風(fēng)信子鹿角珊瑚的胚胎和幼蟲發(fā)育研究

朱潛，孫楊，肖業(yè)有，宋培學(xué)，錢軍，李洪武

(1．海南大學(xué)海洋學(xué)院，海南?？?70228;2．三亞市海洋與漁業(yè)監(jiān)測中心，海南 三亞572000;3．海口市海洋環(huán)境監(jiān)測中心，海南?？?70105)

風(fēng)信子鹿角珊瑚 Acropora hyacinthus(Dana，1846)隸屬于珊瑚蟲綱Anthozoa Ehrenberg、六放珊瑚亞綱Hexacorallia haeckel、石珊瑚目Scleractinia boune、鹿角珊瑚科Acroporidae verrill、鹿角珊瑚屬Acropora oken，其骨骼為傘房序式的群體，圓盤狀生長，分枝擁擠，短而粗狀，外形美觀，生活時為棕黃色、黃褐色、咖啡色等［1］。

2010年，本研究室人員在對海南各地區(qū)的珊瑚礁進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，風(fēng)信子鹿角珊瑚Acropora hyacinthus分布極為廣泛，在三亞、文昌、萬寧等地皆為優(yōu)勢種，該品系適應(yīng)能力強、外形美觀、相對生長速率快，可作為海南地區(qū)珊瑚生態(tài)修復(fù)的優(yōu)勢品種［2］。1981 年，Bothwell［3］首次觀察發(fā)現(xiàn)，風(fēng)信子鹿角珊瑚為雌雄同體，于每年春末夏初期間從口腔向外排放大量配子，其配子在體外發(fā)生受精作用而形成受精卵。1985年，Wallace［4］記錄了大堡礁上9種鹿角珊瑚的有性繁殖過程，發(fā)現(xiàn)風(fēng)信子鹿角珊瑚同期排卵行為發(fā)生在月圓后的一周內(nèi)。但這些研究都沒有詳細報道風(fēng)信子鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發(fā)育過程。國內(nèi)對珊瑚胚胎和幼蟲發(fā)育過程的研究甚少，僅有2011年黃潔英等［5］記錄了鹿回頭膨脹薔薇珊瑚和壯實鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發(fā)育過程，但對風(fēng)信子鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發(fā)育過程目前尚未見報道。

隨著海南省社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，熱帶沿海地區(qū)人口不斷增加，近岸海域海洋環(huán)境越來越惡化，盡管珊瑚礁生態(tài)修復(fù)技術(shù)和方法在過去的幾十年內(nèi)得到廣泛運用，但珊瑚礁等熱帶淺海生態(tài)系統(tǒng)仍在退化［6-7］。本研究室人員自2010年以來，對云龍灣珊瑚進行了多樣性和有性繁殖的調(diào)查，成功地記錄了風(fēng)信子鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發(fā)育過程，并試探性地對珊瑚幼蟲進行了飼養(yǎng)。本研究中，對風(fēng)信子鹿角珊瑚的胚胎和幼蟲發(fā)育過程進行了研究，旨在為更好地掌握造礁珊瑚的有性繁殖以及為珊瑚礁的生態(tài)修復(fù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

風(fēng)信子鹿角珊瑚采自海南省文昌市云龍灣(東經(jīng) 110°28'～ 111°03'、北緯 19°20'～ 20°10')，云龍灣東南和北面分別是南海和瓊州海峽，該海域珊瑚礁面積大，種類繁多，其中風(fēng)信子鹿角珊瑚占地面積廣，長勢極好，便于開展研究［8］。

1.2 方法

1．2．1 人工授精 2013年5月25日，月圓之夜?jié)撍^察到風(fēng)信子鹿角珊瑚斷枝頂端呈現(xiàn)粉紅色，靠近口盤處有簇狀的橙紅色卵包。將帶有塑料瓶的錐形網(wǎng) (孔徑為100 μm的濾網(wǎng))倒置在產(chǎn)卵珊瑚上，利用珊瑚卵包的浮力讓卵包自動進入塑料瓶中。2013年5月27日21時潛水觀察到珊瑚大量產(chǎn)卵，90 min后取回收集珊瑚精卵的塑料瓶。將收集到的精卵混合物用濾網(wǎng)進行分離，并分裝到盛有過濾海水的10 L塑料桶中。立即將1株珊瑚的卵子與另1株珊瑚的精子相混合，人工授精1 h后用氣石連續(xù)充氣。

1．2．2 發(fā)育觀察 卵裂階段，每隔5 min取樣一次，每個樣品含受精卵30個以上，將其置于平皿內(nèi)，于體式解剖鏡下觀察，并用佳能G12相機連續(xù)拍照。囊胚期至原腸期階段，每隔20 min取樣一次，取樣方法和處理方法與卵裂階段相同。

1．2．3 浮浪幼蟲的著床和生長發(fā)育觀察 受精24 h后，將珊瑚卵平均分裝到3個25 L白色塑料箱中，每個箱內(nèi)裝入20 L過濾海水，用氣石連續(xù)充氣。每隔2 h抽取受精卵30個以上置于平板內(nèi)，于顯微鏡下觀察。當塑料箱內(nèi)大部分珊瑚卵變成浮浪幼蟲后，在箱內(nèi)放入經(jīng)海水浸泡一段時間的瓦片、花崗石、大理石、鹿角珊瑚骨骼等附著基，控制水溫為25～26℃，鹽度為32～34。每隔12 h，取附著基于顯微鏡下觀察浮浪幼蟲是否著床。將已著床的浮浪幼蟲移入循環(huán)水養(yǎng)殖缸中，每隔5 h觀察一次幼體的發(fā)育情況，并著重觀察其活動與病變情況，以及水生動物等對珊瑚幼蟲的影響。

1．2．4 供試養(yǎng)殖環(huán)境水質(zhì)的測定 采用 《GB 17378．4—2007海洋檢測規(guī)范:第四部分海水分析》的方法對珊瑚幼蟲養(yǎng)殖缸中的水質(zhì)進行測定［9］。每天用溫度計、pH計、鹽度計分別測定水溫、pH和鹽度;每周采用碘量法測定DO，每月采用堿性高錳酸鉀法、次溴酸鈉氧化法、磷鉬藍法分別測定COD、-N、-P含量，采用重氮-偶氮法測定-N和-N含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 精卵形成和受精過程

2013年5月27日潛水觀察到大部分風(fēng)信子鹿角珊瑚的水螅體前端發(fā)生明顯膨脹，卵包已靠近口盤處;30 min后有少數(shù)幾個珊瑚蟲將橙紅色的卵包從口盤處慢慢擠出;1 h后幾乎所有珊瑚蟲都開始排出卵包，約90 min后排卵結(jié)束。取一定數(shù)量橙紅色卵包于顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)卵包破裂后釋放出紅色的卵子和白色的精子，這證實風(fēng)信子鹿角珊瑚是雌雄同體。將用濾網(wǎng) (孔徑為50 μm)分離的精卵分別裝到不同的塑料杯中 (圖1-A)，取不同株珊瑚的精卵相混合進行體外受精，受精1 h后于體式解剖鏡下觀察到橙紅色的受精卵 (圖1-B)。

2.2 胚胎發(fā)育過程

在水溫為25～26℃、鹽度為32～34的條件下，受精卵經(jīng)過48 h發(fā)育為浮浪幼蟲 (表1)。根據(jù)胚胎發(fā)育的形態(tài)變化，可將風(fēng)信子鹿角珊瑚的胚胎發(fā)育分為6個階段:受精卵期、卵裂期、囊胚期、原腸期、浮浪幼蟲期、珊瑚幼體，其發(fā)育類型為體外受精、體外發(fā)育。

表1 風(fēng)信子鹿角珊瑚的胚胎發(fā)育Tab.1 The embryonic development of coral Acropora hyacinthus

圖1 風(fēng)信子鹿角珊瑚的配子和受精卵Fig.1 The embryonic development of coral Acropora hyacinthus

受精2 h 30 min后，受精卵首次在一邊進行水平分裂，形成一個心形的受精卵，隨后裂痕擴大，將受精卵沿水平方向均等地分裂成2部分 (圖2-A)。受精3 h 40 min后，受精卵進行第二次分裂，此次分裂與第一次分裂均在同一水平面內(nèi)，方向與第一次分裂方向垂直，受精卵被近似地分成4部分(圖2-B)。受精6 h 53 min后，胚盤進行多次的水平與垂直分裂，形成圓形的桑葚胚，此時各細胞的排列不規(guī)則，細胞界限不清。在此之前，各細胞之間的卵裂大致同步，直至卵裂進行至64～128細胞不同步，開始向囊胚期過渡 (圖2-C)。受精7 h 35 min后，扁圓形的桑葚胚逐漸變形為盤狀。受精9 h 32 min后，盤狀的胚開始由四周向內(nèi)彎曲，在中間逐漸出現(xiàn)一個圓狀環(huán)溝，形成碗狀囊胚(圖2-D)。受精10 h 20 min后，碗狀囊胚的胚盤中間變得平整，囊胚層細胞由四周繼續(xù)向內(nèi)彎曲，形成圓形的原腸胚，原腸胚的形成標志著原腸胚發(fā)育階段的開始 (圖2-E)。受精34 h 15 min后，原腸胚逐漸關(guān)閉，呈圓形的單細胞狀，這標志著原腸胚發(fā)育階段結(jié)束 (圖2-F)。受精48 h后，圓形胚體發(fā)育成圓柱形或紡錘形的浮浪幼蟲 (圖2-G)，多數(shù)為圓形，該時期浮浪幼蟲具有活動能力，但不具備明顯的目的性，只是轉(zhuǎn)圈或隨機游動。

圖2 風(fēng)信子鹿角珊瑚的胚胎發(fā)育過程Fig.2 The embryonic development of Acropora hyacinthus

2.3 浮浪幼蟲的附著和珊瑚幼蟲的生長發(fā)育特點

在白色塑料箱內(nèi)暫養(yǎng)3 d后，觀察塑料箱內(nèi)浮浪幼蟲的活動情況，發(fā)現(xiàn)其喜歡在底層水中活動，并具有一定的目的性，當發(fā)現(xiàn)有附著基時，其反口極細胞會分泌黏液黏附在基底的上部，但此時黏附的不夠牢靠，稍微有水流沖過就會從基底上脫落，并不是真正附著，可能是在試探基底是否合適附著(圖3-A)。當感覺到是合適的附著基時，浮浪幼蟲會逐漸膨大，最終由圓形變成蝶形完全附著在基底上，口盤朝上 (圖3-B)。塑料箱內(nèi)許多找不到合適附著基的浮浪幼蟲游動2個多星期后便死亡。能附著并繼續(xù)生長發(fā)育的個體，大部分附著在瓦片和鹿角珊瑚的骨骼上。

將成功著床的浮浪幼蟲從白色塑料箱內(nèi)取出，在表2所示的環(huán)境下進行循環(huán)水飼養(yǎng)，3 d后發(fā)現(xiàn)，部分幼蟲完全變形，逐漸長出觸手，整個形狀呈現(xiàn)為花朵狀，隨后觸手逐漸發(fā)育并伸展出來 (圖3-C)，形成珊瑚幼蟲。

圖3 珊瑚幼蟲的著床和生長發(fā)育Fig.3 Coral larvae settlement，growth and development

表2 飼養(yǎng)珊瑚幼蟲的水環(huán)境條件Tab.2 The environmental conditions of coral larva rearing

3 討論

3.1 風(fēng)信子鹿角珊瑚的排卵行為和胚胎發(fā)育特點

通過對云龍灣海域風(fēng)信子鹿角珊瑚連續(xù)3年的調(diào)查監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)風(fēng)信子鹿角珊瑚產(chǎn)卵時間一年比一年推遲，即2011年和2012年產(chǎn)卵集中在4月下旬到5月初，而2013年產(chǎn)卵集中在5月底，數(shù)量也相應(yīng)的大幅減少。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，一方面是云龍灣周圍海水被日漸污染，珊瑚大面積死亡，導(dǎo)致珊瑚卵的數(shù)量大幅減少;另一方面根據(jù)Harrison等［11］、Jokiel等［12］、Van Woesik 等［13］報道，珊瑚的排卵時間因受水溫、月相、鹽度、潮汐等多種因素的影響而有差異。近3年來，云龍灣的風(fēng)信子鹿角珊瑚皆在月圓之后的2～3 d同期排卵，風(fēng)信子鹿角珊瑚這種同期排卵行為在Indo-Pacific、Singapore和Great Barrier Reef等地方也有發(fā)生，不同的是，在Indo-Pacific同期排卵發(fā)生在3月月圓之后的2～3 d，而在Singapore和Great Barrier Reef同期排卵發(fā)生在4月月圓后的5～6 d［14-16］。造礁石珊瑚的種類繁多，其產(chǎn)卵時排放的配子一般有5種形式:(1)包含有精子和卵子的卵包，如黃蘚蜂巢珊瑚Favia favus、Acropora nobilis等;(2)只有卵子的卵包，如腐蝕刺柄珊瑚Hydnophora exesa等;(3)排放單獨的精子，如叢生盔形珊瑚Galaxea faseieularis、石芝珊瑚Fungia fungites等;(4)直接排放珊瑚幼蟲，如箭排孔珊瑚 Seriatopora hystrix、鹿角杯形珊瑚Pocillopora damicornis。本研究中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)信子鹿角珊瑚排放配子的形式為第1種，這與Shlesinger等［17］、Babcock 等［14］報道的珊瑚排卵方式相同。在對風(fēng)信子鹿角珊瑚人工授精過程中，本研究中使用異株珊瑚的精卵受精，這與同株珊瑚的精卵受精相比，大大提高了受精率。

本研究中，風(fēng)信子鹿角珊瑚的受精卵經(jīng)過8 h分裂形成扁圓形的桑葚胚進入囊胚期，囊胚期持續(xù)時間較短，囊胚層細胞由四周繼續(xù)向內(nèi)彎曲形成圓形的原腸胚，原腸胚逐漸閉合、變形為紡錘形的浮浪幼蟲，此階段共經(jīng)歷了48 h，這與黃潔英等［5］記錄的壯實鹿角珊瑚受精卵形成浮浪幼蟲的46 h時間比較接近，與薔薇珊瑚的34 h相差較遠，這表明不同屬的石珊瑚在胚胎發(fā)育時間上有明顯差異，但同屬相差較小。

3.2 浮浪幼蟲的附著特點

據(jù)Nozawa等［18］報道，在試驗條件下，大部分鹿角珊瑚的浮浪幼蟲在受精9～10 d后開始附著在基底上，本研究中，風(fēng)信子鹿角珊瑚的浮浪幼蟲也是在受精9 d后完成附著。與海蟄浮浪幼蟲附著方向不同，風(fēng)信子鹿角珊瑚的浮浪幼蟲附著在附著基的上方，口盤朝上;而海蜇的浮浪幼蟲絕大部分附著在附著基的下側(cè)形成螅狀體，螅狀體的柄部向上，口端向下，呈倒垂狀［19］。這一區(qū)別與它們以后的發(fā)育生長規(guī)律及生態(tài)習(xí)性有關(guān)，海蜇的螅狀體進一步橫裂釋放碟狀幼體掉入水體中，碟狀幼體發(fā)育為海蜇營浮游生活，海蜇浮游生活期中絕大部分時間口盤朝下;而風(fēng)信子鹿角珊瑚的浮浪幼蟲附著后進一步變形發(fā)育成碟形，碟形直接發(fā)育生長為珊瑚幼體，主要營固著生活，珊瑚棲居時生長期口盤朝上。

3.3 珊瑚幼蟲生長中的危害生物

在飼養(yǎng)珊瑚幼蟲的循環(huán)水體中出現(xiàn)一種哲水蚤，該蚤經(jīng)?；钴S于附著的珊瑚周圍。據(jù)趙文［20］的研究記載，哲水蚤有3種攝食方式:濾食性、捕食性和雜食性。本研究中發(fā)現(xiàn)，活躍于珊瑚蟲周圍的哲水蚤在珊瑚幼蟲觸手未展開時，以附著基上的硅藻為食，全身呈現(xiàn)棕色;當珊瑚觸手伸展出來后，哲水蚤以珊瑚幼蟲為食，全身呈現(xiàn)紅色。這種哲水蚤行雜食性的攝食方式，為減少其對珊瑚幼蟲的傷害，本次飼養(yǎng)試驗中采用王建鋼等［21］對橈足類防治的方法成功地去除了這種哲水蚤。國內(nèi)的珊瑚人工養(yǎng)殖還在起步階段，一般認為，水質(zhì)對珊瑚幼蟲的生長起決定性因素，而對珊瑚的危害生物關(guān)注度較低。由表2可知，飼養(yǎng)試驗的水環(huán)境符合自然界珊瑚生存所適范圍，因此，哲水蚤的出現(xiàn)極大地影響了珊瑚幼蟲的生長。關(guān)于為何會出現(xiàn)哲水蚤，以及如何有效地防治危害生物等問題將在今后進一步進行研究。

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