孔鰩雄性生殖系統(tǒng)解剖學(xué)與組織學(xué)觀察

高 廣, 肖志忠, 姬廣磊, 李 軍

孔鰩雄性生殖系統(tǒng)解剖學(xué)與組織學(xué)觀察

高 廣1, 2, 3, 4, 肖志忠1, 2, 3, 姬廣磊5, 李 軍1, 2, 3

(1. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所 中國(guó)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋生物學(xué)與生物技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237; 3. 中國(guó)科學(xué)院 海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071; 4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 5. 威海市海洋發(fā)展研究院, 山東 威海 264200)

本研究對(duì)成年雄性孔鰩()的生殖系統(tǒng)進(jìn)行解剖學(xué)和組織學(xué)觀察, 結(jié)果表明, 孔鰩的生殖系統(tǒng)主要由精巢、附睪、輸精管、儲(chǔ)精囊、間質(zhì)腺、鰭腳腺和鰭腳組成。其中孔鰩的精巢中的精小囊, 按照成熟度依次由中心向小葉外周輻射狀排列, 其精子發(fā)育成熟過程根據(jù)精巢支持細(xì)胞的位置、精小囊的大小和精小囊中的生精細(xì)胞所處的狀態(tài)可劃分為7個(gè)時(shí)期: 精巢支持細(xì)胞未遷移期、精巢支持細(xì)胞遷移期、精巢支持細(xì)胞定植早期、精巢支持細(xì)胞定植晚期、精子變形期、精子遷移期、精子聚攏期。變態(tài)成熟的精子最終每59～64根精子組成精子束進(jìn)入附睪。精子束在附睪中經(jīng)歷“游離-聚攏-游離”3個(gè)過程后, 最終儲(chǔ)存在儲(chǔ)精囊中。鰭腳是孔鰩的外生殖器, 主要有鰭扇、扇盾等結(jié)構(gòu)組成, 它與儲(chǔ)精囊相連, 是將精液輸送至體外的器官。

孔鰩(); 雄性; 生殖系統(tǒng); 精子

軟骨魚類作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要參與者, 對(duì)維持海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)揮著重要調(diào)控作用[1]。然而, 近年來, 由于全球氣候的變化、漁業(yè)無差別捕撈以及魚翅等軟骨魚類制品交易的泛濫, 導(dǎo)致軟骨魚類的生存面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前, 約有70%海洋鯊類和鰩類的野生種群資源量出現(xiàn)下降, 部分物種甚至瀕臨滅絕[2]。同時(shí), 由于軟骨魚類具有生長(zhǎng)速度緩慢、繁殖力低、胚胎發(fā)育周期長(zhǎng)等特點(diǎn), 使得在面對(duì)環(huán)境的劇烈變化時(shí), 軟骨魚類野生種群數(shù)量很難在短時(shí)間內(nèi)快速回復(fù)[3-5]。開展軟骨魚類保育工作, 保護(hù)海洋生物多樣性成為亟待解決的問題。

孔鰩(), 俗稱老板魚, 隸屬軟骨魚綱(Chondrichthyes)、鰩目(Rajiformes)、鰩科(Rajidae)、短吻鰩屬()[6], 是中國(guó)北方沿海地區(qū)代表性的軟骨魚類, 其野生種群的資源量也面臨著日益衰退的問題[7]。目前, 孔鰩已被 IUCN 組織列為易危物種, 開展孔鰩人工保育工作成為保護(hù)孔鰩種質(zhì)資源的重要內(nèi)容。雖然各國(guó)學(xué)者已對(duì)孔鰩的繁殖習(xí)性以及種群遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了部分研究[8-11], 但是針對(duì)孔鰩性腺的結(jié)構(gòu)和生殖細(xì)胞發(fā)育過程的研究還十分有限。開展孔鰩生殖系統(tǒng)相關(guān)研究對(duì)于軟骨魚類的繁殖調(diào)控與保育具有重要參考價(jià)值。本研究利用組織切片技術(shù)對(duì)成年孔鰩的雄性生殖系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、精子成熟過程等進(jìn)行觀察, 以期豐富中國(guó)軟骨魚類的繁殖生理研究并為孔鰩精子冷凍保存、體外培養(yǎng)等技術(shù)的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用13尾雄性孔鰩, 釣捕于中國(guó)黃海海域。并在室內(nèi)海水流水養(yǎng)殖系統(tǒng)(16±3 ℃)中暫養(yǎng)1～3 d。

1.2 樣品的解剖與觀察

使用MS-222(0.1 g/mL)將魚體麻醉, 用手術(shù)刀從雄性泄殖孔處入刀, 沿體軸向上剖至圍心腔下軟骨處, 然后沿后鰭軟骨弧形邊緣向兩側(cè)剖至泄殖孔。最后用刀柄再將腹腔處體壁與腹膜剝離, 直至內(nèi)臟暴露。再用手術(shù)刀小心劃開腹膜, 將腸道、肝臟等器官去除, 保留生殖系統(tǒng)相應(yīng)器官用于觀察。本研究中性腺以及附屬生殖器官的解剖學(xué)描述主要參考PEDREROS[12]、CONCHA[13]和PRATT等[14]研究結(jié)果。堿腺PH值由MColorpHast試紙(德國(guó)默克公司)測(cè)定。

1.3 石蠟切片制備與觀察

將雄性生殖系統(tǒng)從體腔剝離, 并自上而下切分成若干段, 每段分別用波恩固定液固定, 酒精梯度脫水, 浸蠟, 再經(jīng)過包埋、切片、脫蠟復(fù)水、HE染色、脫水封片等步驟, 石蠟切片制作流程參照王雨福[15]試驗(yàn)流程。制備完善的石蠟切片用Nikon eclipse 50i顯微鏡進(jìn)行觀察與測(cè)量, 而后使用Excel 2019軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。模式圖使用Adobe PS CS6軟件繪制。

2 結(jié)果

2.1 解剖學(xué)觀察結(jié)果

雄性孔鰩生殖系統(tǒng)由體內(nèi)和體外兩部分組成, 其中體外性征明顯, 雄性孔鰩腹鰭末端特化形成交配器官-鰭腳(圖1), 該器官是雄性軟骨魚類特有的外生殖器, 交配時(shí)雄性會(huì)將鰭腳由泄殖孔插入雌性體內(nèi), 將精液噴射進(jìn)雌性生殖道中以完成受精, 鰭腳末端有多個(gè)關(guān)節(jié), 可靈活張合。張開的鰭腳會(huì)在側(cè)翼伸出一根倒刺(圖1), 用于鉤住雌性的生殖道。鰭腳主要是由端葉、鰭扇和扇盾等結(jié)構(gòu)組成。在鰭腳基部位置對(duì)稱分布有鰭腳腺, 呈米黃色, 長(zhǎng)橢球形, 中央有一縱溝, 鰭腳腺外包裹有致密的白膜中。切開鰭腳腺后, 可見乳白色的黏液。

圖1 雄性孔鰩生殖系統(tǒng)解剖學(xué)圖片

a. 雄性孔鰩的性征; b. 生殖系統(tǒng)以及附屬生殖器官解剖學(xué)特征; c. 性孔鰩生殖系統(tǒng)模式圖; d. 雄性孔鰩的鰭腳結(jié)構(gòu), 箭頭示鰭腳張開后的倒刺; e. 生殖系統(tǒng)各器官解剖學(xué)特征; f. 孔鰩雄性生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式圖; pf. 胸鰭; pcf. 腹鰭; cl. 鰭腳; t. 精巢; d. 輸精管; cg. 鰭腳腺; dl. 端葉; hp.下溝孔; rh. 鰭扇; sh. 扇盾; sl. 鰭裂; b. 附睪中段; d. 輸精管; e. 附睪; eo. 性上器官; h. 附睪首段; k. 腎臟; tl. 精小葉; lg. 間質(zhì)腺; m. 精巢系膜; sv. 儲(chǔ)精囊; ag. 堿腺

a. Sexual characteristics of male; b. Anatomical characteristics of the reproductive and accessory organs; c. Schematic diagram of the reproductive system of male; d. Clasper structure of male, the arrow shows the spike; e. Anatomical characteristics of the reproductive organs; f. Schematic drawing of the reproductive system of male; pf. pectoral fin; pcf. pelvic fin; cl. Clasper; t. testis; d. deferent duct; cg. clasper gland; dl. distal lobe; hp. hypopyle; rh. rhipidion; sh. shield; sl. slit; b. body of the epididymis; d. deferent duct; e. epididymis; eo. epigonal organ; h. head of the epididymis; k. kidney; tl. testicular lobes; lg. Leydig gland; m. mesorchium; sv. seminal vesicle; ag. alkaline gland

2.2 組織學(xué)觀察結(jié)果

性上器官: 分布在性腺的外側(cè), 呈扇形片狀器官, 是軟骨魚類特有的淋巴器官。由被膜、實(shí)質(zhì)組成, 被膜由間皮、結(jié)締組織所組成, 間皮為單層扁平上皮。性上器官實(shí)質(zhì)中含有大量的紅細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等血細(xì)胞。同時(shí)含有分布不均、大小不等的血竇。血竇內(nèi)皮細(xì)胞呈梭形, 圍繞血竇腔內(nèi)側(cè)分布, 血竇腔隙中可見組織液和各類血細(xì)胞(圖2)。

圖2 雄性孔鰩性上器官和精巢組織學(xué)結(jié)構(gòu)

a. 性上器官; b. 孔鰩精巢; c. 精巢支持細(xì)胞未遷移期; d. 精巢支持細(xì)胞遷移期; e. 精巢支持細(xì)胞定植早期; f. 精巢支持細(xì)胞定植晚期; g. 精子變形期; h. 精子遷移期; i. 精子聚攏期; 星號(hào)示血竇; 黑色箭頭示精巢支持細(xì)胞; 白色箭頭示精巢間質(zhì)細(xì)胞

a. Epigonal organ; b. Testis; c. Nonmigration sertoli cell stage; d. Migration sertoli cell stage; e. Early stage of sertoli cell colonization; f. Late stage of sertoli cell colonization; g. Sperm deformation stage; h. Sperm migration stage; i. Sperm aggregation stage; The asterisk indicates the blood sinus; The black arrows show the sertoli cells; The white arrows show the leydig cells

精巢: 孔鰩精巢最外層由2～3層單層扁平上皮所構(gòu)成的外膜, 外膜內(nèi)包裹有若干精小囊。精小囊是孔鰩精子發(fā)育的基本單元, 各精小囊之間分布有精巢間質(zhì)細(xì)胞(leydig cell), 核大而圓, 往往聚集分布。每一個(gè)精小囊中的生精細(xì)胞發(fā)育同步, 若干個(gè)精小囊按照成熟度由中心向四周呈同心圓狀排列形成球形精巢小葉(圖2)。多個(gè)球形的精巢小葉聚集形成精巢。按照生精細(xì)胞的狀態(tài)和支持細(xì)胞(sertoli cell)的相對(duì)位置, 可以將孔鰩的精子發(fā)生過程分為7個(gè)時(shí)期, 第一期: 精巢支持細(xì)胞未遷移期, 此時(shí)精小囊直徑為92.08±17.00 μm, 精小囊空腔直徑30.28±7.05 μm, 該時(shí)期主要特征為精巢支持細(xì)胞圍繞著精小囊空腔呈輻射狀分布在內(nèi)側(cè), 精巢支持細(xì)胞的細(xì)胞核明顯, 呈水滴形或腎形。精小囊中的生精細(xì)胞為精原細(xì)胞, 細(xì)胞核直徑5.98±0.50 μm, 核大而圓, 細(xì)胞邊界明顯; 第二期: 精巢支持細(xì)胞遷移期, 此時(shí), 精小囊直徑為130.07±13.81 μm, 精小囊空腔直徑56.45±11.58 μm, 精巢支持細(xì)胞開始沿徑向向精小囊外緣的管周肌樣細(xì)胞遷移, 精巢支持細(xì)胞的長(zhǎng)軸與精小囊的徑向平行, 此時(shí)精小囊中的生精細(xì)胞依然是精原細(xì)胞, 細(xì)胞核直徑4.62±0.63 μm; 第三期: 精巢支持細(xì)胞定植早期, 此時(shí)精小囊直徑為214.52±57.69 μm, 精小囊空腔直徑為56.22±15.45 μm, 該時(shí)期精巢支持細(xì)胞完成遷移, 并整齊地貼合在精小囊內(nèi)壁基底膜處, 精巢支持細(xì)胞的短軸與精小囊徑向平行, 此時(shí)精小囊中的生精細(xì)胞主要以初級(jí)精母細(xì)胞為主, 細(xì)胞核直徑7.02±1.98 μm, 核大, 染色較淺且不均, 在光鏡下可見染色較深的點(diǎn)狀染色質(zhì), 細(xì)胞邊界明顯; 第四期: 精巢支持細(xì)胞定植晚期, 此時(shí)精小囊直徑237.66±55.25 μm, 空腔直徑57.44± 22.89 μm, 其中的生精細(xì)胞主要以次級(jí)精母細(xì)胞為主, 細(xì)胞核直徑2.94±0.33 μm, 核小染色較深; 第五期: 精子變形期, 此時(shí)精小囊直徑為220.02± 48.60 μm, 精小囊腔邊界模糊, 此時(shí)精子開始變形, 在光鏡下可見正在伸長(zhǎng)的彎曲的精細(xì)胞核散亂的分布在精小囊中, 精細(xì)胞的尾部伸向精小囊管腔; 第六期: 精子遷移期, 此時(shí)精小囊直徑為253.40± 55.82 μm, 精小囊空腔中充滿黏液和精子尾部, 這一時(shí)期精子變態(tài)基本完成, 光鏡下可明顯看到頭部和尾部結(jié)構(gòu), 此時(shí)精子的頭部沿徑向以放射狀的形式在精小囊中排齊, 同時(shí)在精小囊內(nèi)壁處可清楚的看到精巢支持細(xì)胞排列成一圈, 包繞在精子外圍。第七期: 精子聚攏期, 此時(shí)精小囊直徑為223.46±38.15 μm, 此時(shí)精子變態(tài)結(jié)束, 精子頭部緊密貼合并聚攏呈精子束, 平均每一簇精子束由59～64個(gè)精子組成。每束精子束的周邊可見脫落的呈嗜酸性的殘余體, 每一束精子按照螺旋狀排列在精小囊中, 并準(zhǔn)備進(jìn)入附睪。

附睪: 雄性孔鰩的生殖道連接精巢和外生殖器, 是孔鰩精子輸送到體外的通道, 其主要由附睪、輸精管、儲(chǔ)精囊等結(jié)構(gòu)組成(圖3)。其中孔鰩的附睪主要由輸出小管和附睪管所組成, 輸出小管上皮為柱狀上皮, 細(xì)胞核整齊地排列在基底膜處, 管腔小, 腔內(nèi)有少量黏液。精子經(jīng)輸出小管后進(jìn)入附睪管, 附睪管根據(jù)管壁上皮細(xì)胞和管腔的大小可分為前段、中段、后段3部分, 附睪管前段的上皮為假?gòu)?fù)層纖毛柱狀上皮, 其中以高柱狀的主細(xì)胞(principal cell)為主, 主細(xì)胞細(xì)胞核呈橢圓形分布在靠近基底膜位置, 在主細(xì)胞的間隙夾雜著部分狹窄細(xì)胞(narrow cell), 狹窄細(xì)胞的細(xì)胞核呈楔形, 細(xì)胞核靠近附睪管腔(圖3)。管腔中有大量黏液和精子分布, 少量的精子聚集形成無規(guī)律的精子團(tuán), 同時(shí)在黏液間隙可見直徑約10 μm的嗜酸性顆粒。附睪管中段上皮為低柱狀纖毛上皮, 細(xì)胞核靠近基底膜, 在細(xì)胞的游離面可見靜纖毛, 相較于前段, 中段管腔較大, 腔內(nèi)黏液量增多, 由于上皮中未觀察到杯狀細(xì)胞、黏液性細(xì)胞或漿液性細(xì)胞等具有分泌功能的細(xì)胞結(jié)構(gòu), 因此該區(qū)域黏液量增多可能與間質(zhì)腺的分泌功能有關(guān)。同時(shí), 大量精子散亂分布在管腔, 黏液中的嗜酸性顆粒數(shù)量增多。附睪管中段末端的區(qū)域, 部分精子開始頭部聚攏形成精子束, 黏液中的嗜酸性顆粒整合形成直徑約22 μm的較大顆粒。附睪管后段前端上皮開始向管腔內(nèi)折疊形成微小的褶皺, 管腔內(nèi)的精子頭部聚攏形成致密的精子束, 光鏡下可見到寬約8 μm、長(zhǎng)約15 μm的精子細(xì)胞核斑塊。

輸精管: 附睪末端管腔膨大, 上皮向管腔內(nèi)隆起形成褶皺, 構(gòu)成輸精管。輸精管中可見精子團(tuán), 管腔內(nèi)黏液量減少, 由于該區(qū)域上皮類型為纖毛柱狀上皮(圖3)。

儲(chǔ)精囊: 位于生殖道的最末端, 由附睪管末端膨大形成, 生殖道中管腔最大的部位, 主要用于暫存精子。由外向內(nèi)依次由間皮、結(jié)締組織、柱狀上皮組成, 其中結(jié)締組織主要由平滑肌、膠原纖維和彈性纖維組成, 厚度約20 μm, 纖維性結(jié)締組織伸入到柱狀上皮中參與絨毛的形成。儲(chǔ)精囊的絨毛很長(zhǎng), 幾乎橫跨整個(gè)管腔。同時(shí)管腔中的黏液在HE染色下呈較強(qiáng)的嗜酸性, 黏液中的精子散亂分布。在光鏡下可見絨毛的頂端有嗜酸性的顆粒分泌(圖3)。

間質(zhì)腺: 由盤曲折疊的腺管組成, 腺管上皮由黏液性細(xì)胞構(gòu)成, 細(xì)胞呈錐體, 邊界模糊, 細(xì)胞核小而扁平, HE染色較深, 緊靠基底膜, 胞質(zhì)較多染色淡, 較透明。在黏液細(xì)胞的間隙分布有少量的楔形細(xì)胞, 核靠近游離面。間質(zhì)腺管腔中常見有黏液分布, 靠近附睪中段的腺管充盈, 分泌旺盛(圖4)。

圖3 雄性孔鰩生殖道組織學(xué)結(jié)構(gòu)

a. 輸出小管, 管腔較小; b. 附睪前段, 上皮為假?gòu)?fù)層纖毛柱狀上皮; c. 附睪中段前端, 上皮為纖毛低柱狀上皮; d. 附睪中段精子開始聚集; e. 附睪中段末端, 精子聚集成束; f. 附睪后段前端, 上皮出現(xiàn)折疊; g. 附睪末端; h. 輸精管; i. 儲(chǔ)精囊; 黑色箭頭示精子; 白色箭頭示上皮褶皺

a. Efferent duct with small lumen; b. Anterior segment of the epididymis; the epithelium is pseudostratified ciliated columnar epithelium; c. Front of the middle part of the epididymis; the epithelium is ciliated low columnar epithelium; d. Sperm began to gather in the middle of the epididymis; e. End of the middle part of the epididymis and sperm gathered in the spermatozeugmatas; f. Front end of the posterior segment of the epididymis; the epithelium was folded; g. End of the epididymis; h. Deferens duct; i. Seminal vesicle; The black arrows show sperm; The white arrows show epithelial folds

圖4 間質(zhì)腺組織學(xué)結(jié)構(gòu)

鰭腳腺: 鰭腳腺位于鰭腳基部的兩側(cè), 左右對(duì)稱分布, 呈長(zhǎng)橢球形, 沿長(zhǎng)軸方向有一個(gè)縱溝, 整個(gè)鰭腳腺外包裹有致密的結(jié)締組織, 可能參與腺體的擠壓過程。鰭腳腺由外向內(nèi)依次由外膜、肌層、腺體3部分構(gòu)成, 其中外膜由短柱狀上皮構(gòu)成, 下面有一層厚約3 μm疏松結(jié)締組織構(gòu)成, 結(jié)締組織中可見血管分布。肌層厚約10 μm, 肌纖維呈細(xì)長(zhǎng)條狀, 形成規(guī)則的肌束。橢圓形的肌細(xì)胞核, 分布在肌漿的外圍。腺體由規(guī)則的六邊形的漿液性腺泡組成, 其中腺泡主要由單層的錐體形細(xì)胞所圍成, 核橢圓, 分布在腺泡的基底膜處, 頂部胞質(zhì)含有大量的嗜酸性分泌顆粒(圖5)。

3 討論

進(jìn)行體內(nèi)受精的物種, 雄性需要將精子輸送入到雌性體內(nèi)以完成受精, 在這一過程中如何有效地減少精子的損失成為提高雌性受孕率的關(guān)鍵。外生殖器的出現(xiàn)使的這一問題得以解決。經(jīng)過漫長(zhǎng)的演化過程, 雄性軟骨魚類形成了高度特化的外生殖器-鰭腳, 該器官在交配過程中可以進(jìn)入雌性軟骨魚類的生殖道中, 依靠倒刺等結(jié)構(gòu)(圖1)固定在雌性生殖道中以順利完成射精過程。該器官會(huì)隨著雄性個(gè)體發(fā)育而逐漸成熟, 發(fā)育成熟后不會(huì)出現(xiàn)周年變化現(xiàn)象。同時(shí)值得注意的是, 不同軟骨魚類鰭腳的形態(tài)和骨骼的組成也不盡相同[16], 這可能與不同物種雌性生殖道的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。然而, 由于軟骨魚類取樣較為困難, 目前針對(duì)不同軟骨魚類鰭腳形態(tài)差異的原因還尚不清楚。此外, 外生殖器并非軟骨魚所特有, 在硬骨魚類中部分進(jìn)行體內(nèi)受精的物種也形成了特殊的交配結(jié)構(gòu), 在一些物種中這些交配結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一種可變化的特殊組織如平鲉屬魚類的尿殖突[17-19], 這些組織結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性, 往往在繁殖季節(jié)發(fā)達(dá), 而在非繁殖季節(jié)退化; 而另一些物種的交配結(jié)構(gòu)已經(jīng)高度特化形成了實(shí)質(zhì)性的交配器官如某些鳉形目魚類的生殖足[20], 雖然目前針對(duì)軟骨魚類和硬骨魚類的外生殖器的起源以及發(fā)生機(jī)制還尚不明確, 但是相關(guān)研究表明雄激素對(duì)食蚊魚()、猬白鰩()等魚類的外生殖器的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要調(diào)控作用[21-22]。對(duì)于魚類外生殖器發(fā)育機(jī)制的進(jìn)一步研究, 可以為理解脊椎動(dòng)物體內(nèi)受精方式的產(chǎn)生與進(jìn)化提供一定的參考。

圖5 雄性孔鰩鰭腳腺組織學(xué)結(jié)構(gòu)

a. 鰭腳腺橫切圖; b. 鰭腳腺上皮和肌肉結(jié)構(gòu); c. 鰭腳腺中腺管結(jié)構(gòu); 黑色箭頭示細(xì)胞核, 右上角示腺管模式圖

a. Transverse section of the clasper gland; b. Epithelium and muscle structure of the clasper gland; c. Glandular tube structure in the clasper gland; The black arrow shows the nucleus, the schematic drawing in the right corner shows the structure of the glandular duct

就精子發(fā)生過程以及精巢細(xì)胞的組成而言, 在脊椎動(dòng)物中是相對(duì)保守的, 精原細(xì)胞在精巢支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞的作用下, 經(jīng)過有絲分裂形成初級(jí)精母細(xì)胞, 初級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過第一次減數(shù)分裂形成次級(jí)精母細(xì)胞, 次級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過第二次減數(shù)分裂形成精細(xì)胞, 最終精細(xì)胞變態(tài)形成精子[23], 但是和硬骨魚類相比[24], 有些軟骨魚類的精巢中生精細(xì)胞并未表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性, 部分軟骨魚類甚至可以不受環(huán)境的限制全年進(jìn)行交配[25], 成年雄性孔鰩的精巢中可觀察到處于各個(gè)時(shí)期的生精細(xì)胞。除此之外, 軟骨魚類的精巢的結(jié)構(gòu)也不同于硬骨魚類的小葉型和小管型[26], 根據(jù)精小囊的排列方式和相對(duì)位置可將軟骨魚類的精巢大致分為3類: 扇型、輻射型和混合型[14]。其中孔鰩屬于混合型精巢。盡管精小囊的排布規(guī)律有所差異, 但軟骨魚類在精子發(fā)生過程中精巢支持細(xì)胞的遷移過程是普遍存在的[25], MARINA等[27-28]對(duì)精巢支持細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)和定位特征進(jìn)行了部分研究, 但是目前對(duì)精子發(fā)生影響的分子機(jī)制目前尚不清楚。在本研究中可以觀察到, 在精子發(fā)生的早期精小囊中的精巢支持細(xì)胞并未發(fā)生遷移, 此后, 精巢支持細(xì)胞會(huì)逐漸遷移到精小囊的外圍。同時(shí), 當(dāng)精細(xì)胞的頭部變態(tài)基本結(jié)束后, 精子也會(huì)逐漸遷移到精小囊的外圍, 并聚攏成束, 這一過程可能涉及到生精細(xì)胞以及精巢支持細(xì)胞相互作用, 但還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。同時(shí)軟骨魚類的精子能以精子束的方式進(jìn)入生殖道中[29], 這種精子聚集方式在部分硬骨魚類和星蟲中也有報(bào)道[30-31], 該一現(xiàn)象可能是一種生殖適應(yīng)性進(jìn)化的表現(xiàn)。以精子束的方式在附睪等長(zhǎng)管狀、多褶皺的器官中進(jìn)行運(yùn)輸, 能夠有效地減少精子的損失, 特別是對(duì)于精子個(gè)體較大的物種而言。

附睪是對(duì)精子進(jìn)一步修飾成熟的器官[32], 附睪液是精子去獲能和精子儲(chǔ)存的重要組分, 哺乳動(dòng)物的附睪管主要由6種細(xì)胞組成[33], 各細(xì)胞分工明確, 在吞噬精子殘?bào)w、調(diào)節(jié)管腔PH、維持管腔穩(wěn)定、促進(jìn)精子成熟等方面發(fā)揮著重要的作用。軟骨魚類的附睪管結(jié)構(gòu)雖然和哺乳動(dòng)物相似, 但是細(xì)胞種類較少, 其附睪管細(xì)胞可能同時(shí)承擔(dān)多種功能。此外, 值得注意的是, 在艾氏異仔鳉()等部分行體內(nèi)受精的硬骨魚類的雄性生殖系統(tǒng)中也具有附睪[34], 然而目前硬骨魚類和軟骨魚類的附睪對(duì)精子的調(diào)控機(jī)制是否存在共性還需要進(jìn)一步的對(duì)比研究。

4 結(jié)論

孔鰩的生殖系統(tǒng)主要由精巢、附睪、輸精管、儲(chǔ)精囊、間質(zhì)腺、鰭腳腺、堿腺和鰭腳組成。其中孔鰩的精巢屬于軟骨魚類中的混合型, 每個(gè)精小葉中的精小囊, 按照成熟度依次由中心向小葉外周輻射狀排列, 其精子發(fā)生過程根據(jù)精巢支持細(xì)胞(sertoli cell)的位置、精小囊的大小和精小囊中的生精細(xì)胞所處的狀態(tài)可劃分為7個(gè)時(shí)期: 精巢支持細(xì)胞未遷移期、精巢支持細(xì)胞遷移期、精巢支持細(xì)胞定植早期、精巢支持細(xì)胞定植晚期、精子變形期、精子遷移期、精子聚攏期(圖6)。最終每59～64根精子組成精子束進(jìn)入附睪。精子束在附睪中經(jīng)歷“游離-聚攏-游離”3個(gè)過程后, 最終儲(chǔ)存在儲(chǔ)精囊中。并通過鰭腳排出體外。

圖6 雄性孔鰩精子成熟過程模式圖

a. 精巢支持細(xì)胞未遷移期; b. 精巢支持細(xì)胞遷移期; c. 精巢支持細(xì)胞定植早期; d. 精巢支持細(xì)胞定植晚期; e. 精子變形期; f. 精子遷移期; g. 精子聚攏期

a. Nonmigration stage of sertoli cells; b. Migration stage of sertoli cells; c. Early stage of sertoli cell colonization; d. Late stage of ertoli cell colonization; e. Sperm deformation stage; f. Sperm migration stage; g. Sperm aggregation stage

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Anatomical and histological studies of the male Kong skate () reproductive system

GAO Guang1, 2, 3, 4, XIAO Zhi-zhong1, 2, 3, JI Guang-lei5, LI Jun1, 2, 3

(1. CAS Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao Laboratory for Marine Biology and Biotechnology, Qingdao 266237, China; 3. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 5. Institute of Ocean Development of Weihai, Weihai 264200, China)

The reproductive system of adult male Kong skate (Müller & Henle 1841)was observed anatomically and histologically. The results showed that thereproductive system was mainly composed of the testis, epididymis, vas deferens, seminal vesicles, leydig gland, clasper gland, alkaline gland, and clasper. The spermatocysts in thetestis were arranged radially from the center to the periphery of the testicular lobes according to maturity. Sperm development was divided into seven stages, according to the location of the sertoli cells, the size of the spermatocysts, and the state of the spermatogenic cells: nonmigration stage of the sertoli cells; migration stage of the sertoli cells; early stage of sertoli cell colonization; late stage of sertoli cell colonization; sperm deformation stage; sperm migration stage, and sperm aggregation stage. Before entering the epididymis, 59–64 sperm form a spermatozeugmata, and after the processes of “dissociation-aggregation- dissociation” in the epididymis, the spermatozeugmatas are stored in the seminal vesicles. Additionally, the results show that the claspers, the external genital organ of, are mainly composed of the rhipidion, shield, and other structures, connected to the seminal vesicles. The claspers are important organs for transporting sperm.

; male; reproductive system; sperms

Feb. 9, 2022

[The National Key Research and Development Program, No. 2018YFD0901204]

S968

A

1000-3096(2022)07-0078-10

10.11759/hykx20220209001

2022-02-09;

2022-04-11

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0901204)

高廣(1997—), 男, 河北保定人, 碩士研究生, 主要從事軟骨魚類繁殖發(fā)育調(diào)控學(xué)研究, E-mail: ggao1229@163.com; 李軍(1964—),通信作者, 電話: 0532-82898718, E-mail: junli@qdio.ac.cn

(本文編輯: 譚雪靜)