長臂蝦科幾種重要經(jīng)濟蝦類的繁殖生物學(xué)研究進展

胡潤豪，史文軍，王 盼，萬夕和，沈 輝，黎 慧，王李寶，楊澤禹，吳旭干

（1.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)科學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，上海 201306；2.江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇南通 226007；3.中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所，山東煙臺 264003）

長臂蝦科（Palaemonoidea）隸屬甲殼綱（Crustacea）十 足 目（Decapoda）真 蝦 次 目（Caridea），其下屬長臂蝦亞科現(xiàn)生種屬共計21屬373種，隱蝦亞科現(xiàn)生種屬共計117屬604種［1］。常見長臂蝦科蝦類主要隸屬于長臂蝦亞科的沼蝦屬（Macrobrachium）或白蝦屬（Exopalaemon），其余各屬雖在我國也有分布，但群體數(shù)量較小或未實現(xiàn)大規(guī)模人工培育，如古潔蝦屬（Palaemonetes）的廣東古潔蝦（P.tonkinensis）、瘦蝦屬（Leander）的細(xì)腳瘦蝦（L.tenuicornis）等［2］。

長臂蝦科蝦類是我國漁業(yè)重要的一類經(jīng)濟蝦類［2］，主要的養(yǎng)殖或捕撈品種有：日本沼蝦（M.nipponense）、羅氏沼蝦（M.rosenbergii）、脊尾白蝦（E.carinicauda）、秀麗白蝦（E.modestus）、葛氏長臂蝦（Palaemon gravieri）、海南沼蝦（M.hainanense）、細(xì)螯沼蝦（M.superbum）以及安氏白蝦（E.annandalei）［3－4］等，其中養(yǎng)殖規(guī)模較大且研究報道較多的有淡水品種日本沼蝦、羅氏沼蝦和海水品種脊尾白蝦。日本沼蝦自然分布于亞洲各地，除中國外，日本、朝鮮半島、越南、馬來西亞以及俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)都有分布［5］；羅氏沼蝦原產(chǎn)于泰國、印度、緬甸等的河口處，自1976年引入我國后，分別于廣東和廣西的水產(chǎn)研究所進行試養(yǎng)［6］。2018年我國日本沼蝦產(chǎn)量23.4萬t、羅氏沼蝦產(chǎn)量13.3萬t，在淡水養(yǎng)殖蝦類產(chǎn)量排行中分別位列第三和第四位，江蘇省日本沼蝦與羅氏沼蝦產(chǎn)量為全國最高，分別為11.5萬t和6.4萬t［7］。脊尾白蝦主要分布于中國大陸沿岸和朝鮮半島西岸的淺海低鹽水域［5］，目前全國養(yǎng)殖面積約3.7萬hm2，其中江蘇省養(yǎng)殖面積最大、產(chǎn)量最高。

1 繁殖生物學(xué)特征

1.1 繁殖期

長臂蝦科幾種重要經(jīng)濟蝦類的繁殖期［8－20］見表1。長臂蝦科蝦類（以下簡稱長臂蝦類）繁殖期較長，一般在5個月以上，繁殖盛期一般在5—8月份，但不同地區(qū)的長臂蝦類繁殖期和繁殖盛期存在一定差異，這可能主要是由于溫度和生物餌料量等因素的差異導(dǎo)致。

1.2 繁殖力

產(chǎn)卵量和產(chǎn)卵次數(shù)是蝦類繁殖力的主要體現(xiàn)，長臂蝦類產(chǎn)卵量從幾百粒到幾萬粒不等，產(chǎn)卵次數(shù)也存在較大差異。長臂蝦類產(chǎn)卵量不僅受 到 卵 巢 發(fā) 育 狀 況［11］、體 長［15，21－22］和 體 質(zhì)量［23－24］等內(nèi)在因素影響，也容易受到外界環(huán)境因素的影響，如溫度［13］、鹽度［25］和季節(jié)變化［26］等。多數(shù)長臂蝦類一年內(nèi)可以多次產(chǎn)卵［15，22，27］。長臂蝦類產(chǎn)卵量一般少于對蝦類而多于螯蝦類（除秀麗白蝦外）［18，20，23，26，28－34］，這可能是由于雌蝦個體大小以及卵粒直徑差異造成的（表2）。

表2 長臂蝦科蝦類與其他科蝦類產(chǎn)卵量及卵徑對比Tab.2 Comparison of spawning number and egg diameter of Palaemonoidea and other families

1.3 雌雄性比

雌雄性比是動物群體構(gòu)成的重要評價指標(biāo)，也是繁殖生物學(xué)關(guān)注的群體特征之一，長臂蝦科幾種重要經(jīng)濟蝦類雌雄性比見表3。盧敬讓等［21］認(rèn)為，繁殖季節(jié)雌蝦多于雄蝦是因為抱卵雌蝦繁殖洄游，以及越冬期間雄蝦死亡率高于雌蝦，從而導(dǎo)致越冬后群體中雌蝦占比較大，這與何緒剛等［8］和孫建貽等［35］對日本沼蝦性比變化的研究結(jié)果一致。另外，在長臂蝦類繁殖期，部分成蝦壽命已經(jīng)達(dá)到上限，群體中雄蝦在交配完成生物學(xué)使命后很快死亡，雌蝦則要等待受精卵孵化后死亡［8，36］；而雌蝦死亡后，大量當(dāng)年幼蝦加入群體，緩沖了雌蝦死亡導(dǎo)致的性比變化趨勢。與其他野生長臂蝦類群體相比，引進物種羅氏沼蝦主要為池塘養(yǎng)殖，雖然雌雄性比均大于1，但相對變化較小，這可能是由于自然群體的捕撈在時間和空間上跨度較大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計的波動性大，而池塘養(yǎng)殖時間和空間跨度小，數(shù)據(jù)統(tǒng)計的波動較小。

表3 長臂蝦科幾種重要經(jīng)濟蝦類雌雄性比Tab.3 Sex ratio of some important economic kinds of Palaemonidea

2 生殖系統(tǒng)發(fā)育

2.1 雌性生殖系統(tǒng)

2.1.1 雌性生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

長臂蝦類雌性生殖系統(tǒng)組成基本相似，都有卵巢與輸卵管，但不同種之間存在一定差異，主要表現(xiàn)在卵巢左右兩葉的連接方式上［36］，目前還未見關(guān)于這種結(jié)構(gòu)差異可能導(dǎo)致的影響的報道。脊尾白蝦雌性生殖系統(tǒng)由1對卵巢和2根輸卵管組成，整個卵巢呈“O”字型，前后端愈合在一起，中 間 形 成 一 個 空 隙［36］，與 粗 糙 沼 蝦（M.asperulum）［38］卵巢相似。羅氏沼蝦卵巢左右兩葉呈桑葚狀，前端愈合，后端分離，卵巢兩側(cè)分別有短的輸卵管與生殖孔相連［39－40］，與哈氏仿對蝦（Parapenaeopsis hardwickii）［41］卵巢相似。日本沼蝦的卵巢呈橢圓形，前端略尖，后端圓鈍，前部成對，后部合二為一，在卵巢的兩側(cè)各有一條短而直的輸卵管［42］，與克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）［43］的卵巢結(jié)構(gòu)類似。

2.1.2 卵巢發(fā)育

研究人員主要根據(jù)卵巢顏色、大小或相對位置及內(nèi)部卵細(xì)胞成熟情況將日本沼蝦［42］和脊尾白蝦［15］的卵巢發(fā)育分為5個時期，羅氏沼蝦［40］的卵巢發(fā)育分為4個時期，見表4?？偨Y(jié)3種長臂蝦類卵巢各時期的特點，筆者認(rèn)為脊尾白蝦卵巢5個發(fā)育時期的劃分和命名更為合理。

表4 3種長臂蝦類卵巢發(fā)育時期及特征Tab.4 Ovarian development stages and characteristics of three species of Palaemonidae

2.2 雄性生殖系統(tǒng)

2.2.1 雄性生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

長臂蝦類雄性生殖系統(tǒng)的研究主要集中在精巢結(jié)構(gòu)、精子發(fā)生等方面。長臂蝦類的雄性生殖系統(tǒng)由精巢和輸精管組成［44－45］，與對蝦類雄性生殖系統(tǒng)存在明顯差異，沒有分泌管和精囊，而這兩種結(jié)構(gòu)往往在對蝦生殖系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用［47］（圖1）。精巢內(nèi)為無數(shù)的生精小管，其管壁由位于基膜上的生精上皮和管壁上皮構(gòu)成，生精上皮細(xì)胞主要為精原細(xì)胞，經(jīng)有絲分裂，一部分精原細(xì)胞發(fā)育成不同階段的雄性生殖細(xì)胞，形成生殖帶［45］。同一區(qū)段的生精小管內(nèi)精子發(fā)生的同步率較高，可以保證在較短時間內(nèi)產(chǎn)生出大量成熟精子；不同區(qū)段的精子的發(fā)生不同步，使得生殖帶能在較長時期內(nèi)源源不斷地產(chǎn)生精子，適應(yīng)于當(dāng)年生雄蝦繁殖期的多次繁殖［46］。長臂蝦類輸精管末端膨大為壺腹，肌肉層發(fā)達(dá)，可以暫時貯存包裹著精子的精莢，同時發(fā)達(dá)的肌肉層能在射精時給予所需的力量，其作用可能類似于對蝦的精囊，起到儲精和射精的雙重功效［44－46］。

圖1 日本沼蝦［45］（A）、脊尾白蝦［44］（B）、秀麗白蝦［46］（C）、中國明對蝦［47］（D）雄性生殖系統(tǒng)Fig 1 Male reproductive system of M.nipponense［45］（A），E.carinicauda［44］（B），E.modestus［46］（C）and Fenneropenaeus chinensis［47］（D）

2.2.2 精子發(fā)生

長臂蝦類的精莢呈索狀，由中央的精子群、粘液團及包被在其外的精莢壁組成［48－49］。早期的精莢主要由精莢基質(zhì)構(gòu)成，由輸精管上皮分泌并逐漸積累到精子團外部；隨后輸精管上皮分泌形成精莢壁，最終產(chǎn)生完整精莢［50］。日本沼蝦、脊尾白蝦、秀麗白蝦的精莢形成過程見表5。

表5 3種長臂蝦類的精莢形成Tab.5 Spermatophore formation of three species of Palaemonidae

3 胚胎和幼體發(fā)育

3.1 胚胎發(fā)育過程

胚胎發(fā)育過程是繁殖生物學(xué)重要的研究內(nèi)容，胚胎發(fā)育過程中，卵粒的大小、體積和含水量隨胚胎發(fā)育而增加。長臂蝦類胚胎發(fā)育過程基本一致，以雌雄蝦抱對受精產(chǎn)生的受精卵為起始，卵內(nèi)僅1個細(xì)胞；卵裂期受精卵內(nèi)的細(xì)胞開始分裂，形成分裂球；細(xì)胞經(jīng)過第8次分裂數(shù)量增加到256個，進入囊胚期，此時細(xì)胞核全部移近受精卵表面，構(gòu)成囊胚層；受精卵動物極細(xì)胞密集，植物極內(nèi)陷形成原口，標(biāo)志著原腸期的開始；胚胎卵黃含量減少，進入前無節(jié)幼體期，兩對觸角原基和一對大顎原基的形成是前無節(jié)幼體期的主要事件；后無節(jié)幼體期，形成兩對顎足原基和兩對小顎原基；進入前溞狀幼體期的胚胎，透明區(qū)內(nèi)出現(xiàn)一對由復(fù)眼原基內(nèi)色素細(xì)胞分泌的黑色顆粒狀物；復(fù)眼原基形成體積更大的橢圓形復(fù)眼，此時稱為溞狀幼體期或后溞狀幼體期，胚胎頭胸部13對附肢發(fā)育基本完成，隨后幼體破膜而出，胚胎期結(jié)束［51－54］。3種蝦類的胚胎發(fā)育的劃分方法見表6。

表6 胚胎發(fā)育分期Tab.6 Stages of embryonic development

目前根據(jù)胚胎發(fā)育的進程，長臂蝦類胚胎發(fā)育分期主要有7期法［52］、8期法［51，53］和12期法［54］。12期法對卵裂期的劃分過于詳細(xì)、工作量大且實用性較低；7期法以受精卵卵裂開始為胚胎發(fā)育第1期，這與事實不相符。與前兩者相比，8期法更加簡潔且實用，其第6期命名為“后無節(jié)幼體期”，與第5期“前無節(jié)幼體期”可以鮮明對比；第8期命名為“膜內(nèi)溞狀幼體期”，相比“后溞狀幼體期”的命名更能概括這一時期的特征。

3.2 卵裂方式

幾種重要長臂蝦類的卵裂方式基本一致，但與對蝦科、螯蝦科蝦類（以下簡稱對蝦類、螯蝦類）的卵裂方式存在差異，3科蝦類的卵裂方式及區(qū)別見表7［51－56］。卵裂方式主要受到卵黃含量影響，3科蝦類的卵主要屬于中黃卵（日本沼蝦為多黃卵），但實際卵黃含量仍存在差異：對蝦類單次產(chǎn)卵量大，卵黃含量較少，分裂面可將卵完全分割開；長臂蝦類產(chǎn)卵量較少，卵黃含量較多，分裂面不能將卵完全分割開；螯蝦類產(chǎn)卵量極少，卵黃含量較多，卵裂以不完全卵裂為主。此外，相關(guān)文獻雖未明確指出脊尾白蝦的卵裂方式，但結(jié)合日本沼蝦和羅氏沼蝦卵裂方式的描述及筆者的觀察研究，認(rèn)為脊尾白蝦卵裂方式應(yīng)屬于完全卵裂和不完全卵裂之間的過渡類型。

表7 長臂蝦類、對蝦類、螯蝦類的卵裂方式Tab.7 Cleavage patterns of Palaemonidae，Penaeidae and Cambaridae

3.3 幼體發(fā)育過程

不同種蝦類在胚胎內(nèi)度過的時間長短不同，這導(dǎo)致幼體出膜形態(tài)以及后續(xù)發(fā)育進程呈現(xiàn)出不同的類型。對蝦類在無節(jié)幼體期前就破膜而出［57］，長臂蝦類無節(jié)幼體期在胚胎中度過，出膜的幼體一般是溞狀幼體［58］。長臂蝦類剛出膜的溞狀幼體運動能力較弱，自然條件下，早期溞狀幼體為植食性，主要濾食各種藻類來獲取營養(yǎng)，人工養(yǎng)殖條件下會投喂鹵蟲無節(jié)幼體等為其提供營養(yǎng)［58］。蝦類的幼體發(fā)育為變態(tài)發(fā)育，不同時期的幼體之間形態(tài)特征差異較大，幼體的形態(tài)特征及生活習(xí)性與成蝦有很大不同［36］。日本沼蝦幼體發(fā)育存在中間蛻皮現(xiàn)象，從Z5（經(jīng)過4次蛻皮后的溞狀幼體）開始，凡需蛻二次皮方可完成一期形態(tài)遞進的幼體，其第一次蛻皮后，第二觸角外鞭形態(tài)無遞進變化，幼體形態(tài)、大小變化不大，即為中間蛻皮狀態(tài)，則需再蛻皮一次［58］；其他長臂蝦類中未見相關(guān)報道，因此日本沼蝦蛻皮次數(shù)通常高于其他長臂蝦類。羅氏沼蝦、日本沼蝦與脊尾白蝦的幼體發(fā)育過程見表8［58－62］。研究人員對脊尾白蝦的蛻皮次數(shù)和發(fā)育時間存在2種觀點［60－61］，這主要是由于對進入仔蝦期的判定不同，一種觀點認(rèn)為幼體需經(jīng)過6次蛻皮才能發(fā)育完好進入仔蝦期［60］；而另一種觀點則認(rèn)為經(jīng)5次蛻皮后，幼體即發(fā)育完好進入仔蝦期［61］。

表8 長臂蝦類幼體發(fā)育過程Tab.8 Larval development of Palaemonidae

3.4 環(huán)境因子對胚胎和幼體發(fā)育的影響

環(huán)境因子對長臂蝦類幼體孵化、發(fā)育、存活等有很大的影響［63－66］。溫度對于水生生物生長和存活有明顯影響，在適溫范圍內(nèi)，溫度越高，水產(chǎn)動物胚胎與幼體發(fā)育速率越快，生長速度亦相應(yīng)加快。當(dāng)環(huán)境溫度超過動物自身的調(diào)節(jié)能力，例如，高于適溫范圍時，其代謝強度加大，能量無法積累或已經(jīng)積累的能量被消耗；低于適溫范圍時，其代謝活動降低，都會導(dǎo)致生長速率減慢［63－66］。徐慈浩等［53］在對羅氏沼蝦的研究中指出，溫度的升高有利于加快胚胎發(fā)育的速度，但是過快的發(fā)育速率可能導(dǎo)致胚胎結(jié)構(gòu)分化不夠完整，最終影響羅氏沼蝦幼體的孵化率和孵化質(zhì)量。脊尾白蝦各期幼體在16～36℃范圍內(nèi)，溫度越高發(fā)育速度越快，發(fā)育持續(xù)時間越短，幼體體長日增長量越大［67］。日本沼蝦［68］、羅氏沼蝦［69］的幼體發(fā)育也受溫度影響，這種影響主要是通過影響蝦類幼體有效積溫的累計來影響幼體發(fā)育的速率。

鹽度是影響長臂蝦類胚胎和幼體發(fā)育的另一重要環(huán)境因子。脊尾白蝦胚胎發(fā)育時間與發(fā)育時的鹽度成正相關(guān)［70］。通常蝦類胚胎和幼體對鹽度變化更為敏感［71］，羅氏沼蝦幼體發(fā)育的適宜鹽度為10～14［69］，成體則能在鹽度0～40的水中生存［72］。日本沼蝦幼體在鹽度為12時生長速度最快，成活率最高［73］。梁俊平等［74］認(rèn)為，不同鹽度下（2～30）脊尾白蝦溞狀幼體的變態(tài)率和仔蝦存活率均無顯著差異，但鹽度15和20下仔蝦干質(zhì)量顯著大于其他鹽度組，鹽度對仔蝦個體干質(zhì)量影響顯著。

水體環(huán)境的pH是蝦類繁殖的重要環(huán)境因素之一，最為直觀的是影響幼體的存活率，過高或者過低的pH值都會降低幼體的存活率［69，75］。浦蘊惠［76］報道，脊尾白蝦胚胎適宜的pH在7.0，堿性環(huán)境對胚胎的影響更大，胚胎更適宜偏酸性的環(huán)境。pH值的變化能夠引起蝦體內(nèi)酶活性的改變，從而影響蝦的各種生理活動，幼體處于身體迅速發(fā)育、各種組織逐漸形成與成熟的狀態(tài)，pH值變化的影響更加明顯。KAWAMURA等［77］研究了低pH水環(huán)境對羅氏沼蝦幼體觸覺的影響，指出較低pH值下，幼體觸覺剛毛中的甲殼素可能被降解，表面機械感受器被抑制。

此外，硫代硫酸鈉脫氯的自來水飼養(yǎng)羅氏沼蝦幼體會導(dǎo)致其存活時間縮短，發(fā)育遲緩［78］；隨著飼料中蛋白含量的升高，斑節(jié)對蝦增重率先升高后下降，但不影響存活率［79］，而飼料中添加β-胡蘿卜素能夠促進脊尾白蝦的生長，β-胡蘿卜素濃度為0.5 g·kg－1時脊尾白蝦的生長效果最佳［80］。

4 繁殖相關(guān)調(diào)控基因

長臂蝦類的繁殖過程受到多種基因調(diào)控，包括調(diào)控性腺發(fā)育、性別分化、胚胎發(fā)育、幼體發(fā)育等生理過程的基因，已見報道的長臂蝦類中發(fā)現(xiàn)的參與繁殖過程調(diào)控的基因見表9［82－87，90－107］。

表9 長臂蝦類繁殖相關(guān)調(diào)控基因Tab.9 Regulation genes related to reproduction of Palaemonidae

性腺發(fā)育相關(guān)基因的研究報道較多，傳統(tǒng)繁殖生物學(xué)觀點認(rèn)為，甲殼綱動物的性別決定是由性染色體主導(dǎo)的，成熟的性腺能夠分泌各種性激素作用于身體中的其他組織，從而引起非生殖組織產(chǎn)生性別差異。最近的研究否定了這種觀點，研究人員發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)性別分化的出現(xiàn)早于性激素的分泌［81］，這說明在發(fā)育初期，性別分化由基因單獨決定的，隨后激素開始分泌，性別分化才會逐漸受到激素的影響。目前已發(fā)現(xiàn)如卵巢特 異 基因［79］、叉頭盒蛋 白L2基 因［83］、vasa［84］等能夠影響性腺發(fā)育，參與蝦類發(fā)育的性別分化。

胚胎與幼體的生長速率以及存活率也是蝦類繁殖能力的重要反映。這一過程受多種基因調(diào)節(jié)，目前在長臂蝦科已見報道的EcR［85］、WNT4［86］、TRY［87］等都對胚胎發(fā)生、幼體生長或者這兩者的發(fā)育有著調(diào)控作用。幼體生長過程中，需要經(jīng)歷多次蛻皮，蛻皮速率一定程度上會影響生長速率。無脊椎動物缺乏真正的抗體和特異性的免疫細(xì)胞，機體防御反應(yīng)依靠非特異的固有免疫結(jié)構(gòu)［88］，因此，蝦類僅能通過被動的先天免疫抵御外界影響，幼體期發(fā)育經(jīng)過多次生長蛻皮，蛻皮時幼體先天性免疫能力減弱，且幼蝦身體結(jié)構(gòu)發(fā)育不成熟，對外界影響耐受能力較弱，免疫能力是幼體生長尤其蛻皮時期存活率的關(guān)鍵影響因素之一。一些與長臂蝦類免疫功能相關(guān)的基因可能也在幼體發(fā)育過程中發(fā)揮作用，如α2-巨球蛋白（alpha2-macrogloblin，α2M）、C-型凝集素（C-type lectins，CTL）［89］等，這些基因?qū)τ左w生長期間免疫功能的影響有待進一步研究。

5 總結(jié)與展望

長臂蝦科幾種重要經(jīng)濟蝦類的繁殖期一般為5個月以上，繁殖盛期一般在5—8月份，一般有多次繁殖盛期。繁殖力方面，羅氏沼蝦的單次產(chǎn)卵量最高，而秀麗白蝦單次產(chǎn)卵量較少。大部分長臂蝦類自然群體年平均雌雄性比高于1，但波動較大。

長臂蝦類胚胎發(fā)育過程包括多種生理活動，將長臂蝦類的胚胎發(fā)育過程分為8個時期的分期方法較為合理。長臂蝦類孵出的溞狀幼體需發(fā)育至Ⅲ期溞狀幼體方具備運動捕食的能力，因此該階段需注意保證幼體的營養(yǎng)供應(yīng)以及提供合適的開口餌料。胚胎和幼體發(fā)育過程受到溫度、鹽度、pH等多種環(huán)境因子的影響，提供適宜的環(huán)境條件能夠顯著提高胚胎孵化率、幼體存活率以及生長速率等。

多種基因參與調(diào)控長臂蝦類繁殖過程，其中一些基因或參與早期的性別分化，或參與性腺的發(fā)育。長臂蝦類雌雄個體的大小、生長速率存在明顯差異，通過研究性別分化基因，使得人工控制種群性別成為可能，單性化養(yǎng)殖可能是性別分化基因研究未來的發(fā)展方向。

目前養(yǎng)殖規(guī)模較大且經(jīng)濟價值高的日本沼蝦、羅氏沼蝦和脊尾白蝦等已有較為全面的繁殖生物學(xué)研究。秀麗白蝦、葛氏長臂蝦、海南沼蝦、細(xì)螯沼蝦等有一定的產(chǎn)量，但主要依靠野外捕撈，且相關(guān)研究較少。繁殖相關(guān)基因與繁殖過程的速率與成功率密切相關(guān)，同時其研究也是性成熟、胚胎與幼體發(fā)育、生長蛻皮等過程的重要理論基礎(chǔ)。