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人工培育四指马鲅鳃组织结构及其早期发育

牛莹月 区又君 蓝军南 温久福 李加儿 李俊伟 周慧

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人工培育四指马鲅鳃组织结构及其早期发育

    作者简介: 牛莹月 (1995−),女,硕士研究生,研究方向为鱼类生物学、发育生物学与水产增养殖技术。E-mail: 1004267880@qq.com;
    通讯作者: 区又君, ouyoujun@126.com
  • 中图分类号: S 917.4

Structure and early development of gill tissue in artificial cultured Eleutheronema tetradactylum

    Corresponding author: Youjun OU, ouyoujun@126.com ;
  • CLC number: S 917.4

  • 摘要: 采用组织切片和透射电镜技术对人工培育四指马鲅 (Eleutheronema tetradactylum) 鳃结构及其早期(1—35日龄)发育进行观察。结果显示,鳃耙列齿状,鳃丝梳状排列在鳃弓上,鳃小片排列在鳃丝两边。透射电镜下鳃小片主要由线粒体丰富细胞 (Ⅰ型和Ⅱ型)、扁平上皮细胞、柱细胞、血细胞、黏液细胞和未分化细胞组成。四指马鲅鳃早期发育显示,1日龄鳃原基形成;3日龄出现鳃弓,有扁平上皮细胞和血细胞;5日龄出现鳃小片,鳃小片上有柱细胞,基部有线粒体丰富细胞;18日龄鳃小片增多,鳃结构完善;35日龄鳃结构基本和成鱼一致。根据发育特点将其分3个阶段:第1阶段 (0—3日龄) 为原基期,鳃原基形成但未分化,仔鱼主要靠鳍褶、皮肤和卵黄囊上的微血管进行呼吸;第2阶段 (4—17日龄) 为鳃结构分化、发育期,鳃耙、鳃弓、鳃丝、鳃小片逐渐形成,具备鳃基本的结构特点;第3阶段 (18—35日龄) 为鳃结构完善期,鳃组织发育主要体现在数量和形状的变化。
  • 图 1  四指马鲅鳃的显微结构

    Figure 1.  Microstructure of gill tissue in E. tetradactylum

    图 2  四指马鲅鳃小片内部超微结构观察

    Figure 2.  Ultrastructure of gill filaments in E. tetradactylum

    图 3  四指马鲅鳃组织的早期发育

    Figure 3.  Early development of gill tissue in E. tetradactylum

    表 1  四指马鲅鳃发育时鱼体全长、鳃小片数量和鳃小片长度变化

    Table 1.  Total length, number and length change of secondary gill lamella during gill development of E. tetradactylum

    日龄
    Days after hatching/d
    鱼体全长
    Total length/mm
    鳃小片数量
    Number of secondary gill lamella/片
    鳃小片长度
    Length of secondary gill lamella/μm
    1 4.20±0.21
    3 4.33±0.03
    5 4.54±0.02 1~2 11.99±1.49
    7 5.38±0.11 1~4 12.81±1.46
    9 6.41±0.06 3~7 13.02±3.29
    16 10.15±0.03 5~10 13.04±3.06
    17 12.09±0.03 5~12 13.06±3.08
    18 13.18±0.02 7~14 15.02±1.84
    22 17.23±0.13 16~20 18.16±2.03
    30 26.65±0.06 22~26 21.27±1.52
    35 28.61±0.07 24~28 28.71±3.24
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-19
  • 录用日期:  2020-06-16

人工培育四指马鲅鳃组织结构及其早期发育

    作者简介:牛莹月 (1995−),女,硕士研究生,研究方向为鱼类生物学、发育生物学与水产增养殖技术。E-mail: 1004267880@qq.com
    通讯作者: 区又君, ouyoujun@126.com
  • 1. 中国水产科学研究院南海水产研究所/农业农村部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东 广州 510300
  • 2. 上海海洋大学水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室/水产科学国家级实验教学示范中心/海洋动物系统分类与进化上海高校重点实验室,上海 201306

摘要: 采用组织切片和透射电镜技术对人工培育四指马鲅 (Eleutheronema tetradactylum) 鳃结构及其早期(1—35日龄)发育进行观察。结果显示,鳃耙列齿状,鳃丝梳状排列在鳃弓上,鳃小片排列在鳃丝两边。透射电镜下鳃小片主要由线粒体丰富细胞 (Ⅰ型和Ⅱ型)、扁平上皮细胞、柱细胞、血细胞、黏液细胞和未分化细胞组成。四指马鲅鳃早期发育显示,1日龄鳃原基形成;3日龄出现鳃弓,有扁平上皮细胞和血细胞;5日龄出现鳃小片,鳃小片上有柱细胞,基部有线粒体丰富细胞;18日龄鳃小片增多,鳃结构完善;35日龄鳃结构基本和成鱼一致。根据发育特点将其分3个阶段:第1阶段 (0—3日龄) 为原基期,鳃原基形成但未分化,仔鱼主要靠鳍褶、皮肤和卵黄囊上的微血管进行呼吸;第2阶段 (4—17日龄) 为鳃结构分化、发育期,鳃耙、鳃弓、鳃丝、鳃小片逐渐形成,具备鳃基本的结构特点;第3阶段 (18—35日龄) 为鳃结构完善期,鳃组织发育主要体现在数量和形状的变化。

English Abstract

  • 四指马鲅 (Eleutheronema tetradactylum) 俗称马友、午鱼等,隶属于鲻形目、马鲅亚目、马鲅科、四指马鲅属,主要分布在印度洋至西太平洋,尤其在波斯湾至巴布亚新几内亚、澳大利亚北部和东亚 (中国、日本和越南等) 沿海分布密集[1]。四指马鲅肉质鲜美,营养价值高,已成为海水鱼类养殖的新品种。区又君等[2]开展四指马鲅规模化人工繁殖技术研究取得成功,并在广东、广西、海南、福建、浙江等沿海地区推广养殖,推动了马鲅科鱼类的养殖生产。

    鳃是鱼类重要的呼吸器官,与外界水体环境直接接触,能最先感知水体溶氧的变化[3]。同时还是渗透压、离子调节及氨氮排泄器官,其功能主要与鳃小片上的线粒体丰富细胞有关。研究表明,广盐性鱼类的线粒体丰富细胞适应低渗和高渗环境时分别表现出淡水型线粒体丰富细胞和海水型线粒体丰富细胞[4-8]。鳃的基本结构和功能研究主要集中在波纹唇鱼 (Cheilinus undulatus)[9]、大黄鱼 (Pseudosciaena crocea)[10]、黄颡鱼 (Pelteobagrus fulvidraco)[11]、怒江裂腹鱼 (Schizothorax nukiangensis)[12]、梭鱼 (Liza haematocheila)[13]、斑马鱼 (Danio rerio)[14]等。有关鱼类鳃组织发育分化也有较多报道,区又君等[15]对卵形鲳鲹 (Trachinotus ovatus) 鳃的分化发育研究中,将其分为原基期、鳃丝分化和发育期以及鳃器官生长发育完善期共3个时期,并发现鳃的分化和发育与鱼的生长、形态发育、呼吸、运动、代谢以及身体各部位功能的完善等相一致;刘阳等[16]对花鲈 (Lateolabrax maculatus) 鳃的组织学研究中,将鳃的发育分为鳃原基出现、鳃丝分化、鳃小片分化和鳃器官完善4个时期,并发现鳃发育与其呼吸和渗透调节功能成正相关。目前有关四指马鲅鳃的基本组织结构、鳃早期发育和分期及其鳃小片上线粒体丰富细胞的类型研究资料较少见到。通过观察线粒体丰富细胞的类型结构,以便更好地分析其对水体盐度的适应性变化,对阐明鱼类渗透压调节以及其适盐范围的研究有重要意义。本研究采用组织切片和透射电镜技术,对人工培育四指马鲅鳃的基本结构、鳃的发育和分期以及线粒体丰富细胞类型进行了系统研究,以期更好地了解四指马鲅鳃组织基本结构以及鳃早期发育分期特征与呼吸和渗透调节功能的关系,为养殖技术的改进及养殖水体的选择和调控提供理论参考。

    • 实验鱼采自中国水产科学研究院南海水产研究所珠海试验基地。实验期间参照区又君等[2]的培育方法进行鱼苗培育。仔鱼孵化后第1天开始计算日龄,1—35日龄,每天取样1次,每次10尾,其中1—20日龄样本取全鱼,20日龄之后的样本取头部组织置于4%多聚甲醛溶液中固定备用;另采10月龄的四指马鲅,共10尾,取左侧第二对鳃弓鳃小块,将鳃组织剪成小块分别置于4%多聚甲醛溶液和电镜固定液 (Servicebio G1102) 中固定备用。

    • 将固定好的样品进行流水冲洗12 h,经50%~100%梯度乙醇脱水 (50%乙醇2 h、70%乙醇4 h、80%乙醇2 h、85%乙醇2 h、95%乙醇45 min×2、100%乙醇45 min×2),二甲苯透明 (1/2无水乙醇+1/2二甲苯混合液1 h、二甲苯15 min×2),浸蜡 (石蜡2 h×2),石蜡包埋,切片 (切片厚度为5 μm),采用苏木精-伊红 (HE) 进行染色,中性树脂封片,并在ZEISS Axio Scope. A1型光学显微镜下观察并拍照分析。

    • 将固定好的样品用0.1 mol·L−1磷酸缓冲液 (pH 7.4) 漂洗3次 (每次15 min)。依次放入 (50%→70%→80%→90%→95%→100%→100%) 乙醇→100%丙酮→100%丙酮进行脱水,每次15 min。渗透[v (丙酮)∶v (812包埋剂)=1∶1,2~4 h渗透过夜],包埋 (纯812包埋剂5~8 h),37 ℃烤箱过夜。超薄切片机切片后用铀铅双染色 (2%醋酸铀饱和酒精溶液,枸橼酸铅,各染色15 min),切片室温干燥过夜最后用透射电子显微镜 (HITACHI HT7700)下观察,采集图像分析。

    • 四指马鲅全长 (27.84±0.06) cm,体质量 (198.48±0.18) g,全鳃4对,鳃弓表面粗糙,鳃弓的外缘着生着鳃片,鳃耙位于鳃弓的内缘,呈列齿状排列,鳃耙的数量13~15个 (图1-a),鳃丝整体呈梳状排列在鳃弓上 (图1-b),末端为膨大的盲囊,有血管分布,由鳃丝软骨支持 (图1-c)。鳃小片相互平行且与鳃丝纵轴垂直,基部与鳃丝相连 (图1-d)。每侧鳃丝具鳃小片110~120片,平均长度为 (58.83±7.53) μm。鳃小片相互平行,鳃小片上可见扁平上皮细胞、柱细胞、血细胞、线粒体丰富细胞和黏液细胞 (图1-e)。

      图  1  四指马鲅鳃的显微结构

      Figure 1.  Microstructure of gill tissue in E. tetradactylum

    • 四指马鲅鳃小片主要由扁平上皮细胞、柱细胞、血细胞、线粒体丰富细胞、黏液细胞以及未分化细胞组成。

      扁平上皮细胞呈长棒状,内有内质网、线粒体和高尔基体等细胞器,主要分布在鳃小片外侧,每片鳃小片上有扁平上皮细胞15~20个。鳃小片中有大量分布微血管网,内部血细胞组成 (图2-a)。鳃小片上扁平细胞和微血管内皮中间形成基膜,微血管内皮延伸至柱细胞,在柱细胞和基膜之间有较多的胶原纤维束。柱细胞主要分布于鳃小片中部,数量较少,每片鳃小片上有柱细胞10~15个,细胞呈圆柱形 [(3.05±0.59) μm],细胞核较大[(2.05±0.62) μm],细胞质电子密度大 (图2-b)。在鳃小片基部可见到线粒体丰富细胞、黏液细胞以及未分化细胞 (图2-c)。根据线粒体的特征和细胞器的密度,将线粒体丰富细胞分为两类,分别是McⅠ型 (图2-d) 和McⅡ型 (图2-e)。McⅠ型主要排列在鳃小片基部与鳃丝相连处。胞体和核都比较大 [胞体 (8.26±1.97) μm,细胞核 (4.36±0.82) μm],细胞核位于基部,呈圆形或卵圆形,细胞器致密,内含有大量的线粒体、内质网和囊泡。细胞内的线粒体表现出多种形状特征,包括椭圆形、长条形以及弯曲的条形等,长椭圆形是其主要类型 (图2-d)。McⅡ型主要排列在鳃小片上,胞体呈长椭圆形 [ 长径 (11.04±0.53) μm,短径 (3.96±0.28) μm],细胞核位于中部 [ 长径 (3.26±0.84) μm,短径 (1.27±0.33) μm],胞内细胞器稀少。线粒体主要呈圆形,微管系统不发达。黏液细胞主要分布在鳃小片的基部,和线粒体丰富细胞对生存在,细胞呈圆形 [(3.88±0.60) μm],胞内充满黏液泡,细胞器较少,只有少量内质网和线粒体,并被黏液泡挤到细胞基部。在鳃小片的基部可见少量未分化细胞 [(3.53±0.41) μm],是上皮细胞、线粒体丰富细胞等其他功能细胞的母体,细胞核较大 [(2.70±0.20) μm],呈圆形。

      图  2  四指马鲅鳃小片内部超微结构观察

      Figure 2.  Ultrastructure of gill filaments in E. tetradactylum

    • 1日龄仔鱼出现口咽腔原基,其鳃原基呈半椭圆形排列 (图3-a)。3日龄仔鱼出现原始鳃弓,其上皮细胞形成鳃丝原基,开始出现血管系统,血管中有血细胞 (图3-b)。

      图  3  四指马鲅鳃组织的早期发育

      Figure 3.  Early development of gill tissue in E. tetradactylum

    • 5日龄仔鱼出现鳃弓软骨,并出现鳃小片结构,鳃丝短,鳃丝上有1~2片鳃小片,其基部有线粒体丰富细胞,细胞核着色较深,胞质染色较浅,细胞呈不规则形。柱细胞出现在鳃小片上,细胞质为淡红色,胞核着色较深。扁平上皮细胞分布在鳃小片边缘 (图3-cd)。7日龄鳃弓软骨呈横向生长,鳃小片数量增多并逐渐变长。在鳃丝基部可观察到与线粒体丰富细胞相邻的黏液细胞,细胞呈长椭圆形,细胞核呈长棒状 (图3-e)。9日龄鳃丝两边的鳃小片数量增加,长度变长。黏液细胞内可观察到较多的黏液颗粒,细胞核被挤到细胞基部 (图3-f)。16日龄鳃弓软骨明显,骨质致密。鳃丝软骨进一步发育,每根鳃丝上有5~10片鳃小片,鳃小片长度为 (13.04±3.06) μm (图3-g)。17日龄鳃丝呈梳状排列,末端膨大。鳃小片排列紧密,鳃丝软骨明显致密,基本结构逐渐完整 (图3-h)。

    • 18日龄鳃丝软骨发育完全,形态完整,鳃结构已经基本形成 (图3-i)。22日龄鳃进一步发育完善,鳃丝上鳃小片数量增多,每根鳃丝上有16~20片鳃小片,扁平上皮细胞和血细胞呈规则相间紧密排列在鳃小片上。在鳃小片的基部可见形态规则的线粒体丰富细胞和黏液细胞 (图3-jk)。30—35日龄鳃小片平行紧密排列,鳃结构和成鱼的基本相同 (图3-lm)。

      日龄
      Days after hatching/d
      鱼体全长
      Total length/mm
      鳃小片数量
      Number of secondary gill lamella/片
      鳃小片长度
      Length of secondary gill lamella/μm
      1 4.20±0.21
      3 4.33±0.03
      5 4.54±0.02 1~2 11.99±1.49
      7 5.38±0.11 1~4 12.81±1.46
      9 6.41±0.06 3~7 13.02±3.29
      16 10.15±0.03 5~10 13.04±3.06
      17 12.09±0.03 5~12 13.06±3.08
      18 13.18±0.02 7~14 15.02±1.84
      22 17.23±0.13 16~20 18.16±2.03
      30 26.65±0.06 22~26 21.27±1.52
      35 28.61±0.07 24~28 28.71±3.24

      表 1  四指马鲅鳃发育时鱼体全长、鳃小片数量和鳃小片长度变化

      Table 1.  Total length, number and length change of secondary gill lamella during gill development of E. tetradactylum

    • 四指马鲅鳃的显微结构与大部分硬骨鱼类结构基本相似,主要由鳃弓、鳃耙、鳃丝和鳃小片组成[17-20]。李霞[21]研究发现鳃丝两侧靠近边缘处各有1条血管,并在鳃小片内分支形成毛细血管网。鳃小片上水血屏障的双层结构在很大程度上参与了水与血之间的交流,与鳃血管中的血红蛋白释放出氧并带走二氧化碳功能有着密切联系[22-24]。扁平上皮细胞紧密连接,分布在鳃小片外围,起到保护鳃丝不受外界伤害的作用[25-26]。四指马鲅鳃小片上微血管内皮和扁平上皮中间存在基膜,猜测基膜参与形成鳃小片上水血屏障的双层结构。四指马鲅鳃小片上柱细胞与基膜之间存在较多胶原纤维束,使鳃小片具有一定的收缩性,这与纳氏鲟 (Acipenser naccarii) 的研究结果相同[27]。柱细胞主要维持鳃小片的形状,起一定支撑作用。鳃组织上黏液细胞数量较少,成熟的黏液细胞可以分泌黏液形成一个保护膜,以起到保护鳃组织的作用。

    • 硬骨鱼类鳃小片线粒体丰富细胞 (泌氯细胞) 具有调节渗透压、进行离子分泌和吸收的功能[28]。根据线粒体丰富细胞在鳃丝上的位置分布、结构的区别以及淡海水适应时的变化,可以把线粒体丰富细胞分为2种不同类型:α型和β[11, 29]α型线粒体丰富细胞与本研究中四指马鲅Ⅰ型线粒体丰富细胞形态结构特点相一致,主要分布在鳃丝和鳃小片基部。β型线粒体丰富细胞与本研究中四指马鲅鲅Ⅱ型线粒体丰富细胞形态相对应,主要存在于鳃小片上。区又君等[30]研究遮目鱼 (Chanos chanos) 幼鱼鳃发现,在不同盐度条件下,遮目鱼幼鱼线粒体丰富细胞表现出2种不同的类型。四指马鲅兼备Ⅰ型和Ⅱ型线粒体丰富细胞,表明其对水体盐度的变化在生理结构上有较强的适应能力。

    • 四指马鲅仔稚鱼鳃发育从组织学方面可以分为3个阶段:第1阶段 (0—3日龄)为鳃原基的出现期。鳃原基初步形成,但没有进行分化。此阶段仔鱼运动能力较弱,主要漂流在水层中。仔鱼主要靠皮肤、鳍和卵黄囊丰富的微血管吸收水中的溶氧进行呼吸[15]。未出现线粒体丰富细胞,仔鱼主要通过卵黄囊、皮肤、肾以及肠道等器官进行渗透调节来维持体内外渗透压的平衡[16]。第2阶段 (4—17日龄)为鳃结构的发育、分化期。此期鳃耙、鳃弓、鳃丝、鳃小片逐渐开始形成,鳃具备了基本的结构和形态特点。在第5日龄时鳃小片基部出现线粒体丰富细胞,与短盖巨脂鲤 (Piaractus brachypomum)[31]和条石鲷 (Oplegnathus fasciatus)[32]类似,与花鲈[16]比相对较早。仔鱼开始摄食,从内源性营养过渡到外源性营养。丝上出现血管网,鳃开始行使呼吸功能,但主要还是以皮肤呼吸为主[33]。鳃开始进行渗透压调节,但功能尚未完善。第3阶段 (18—35日龄)为鳃结构的发育完善期。鳃的整体结构进一步发育和完善,此后,鳃组织的发育主要体现在数量形状的变化。此阶段,四指马鲅能进行完善的渗透调节功能,很好的维持体内外渗透压的平衡。鳃内血管系统发育完善,鳃的呼吸能力增强,成为四指马鲅的主要呼吸器官[34]。线粒体丰富细胞随鳃小片数量增加不断增多,其鳃的呼吸和渗透调节能力也逐渐增强,鳃小片及线粒体丰富细胞多少是决定鳃行使渗透和呼吸力强弱的决定性因素。不同鱼类鳃发育时期有所差异,可能与生活环境、生长繁殖季节以及种属差异有一定联系。

参考文献 (34)

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