翹嘴鱖皮膚、鱗片、鰭色素細(xì)胞顯微觀察

吳明林，陳曉武，崔 凱，李海洋，侯冠軍，蔣陽(yáng)陽(yáng)

( 1.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所，安徽 合肥 230031； 2.水產(chǎn)增養(yǎng)殖安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031； 3.上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306 )

體色是魚類重要的表型特征，不同種類的魚類色彩各異，甚至同一種魚，雌雄也存在體色差異。魚體體色圖案形成的生物學(xué)基礎(chǔ)是色素細(xì)胞種類、數(shù)量、形態(tài)以及色素體在色素細(xì)胞中的分布狀態(tài)[1-4]。色素細(xì)胞由神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)展而來，當(dāng)神經(jīng)管封閉后神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移、定位到相應(yīng)部位，分化成色素胚細(xì)胞，之后進(jìn)一步分化為黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、紅色素細(xì)胞、虹彩細(xì)胞等色素細(xì)胞[5-6]。黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、虹彩細(xì)胞存在于大多數(shù)魚類的皮膚、鱗片和鰭中，紅色素細(xì)胞多見于熱帶奇異的魚類。黑色素細(xì)胞胞體較大，樹突狀，多分枝，內(nèi)含黑色素，與魚類黑色及褐色相關(guān)。黃色素細(xì)胞和紅色素細(xì)胞較小，呈顆粒狀，色素顆粒小，呈色物均為類胡蘿卜素和喋啶，與魚類的黃、橙、紅體色有關(guān)。虹彩細(xì)胞中不含色素而含鳥糞素的晶體，有強(qiáng)烈的反光性，使魚類顯示出銀白色閃光。魚類豐富的體色主要取決于其皮膚、鱗片、鰭所含色素細(xì)胞的種類及其生物學(xué)特征。魚體體色可隨背景顏色[7]、光照度[8]、溫度[9]、飼料[10]、遺傳變異[11]等因素產(chǎn)生適應(yīng)性變化，在一定程度范圍內(nèi)是可逆的。

翹嘴鱖(Sinipercachuatsi)屬鱸形目、真鱸科、鱖屬，以活餌為食，其體色在隱藏、捕食等方面發(fā)揮重要的作用。成年翹嘴鱖體側(cè)皮膚含有大小不等的多個(gè)黑色或淺黑色斑塊，腹部呈白色；鰭以黑色為主，可見黃色區(qū)域。劉偉等[12]對(duì)翹嘴鱖胚胎、仔魚的色素發(fā)育及色彩圖案的形成進(jìn)行了觀察；苗田田等[13]對(duì)翹嘴鱖體色變異個(gè)體金鱖的體色變化過程進(jìn)行了觀察。以上研究主要是對(duì)胚胎及孵化后1～40 d的仔魚色素發(fā)育過程進(jìn)行探討，而對(duì)成年翹嘴鱖體色特征的研究鮮有報(bào)道。筆者通過光學(xué)顯微鏡觀察成年翹嘴鱖魚體不同部位皮膚、鱗片及鰭色素細(xì)胞的種類、分布、數(shù)量的差別，進(jìn)而分析不同部位圖案形成的生物學(xué)基礎(chǔ)，為體色在翹嘴鱖藏匿及攝食方面的功能研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及樣品采集

試驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)于安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所水產(chǎn)動(dòng)物循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)，每日投喂2次鮮活魚餌。選用1齡翹嘴鱖，體質(zhì)量500 g。采用0.02%間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽麻醉處理后，采集試驗(yàn)樣本。鑷子剝離眼后頭部、體側(cè)黑斑、體側(cè)下部、喉部、腹部處鱗片(圖1中圓點(diǎn)1～5示鱗片剝離點(diǎn))；解剖刀剝離眼后頭部、體側(cè)黑斑、體側(cè)下部、喉部、腹部處皮膚(圖1中圓點(diǎn)1～5示皮膚剝離點(diǎn))；剪取背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭、尾鰭(圖1中圓點(diǎn)6～10示鰭剪取點(diǎn))。

圖1 翹嘴鱖皮膚、鱗片、鰭色素細(xì)胞觀察點(diǎn)

1.2 皮膚組織切片

采集的皮膚組織經(jīng)生理鹽水清洗后，切成4 mm×4 mm的組織塊。一部分組織塊用于冰凍切片：組織塊經(jīng)最佳切削溫度化合物包埋后，利用冰凍切片機(jī)進(jìn)行縱切和橫切(表皮層)，切片厚度10 μm，中性樹膠封片。另一部分組織塊用于蘇木精—伊紅染色：組織塊經(jīng)4%多聚甲醛固定24 h以上，乙醇梯度脫水，二甲苯透明，石蠟包埋后進(jìn)行縱切，切片厚4 μm，蘇木精—伊紅染色，中性樹膠封片。

1.3 色素細(xì)胞觀察與分析

皮膚組織切片封片后即可觀察，而鱗片、鰭經(jīng)生理鹽水清洗后直接置于載玻片上觀察。采用Olympus顯微鏡(BX53，Olympus，日本)觀察樣本色素細(xì)胞種類、數(shù)量、形態(tài)，cellSens Entry軟件拍照、測(cè)量、分析。

2 結(jié) 果

2.1 皮膚冰凍切片縱切色素細(xì)胞顯微觀察

冰凍切片縱切顯示，皮膚縱切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、虹彩細(xì)胞。黑色素細(xì)胞著色深，連續(xù)或間隔分布；黃色素細(xì)胞呈小顆粒狀；虹彩細(xì)胞呈小顆粒冰晶狀或長(zhǎng)梭形(圖2，表1)。

眼后頭部皮膚縱切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞，在表皮層與真皮疏松層之間呈線狀連續(xù)延伸，黑色素細(xì)胞與黃色素細(xì)胞相間排列，皮膚整體呈現(xiàn)為黑黃色(圖2a～c)。

體側(cè)黑斑處皮膚縱切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞，表皮層與真皮疏松層之間以黑色素細(xì)胞為主，黃色素細(xì)胞為輔；真皮致密層與肌肉之間以黑色素細(xì)胞為主(圖2d～f)。

體側(cè)下部皮膚縱切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞及虹彩細(xì)胞，表皮層與真皮疏松層之間以黑色素細(xì)胞、小顆粒冰晶狀虹彩細(xì)胞為主，黃色素細(xì)胞為輔；真皮致密層與肌肉之間以長(zhǎng)梭形的虹彩細(xì)胞為主，黑色素細(xì)胞為輔(圖2g～i)。

喉部皮膚縱切面含虹彩細(xì)胞、黃色素細(xì)胞及黑色素細(xì)胞，表皮層與真皮疏松層之間以虹彩細(xì)胞為主，含少量黃色素細(xì)胞及黑色素細(xì)胞；真皮致密層與肌肉之間主要為虹彩細(xì)胞(圖2j～l)。

腹部皮膚縱切面含虹彩細(xì)胞、黃色素細(xì)胞及黑色素細(xì)胞，表皮層與真皮疏松層之間以虹彩細(xì)胞為主，黃色素細(xì)胞為輔；真皮致密層與肌肉之間以虹彩細(xì)胞為主，黑色素細(xì)胞為輔(圖2m～o)。

圖2 翹嘴鱖皮膚冰凍切片(縱切)

2.2 皮膚冰凍切片橫切色素細(xì)胞顯微觀察

冰凍切片橫切顯示，皮膚橫切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、虹彩細(xì)胞，但不同部位各色素細(xì)胞占比及大小存在較大的差別(圖3，表1)。

眼后頭部皮膚橫切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞，黑色素細(xì)胞較大，呈梅花狀；黃色素細(xì)胞呈顆粒狀，散布在黑色素細(xì)胞之間(圖3a)。

體側(cè)黑斑處皮膚橫切面含黑色素細(xì)胞、虹彩細(xì)胞，黑色素細(xì)胞形狀不規(guī)則，聚集在一起，較其他部位稠密；虹彩細(xì)胞為圓形小顆粒晶體狀，數(shù)量少且形態(tài)不明顯(圖3b)。

體側(cè)下部皮膚橫切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞及虹彩細(xì)胞，黑色素細(xì)胞呈圓形，少分枝；眾多黃色素細(xì)胞聚集在一起形成黃色斑點(diǎn)；虹彩細(xì)胞呈長(zhǎng)梭形，線狀排列，在顯微鏡下形態(tài)明顯，各色素細(xì)胞間隔較遠(yuǎn)，稀疏分散在皮膚表層(圖3c)。

喉部及腹部皮膚橫切面含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞及虹彩細(xì)胞，黑色素細(xì)胞數(shù)量少，呈圓形，少分枝；眾多黃色素細(xì)胞聚集在一起形成黃色斑點(diǎn)；虹彩細(xì)胞呈長(zhǎng)梭形，密集分布在皮膚表層(圖3d)。

圖3 翹嘴鱖皮膚冰凍切片(橫切)

2.3 皮膚色素細(xì)胞在染色下的形態(tài)特征

在蘇木精—伊紅染色下，翹嘴鱖皮膚具有明顯的表皮層、真皮疏松層、真皮致密層。黑色素細(xì)胞在蘇木精—伊紅染色下呈棕黑色，虹彩細(xì)胞在蘇木精—伊紅染色下呈淺灰色。色素層主要分布于表皮層與真皮疏松層之間，真皮致密層與肌肉相連處，少量存在于真皮疏松層纖維結(jié)締組織中(圖4，表1)。不同部位的色素層分布特征有明顯區(qū)別。眼后頭部、體側(cè)黑斑處皮膚表皮層與真皮疏松層之間有明顯的黑色素細(xì)胞層，著色區(qū)域密度高，著色深，且部分色素層延伸至疏松層，真皮致密層與肌肉相連處為黑色素細(xì)胞層(眼后頭部，圖4a；體側(cè)黑斑，圖4b)；體側(cè)下部、喉部、腹部皮膚表皮層與真皮疏松層之間黑色素細(xì)胞層密度低，著色較淺，真皮致密層與肌肉相連處虹彩細(xì)胞互相交織形成較寬的虹彩細(xì)胞層(體側(cè)下部，圖4c；喉部，圖4d；腹部，圖4e)。

圖4 翹嘴鱖皮膚縱切及蘇木精—伊紅染色

2.4 鱗片色素細(xì)胞種類及形態(tài)

翹嘴鱖鱗片色素細(xì)胞有黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、紅色素細(xì)胞，主要分布在鱗片近體端，少量分布在其他位置。眼后頭部鱗片色素細(xì)胞分布區(qū)域較窄，體側(cè)鱗片色素細(xì)胞分布區(qū)域較寬。鱗片黑色素細(xì)胞胞體較大，樹突分枝多，黑色較深，黃色素細(xì)胞及紅色素細(xì)胞為顆粒狀(圖5，表1)。

眼后頭部鱗片主要含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞，大多數(shù)鱗片以黑色素細(xì)胞為主，黃色素細(xì)胞為輔，少量鱗片僅含黃色素細(xì)胞(圖5a～b)。

體側(cè)黑斑處鱗片主要含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞，大多數(shù)鱗片以黑色素細(xì)胞為主，黃色素細(xì)胞為輔，各色素細(xì)胞間排列緊密，少量鱗片還含有紅色素細(xì)胞(圖5c～d)。

體側(cè)下部鱗片主要含黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞，各色素細(xì)胞間排列分散，少量鱗片僅含有黃色素細(xì)胞(圖5e～f)。

喉部及腹部鱗片較透明，不含色素細(xì)胞或含少量黑色素或黃色素細(xì)胞(喉部，圖5g；腹部，圖5h)。

圖5 翹嘴鱖鱗片色素細(xì)胞

2.5 鰭色素細(xì)胞種類及形態(tài)

翹嘴鱖鰭含黑色素細(xì)胞及黃色素細(xì)胞(圖6，表1)。

表1 翹嘴鱖皮膚、鱗片、鰭色素細(xì)胞類型

背鰭、尾鰭外觀形態(tài)類似，黑色區(qū)域及黃色區(qū)域間隔排列，黑黃區(qū)域界限明顯。鰭遠(yuǎn)體端黑色素細(xì)胞呈毛刷狀，密集地排列在鰭末端；鰭遠(yuǎn)體端內(nèi)側(cè)為黃色區(qū)域，以黃色素細(xì)胞為主，黑色素細(xì)胞為輔；黃色區(qū)域內(nèi)側(cè)為黑色斑塊區(qū)域，以黑色素細(xì)胞為主，黃色素細(xì)胞為輔，黑色素細(xì)胞呈圓形，胞體大，散射狀(背鰭，圖6a～d；尾鰭，圖6e～h)。

胸鰭含淺而少的黑色素細(xì)胞和黃色素細(xì)胞，黑色素細(xì)胞胞體小，分枝細(xì)，黃色素細(xì)胞隱含在黑色素細(xì)胞之間，胸鰭外觀整體呈透明狀(圖6i～k)。

腹鰭、臀鰭主要含黑色素細(xì)胞，少量黃色素細(xì)胞，外觀整體呈現(xiàn)黑色，黑色素細(xì)胞較背鰭、尾鰭小(腹鰭，圖6l～n；臀鰭，圖6o～q)。

圖6 翹嘴鱖鰭色素細(xì)胞

3 討 論

3.1 翹嘴鱖色素細(xì)胞分布特征

魚類體色圖案豐富多彩，其功能作用不盡相同，有些體色利于隱藏，有些體色利于吸引異性，有些體色具有觀賞價(jià)值[14-15]。魚體不同部位各色素細(xì)胞的種類及占比存在較大的區(qū)別，通過不同色素細(xì)胞的有序組合，調(diào)節(jié)魚體顏色的深淺、明暗，從而形成不同的體色及圖案，如斑塊、條紋等[16-17]。翹嘴鱖眼后頭部黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞分布較均勻，該處皮膚呈黑黃色；體側(cè)黑斑處以黑色素細(xì)胞為主，密度高且著色較深，黃色素細(xì)胞顏色被掩蓋，該處皮膚形成特征明顯的黑斑；黑斑塊之間存在淺黑略帶黃色區(qū)，該區(qū)黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞相對(duì)減少，色素細(xì)胞之間間隔較遠(yuǎn)，體色相對(duì)較淺；喉部及腹部皮膚含大量虹彩細(xì)胞，少量黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞，體色呈白色。翹嘴鱖全身覆鱗，鱗片不含虹彩細(xì)胞，減少反光，減少捕食過程中被發(fā)現(xiàn)的概率，增加捕食的成功性。魚體頭部、背部皮膚顏色較深，腹部皮膚顏色較淺，不同體位的鱗片也體現(xiàn)出了這種背腹差異的特征，鱗片作為皮膚的衍生物，其色素細(xì)胞生理發(fā)育機(jī)制與皮膚類似。翹嘴鱖各色素細(xì)胞在特定的時(shí)間、特定的位置有序發(fā)育，并通過不同類型色素細(xì)胞間的相互作用，從而形成具有獨(dú)特特征的體色。

正常的翹嘴鱖體色以黑色為主色，但皮膚及鱗片中含有的黃色素細(xì)胞、紅色素細(xì)胞為體色變異提供了生理基礎(chǔ)。在育種過程中，本團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一些體色變異體：黃色翹嘴鱖、紅紋色翹嘴鱖。黃色翹嘴鱖通體以黃色為主，略帶黑點(diǎn)；紅紋色翹嘴鱖頭部紋路及背部斑塊變異為紅色，其他部位以黑色為主。翹嘴鱖體色變異的機(jī)理，目前正在進(jìn)一步研究中。

3.2 翹嘴鱖色素細(xì)胞形態(tài)特征

翹嘴鱖體色整體呈黑色，但魚體各部位黑色素細(xì)胞形態(tài)存在明顯的區(qū)別。皮膚黑色素細(xì)胞呈圓形或橢圓形，多個(gè)黑色素細(xì)胞交織聚集在一起，形成一個(gè)一個(gè)的群落分布在皮膚表層和內(nèi)層；鱗片上的黑色素細(xì)胞胞體大，樹突狀分枝細(xì)且多，呈輻射狀；鰭上黑色素細(xì)胞主要以兩種狀態(tài)存在，一種呈圓形，樹突狀分枝粗；另一種呈毛刷狀，分枝細(xì)且長(zhǎng)。研究表明，黑色素細(xì)胞中含有大量的黑色素顆粒，這些顆粒被稱作黑色素小體，黑色素小體在載黑色素蛋白的幫助下能夠在細(xì)胞微管中運(yùn)動(dòng)，從而使得黑色素細(xì)胞表現(xiàn)出不同的形態(tài)特征[2,18]。同類型色素細(xì)胞間相互作用可決定其在條紋形成過程中的集體遷移方向[19-20]。翹嘴鱖頭部有3條較窄的由嘴角向頭后延伸的黑色條紋，體側(cè)含有多個(gè)較寬的由體背向體腹延伸的較寬黑色條紋。大量的黑色素細(xì)胞聚集、遷移從而形成翹嘴鱖特有的條紋特征。翹嘴鱖黃色素細(xì)胞主要呈小的顆粒狀，一部分聚集在一起，形成黃色區(qū)域；一部分散落在黑色素細(xì)胞之間，呈現(xiàn)為黑黃色。虹彩細(xì)胞有兩種形態(tài)：小顆粒晶體狀、長(zhǎng)梭形。小顆粒晶體狀主要分布在體側(cè)上部，長(zhǎng)梭形主要分布在體側(cè)下部及腹部。虹彩細(xì)胞呈色物質(zhì)是與水結(jié)合成晶體形式的鳥嘌呤，屬構(gòu)形色，結(jié)構(gòu)上與其反射光線的功能相適應(yīng)[21]。虹彩細(xì)胞能反射一定波長(zhǎng)的光從而使魚體呈現(xiàn)出不同的體色，增加魚體的辨識(shí)度，對(duì)觀賞性魚類來說利大于弊，而對(duì)肉食性魚類來說弊大于利[22]。翹嘴鱖虹彩細(xì)胞主要存在于皮膚內(nèi)層，鱗片上未見明顯的虹彩細(xì)胞，減少了魚體反光，增加了隱蔽性能。而一些觀賞性的魚類，其鱗片上含有較多的虹彩細(xì)胞，增加了體色的鮮艷度，提高了其觀賞價(jià)值[23]。

4 結(jié) 論

體色是物種生存過程中長(zhǎng)期進(jìn)化適應(yīng)的結(jié)果，可使其與周圍環(huán)境相融合，模糊魚體形狀，在復(fù)雜環(huán)境中產(chǎn)生視覺消退，具有隱藏、躲避敵害的作用。翹嘴鱖屬肉食性底棲兇猛魚類，營(yíng)掠奪性攝食方式，主要捕食小型魚類及蝦類。翹嘴鱖體表由黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、虹彩細(xì)胞形成的大小不一、明暗不均、間隔排列的斑塊或條紋，有利于其藏匿，并可根據(jù)環(huán)境的變化自行調(diào)節(jié)體色來進(jìn)行偽裝，從而能夠逼真地與環(huán)境相匹配，以達(dá)到攻擊或躲避敵害生物的目的。