姜志強張志明趙翀李丞姜柏橋孫陽

(大連海洋大學農業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室,遼寧大連116023)

太平洋鱈性腺發(fā)育及營養(yǎng)來源的初步研究

姜志強,張志明,趙翀,李丞,姜柏橋,孫陽

(大連海洋大學農業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室,遼寧大連116023)

通過對大連海域太平洋鱈Gadusmacrocephalus的繁殖力、卵徑分布、性腺指數 (GSI)和肝指數(HSI)進行周年調查,確定出太平洋鱈的繁殖期,分別測定了不同發(fā)育期太平洋鱈性腺、肝臟和肌肉的生化組成、能量密度變化,并觀察了不同發(fā)育期太平洋鱈性腺和肝臟的組織學變化。結果表明:大連海域太平洋鱈的卵巢從12月開始進入第Ⅳ期,至翌年2月份排放;精巢處于Ⅳ、Ⅴ期的時間較長,11月份就有達到成熟的個體;從太平洋鱈肝臟組織學的變化來看,脂滴的體積變化很大,說明在繁殖過程中,肝臟經歷了一個脂肪先積累又被大量消耗的過程;太平洋鱈在繁殖過程中,各個組織的能量密度變化較小,但粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等成分變化較大。研究表明,太平洋鱈性腺發(fā)育的脂肪主要可能來源于肝臟,而肌肉蛋白的下降可能充當了性腺發(fā)育中蛋白質的主要來源。

太平洋鱈;性腺;肝臟;肌肉;營養(yǎng)來源

太平洋鱈Gadusmacrocephalus又名大頭鱈,分布于太平洋北部沿岸海域,從北太平洋西南部的黃海,經韓國至白令海峽和阿留申群島,沿太平洋東海岸的阿拉斯加、加拿大至美國的洛杉磯一帶沿海,在中國主要產于黃海北部。太平洋鱈為典型的冷水性海水魚類[1-2]。

在對魚類繁殖生物學的研究中,除研究其繁殖習性外,還采用性腺指數 (GSI)、肝指數 (HSI)及組織學變化等研究其性腺成熟過程。Kejesbu等[3-4]對大西洋鱈的研究中,將性腺指數與肝指數的關系,卵的大小,性腺的生化組成和組織學變化聯(lián)系在一起,系統(tǒng)地研究了大西洋鱈雌性個體的繁殖生物學特征。對于與大西洋鱈同屬的太平洋鱈的生物學和形態(tài)學已有過一些研究[2,5],但關于太平洋鱈繁殖生物學的系統(tǒng)研究目前尚未見報道。本研究中,作者研究了大連海域太平洋鱈的繁殖特點,從GSI和HSI的關系,能量密度、生化組成和組織學的變化等方面,研究了不同發(fā)育期太平洋鱈的性腺發(fā)育特點和營養(yǎng)來源,旨在為進一步掌握其繁殖規(guī)律,科學地開展太平洋鱈的人工繁殖提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用太平洋鱈逐月采自大連沿海,共采集樣品105尾,其中成熟雄性52尾,體長為258～695 mm,體質量為484～5 138 g;成熟雌性36尾,體長為285～670 mm,體質量為206～5 025 g;幼魚17尾。

1.2 方法

1.2.1 測定與計算方法 對太平洋鱈樣本的生物學指標進行測量后,解剖,采集性腺、肝臟、肌肉樣品。用米尺來測量體長;用電子天平稱量體質量、去內臟的體質量、性腺質量和肝臟質量,精確至0.01 g。根據下式計算性腺指數 (GSI)和肝指數 (HSI):

用發(fā)育至Ⅳ期的卵巢統(tǒng)計懷卵量,計數1 g卵巢的卵粒數,然后乘以性腺質量即為絕對懷卵量;絕對懷卵量與去內臟的體質量之比即為相對懷卵量。在顯微鏡下以目微尺測量第Ⅳ期卵巢卵粒的卵徑,每尾測量100粒。

太平洋鱈各組織的生化組成通過概略養(yǎng)分分析法測定。將各組織樣品在65℃恒溫下烘干24 h以上至恒重,得出樣品的水分含量;采用凱氏定氮法測出樣品中的氮含量,再乘以6.25,得出樣品的粗蛋白含量;采用索氏抽提法,將樣品用乙醚在50℃恒溫水浴中反復抽提4 h以上至不再有脂類物質浸出,得出樣品的粗脂肪含量;將樣品在600℃下恒溫灼燒3 h以上至恒重,得出樣品的灰分含量;采用WGR-1型氧彈式熱量計直接測定樣品的能量密度。

1.2.2 組織切片的制作和觀察 將性腺和肝臟樣品用波恩氏液固定24～48 h后,用常規(guī)石蠟切片,切片厚度為6μm,再用H.E.染色,在Nikon Eslipse 50i顯微鏡下觀察,用Nikon Coolpix 5400數碼相機照相。

1.3 數據處理

采用單因素方差法進行顯著性檢驗,當差異達到顯著性水平 (P＜0.05)時,采用Duncan's法進行組間多重比較。

2 結果

2.1 繁殖力和卵徑分布

大連海域太平洋鱈的絕對懷卵量為39～285萬粒,平均81萬粒,通常魚體越大,懷卵量就越多,魚體的絕對懷卵量與體質量 (去內臟)之間呈正相關關系 (圖1),回歸方程為y=0.092x-14.618,R2=0.7718;太平洋鱈的相對懷卵量為 (0.0755± 0.0272)萬粒/g(去內臟的體質量)。

圖1 太平洋鱈的絕對懷卵量與去內臟的體質量之間的關系Fig.1 Relationship between absolute fecundity andbody weight of Pacific cod gutted

12月份太平洋鱈的卵巢已經進入第Ⅳ時相,卵徑分布多數集中在450～650μm,呈單峰形(圖2)。

圖2 太平洋鱈的卵徑分布Fig.2 Frequency profile in egg diameter of Pacific cod

2.2 性腺指數和肝指數

雌性太平洋鱈的GSI在2月份達到最高值,而HSI在2月份達到最低值 (圖3);雄性太平洋鱈的GSI在12月份達到最高值,而HSI在1月份達到最低值 (圖4)。

圖3 雌性太平洋鱈的性腺指數和肝指數Fig.3 GSI and HSI of female Pacific cod

圖4 雄性太平洋鱈的性腺指數和肝指數Fig.4 GSI and HSI ofmale Pacific cod

2.3 性腺、肌肉和肝臟的生化組成和能量密度

雌性太平洋鱈各個組織的生化組成和能量密度的變化見表1。各組織的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分,以及肌肉的能量密度在繁殖前、中、后有較大變化,有的達到差異顯著水平 (P＜0.05)。其中卵巢中粗蛋白含量繁殖前最高,繁殖期最低,繁殖后又明顯較繁殖期增高;肝臟中粗蛋白含量則在繁殖前較高,繁殖期明顯降低,繁殖后又顯著高于繁殖前和繁殖期;肌肉中粗蛋白含量繁殖前最高,繁殖期明顯下降,繁殖后進一步明顯下降。卵巢中粗脂肪含量在繁殖前與繁殖后相差不大,但繁殖期明顯增高;肝臟中粗脂肪含量繁殖前、繁殖期變化不大,但繁殖后明顯降低;肌肉中粗脂肪含量繁殖期和繁殖后相差不大,但都較繁殖前有明顯增加。卵巢中粗灰分含量繁殖期和繁殖后相差不大,但都較繁殖前明顯下降;肝臟中粗灰分含量繁殖前和繁殖后相差不大,但都明顯高于繁殖期;肌肉中粗灰分含量繁殖前與繁殖期、繁殖后相差不大,但繁殖期明顯低于繁殖后;除肌肉中能量密度繁殖前、后相近,明顯低于繁殖期外,卵巢和肝臟中能量密度在各個期沒有明顯差別。

雄性太平洋鱈各個組織的生化組成和能量密度的變化見表2。各組織的粗蛋白、粗脂肪、粗灰分均在繁殖前、中、后也有較大變化,有的達到差異顯著水平 (P＜0.05),但能量密度都變化不大。其中精巢中粗蛋白含量繁殖期和繁殖后相差不大,均明顯高于繁殖前;肝臟中粗蛋白含量繁殖前和繁殖期相差不大,但都明顯低于繁殖后;肌肉中粗蛋白含量繁殖前和繁殖期相差不大,但均明顯高于繁殖后。精巢中粗脂肪含量在繁殖前與繁殖后相差不大,但繁殖期明顯增高;肝臟中粗脂肪含量繁殖前、繁殖期變化不大,但繁殖后明顯降低;肌肉中粗脂肪含量繁殖前和繁殖期相差不大,但都明顯高于繁殖后。精巢中粗灰分含量繁殖前和繁殖期相差不大,但都明顯高于繁殖后;肝臟中粗灰分含量繁殖期明顯高于繁殖前,繁殖后又明顯高于繁殖期;肌肉中粗灰分含量繁殖前和繁殖期相差不大,均明顯高于繁殖后;各組織的能量密度在繁殖前、繁殖期及繁殖后無明顯差別。

表1 不同發(fā)育時期雌性太平洋鱈各組織的生化組成和能量密度(平均值±標準差)Tab.1 Chem ical composition and energy in different developmental periods in female Pacific cod(mean±S.D.)g/kg

表2 不同發(fā)育時期雄性太平洋鱈各組織的生化組成和能量密度(平均值±標準差)Tab.2 Chem ical composition and energy in different developmental periods in male Pacific cod(mean±S.D.) g/kg

2.4 性腺和肝臟的組織學的變化

處于不同發(fā)育時期的精巢、卵巢和肝臟的組織學變化見圖5。太平洋鱈精巢發(fā)育經歷了第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ發(fā)育期,Ⅱ期精巢中主要可見精小管,管壁上有大量的精原細胞 (圖5-A),Ⅲ期精巢中初級精母細胞充滿精小管 (圖5-B),Ⅳ期精巢中可見少量的精子游離在精小管腔中 (圖5-C),而Ⅴ期精巢中有大量游離的精子存在 (圖5-D)。與上述精巢發(fā)育期對應的肝臟結構也發(fā)生了明顯的變化,主要表現(xiàn)在雄性個體肝臟中脂滴體積的增加,Ⅱ期的肝臟脂滴細小,但從Ⅲ期至Ⅴ期,脂滴的體積明顯增大 (圖5-J、K、L、M)。

太平洋鱈卵巢發(fā)育經歷了第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ發(fā)育期,Ⅱ期卵巢結締組織被膜深入,主要是卵黃未形成的初級卵母細胞和少量卵原細胞 (圖5-E),Ⅲ期和Ⅳ期卵巢中大生長期的初級卵母細胞和晚期的初級卵母細胞占多數,表現(xiàn)為輻射帶形成,卵黃顆粒充滿整個核外空間,核膜溶解至消失 (圖5-F、G、H),Ⅴ期卵巢中成熟卵排出,只剩下一些殘留的卵細胞,濾泡膜脫離,輻射帶萎縮 (圖5-I)。對應于卵巢各發(fā)育期,雌性個體肝臟結構變化規(guī)律前期同雄性個體,Ⅱ期肝臟脂滴體積較小,數量少 (圖5-N),Ⅲ期和Ⅳ期肝臟中脂滴體積明顯增大 (圖5-O、P),但從第Ⅳ期到第Ⅴ期的發(fā)育中,肝臟中的脂滴被消耗掉,脂滴數量逐漸減少,結締組織增多,整個結構看上去致密 (圖5-Q、R)。

3 討論

3.1 大連海域太平洋鱈的繁殖特點

與其他地區(qū)太平洋鱈的繁殖季節(jié)相似,大連地區(qū)太平洋鱈的繁殖期為每年的1—2月,即在一年中水溫最低的環(huán)境下性腺才能達到最終的成熟。據報道,太平洋鱈的產卵場通常在近岸,少數魚群分散在海州灣外海產卵[2]。但作者認為,由于太平洋鱈產沉性卵,在外海產卵會影響成活率。本研究中繁殖期內的太平洋鱈全部為近岸群體。

大連海域的太平洋鱈卵巢在一年中大約從12月開始進入Ⅳ期,翌年1—2月份達到排放,而精巢11月份就成熟,逐漸有精子排放。圖3表明,雌性個體的GSI在繁殖期出現(xiàn)一個明顯的高峰, 1—2月份為繁殖期,該期持續(xù)時間較長,在此期間都可以獲得成熟卵細胞,這與大西洋鱈的繁殖習性一致。

從卵徑分布來看,太平洋鱈與大西洋鱈同樣屬一次產卵類型[6]。另外,從GSI和卵母細胞的發(fā)育特征也可以確定太平洋鱈為一次產卵類型,在繁殖期的太平洋鱈卵巢中,成熟卵母細胞占絕對優(yōu)勢,極少見到發(fā)育早期的卵母細胞,說明卵母細胞發(fā)育是同步的。

大連海域太平洋鱈的絕對懷卵量為39～285萬粒,與其他海域相比繁殖力較低。北美地區(qū)和白令海中的太平洋鱈,絕對懷卵量平均在200萬粒左右,而遠東地區(qū)的太平洋鱈則高達140～640萬粒,平均在400萬粒左右[6]。這可能與大連海域太平洋鱈個體較小有關。如果從相對繁殖力的角度來看,各個海域的太平洋鱈相差無幾。

3.2 太平洋鱈性腺發(fā)育的營養(yǎng)來源

太平洋鱈在繁殖過程中,各組織的能量密度變化較小,這是其維持生命特征的基本條件。但從性腺、肝臟和肌肉的生化組成來看,粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等成分變化較大 (表1、表2),這種變化與性腺發(fā)育有關。性腺和肝臟的組織學研究表明 (圖5),雌性太平洋鱈的肝臟結構變化較大,尤其是肝臟中脂滴的體積變化明顯,隨著太平洋鱈性腺發(fā)育的進行,肝臟營養(yǎng)結構經歷了一個脂肪先積累又被大量消耗的過程。這個結果與對南方大口鲇[7]和四川境內的鲇[8]以及大西洋鱈[4]的研究結果相同。從圖3可以看出,GSI和HSI兩者的變化趨勢恰好相反,這說明在太平洋鱈卵巢發(fā)育處于最佳狀態(tài)時,即在卵黃積累的高峰期,肝臟脂肪的消耗量最大,兩者間的關系在生殖期間表現(xiàn)得尤為突出,這可能是雌性魚類在繁殖期間攝食明顯減少,卵巢發(fā)育所需要的能量主要由肝臟提供。而雄魚則不存在卵黃蛋白原合成的問題,因此,HSI未呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化?？傊?太平洋鱈GSI和HSI之間存在密切關系,在研究魚類生長和生殖生理時,應同時考慮這兩個指標。

朱洗[9]指出,魚類體外受精需要大量的生殖細胞,其大生長的過程必須依賴大量的能量,這種能量主要來源于脂肪代謝。他還將鱈屬Gadus的魚類歸結為瘦型魚,這類瘦型魚的特點可以描述為肌肉永是瘦削無油,脂肪集中于肝臟;在前成熟階段肝臟生長快;等到生殖腺急劇大生長時期,肝臟的脂肪性高能量物質一部分移用于滋養(yǎng)生殖腺,另一部分用作雌魚生殖時其他的急需。所以,HSI的高峰一定出現(xiàn)在GSI之前。本研究結果與此相同。

圖5 不同發(fā)育期太平洋鱈性腺和肝臟組織學的變化Fig.5 H istological observation of gonad and liver at different stages in Pacific cod

北冰洋中的極鱈在繁殖期性腺指數、肝指數、肝臟脂肪和肌肉蛋白質都發(fā)生了較大變化[10],在挪威的大西洋鱈也出現(xiàn)了同樣的趨勢[11]。Rideout等[12]的研究表明,卵巢閉鎖的大西洋鱈性腺發(fā)育的營養(yǎng)來源有所分化,脂肪來源于肝臟,蛋白質來源于肌肉,對于不再繼續(xù)發(fā)育的卵巢,其肝臟也同時停止變化。Love[13]在對大西洋鱈的研究中,還發(fā)現(xiàn)這種營養(yǎng)的變化受溫度的影響,或者說溫度變化的刺激決定了其發(fā)育。這些研究結果雖然不盡相同,但大多都把性腺發(fā)育的營養(yǎng)來源歸結于肝臟和肌肉上。本研究中,太平洋鱈也存在類似的現(xiàn)象,且性腺、肝臟、肌肉的脂肪和蛋白質的變化都達到了顯著性水平。太平洋鱈肝臟中脂肪在繁殖后顯著下降,可能已轉移用于性腺發(fā)育和繁殖,繁殖后肌肉中蛋白質顯著下降可能充當了性腺發(fā)育中蛋白質的主要來源。

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The gonad development and nutrition source of Pacific cod Gadusmacrocephalus

JIANG Zhi-qiang,ZHANG Zhi-ming,ZHAO Chong,LICheng,JIANG Bai-qiao,SUN Yang
(Key Laboratory of Mariculture&Stock Enhancement in North China's Sea,Ministry of Agriculture,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China)

Fecundity,egg diameter frequency distribution,gonosomatic index(GSI)and hepatosomatic index (HIS)of Pacific codGadusmacrocephalusin Dalian sea area were investigated yearly in this study.Changes in chemical compositions,energy density and histology of gonad,liver and muscle of Pacific cod were observed and measured in different stages.The ovary of Pacific cod was inⅣstage from December and ovulated in February in the next year.The spermary lasted a long time inⅣand V stages,and with sperm present from November.According to the histological changes in the liver,oil dropswere found to be changed a lot,indicating that liver underwent a process of lipid accumulated and consumed in breeding process.The energy in each tissuewas less influenced in the breeding process,which were the conditions of basic living need.However,protein,fat and ash were changed a lot,which associated with breeding.The results showed that themain lipid source for the gonad development of Pacific codmight come from liver.Themain protein source for the gonad developmentof Pacific cod is suggested to come from muscle.

Gadusmacrocephalus;gonad;liver;muscle;nutrition source

S917.4

A

2095-1388(2012)04-0315-06

2012-06-12

國家 “863”計劃項目 (2012AA10A413)

姜志強 (1960-),男,教授。E-mail:zhqjiang@dlou.edu.cn