西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅消化道结构的比较

刘沫洋　杨瑞斌　杨学芬　樊启学　魏开建

(华中农业大学水产学院, 农业部淡水生物繁育重点实验室, 淡水水产健康养殖湖北省协同创新中心, 武汉 430070)

消化系统形态学差异既是不同鱼类食物组成和摄食方式差别的原因, 也是相近种群、相近食性的鱼类共栖的生物学基础[1,2]。但关于分类地位相近的共栖鱼类的消化道形态学、组织学结构差异与营养生态位的关系却少有报道。西藏高原鳅(Triplophysa tibetana)、细尾高原鳅(Triplophysa stenura)和异尾高原鳅(Triplophysa stewarti)同属鲤形目(Cypriniformes), 鳅科(Cobitidae), 条鳅亚科(Nemacheilinae), 高原鳅属(Triplophysa)鱼类, 广泛分布于雅鲁藏布江和怒江[3]。本研究选取共栖息于雅鲁藏布江同一区域的3种高原鳅作为研究对象,通过比较研究3种鱼类消化道形态学、组织学特征,结合其食物组成分析, 探讨分类地位相近的共栖鱼类消化道结构差异与食物组成关系。本文主要描述3种高原鳅消化道形态学和组织学结构的差异。

1　材料与方法

1.1　实验用鱼

西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅标本于2016年5—6月采于雅鲁藏布江拉萨江段, 各选取鲜活成鱼10尾。西藏高原鳅平均体长(107.40±19.73) mm, 体重(18.90±8.13) g; 细尾高原鳅平均体长(74.78±12.37) mm, 体重(3.22±1.33) g; 异尾高原鳅平均体长(50.53±4.32) mm, 体重(2.58±0.42) g。

1.2　样本处理

将样本于实验室饥饿24h后, 用MS-222 (1 g/L)麻醉, 测量体长、全长、头长、吻长、口裂大小,然后从肛门沿腹中线剪至下颌, 观察其消化系统形态特征, 并取出消化道测量其各个部分的长度, 记录数据。以肠第一回折和最后一回折将肠划分为前、中、后三部分。胃长为胃幽门最高点到胃体最低点的垂直距离; 消化道长为食道长、胃长和肠长相加之和。

1.3　石蜡组织切片的制作

将解剖出的消化道分割成食道, 胃, 前、中、后肠几个部分, 每个部分取相同位置, 放入Bouin氏液固定24h后, 流水冲洗24h, 乙醇逐级脱水, 二甲苯透明, 石蜡包埋切片, 切片厚度为5—7 μm。切片采用HE染色, 中性树胶封片, Olympus BX51显微镜观察并拍照。

1.4　数据处理

消化道各部分的黏膜褶皱数量及其高度、肌肉层厚度等指标作为测量依据。黏膜褶皱数为消化管横切面上黏膜褶皱个数; 黏膜层高度为黏膜褶皱顶端到底部凹陷处的垂直距离。每尾鱼每个部位随机选取5个切片10个视野进行测量, 再将测量数值×103后换算为与各鱼体长的比值, 以消除鱼体规格差异对参数的影响[4]。结果用均数±标准差(X±s)表示, 采用SPSS 22.0进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)和Duncan’s多重比较, 差异显著水平为P＜0.05。

2　结果

2.1　形态学的比较

3种高原鳅的消化道起自口, 最后从泄殖腔开口于外。消化道由口咽腔、食道、胃、前肠、中肠、后肠和肛门组成(图 1)。口下位, 口裂宽, 唇厚,口腔与咽部无明显分界线, 合称口咽腔。西藏高原鳅口裂较小, 口咽腔长, 头长与体长之比显著大于细尾高原鳅和异尾高原鳅(表 1)。而细尾高原鳅和异尾高原鳅口裂较大, 口咽腔较短。三者的口裂高/口裂宽数值无显著差异。

3种高原鳅食道细而短, 食道与胃分界处有轻微凹陷, 胃均成弯曲的“U”型结构(图 1), 西藏高原鳅和细尾高原鳅胃较宽, 贲门和幽门较短, 胃体膨大, 而异尾高原鳅胃的贲门和幽门占胃的比例较大。胃幽门后形成明显缢缩与肠分开, 无幽门盲囊,异尾高原鳅胃占消化道长的比例显著大于西藏高原鳅和细尾高原鳅。从图 1观察到西藏高原鳅肠盘旋2次, 肠先向后行走一段, 接着翻折向前行走至胃体底部再向后行走; 细尾高原鳅肠盘旋4次, 肠先向后螺旋盘旋2次后向前行走至胃的背面中上部再弯曲一直向后; 异尾高原鳅肠盘旋2次, 与西藏高原鳅相似, 但第二个弯曲不到达胃部就返回向后延伸。3种鱼的肠道都较短, 异尾高原鳅的比肠长最小, 数值为0.51±0.07, 显著低于西藏高原鳅的0.64±0.08和细尾高原鳅的0.70±0.06(P＜0.05)(表 2)。以肠的第一次回折和最后一次回折将肠道划分为前、中、后三部分, 前肠直径粗, 向后逐渐变小变细。

图 1　西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅消化道比较解剖Fig. 1　The anatomy of digestive tract of T. tibetana, T. stenura and T. stewarti

表 1　三种鱼的口裂及头部比较Tab. 1　The information of a part of mouth cleft and head of 3 fish species

2.2　消化道显微结构

食道食道结构由黏膜层, 黏膜下层, 肌层和浆膜层组成。西藏高原鳅食道黏膜层为复层扁平上皮, 其中有大量的杯状细胞, 约2—3层(图2a)。黏膜层褶皱约为11—12个, 相对高度为4.51±0.54, 显著小于细尾高原鳅和异尾高原鳅。黏膜下层为疏松结缔组织, 肌层较为发达, 为环肌横纹肌, 相对厚度为4.91±0.66, 最外侧为浆膜层, 较薄, 含有血管。细尾高原鳅黏膜层褶皱为12—13个,相对厚度6.96±1.56, 肌层较薄, 为3.72±0.73, 显著小于西藏高原鳅和异尾高原鳅食道肌层厚度(图2b)。异尾高原鳅食道黏膜层褶皱数量为13—16个,黏膜层发达, 褶皱高度较高, 为21.70±4.88。肌层薄, 相对厚度为4.48±1.70(图 2c)。

胃西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅食道之后逐渐膨大成胃, 胃分为贲门、胃体、幽门3个部分。如(图 2d—f)所示, 胃的黏膜层由复层扁平上皮变为单层柱状上皮, 上皮细胞排列紧密,细胞核整齐位于细胞底部, 染色较深, 无杯状细胞。在胃的贲门部, 西藏高原鳅黏膜层相对高度约3.82±1.32, 褶皱数量为20—26个; 细尾高原鳅黏膜层相对高度为5.96±0.95, 褶皱数量为16—18个, 异尾高原鳅黏膜层相对高度17.69±3.54, 与其他2种鱼有显著差异。在贲门部黏膜层上皮逐渐向内凹陷形成胃小凹, 黏膜层下为固有层, 其中出现胃腺细胞, 腺细胞为柱状, 细胞核为圆形位于基底, 细胞质染色较浅。腺细胞排列规则在中间形成管腔, 开口于胃小凹。胃腺细胞分布不均, 在胃体部分布最多,主要集中在底部和外侧, 幽门部无胃腺细胞。胃黏膜下层为疏松结缔组织, 内含血管, 从食道到胃黏膜下层逐渐增厚, 黏膜下层的结缔组织在贲门开始分支伸入纵肌层, 将纵肌肌束分隔。肌层由横纹肌变为平滑肌, 内层环肌, 外层纵肌, 环肌厚度比纵肌厚。胃体部黏膜层褶皱高度降低, 数量变多, 部分区域出现了黏膜肌层, 固有层变厚, 腺细胞增多。细尾高原鳅和异尾高原鳅胃体部结构与西藏高原鳅相似, 黏膜层高度具有显著性差异(表 3)。其中细尾高原鳅肌层发达, 纵肌更为发达, 肌层相对厚度为5.99±1.19, 异尾高原鳅肌层相对厚度7.01±2.67, 二者显著高于西藏高原鳅。在胃幽门部, 3种鱼类胃腺与胃小凹都消失, 黏膜层高度变高, 肌层在整个胃部分最厚。

表 2　三种鱼消化道的形态比较Tab. 2　The morphological information of digestive tract of 3 fish

肠从幽门后端缢缩开始为肠, 西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅的肠同样由黏膜层、黏膜下层、肌层和浆膜组成。西藏高原鳅黏膜层向内形成丰富的褶皱, 前肠褶皱数量最多均值35个, 高度高, 为10.40±3.37, 几乎占满整个肠腔(图3a)。黏膜层由单层柱状上皮细胞组成, 上皮细胞间存在杯状细胞。3种鱼肠道黏膜层上分布着大量的杯状细胞。随着肠的推移杯状细胞数量逐渐变少。黏膜下层薄, 由疏松结缔组织组成。肌层内环肌略厚于外纵肌。自前肠到后肠, 肌层总厚度值逐渐变小。细尾高原鳅前肠腔内面积较大, 黏膜层褶皱均值为27个, 相对高度为8.46±0.93, 显著小于西藏高原鳅和异尾高原鳅(图 3b)。异尾高原鳅黏膜层褶皱数量最少, 均值为22个, 相对高度为15.52±2.84, 显著大于西藏高原鳅(图 3c)。西藏高原鳅前肠肌肉层相对厚度为1.89±0.49, 显著大于细尾高原鳅0.57±0.16和异尾高原鳅0.89±0.19。

如(图 3d—f)所示, 3者中肠黏膜层高度比前肠要低很多, 肌层较薄, 异尾高原鳅中肠平均黏膜层相对高度为6.68±0.92, 显著大于细尾高原鳅5.21±1.55和西藏高原鳅3.82±1.32, 肌肉层相对厚度由大到小为西藏高原鳅＞细尾高原鳅＞异尾高原鳅。

西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅后肠肠壁较薄, 分层与前肠相似。3者的黏膜层褶皱高度有显著差异, 由大到小为异尾高原鳅＞细尾高原鳅＞西藏高原鳅。西藏高原鳅后肠褶皱数量约为8个, 排列疏松, 黏膜层高度低, 肌层变薄, 内侧环肌外侧纵肌, 环肌厚于纵肌(图 3g)。而细尾高原鳅后肠褶皱数量约为14个, 褶皱较为粗大, 异尾高原鳅后肠褶皱数量约为16个, 黏膜层与肌肉层相对高度都为最高。

3　讨论

3.1　西藏高原鳅、细尾高原鳅、异尾高原鳅形态学比较

鱼类消化道结构与其栖息环境、食性和食物密切相关。西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅为底栖鱼类。每种鱼对其喜好的饵料都有特定的形态学适应[5], 如摄食大型饵料生物的鱼类口裂较大, 消化道较短, 而摄食小型饵料生物的鱼类则具有较小的口裂和较长的消化道[6]。从形态学结果来看, 3种高原鳅的口腔长约为头长的一半多, 符合肉食性鱼类特征。

表 3　三种鱼消化道的组织特点比较Tab. 3　Histological characteristics of the digestive tract of 3 fish

比肠长为鱼的肠长和体长之比, 可用来衡量和分析鱼类的食性。肉食性鱼类所摄取食物易于消化, 因此肠道简单而粗短, 比肠长短, 如鳜(Siniperca chuatsi)为0.47[7]; 草食性鱼类的食物中纤维素含量高, 难消化, 需要在肠道内停留长时间, 所以肠道细长[8,9], 如草鱼(Ctenopharyngodon idellus)是典型的草食性鱼类, 其比肠长为 2.30[10]。叶元土[11]的研究指出肉食性鱼类肠长比体长短, 而其他食性鱼类肠长可以达到体长的1.5倍。除此之外, 肉食性鱼类的肠道直, 黏膜褶皱数量也少于其他食性鱼类。本研究发现3种鱼的比肠长均小于1, 推测3种高原鳅均为肉食性鱼类, 同时与其他鳅科鱼类相比, 比肠长数值较小。3种高原鳅中, 异尾高原鳅比肠长数值最小, 与西藏高原鳅和细尾高原鳅有显著差异。3种高原鳅胃均为“U”型, 与其他鳅科鱼类相比, 如中华刺鳅(Sinobdella sinensis)[12]、贝氏高原鳅(T. bleekeri)[13]和中华沙鳅(Botia superciliaris)[14]胃均为“V”型, 这说明3种高原鳅胃可以储存较多的食物, 延长食物的消化时间。

图 3　西藏高原鳅、细尾高原鳅和异尾高原鳅肠组织结构比较Fig. 3　The histology of intestine tissue between T. tibetana, T. stenura and T. stewarti

3.2　西藏高原鳅、细尾高原鳅、异尾高原鳅组织学比较

一般认为, 食道的内环肌有助于体积的扩张,而外纵肌有利于收缩[12]。高原鳅食道前端近口咽腔存在纵肌, 收缩推进食物, 向后变为环肌厚, 纵肌无或不明显, 食物下行速度会变慢, 有助于食道的消化。食道黏膜层的复层扁平细上皮有利于保护和修复食道, 黏液细胞也起到润滑食物的作用, 减少机械损伤[12]。高原鳅胃部肌层整体较厚, 这是因为肌层的发达可加强胃的蠕动, 有助于食物和消化液的充分接触, 同时使胃伸缩性强, 吞咽大型食物时可以迅速膨大。3种高原鳅的胃壁厚度在贲门和胃体较薄, 幽门处较厚, 这与熊洪林等[13]对贝氏高原鳅消化道研究的结果一致。推测这是因为贲门和胃体存在胃腺细胞, 胃腺细胞可以分泌胃酸, 主要起消化作用。数量众多的胃腺可以满足肉食性鱼类将摄入的难以消化的食物在酸性环境中长时间作用的要求[15]。而胃幽门没有胃腺且总厚度最厚, 其主要作用是控制食物从胃到达肠道, 尽量延长食物在胃中的消化时间。比较3种鱼发现, 异尾高原鳅胃黏膜层高度最高且环肌最厚, 根据杨元昊等[16—18]研究发现兰州鲇(Silurus lanzhouensis)胃的皱襞幅度小于鲇(Silurus asotus)且环肌层薄于鲇,通过结合消化生理研究得出兰州鲇胃的消化能力弱于鲇来推测, 异尾高原鳅消化能力可能大于西藏高原鳅和细尾高原鳅。本研究发现, 异尾高原鳅胃腺细胞较多, 应该是异尾高原鳅对食物的消化要求更高所致, 结合其形态学特点, 间接说明异尾高原鳅胃消化能力稍强于西藏高原鳅和细尾高原鳅。

肠是消化道中最长的部分, 大量的消化作用和几乎全部的吸收作用都在肠中进行[19]。本研究发现西藏高原鳅、细尾高原鳅、异尾高原鳅前肠黏膜褶皱高度明显高于中、后肠, 数量也多于中、后肠。肠道上皮细胞游离面有纹状缘, 前肠和中肠纹状缘丰富, 后肠稀疏。这表明前肠的主要功能为消化、吸收, 纹状缘可以增大肠与食物的接触面积,有助于食物的消化和营养物质的吸收。前肠的杯状细胞较多, 杯状细胞可分泌黏液。本研究发现,异尾高原鳅黏膜层褶皱数量最多、黏膜层相对高度最高, 与西藏高原鳅和细尾高原鳅有明显差异,这扩大了异尾高原鳅肠道与食物的接触面积, 增强了肠的消化能力。由这种情况推测, 异尾高原鳅肠道短, 因此需要通过增加肠道褶皱高度和数量增加接触面积, 从而提高其消化能力。

综上所述, 3种高原鳅的消化道结构均符合肉食性鱼类特征, 且三者之间存在一定差异; 推测异尾高原鳅的结构特征适于消化更多的动物性饵料,下一步将通过对3种鱼的食物组成开展调查确证。

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