东南太平洋茎柔鱼雄性生殖系统的解剖与性腺发育的研究

许泓民,陈新军、2,管卫兵、2

(1.上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;2.上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室,上海201306)

东南太平洋茎柔鱼雄性生殖系统的解剖与性腺发育的研究

许泓民1,陈新军1、2,管卫兵1、2

(1.上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;2.上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室,上海201306)

采用解剖学和组织切片技术对东南太平洋茎柔鱼Dosidicus gigas雄性生殖系统进行观察。结果表明:茎柔鱼雄性生殖系统由精巢、输精管、储精囊、前列腺、精荚囊、阴茎、生殖孔等组成,其中精巢由众多精小叶组成,精小叶间彼此紧密相连,精小叶中分布着各种不同发育阶段的生殖细胞,生殖细胞在精小叶中由外向内发育,成熟精子分布在精小叶中央(小叶腔),通过小叶腔把精子输送至精荚;茎柔鱼雄性性腺发育分为5个时期,Ⅰ、Ⅱ为未成熟期,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ为成熟期,茎柔鱼雄性性腺为不同步发育,性腺发育成熟后仍存在早期阶段的生殖细胞。研究表明,用传统的肉眼判别方法与组织切片判别方法得出的茎柔鱼雄性性腺发育期结果存在一定差异,其差异主要体现在性腺发育的未成熟时期。

茎柔鱼;雄性;生殖系统;性腺发育

茎柔鱼Dosidicus gigas隶属于头足纲、鞘亚纲、枪形目、开眼亚目、柔鱼科[1],为大洋性浅海种,是头足类中个体最大、资源最丰富的种类之一,广泛分布于东太平洋的加利福尼亚(37°N)至智利(47°S)的海域中,在赤道附近其分布范围可向西扩至140°W[2]。但是高密度分布水域为赤道至18° S之间的南美大陆架以西370～460 km海域,即厄瓜多尔和秘鲁以西370 km水域外。中国渔船于2001年进入该海域生产,到2004年渔获产量超过20万t,约占中国鱿钓总产量的70%以上,随着中国对北太平洋柔鱼和西南大西洋滑柔鱼的成功开发,茎柔鱼已成为中国远洋鱿钓渔业的重要捕捞对象[3]。

茎柔鱼的种群结构非常复杂,国内外学者对其种群结构的划分尚无统一定论。Argüelles等[4]将秘鲁海域茎柔鱼分为大、小2个群体,Nigmatullin等[5]和叶旭昌等[6]认为,茎柔鱼可分为大、中和小3个群体。Markaida等[7]对加利福尼亚湾大型茎柔鱼样品研究后发现,最年幼雄性个体(胴长170 mm)大约135 d,而最年长雄性个体(胴长715 mm)约372 d。茎柔鱼的雄性个体与雌性个体相比,体型较小、成熟较早。一般认为,雄性个体胴长为200～250 mm时性腺开始成熟(年龄为2～3个月),雌性个体胴长达360～370 mm时性腺才开始成熟(年龄为4～5个月)[8]。茎柔鱼是单周期生殖的鱼类,所以茎柔鱼个体在一生中仅有一个生殖季节。茎柔鱼为多次产卵型,单轮产卵,分批同步排卵[9]。在雌性卵母细胞发育过程中的某个时段,至少能够发现两个水平的卵母细胞,较早时期的卵母细胞发育为大个体,较晚时期的发育为小个体,且雌性大个体的潜在繁殖力是所有头足类中最大的,达到了2 300万粒卵。Nigmatullin等[5]研究认为,导致茎柔鱼如此高的潜在繁殖力的原因是茎柔鱼个体大、卵子小,茎柔鱼卵子几乎是所有头足类中最小的,一般雌性个体的潜在繁殖力为30万粒～1 300万粒,而正要产卵的雌性体内卵巢和输卵管里成熟的卵母细胞大约占潜在繁殖力的10%。雄性精荚囊中精荚数量为300～1 200个,长度为25～35 mm。生殖全年发生,在南半球春夏季(11月至翌年1月)有一个明显峰值。茎柔鱼产卵主要发生在大陆架和邻近水域,交配姿势是头与头相接触,精荚贮放在雌体口腔膜中[5]。目前,国内外对茎柔鱼的研究较多[2-12],但主要侧重于对雌性的研究,对茎柔鱼雄性生殖系统及其性腺发育的研究还鲜见报道。繁殖生物学的研究方法也较多,如繁殖习性、性腺指数、肝指数和组织学[13-15]等,本研究中,笔者利用解剖和光学显微技术对茎柔鱼解剖学及其组织学特征进行研究,旨在为茎柔鱼的开发利用提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用茎柔鱼样本由上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室提供,该实验室研究人员于2009年11月至翌年6月在东南太平洋进行探捕调查,调查海域为75°03＇～83°45＇W,11°29＇～29°25＇S。调查过程中采集茎柔鱼样品311尾,胴长为209～499 mm,体质量为260.0～4 248.8 g。活体样本采集后迅速放入-60℃环境中急速冷冻保存,随船带回实验室进行分析。

1.2 方法

茎柔鱼样本解剖参照陈海燕[16]的方法进行,先测量样本胴长、体质量,解剖后辨认性别,取雄性测定其性成熟度、性腺质量、精荚质量与净重。利用电子天平称量质量(精度为0.1 g),利用量鱼板测量长度(精度为0.1 cm),采用Ehrhardt方法肉眼判别性腺成熟度[1]。

茎柔鱼样本性腺组织学分析参考赵宗江[17]的方法进行,对51尾茎柔鱼雄性样品解剖后迅速取适合大小的性腺样品,用体积分数为10%的甲醛固定2～3 d后,进行组织学研究。试验中,样品经系列梯度酒精脱水、二甲苯透明、石蜡包埋,运用莱卡RM2016轮转式切片机切片,切片厚度为6～8 μm,烘干(42℃)后经H.E染色,中性树胶封片。在Olympus BX-51型显微镜下观察并拍照。

2 结果

2.1 茎柔鱼雄性生殖系统的结构特点

茎柔鱼雄性生殖系统的结构较为复杂,由精巢、输精管、储精囊、前列腺、精荚囊、阴茎、生殖孔等组成(图1、图2)。精巢一个,位于胴部末端生殖腔内,成熟精巢为乳白色,非常饱满,前粗后细;未成熟精巢比较扁平,体积较小。输精管从精巢右上侧发起,为一条细长曲折管腺,位于精巢通往精荚囊生殖导管的前端,起着输送精子的作用。生殖导管的中后端分布着两个精囊(精囊Ⅰ和精囊Ⅱ),又称储精囊和前列腺。精荚囊内储存着大量细长的精荚,在精荚囊内呈上、中、下三层分布,头部向上,头部呈棍棒状,成熟精荚在动作刺激时会进行弹射。精荚囊细长的末端为阴茎,开口于外套腔。

图1 茎柔鱼雄性生殖系统解剖图Fig.1 Anatomy of male reproductive system in jumbo flying squid Dosidicus gigas

图2 附性腺示意图Fig.2 Sketch map of sex accessory gland

2.2 茎柔鱼雄性性腺的发育

2.2.1 各发育期茎柔鱼雄性个体的比较 本研究中共对51尾茎柔鱼雄性样品的精巢进行了组织切片,根据组织切片结果分析得出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期的个体数量分别为35、10、2、4尾,采样过程中未见Ⅴ期个体。各发育期雄性的胴长、体质量、性腺质量和精荚质量如表1所示。

表1 各发育期茎柔鱼雄性的胴长、体质量、性腺质量和精荚质量Tab.1 The mantle length,body weight,gonad weight and spermatophore weight of male jumbo flying squid Dosidicus gigas in different stages of gonadal development

2.2.2 茎柔鱼雄性性腺发育的组织学 茎柔鱼的精巢位于胴部后端的生殖腔中,成熟的精巢呈乳白色,表面光滑,由精巢壁及众多辐射状排列的生殖小管(精小叶)构成。精小叶的大小不等,多为不规则椭圆形,辐射状排列,中心部位为不规则的多边形,各个精小叶之间存在小叶间隙(图3-A)。精小叶管腔由外向内依次充满着精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精细胞和精子,发育阶段为Ⅲ期以上精巢的精小叶中间形成一个内腔,称为小叶腔,里面充斥着液体状营养物质,为精子发育提供能量,同时也有利于精子的输送(图3-B)。本研究中根据精巢中精原细胞、各级精母细胞和精子的比例,以及小叶腔的大小来判别各个发育期。

由组织学切片观察发现,Ⅰ期精巢内以精原细胞为主,或含少量的初级精母细胞,精原细胞多呈不规则椭圆形。精小叶间连接较为紧密,精小叶内无小叶腔,精原细胞较为紧密地充斥在精小叶内,但并未完全占有精小叶内空间(图3-C)。

Ⅱ期精巢内以精原细胞和初级精母细胞为主,初级精母细胞明显比精原细胞小,且初级精母细胞两头开始向外伸展。已经出现少量的次级精母细胞,细胞数量明显增多,但是依然没有出现小叶腔(图3-D)。

Ⅲ期精巢开始出现小叶腔,小叶腔周围由内向外分布着精细胞、次级精母细胞、初级精母细胞和精原细胞。精细胞个体较小,在小叶腔周围能见到尚未分离的4个精细胞。由于还未发育到完全成熟期,所以未出现精子的完全体,只能观察到一些正在过渡的精细胞(图3-E)。

Ⅳ期精巢已经完全成熟,能清楚地观察到小叶腔及小叶腔周围分布的长条形精子,通过小叶腔将这些精子输送至精荚中。此时,精小叶的最外围还存在疏散的精原细胞,由外向里依次为初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞,但数量都不太多(图3-F)。

图3 雄性茎柔鱼精巢的发育周期Fig.3 The spermary development cycle of testis in male jumbo flying squid Dosidicus gigas

3 讨论

3.1 完整闭合的生殖系统

茎柔鱼雄性生殖系统主要由精巢、输精管和附性腺组成,附性腺包括储精囊、前列腺和精荚囊等,阴茎开口于外套膜。从精巢到阴茎,形成了一个相对完整闭合的生殖系统,与其他头足类相似,如中国枪乌贼[18]、 金乌贼[19]、 曼氏无针乌贼[20]。腹足纲中,毛嵌线螺雄性生殖系统虽然也相对完整,但有一部分生殖导管是开放的[21];香螺的雄性生殖系统虽然也是闭合的,但不具有前列腺[22]。瓣腮纲中,虾夷扇贝[23]和中国绿螂[24]的雄性生殖系统中均没有生殖导管,仅有精巢。本研究中通过对茎柔鱼雄性生殖系统分析,认为这是软体动物生殖系统趋于闭合的进化趋势,蒋霞敏等[25]通过曼氏无针乌贼雄性生殖系统的研究也得出了类似结论。

3.2 雄性发育期的判别

雄性茎柔鱼有一个精巢,且由无数的精小叶紧密相连而构成,精小叶中有不同发育阶段的生殖细胞,为非同步发育。对于茎柔鱼的发育分期,国内外学者的看法不同,陈新军等[1]和González等[26]采用5个发育分期的方式,而Díaz-Uribe等[27]采用6个发育分期的方式。鉴于国内学者都采取5期划分方式,所以本研究中也采取5个发育分期方式。茎柔鱼雄性发育期的判别方法主要有两种,一种是传统的肉眼观察法,另一种是组织切片法。肉眼观察法较为粗略,但适用于野外调查和大批量的样品判别,有一定实际意义;组织切片法则通过观察生殖细胞的生长情况,能够较为准确地判断性腺的发育分期。表2为本次试验中,利用肉眼观察法和组织切片法判别得出的性腺分期对比情况,结果显示,用肉眼观察法得出Ⅰ期样本为33尾,Ⅱ期样本为12尾,用组织切片法得出Ⅰ期样本为35尾,Ⅱ期样本为10尾,两种方法分期的差异为2尾,仅占样品比例的3.9%。笔者分析两种方法得出结果差异较小的原因,可能是茎柔鱼雄性发育期除了以性腺作为主要判别依据外,精荚囊也有很大的参考作用。各个时期精荚囊有较为明显的区别,Ⅰ期时精荚囊空,Ⅱ期时精荚囊有少数白色微片,Ⅲ期时精荚囊内充满了精荚,Ⅳ期时精荚囊内有部分残余的成熟精荚。这样通过观察性腺并结合精荚囊的形态,判别出的发育分期准确性较高,但本研究中由于样本数量较少,也可能增加了观察结果的随机性。

表2 用肉眼观察法和组织切片法判别精巢的发育分期Tab.2 The testis developmental phases by traditional morphological and histological methods

本研究中,首次采用组织切片方法对茎柔鱼雄性性腺发育进行分期,通过研究,对茎柔鱼雄性生殖系统中各个器官的结构和功能及其性腺发育情况有了初步了解,可为掌握头足类的繁殖提供一定的帮助。笔者将继续对茎柔鱼雄性精荚发生、精子发生,以及精荚器中各个腺体的确切特征、功能和理化性质进行研究,以增加对茎柔鱼繁殖生物学的了解。

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Observation of reproductive system and gonad development of male jumbo flying squid Dosidicus gigas in south-east Pacific Ocean

XU Hong-min1,CHEN Xin-jun1,2,GUAN Wei-bing1,2
(1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources,Ministry of Education,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

The reproductive system in male jumbo flying squid Dosidicus gigas was observed using anatomical and histological methods.It was found that the reproductive system consists of testis containing numerous spermaductus closely connected between each other,vas deferens,vesicula seminalis,prostate gland,spermatophore sac,penis, and genital pore.There are immovable germ cells in the spermaductus.The germ cells develop from outside to inside in spermaductus,mature spermatozoa are found in the middle of spermaductus(spermatophore lumen,SL), and spermatozoa are transported to spermatophore by SL.The gonadal development is divided into five phases in which stageⅠand stageⅡare immature stages,and stageⅢ,stageⅣand stageⅤ are mature stages.Male testes are unsynchronized development,and there are differences in gonad development by traditional visual discrimination and histological methods,especially in immature stages.

Dosidicus gigas;male;reproductive system;gonadal development

S917.4

A

2013-03-25

上海市重点学科建设项目(S30702)

许泓民(1988-),男,硕士研究生。E-mail:hongmin0701@163.com

管卫兵(1972-),男,副教授。E-mail:wbguan@shou.edu.cn

2095-1388(2013)06-0563-05