程景顥,李 杰,付東勇,儲(chǔ)明旭,張 凱,王 濤,尹紹武,唐忠林,茆健強(qiáng),周?chē)?guó)勤
(1.南京師范大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇省特色水產(chǎn)育種與綠色高效養(yǎng)殖技術(shù)工程研究中心,南京 210023;2.南京市水產(chǎn)科學(xué)研究所,南京 210029)
黃顙魚(yú)(Pelteobagrusfulvidraco)別名黃辣丁、黃姑子、黃沙古、昂刺魚(yú)等,隸屬于鲇形目(Siluriformes),鲿科(Bagridae),黃顙魚(yú)屬,在我國(guó)廣泛分布于長(zhǎng)江、黃河、珠江及黑龍江等各水系[1]。黃顙魚(yú)屬魚(yú)類(lèi)種類(lèi)較多,目前我國(guó)已報(bào)道的有5種,分別為黃顙魚(yú)、瓦氏黃顙魚(yú)(P.vachelli)、長(zhǎng)須黃顙魚(yú)(P.eupogon)、中間黃顙魚(yú)(P.intermedius)和光澤黃顙魚(yú)(P.nitidus)[2]。本研究所選的雜交黃顙魚(yú)“黃優(yōu)1號(hào)”是以二代選育的瓦氏黃顙魚(yú)為父本,三代選育的黃顙魚(yú)為母本,所獲得的雜交子代。其生長(zhǎng)速度和成活率均高于母本黃顙魚(yú),抗病性強(qiáng);與父本瓦氏黃顙魚(yú)相比,可食用部分多,營(yíng)養(yǎng)豐富,更耐運(yùn)輸,深受廣大養(yǎng)殖戶(hù)和消費(fèi)者的歡迎,目前已成為我國(guó)重要的優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)養(yǎng)殖品種[3]。
人工授精是魚(yú)類(lèi)人工繁殖的重要環(huán)節(jié),高質(zhì)量的精子是保證授精成功的重要因素之一。精子密度是評(píng)價(jià)精子質(zhì)量的重要指標(biāo),不僅可以用來(lái)判斷精液質(zhì)量的好壞,還直接關(guān)系到人工授精的效果。在授精過(guò)程中,精子密度過(guò)低會(huì)降低受精率,過(guò)高則會(huì)引起多精入卵,導(dǎo)致胚胎發(fā)育后期畸形率增加。因此,魚(yú)類(lèi)人工授精時(shí)采用適宜的精子密度是提高受精率與孵化率的關(guān)鍵[4]。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于魚(yú)類(lèi)精子密度對(duì)人工授精效果影 響 的 報(bào) 道 較 多,如 黃 顙 魚(yú)[5]、虹 鱒(Oncorhynchusmykiss)[6]、美 洲 擬 鰈(Pseudopleuronectesamericanus)[7]、斑 點(diǎn) 叉 尾 鮰(Ictaluruspunctatus)[8]等。迄今為止,針對(duì)雜交黃顙魚(yú)的研究主要集中在雌雄差異判別[9]、核型分析[10]、分子標(biāo)記[11]和精子冷凍保存[12]等方面,而關(guān)于精子密度對(duì)雜交黃顙魚(yú)授精結(jié)果影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。
目前,我國(guó)雜交黃顙魚(yú)已經(jīng)開(kāi)展規(guī)?;斯し庇谌斯し敝尺^(guò)程中,由于雌、雄魚(yú)發(fā)情期不同步且需要?dú)⑺栏副疽垣@取精子,從而導(dǎo)致雄魚(yú)使用率和子代受精率低[13]。此外,由于瓦氏黃顙魚(yú)的市場(chǎng)效益不高,其養(yǎng)殖產(chǎn)量較低,加上近年來(lái)過(guò)度捕撈,導(dǎo)致瓦氏黃顙魚(yú)野生資源日益減少。作為雜交黃顙魚(yú)的父本,瓦氏黃顙魚(yú)種質(zhì)資源的衰退對(duì)雜交黃顙魚(yú)的規(guī)?;品N造成了不利影響。因此,確定雜交黃顙魚(yú)人工授精的最佳精子密度,將有利于提高瓦氏黃顙魚(yú)精子利用率、減少雄魚(yú)宰殺量和優(yōu)化冷凍保存精子的條件。本研究采用8組不同精子密度對(duì)雜交黃顙魚(yú)開(kāi)展人工授精實(shí)驗(yàn),并對(duì)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和比較,旨在篩選出最適宜的雜交黃顙魚(yú)人工授精精子密度,為雜交黃顙魚(yú)規(guī)?;咝е品N提供基礎(chǔ)資料。
雜交黃顙魚(yú)親本均為江蘇省南京市水產(chǎn)科學(xué)研究所祿口基地自行培育,雄魚(yú)瓦氏黃顙魚(yú)規(guī)格(300±20)g,雌魚(yú)黃顙魚(yú)規(guī)格(150±30)g,親魚(yú)體質(zhì)健壯、無(wú)傷無(wú)病,性腺發(fā)育情況良好。
本實(shí)驗(yàn)所采用的精子保存液為黃顙魚(yú)精子保存專(zhuān)用液[14],配方如下:NaCl 7.68 g、KCl 0.22 g、NaHCO30.25 g、Na2CO30.21 g、葡萄糖2.0 g、蒸餾水1 L。
催產(chǎn)藥物選用寧波三生生物科技有限公司生產(chǎn)的促黃體素釋放激素A2(LHRH-A2)、絨促性素(HCG)、馬來(lái)酸地歐酮(DOM),開(kāi)展人工授精實(shí)驗(yàn)時(shí)用配制好的保存液對(duì)精液進(jìn)行稀釋。
實(shí)驗(yàn)器具:5 mL連續(xù)注射器、1.5 mL離心管、移液槍、培養(yǎng)皿、奧林巴斯顯微鏡、血球計(jì)數(shù)板等。
實(shí)驗(yàn)于2020年7月在南京市水產(chǎn)科學(xué)研究所祿口基地進(jìn)行,該基地配備有齊全的設(shè)施、專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室和孵化室。孵化室內(nèi)有72個(gè)長(zhǎng)0.8 m、寬0.5 m的長(zhǎng)方形孵化池,并配有完善的充氧設(shè)備,每平方米放一個(gè)氣石,保證池水中的氧氣供應(yīng)充足;另設(shè)有專(zhuān)用的流水孵化箱,水源為深井水,理化條件穩(wěn)定,pH值7.5~8.0。水源經(jīng)過(guò)晾曬曝氣后加入到孵化池,水溫為(27±1)℃。
1.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
根據(jù)前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,初步優(yōu)化了精卵比例(1粒卵子對(duì)應(yīng)的精子數(shù)量,即精子密度),本研究一共設(shè)置8個(gè)密度梯度:1.0×103、5.0×103、1.0×104、2.5×104、5.0×104、1.0×105、5.0×105、1.0×106個(gè)·mL-1,每個(gè)梯度設(shè)3個(gè)重復(fù)。每個(gè)梯度卵子數(shù)量固定為200粒,根據(jù)卵子數(shù)將每個(gè)密度梯度對(duì)應(yīng)數(shù)量的精子事先轉(zhuǎn)入到1.5 mL離心管中,并加入0.9%生理鹽水定容至1 mL。
1.5.2 精液采集與計(jì)數(shù)
實(shí)驗(yàn)用魚(yú)親本捕撈后暫養(yǎng)在水泥池,精液收集采用殺魚(yú)取精的辦法。采集精子時(shí)剖開(kāi)雄魚(yú)腹腔,用鑷子取出精巢,挑出血絲,在干凈的培養(yǎng)皿中剪碎,用80目的聚乙烯絹布過(guò)濾,并用保存液沖洗絹布,將過(guò)濾后的精液收集到精子保存液中。
用移液槍取上述精液25μL置于血球細(xì)胞計(jì)數(shù)板,蓋上蓋玻片置于顯微鏡下計(jì)數(shù)。精子計(jì)數(shù)的結(jié)果為:計(jì)數(shù)板上半部和下半部計(jì)數(shù)室中個(gè)數(shù)的平均值×稀釋倍數(shù)[15],重復(fù)計(jì)數(shù)3次,取其平均值。經(jīng)計(jì)算,瓦氏黃顙魚(yú)新鮮精液的精子密度為(1.625±0.589)×1011個(gè)·mL-1。經(jīng)鏡檢,精子活力均在95%以上。
1.5.3 卵子采集
在人工授精前24 h對(duì)雌魚(yú)注射漁用HCG、LHRH-A2和DOM混合藥物,以促使其卵子成熟。雌魚(yú)取卵時(shí),左手抓住黃顙魚(yú),魚(yú)頭向內(nèi)、魚(yú)腹向上,用右手大拇指用力擠壓雌魚(yú)的腹部,避免魚(yú)卵與水接觸[16]。卵子收集后對(duì)其活力進(jìn)行評(píng)估,CHATAKONDI和TORRANS[17]認(rèn)為卵液的pH值與其質(zhì)量正相關(guān),卵液的pH>7.4即可以判斷卵子質(zhì)量合格,經(jīng)測(cè)定實(shí)驗(yàn)卵液pH為7.8。
1.5.4 人工授精及孵化
首先將裁剪好的網(wǎng)片平鋪于紙杯底部,紙杯內(nèi)襯薄層為植物油脂提取物。實(shí)驗(yàn)前統(tǒng)計(jì)黃顙魚(yú)卵子密度為(400±15)?!-1,在每個(gè)網(wǎng)片上加入0.5 g的卵液;之后將每個(gè)密度梯度對(duì)應(yīng)的精子數(shù)量用移液槍加入到卵子上面,并輕輕搖晃杯底5 s;然后每個(gè)網(wǎng)片加入5 mL的曝氣水(27.5~28.5℃),輕輕搖晃杯底2 min使其充分受精;將網(wǎng)片轉(zhuǎn)移到孵化池中進(jìn)行后續(xù)孵化。
孵化方式采用流水孵化,本實(shí)驗(yàn)孵化用水符合《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB11607-1989)》的規(guī)定[18]。受精卵孵化至原腸晚期時(shí),未受精的卵可通過(guò)其顏色發(fā)白、不透明的特征進(jìn)行肉眼辨認(rèn),并及時(shí)剔除,避免真菌和細(xì)菌的感染。此時(shí)計(jì)數(shù)受精卵數(shù),然后繼續(xù)孵化,魚(yú)苗出膜后計(jì)數(shù)出膜魚(yú)苗數(shù),之后,等待出膜魚(yú)苗發(fā)育至平游期開(kāi)口攝食,計(jì)數(shù)開(kāi)口攝食魚(yú)苗數(shù),每個(gè)梯度測(cè)算的3個(gè)樣取其平均數(shù),計(jì)算公式如下:
各組實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±SD)”表示。使用Excel 2019和SPSS 24.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分別用方差 分 析(ANOVA)、LSD(least significant difference)多重比較和Duncan法檢驗(yàn)顯著性差異。
在受精卵處于原腸中期時(shí)觀(guān)察并記數(shù),統(tǒng)計(jì)受精率。受精率隨著精子密度的增高呈現(xiàn)先顯著上升后略有下降的趨勢(shì);當(dāng)精子密度從1.0×103個(gè)·mL-1提高到2.5×104個(gè)·mL-1時(shí),受精率顯著上升(P<0.05);當(dāng)精子密度為5.0×104時(shí),受精率達(dá)到最大值為88.8%;此后,受精率開(kāi)始下降,但各組之間差異并不顯著(P>0.05)(圖1)。對(duì)8組不同濃度的精子密度與其相應(yīng)的受精率采用線(xiàn)性函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、二項(xiàng)式函數(shù)和冪函數(shù)5種方程進(jìn)行擬合,并回歸分析,以相關(guān)性(R2)最緊密的作為選取型式。結(jié)果發(fā)現(xiàn),二項(xiàng)式函數(shù)擬合效果最好:Y=-2.26X2+27.29X+5.49(R2=0.90)。其中,X代表精子密度,Y代表受精率(圖2)。
圖1 瓦氏黃顙魚(yú)精子密度對(duì)雜交黃顙魚(yú)“黃優(yōu)1號(hào)”受精率的影響Fig.1 Effect of sperm density of P.vachelli on fertilization rate of hybrid yellow catfish“Huangyou-1”
圖2 瓦氏黃顙魚(yú)精子密度與雜交黃顙魚(yú)“黃優(yōu)1號(hào)”受精率回歸曲線(xiàn)Fig.2 Regression curve between sperm density of P.vachelli and fertilization rate of hybrid yellow catfish“Huangyou-1”
綜上可知,精子密度的高低直接影響到雜交黃顙魚(yú)的受精率:當(dāng)精子密度過(guò)低時(shí),受精率也往往偏低;精子密度過(guò)高時(shí),受精率并不會(huì)隨之一直升高,還造成了雄魚(yú)配子資源的浪費(fèi)。當(dāng)精子密度在2.5×104~1.0×105個(gè)·mL-1范圍內(nèi)時(shí),受精率最理想。
當(dāng)精子密度從1.0×103個(gè)·mL-1提高到2.5×104個(gè)·mL-1時(shí),孵化率顯著上升(P<0.05),從35.3%提高到83.4%,并在精子密度為2.5×104個(gè)·mL-1時(shí)達(dá)到最大值;而當(dāng)精子密度從2.5×104個(gè)·mL-1提高到1.0×106個(gè)·mL-1時(shí),孵化率則隨之下降,在精子密度為1.0×106個(gè)·mL-1時(shí),孵化率僅為68.1%(圖3)。由于數(shù)據(jù)的非線(xiàn)性,采用曲線(xiàn)回歸分析精子密度與孵化率的關(guān)系,其中二項(xiàng)式函數(shù)擬合效果最好,其方程為:Y=-2.42X2+26.73X+7.90(R2=0.91)。其中,X代表精子密度,Y代表孵化率(圖4)。
圖3 瓦氏黃顙魚(yú)精子密度對(duì)雜交黃顙魚(yú)“黃優(yōu)1號(hào)”孵化率的影響Fig.3 Effect of sperm density of P.vachelli on hatching rate of hybrid yellow catfish“Huangyou-1”
圖4 瓦氏黃顙魚(yú)精子密度與雜交黃顙魚(yú)“黃優(yōu)1號(hào)”孵化率回歸曲線(xiàn)Fig.4 Regression curve between sperm density of P.vachelli and hatching rate of hybrid yellow catfish“Huangyou-1”
綜上可知,精子密度的大小直接影響到孵化率的高低,但精子密度過(guò)高和過(guò)低均不能使孵化率達(dá)到最大值。當(dāng)精子密度在2.5×104~5.0×104個(gè)·mL-1范圍內(nèi)時(shí),孵化率最高。
由圖5可見(jiàn),當(dāng)精子密度從5.0×103個(gè)·mL-1提高到2.5×104個(gè)·mL-1,出苗率顯著上升(P<0.05),并在精子密度為2.5×104個(gè)·mL-1時(shí),出苗率達(dá)到最大值(79.4%)。當(dāng)精子密度繼續(xù)提高,出苗率不再增加。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,發(fā)現(xiàn)二項(xiàng)式R2值最高,擬合效果最好,其方程為:Y=-1.92X2+22.18X+9.42(R2=0.79)。其中,X代表精子密度,Y代表出苗率(圖6)。當(dāng)精子密度在2.5×104~1.0×105范圍內(nèi)時(shí),出苗率最高。
圖5 瓦氏黃顙魚(yú)精子密度對(duì)雜交黃顙魚(yú)“黃優(yōu)1號(hào)”出苗率的影響Fig.5 Effect of sperm density of P.vachelli on emergence rate of hybrid yellow catfish“Huangyou-1”
圖6 瓦氏黃顙魚(yú)精子密度與雜交黃顙魚(yú)“黃優(yōu)1號(hào)”出苗率回歸曲線(xiàn)Fig.6 Regression curve between sperm density of P.vachelli and emergence rate of hybrid yellow catfish“Huangyou-1”
在水產(chǎn)動(dòng)物人工授精時(shí),受精率受到精子密度、卵子質(zhì)量、授精技術(shù)及繁殖環(huán)境等各種因素的影響,但最適宜的精子密度仍是提高受精卵受精率與孵化率的關(guān)鍵[19]。BUTTS等[7]認(rèn)為,當(dāng)精子密度為3.4×104個(gè)·mL-1時(shí),美洲擬鰈卵子的受精率達(dá)81.3%;高緒生等[20]在對(duì)皺紋盤(pán)鮑(Haliotisdiscushannai)的研究中發(fā)現(xiàn),精子密度在1×105~1×106個(gè)·mL-1范圍內(nèi)時(shí),受精率隨精子密度的增加而提高;SUQUET等[21]認(rèn)為,精子密度為6×103個(gè)·mL-1時(shí),大菱鲆(Scophthalmusmaximus)的孵化率最高;隋錫林等[22]在對(duì)刺參(Stichopusjaponicus)的研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)精子密度為2×105個(gè)·mL-1時(shí),受精率接近100%;BUTTS等[23]研究精子密度對(duì)鱈(Gadus morhua)受精的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)精子密度為1×105個(gè)·mL-1時(shí),其受精率和孵化率達(dá)到最大;BART和DUNHAM[8]發(fā)現(xiàn),在斑點(diǎn)叉尾鮰人工授精過(guò)程中,當(dāng)一個(gè)卵子周?chē)木訑?shù)量低于5×104個(gè)時(shí),會(huì)導(dǎo)致受精成功率顯著降低;IANAE等[24]發(fā)現(xiàn),當(dāng)精子密度為1×106個(gè)·mL-1時(shí),歐洲鰻(Anguillajaponica)的受精率達(dá)到最大;LINHART等[25]對(duì)鯉(Cyprinuscarpio)的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)一個(gè)卵子周?chē)訑?shù)量超過(guò)2.4×105個(gè)時(shí),其受精率將不再增加。由此可知,精子密度對(duì)受精率和孵化率均具有重要影響。
本實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)精子密度在2.5×104~1.0×105個(gè)·mL-1范圍內(nèi)時(shí),受精率最高(可達(dá)88.8%);當(dāng)精子密度在2.5×104~5.0×104個(gè)·mL-1范圍內(nèi)時(shí),孵化率最高(可達(dá)83.4%);當(dāng)精子密度在2.5×104~1.0×105個(gè)·mL-1范圍內(nèi)時(shí),出苗率最高(可達(dá)79.4%)。由此可見(jiàn),在雜交黃顙魚(yú)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,父本瓦氏黃顙魚(yú)精子密度在2.5×104~5.0×104個(gè)·mL-1范圍內(nèi)時(shí),可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。ZHANG等[5]對(duì)黃顙魚(yú)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)精卵比為3×104∶1時(shí),黃顙魚(yú)受精率最高為84.1%,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其大致吻合。此外,魯大椿等[26]認(rèn)為,魚(yú)類(lèi)人工授精適宜采用的精卵比為(3~4)×105∶1,這一結(jié)果表明,不同魚(yú)類(lèi)授精的最適精子密度存在差異,在雜交黃顙魚(yú)繁殖生產(chǎn)中,可以使用相對(duì)較低的精子密度來(lái)提高生產(chǎn)效率,從而節(jié)約雄魚(yú)親本資源,降低生產(chǎn)成本。
成熟的瓦氏黃顙魚(yú)精巢呈現(xiàn)櫛狀分支,每一分支的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈樹(shù)葉型,而精巢小葉又由許多壺腹?fàn)畹木∧医M成。成熟的黃顙魚(yú)卵呈圓形,且卵子表面僅有1個(gè)受精孔,卵膜上有以受精孔為中心分布的輻射狀溝嵴,卵徑為1.0~1.2 mm[27-28]。對(duì)于淡水物種,精子自激活后的活躍時(shí)間通常只有不到1 min[29]。黃顙魚(yú)授精時(shí)受精孔區(qū)會(huì)出現(xiàn)環(huán)狀隆起,起到一個(gè)緩沖作用,只允許少數(shù)活性高的精子越過(guò)隆起進(jìn)入精孔管,而大多數(shù)活力弱的精子則被阻擋在外面,從而保證授精的質(zhì)量[30]。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),精子密度為1×103個(gè)·mL-1時(shí),雜交黃顙魚(yú)的受精率、孵化率和出苗率均偏低,而隨著精子數(shù)量的增加,其受精率、孵化率和出苗率均相應(yīng)的提高。在雜交黃顙魚(yú)人工授精過(guò)程中,當(dāng)精子密度過(guò)低時(shí),活力高的精子穿過(guò)卵膜孔進(jìn)入精孔管的幾率更小,導(dǎo)致較低的受精率和孵化率;而隨著精子密度的提高,活力高的精子進(jìn)入精孔管的幾率也大大增加,從而導(dǎo)致受精率的提高。另外,在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),當(dāng)精子密度超過(guò)一定的閾值,精子數(shù)量增加將不再導(dǎo)致生殖力的提高。具體來(lái)講,當(dāng)精子密度超過(guò)5.0×104個(gè)·mL-1時(shí),受精率將不再提高(圖1);當(dāng)精子密度超過(guò)2.5×104個(gè)·mL-1時(shí),孵化率和出苗率均開(kāi)始下降(圖3,圖5)。這與對(duì)斑點(diǎn)叉尾鮰的研究結(jié)果相類(lèi)似[31]。這可能是由于其受精方式為單精入卵,當(dāng)精子密度達(dá)到一定閾值后,隨著精子密度的提高,活力高的精子進(jìn)入精孔管的優(yōu)勢(shì)不再明顯增加。ROSENTHAL等[32]認(rèn)為,受精卵在卵裂、受精及孵化變態(tài)過(guò)程中耗氧量激增,且精子密度的增加會(huì)造成局部溶氧不足,引起孵化水的腐敗,從而影響卵的正常受精與孵化。
本實(shí)驗(yàn)設(shè)置8組不同的精子密度(1.0×103~1.0×106個(gè)·mL-1)對(duì)雜交黃顙魚(yú)進(jìn)行人工授精,并確定了最佳授精精子密度。建議實(shí)際生產(chǎn)中宜采用2.5×104~5.0×104個(gè)·mL-1的精子密度范圍進(jìn)行人工授精,該密度使用的精子數(shù)量比之前實(shí)際生產(chǎn)中使用的要少,可以有效節(jié)約雄魚(yú)配子資源,減少人工制種過(guò)程中對(duì)冷凍保存精子的需求。本實(shí)驗(yàn)篩選出的最適精子密度可作為雜交黃顙魚(yú)規(guī)模化生產(chǎn)中的最優(yōu)選擇,也可為黃顙魚(yú)屬魚(yú)類(lèi)人工授精和雜交育種提供一定的參考和借鑒。