銀鯧早期鱗被的覆蓋和初生鱗的發(fā)育

唐 杰 周 碩 王亞軍 胡佳寶, 王想兵 王冠林 蔣 歡 嚴(yán)小軍

(1.寧波大學(xué)海洋學(xué)院應(yīng)用海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧波 315211;2.寧波大學(xué)土木與環(huán)境工程與地理科學(xué)學(xué)院,寧波 315211)

鱗片作為皮膚的衍生物,有研究結(jié)果表明,在鱗片發(fā)育過程中,表皮基底層細(xì)胞首先分化,真皮細(xì)胞產(chǎn)生的物質(zhì)沉積在表皮-真皮邊界,這些物質(zhì)可能是成纖維細(xì)胞的牽引信號(hào),他們會(huì)立即在表皮深層表面附近聚集,并與表皮基底細(xì)胞相互作用,在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬慎[片[1]。鱗被具有維持魚體骨架、減少游動(dòng)摩擦力及抵御病原體入侵的作用[2]。

關(guān)于鱗片的發(fā)生和覆蓋過程,1990 年日本學(xué)者Sire和ArnulfI[3]對(duì)硬骨魚鱗片的形成進(jìn)行總結(jié),他將硬骨魚類鱗片發(fā)生的起始位置歸納為 7 個(gè),分別是尾柄中部區(qū)域、側(cè)翼中部區(qū)域、體前部側(cè)線區(qū)域、胸鰭和腹鰭之間的腹部、胸鰭基部、頭顱部和鰓蓋區(qū)域。國內(nèi)學(xué)者對(duì)于魚類鱗片起始部位的研究在20世紀(jì)末開始盛行,目前我國研究者已對(duì)鯉(Cyprinus carpio)、草魚(Ctenopharyngodon idellus)、鰱(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)、尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)[4]、黑鯛(Sparus macrocephalus)[5]、烏鱧(Channa argus)[6]、河川沙塘鱧(Odontobutis potamophilus)[7]、齊口裂腹魚(Schizothorax prenanti)[8]、條石鯛(Oplegnathus fasciatus)[1]、斑馬魚(Danio rerio)及團(tuán)頭魴(Megalobrama amblycephala)[9]的鱗被發(fā)育進(jìn)行了研究,大部分魚類鱗片的發(fā)育都具有1個(gè)起始位點(diǎn),條石鯛均具有3個(gè)起始位點(diǎn),烏鱧[6]和齊口裂腹魚[8]則具有更多的起始位點(diǎn),分別為4個(gè)和6個(gè)。在對(duì)重口裂腹魚(Schizothorax davidi)[10]鱗被覆蓋的研究中發(fā)現(xiàn),鱗片發(fā)生的先后順序依次為鰓蓋后緣側(cè)線處、尾柄中部側(cè)線處、臀鰭基部、腹鰭基部、背鰭基部和峽部,軀干背部鱗片覆蓋完成后峽部才開始發(fā)生鱗片,最后與腹鰭基部發(fā)生的鱗片匯合完成腹中線覆蓋,這和很多魚類鱗片覆蓋終止于腹部是相同的[4]。同屬于鯉科魚類的團(tuán)頭魴、斑馬魚[9]、齊口裂腹魚[8]、鯉、草魚、鰱和鳙[4]的鱗片出現(xiàn)的第一個(gè)部位通常是尾柄側(cè)線或腮蓋后緣部,因此,研究魚類鱗片的發(fā)生過程,也有助于研究魚類親緣關(guān)系[11]。

銀鯧 (Pampus argenteus),歸屬鱸形目 (Perciformes),鯧科 (Stromateidae),鯧屬 (Pampus),是許多亞洲國家的經(jīng)濟(jì)魚類,捕撈量巨大,因?yàn)榄h(huán)境破壞和捕撈技術(shù)發(fā)展,野生資源銳減,需要養(yǎng)殖填補(bǔ)。銀鯧養(yǎng)殖難度極大,經(jīng)過連續(xù) 10 年的攻關(guān),我們團(tuán)隊(duì)目前已成功實(shí)現(xiàn)了銀鯧的規(guī)模化繁育和養(yǎng)殖。目前,關(guān)于銀鯧的研究主要涉及銀鯧遺傳育種[12,13]、性腺發(fā)育[14]及銀鯧的人工繁育[15]等。銀鯧的鱗片較小、易脫落,鱗片的出現(xiàn)常作為個(gè)體進(jìn)入稚魚期的重要標(biāo)準(zhǔn)[16],有關(guān)銀鯧早期鱗片的發(fā)生及鱗被覆蓋過程的研究尚未見報(bào)道。本研究主要采用形態(tài)學(xué)和組織學(xué)方法系統(tǒng)研究了銀鯧鱗片的發(fā)生位置和覆蓋過程,初步闡明了銀鯧鱗片發(fā)育的基本規(guī)律,探討了鱗片覆蓋與個(gè)體年齡和生長的關(guān)系,為探討魚類鱗片的發(fā)育模式提供了豐富的材料,為進(jìn)一步研究魚類鱗片發(fā)生發(fā)育的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)魚來源與管理

銀鯧親本均來自與寧波大學(xué)合作的浙江省寧波市象山縣黃避岙鄉(xiāng)象山港灣水產(chǎn)苗種有限公司,2021年4月,經(jīng)自然受精獲得銀鯧胚胎,收受精卵后將胚胎放入1000 L白色水桶(上直徑137 cm,下直徑116 cm,高74 cm)中孵化,并放入氧氣泵,保持水體鹽度 27.5—28.5、pH 8.0—8.2、水溫 (20±1.8)℃、溶解氧 6—9 mg/mL。仔魚出膜后5—7日齡開口攝食,投喂經(jīng)濃縮小球藻液強(qiáng)化12h以上或用專用強(qiáng)化劑強(qiáng)化后的輪蟲。11—13日齡開始添加投喂經(jīng)強(qiáng)化劑強(qiáng)化后的鹵蟲無節(jié)幼體,并配合投喂強(qiáng)化后的輪蟲至14—16日齡。14—16日齡后只投喂強(qiáng)化劑強(qiáng)化后的鹵蟲無節(jié)幼體,停止投喂輪蟲。18—20日齡后可以開始馴化投喂魚苗培育專用顆粒飼料。采用虹吸的原理每天清除食物殘?jiān)凹S便,并及時(shí)清除水體表面油膜,每天更換1/10體積的新鮮海水。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣本的收集與處理

仔魚出膜后每天關(guān)注其發(fā)育情況,待90%以上的仔魚腹鰭鰭褶變?yōu)楦滚捴?約20日齡)開始取樣[8],每天用手抄網(wǎng)隨機(jī)采集10尾樣本,直至鱗被覆蓋完全。每間隔2d取樣1次,每次取樣10尾,測(cè)量體長和全長,后用4%的多聚甲醛固定,其中5尾用于茜素紅染色觀察鱗片最初出現(xiàn)的部位及鱗被覆蓋的模式,另外5尾用于組織切片觀察。

1.3 魚體茜素紅染色及組織切片觀察

茜素紅染色的方法借鑒李思發(fā)[4]與王志強(qiáng)等[9]的染色方法,將經(jīng)茜素紅染色后的整魚清洗后置于體視顯微鏡(型號(hào): ZSM7045,中國)下觀察并拍照記錄鱗片出現(xiàn)的起始部位及覆蓋模式。之后用注射器針頭小心將魚體初生鱗片挑起,用解剖刀輕輕刮下,在正置顯微鏡(型號(hào): RX-BH200M,中國)下觀察、拍照。

對(duì)于體長小于3.5 cm的銀鯧初孵仔魚采取整魚取樣的方式進(jìn)行固定,體長大于3.5 cm的銀鯧初孵仔魚切除頭胸部后將組織塊修剪成合適大小進(jìn)行乙醇梯度脫水、二甲苯透明、石蠟包埋、切片機(jī)切片、蘇木素-伊紅染色和中性樹脂封片。在顯微鏡下觀察經(jīng)HE染色后的組織學(xué)切片,并用連接電腦的鏡頭拍照。

2 結(jié)果

2.1 銀鯧早期鱗被的覆蓋

銀鯧鱗被共有3個(gè)起始中心,其中尾柄中部是鱗片出現(xiàn)的主要部位,而鰓蓋后緣處和胸鰭基部也是鱗片起始部位,為次要部位。首先,尾柄中部出現(xiàn)第一片鱗片;其次,鰓蓋后緣和胸鰭基部也作為鱗片起始部位分別向尾部和側(cè)線方向生長,并與尾柄中部向側(cè)線方向生長的鱗片相接;最后,從尾柄中部向頭部生長的鱗片與從鰓蓋后緣和胸鰭基部向尾柄方向生長的鱗片匯合,鱗被完全覆蓋,其中鱗片向頭部生長的速度明顯快于向尾柄方向生長的速度。鱗片向頭部擴(kuò)展到鰓蓋,向尾部能發(fā)育到尾鰭,且尾鰭鱗片覆蓋早于體表鱗被覆蓋。根據(jù)銀鯧鱗被在魚體體表形成過程將其劃分為5個(gè)階段(圖1)。

圖1 銀鯧早期鱗被形成示意圖Fig.1 Early scale formation of silver pompano

階段A(全身無鱗): 體長小于25.0 mm,鱗片尚未出現(xiàn),體表無鱗。

階段B(尾柄中部鱗片出現(xiàn)): 體長(30±0.95) mm,尾柄中部區(qū)域開始出現(xiàn)鱗片,水平鱗列數(shù)1—2。

階段C(雙向發(fā)生): 體長(35.64±0.89) mm,鰓蓋后緣和胸鰭基部開始出現(xiàn)鱗片,水平鱗列數(shù)1—2;尾柄中部區(qū)域水平鱗列數(shù)3—4,并向頭部和側(cè)線方向擴(kuò)展。

階段D(快速生長): 體長(40.84±1.15) mm,鰓蓋后緣和胸鰭基部出現(xiàn)的鱗片延伸至側(cè)線向尾部與從尾柄中部向側(cè)線方向生長的鱗片匯合,尾柄中部水平鱗列數(shù)10—15,尾鰭兩翼長出鱗片。

階段E(匯合覆蓋): 體長(45.58±0.73) mm,從尾柄中部向頭部生長的鱗片與從腮蓋后緣及胸鰭基部向尾柄方向生長的鱗片匯合,體表鱗片覆蓋完全。

2.2 銀鯧初生鱗的形態(tài)結(jié)構(gòu)及發(fā)育

銀鯧鱗片為典型的細(xì)小圓鱗,鱗焦位于鱗片的前區(qū)(朝魚頭方向而埋入鱗囊內(nèi)的部分為前區(qū),朝著魚尾部而露出囊外的為后區(qū)),無輻射溝。以鱗焦為中心,環(huán)紋以鱗焦形狀成圈排列;依據(jù)鱗片的著生部位不同,鱗片的外形也存在差異。銀鯧初生鱗根據(jù)體表分布部位的不同,形狀可分為圓形或橢圓形,通常鰓蓋后緣處、胸鰭基部及腹部鱗片為橢圓形,而魚體其他部位初生鱗多為圓形。初生鱗片細(xì)小柔軟,不宜觀察,需要借助茜素紅染液染成粉紅色才能發(fā)現(xiàn),初生鱗表面光滑,無鱗嵴,只具備將來發(fā)育成鱗焦的平坦部分。隨著初生鱗的發(fā)育,其外形、鱗嵴、鱗焦均隨之發(fā)生變化。由于銀鯧整個(gè)生命階段都為圓鱗,所以不存在圓鱗-櫛鱗的過渡。銀鯧初生鱗的發(fā)育對(duì)應(yīng)鱗被覆蓋也可以分為五個(gè)階段。鱗片的外形也略有差異,多為橢圓形,也有圓形、方形和五邊形等。

階段A: 鱗片未出現(xiàn)。

階段B: 鱗片出現(xiàn),形態(tài)近似規(guī)則圓形,無鱗嵴(圖2B)。

圖2 銀鯧各發(fā)育階段不同部位的初生鱗片及鱗片方位示意圖Fig.2 Scales at different developmental stages and position in silver pomfret and schematic diagram of the scale orientation

階段C: 腹部鱗片為橢圓形,環(huán)紋完整,鱗嵴為2—3;側(cè)線上鱗片側(cè)線管明顯,側(cè)線管上環(huán)紋中斷,鱗嵴為3—4;尾部鱗片環(huán)紋清晰,鱗嵴為3—4;胸鰭基部鱗片前區(qū)環(huán)紋缺失,鱗嵴為3—4;鰓蓋后緣鱗片前區(qū)環(huán)紋缺失,鱗嵴為3—4(圖2C-a—e)。

階段D: 腹部鱗片發(fā)育成扁圓形,鱗嵴為4—5;側(cè)線管附近鱗片環(huán)紋更加清晰,鱗嵴為7—8;尾部鱗片進(jìn)一步發(fā)育,鱗嵴為10—11;胸鰭基部鱗片前區(qū)仍缺失,鱗嵴為5—6;鰓蓋后緣鱗片前區(qū)缺失,鱗嵴為7—8(圖2D-a—e)。

階段E: 各部位鱗片在各自基礎(chǔ)上繼續(xù)以鱗焦為中心呈同心圓方式擴(kuò)展,鱗嵴為20—40不等(圖2E-a—e)。

2.3 銀鯧鱗片發(fā)生的組織學(xué)觀察

通過蘇木精-伊紅染色法對(duì)出膜后的銀鯧仔魚進(jìn)行組織切片染色,通過分析比對(duì),銀鯧鱗片的發(fā)生可分為4個(gè)階段。

階段A(形態(tài)發(fā)生早期): 成纖維細(xì)胞在表皮的生發(fā)層下聚集,隨著成纖維細(xì)胞在表皮與真皮臨界處的大量出現(xiàn),形成一層單獨(dú)細(xì)胞層(圖3A)。

圖3 銀鯧稚魚鱗片發(fā)生組織結(jié)構(gòu)(HE染色)Fig.3 The histology of scales development in juvenile silver pomfret (HE staining)

階段B(形態(tài)發(fā)生晚期): 在表皮和真皮臨界處的成纖維細(xì)胞繼續(xù)分化成更大的細(xì)胞,開始形成鱗片乳突(圖3B)。

階段C(分化早期): 鱗片乳突不斷分化成為兩層鱗片生成結(jié)構(gòu),并不斷分泌骨質(zhì),形成骨質(zhì)鱗片即為鱗片原基。鱗片上下層出現(xiàn)新的真皮細(xì)胞層,形成包圍鱗片的小囊,即鱗囊(圖3C)。

階段D(分化晚期): 鱗囊繼續(xù)擴(kuò)大,鱗片基質(zhì)更加明顯(圖3D)。

3 討論

3.1 魚類鱗片出現(xiàn)的起始部位和數(shù)量

在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)銀鯧共有3個(gè)起始部位,分別為尾柄中部區(qū)域、腮蓋后緣以及胸鰭基部,這種鱗片的起始位置和數(shù)量與條石鯛是一致的,而團(tuán)頭魴[9]、草魚、鳙、鰱[4]、重口裂腹魚[10]和齊口裂腹魚[8]只有1個(gè)起始中心,為腮蓋后緣側(cè)線處。斑馬魚[9]、尼羅羅非魚[4]、莫桑比克羅非魚(Oreochromis mossambicus)[17]和小孔亞口魚(Minytrema melanops)[11]的起始中心為尾柄側(cè)線處。此外,還有一些魚類起始中心在尾柄側(cè)中央至體側(cè)中央的連線上,如梭魚(Sphyraenus)[18]、河川沙塘鱧[7]和暗斑棘蓋太陽魚(Pomoxis nigromaculatus)[19]。由此可見,不同魚類鱗片的起始中心和數(shù)量存在一定差異。

3.2 銀鯧早期鱗片的發(fā)生和覆蓋

鱗片的發(fā)生時(shí)間一般都在變態(tài)發(fā)育之后[8]。魚類生活史劃分為前期仔魚、早期仔魚、后期仔魚、稚魚期和當(dāng)年幼魚期,后期仔魚的卵黃囊消失,頭部抬起前伸,脊索末端向上彎曲等明顯的形態(tài)變化稱為變態(tài)[20]。殷名稱[16]指出,這些變態(tài)在外形上包括某些器官的有無和位置變更,鰭褶、外鰓和體透明等仔魚器官和特征的消失,鰭條和鱗片的形成等。在本研究中,銀鯧鱗片的發(fā)生在變態(tài)(外形由梭形過渡到成年銀鯧的側(cè)扁狀)之后,且各鰭條均已完全形成,與其他真骨魚具有共性,如齊口裂腹魚的鱗片發(fā)生出現(xiàn)在腹鰭鰭褶變?yōu)楦滚捄骩8],小孔亞口魚[5]的鱗片發(fā)生出現(xiàn)在背鰭鰭褶變?yōu)楸出捄?、尾鰭變形為叉形之后。區(qū)又君等[2]在對(duì)條石鯛初生鱗發(fā)育的研究時(shí),按照鱗被覆蓋階段一一對(duì)應(yīng)描述了單一鱗片的發(fā)育,共分為5個(gè)階段: 階段A(鱗片未出現(xiàn))、階段B(原始的圓鱗形態(tài))、階段C(逐漸發(fā)育成櫛鱗)、階段D(鱗嵴2—16)和階段E(鱗嵴8—18)。由于條石鯛鱗片最終階段為櫛鱗,所以存在由圓鱗向櫛鱗的過渡階段,而本研究中銀鯧全生長階段都為圓鱗,不存在圓鱗向櫛鱗的過渡階段,這一點(diǎn)與條石鯛鱗片發(fā)育是不一樣的。

鱗片初次出現(xiàn)與體長有關(guān)。Armstrong[20]在對(duì)斑馬魚的鱗片覆蓋與發(fā)育研究中首次對(duì)Ward和Leonard[21]年齡是決定鱗片出現(xiàn)的一個(gè)因素的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑,他發(fā)現(xiàn)不管斑馬魚年齡大小,只有當(dāng)它們的平均長度達(dá)到1.15 cm時(shí),才顯示出鱗片發(fā)育的跡象。李思發(fā)[4]在對(duì)鯉鱗片發(fā)育的研究中指出當(dāng)魚達(dá)到一定體長時(shí)鱗片就出現(xiàn),而年齡則沒有這種顯著影響,年齡到了,若體長沒達(dá)到,仍不能出現(xiàn)鱗片或達(dá)到一定的覆蓋率。Sire和Arnulf[3]對(duì)硬骨魚鱗片形成的綜述及其他鱗片發(fā)生發(fā)育研究者Cooper[22]也直接將長度作為分析標(biāo)準(zhǔn),而不考慮年齡因素。本研究發(fā)現(xiàn),在銀鯧初生鱗發(fā)育過程中,由于溫度、餌料、養(yǎng)殖密度和養(yǎng)殖場(chǎng)地的差異,銀鯧仔魚長出第一片鱗片的日齡參差不齊,其中最小個(gè)體全長和體長分別為37.5和29.0 mm,最大個(gè)體的全長和體長分別為42.5和31.5 mm,驗(yàn)證了鱗片初次出現(xiàn)的時(shí)間與體長的直接關(guān)系。

3.3 鱗片發(fā)生組織學(xué)

本研究通過對(duì)銀鯧鱗片組織進(jìn)行切片并用HE染色觀察發(fā)現(xiàn)銀鯧鱗片發(fā)生主要經(jīng)歷形態(tài)發(fā)生早期、形態(tài)發(fā)生晚期、分化早期和分化晚期這幾個(gè)階段,相比王志強(qiáng)等[9]做的團(tuán)頭魴和斑馬魚的鱗片組織發(fā)生來看,不同魚類鱗片的發(fā)育在組織學(xué)層面具有相似性。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,銀鯧鱗片發(fā)生主要經(jīng)歷形態(tài)與其他真骨魚的鱗片發(fā)生過程基本相同。銀鯧鱗片的發(fā)生共有3個(gè)起始部位,分別為尾柄中部、腮蓋后緣及胸鰭基部。銀鯧鱗片的發(fā)生在變態(tài)(外形由梭形過渡到成年銀鯧的側(cè)扁狀)之后,各鰭條均已完全形成,和其他真骨魚具有共性。鱗片初次形成與體長有關(guān),體長超過29.0 mm才能長出第一片鱗片。銀鯧整個(gè)生命階段都為圓鱗,不存在圓鱗-櫛鱗的過渡。