel對測定結果進行分析, 實驗數據用平均值±標準差(Mean±SD)表示。

2 結果

2.1 大西洋鮭不同性腺發育階段的超聲圖像特征及檢測結果

實驗開始時, 雌性大西洋鮭(200~300g)超聲成像技術獲得的卵巢超聲圖像呈小三角形(圖2-1)。對應的組織學觀察顯示, 在數量和面積上, 卵巢內部主要以第2時相初級卵母細胞為主(圖2-2)。卵巢進入Ⅲ期時, 超聲成像技術所得到的圖像呈類似三角形的形狀, 結構較緊密(圖2-3)。對應組織學觀察顯示, 此期卵巢內生殖細胞以第3時相進入大生長期的初級卵母細胞為主, 細胞體積明顯變大。圖2-4顯示Ⅲ期中初級卵母細胞, 細胞近似橢圓形, 伴隨細胞的發育核仁增大, 細胞質內含有卵黃顆粒, 分布在細胞質的部分區域, 此期細胞核還未出現極化現象。卵巢發育至第4時相早期時, 該期超聲波圖像類似于Ⅲ期, 呈三角形。當卵巢發育進入第4時相中、后期及第5時相時, 此階段超聲波圖像顯示卵巢位于腎臟的一側, 在圖像上可清楚地看到白色圓形亮點結構, 該亮點為卵細胞(圖2-5)。對應組織學觀察顯示, Ⅳ期卵巢內生殖細胞主要以第4時相初級卵母細胞為主, 按照卵母細胞的核偏移情況將此期卵母細胞分成早、中、晚3個階段。圖2-6顯示卵細胞發育至第4時相后期階段, 細胞核極化, 且抵達動物極。圖2-7、2-8分別為Ⅴ期卵巢超聲圖像和相應的組織學觀察。因此, 可通過性腺在超聲波圖像上所呈的三角形或白色圓形顆粒結構作為雌性大西洋鮭未成熟與成熟的判別標準, 也可作為雌雄鑒別的標準。

雄性大西洋鮭(約200g)精巢為Ⅱ期, 這個時期精巢在超聲波圖像上看不出明顯的特征(圖3-1)。對應組織學觀察顯示, Ⅱ期精巢的精小葉內含有初級精原細胞和次級精原細胞, 初級精原細胞單個位于精小葉邊緣, 核膜比較清晰, 中心位置有一核仁, 次級精原細胞由初級精原細胞分裂而來, 往往位于精小葉內部的精小囊中(圖3-2)。圖3-3顯示Ⅲ期精巢的超聲波圖像也無明顯的特征, 圖3-4為此時圖像所對應的組織學觀察。當精巢發育至Ⅳ期時, 此期的超聲波圖像顯示精巢在腎臟的上部, 呈現不規則黑影(圖3-5)。對應的組織學觀察顯示, 發育至Ⅳ期的精巢開始出現少量的精子, 但是精小葉內部精子細胞占很大部分, 另還含有少量的初級精母細胞及次級精母細胞。此階段的精子細胞排列比較緊密, 發育基本上處于同步狀態, 精子細胞的著色比初級精母細胞和次級精母細胞要深, 嗜堿性能力較強(圖3-6)。圖3-7、3-8分別為Ⅴ期精巢超聲圖像和相應的組織學觀察。因此, 可通過觀察精巢在B超診斷儀上所呈現出不規則黑影的超聲波圖像作為雄性大西洋鮭成熟的判別標準。

2-1. Ⅱ期卵巢超聲波圖像; 2-2. Ⅱ期卵巢; 2-3. Ⅲ期卵巢超聲波圖像; 2-4. Ⅲ期卵巢; 2-5. Ⅳ期卵巢超聲圖像; 2-6. Ⅳ期卵巢; 2-7. Ⅴ期卵巢超聲圖像; 2-8. Ⅴ期卵巢; Ovary. 卵巢; Ovum. 卵子; OC. 卵母細胞; N. 細胞核

2-1. Ultrasound image of ovary at phase II; 2-2. ovary at phase II; 2-3. ultrasound image of ovary at phase III; 2-4. ovary at phase III; 2-5. ultrasound image of ovary at phase IV; 2-6. ovary at phase IV; 2-7. ultrasound image of ovary at phaseV; 2-8. ovary at phaseV; OC. oocyte; N. nucleus

從上述超聲波圖像可得到, 不同發育階段的卵巢和精巢的超聲波圖像有比較明顯的差異: Ⅱ期和Ⅲ期卵巢的超聲波圖像呈小三角形, 結構緊密; Ⅳ期和Ⅴ期卵巢的超聲波圖像呈白色亮點的圓形顆粒結構。而Ⅳ期和Ⅴ期精巢的超聲波圖像則呈不規則黑影, 但Ⅱ期和Ⅲ期精巢的超聲波圖像無明顯的判別特征, 這兩個時期的精巢需要排除Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期和Ⅴ期卵巢及Ⅳ期和Ⅴ期精巢來確定。

2.2 大西洋鮭性別及性腺發育期的鑒別結果

利用超聲成像技術鑒別雌魚的準確率較雄魚高, 超聲成像技術正確鑒別出經組織學觀察法驗證的107 尾雌魚中的99 尾, 準確率為93%; 在鑒別的166 尾雄魚中, 經驗證有135尾雄魚, 準確率為81%; 超聲成像技術共計鑒別273尾魚, 正確鑒別出234尾, 雌雄平均準確率達到86%(表1)。

超聲成像技術鑒別雌魚卵巢發育的準確率隨卵巢的發育而提高, 而雄魚精巢發育的準確率隨精巢的發育呈現先上升后下降的趨勢, 如表2所示: 此技術鑒別Ⅱ期+Ⅲ期、Ⅳ期卵巢的準確率分別為87%、92%, 對Ⅴ期卵巢鑒別的準確率達到100%。超聲成像技術鑒別Ⅱ期精巢的準確率僅為64%, 對Ⅲ期、Ⅳ期精巢鑒別的準確率分別為71%、86%, 精巢發育至Ⅴ期時的準確率為84%。超聲成像技術鑒別雌雄性腺發育階段的平均準確率為82%。超聲成像技術鑒別早期性腺(Ⅱ~Ⅲ期)發育的準確率較低, 僅為75%; 對后期性腺(Ⅳ~Ⅴ期)發育鑒別的準確率較高, 達到89%。

3-1. Ⅱ期精巢超聲波圖像; 3-2. Ⅱ期精巢; 3-3. Ⅲ期精巢超聲波圖像; 3-4. Ⅲ期精巢; 3-5. Ⅳ期精巢超聲波圖像; 3-6. Ⅳ期精巢; 3-7. Ⅴ期精巢超聲波圖像; 3-8. Ⅴ期精巢; Spermary. 精巢; SG. 精原細胞; SL. 精小葉; PSC. 初級精母細胞; SSC. 次級精母細胞; S. 精子

3-1. ultrasound image of spermary at phase II; 3-2. spermary at phase II; 3-3. ultrasound image of spermary at phase III; 3-4. spermary at phase III; 3-5. ultrasound image of spermary at phase IV; 3-6. spermary at phase IV; 3-7. ultrasound image of spermary at phase V; 3-8. spermary at phase V; SG. spermatogonia; SL. seminal lobule; PSC. primary spermatocytes; SSC. secondary spermatocytes; S. spermatozoa