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米虾性腺分化时间及特点

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本文作者:甄胜涛 穆淑梅 刘涛 郭明申 康现江 作者单位:河北大学生命科学学院

十足目(Decapoda)甲壳动物的生殖策略是复杂多样的,表现为雌雄异体、雌雄生殖腺相继出现在同一个体、雌雄同体,甚至孤雌生殖[1-2]。性反转现象在这类动物中也很普遍[3]。甲壳动物性腺分化时伴随其他性征的出现,大多与生殖行为相关。

雄性第一腹肢的内肢常常发生特化,在形状、大小、刚毛的着生与否和其他腹肢不同,在雌雄交配的过程中发挥作用,被称作生殖肢。雄性成熟个体第二腹肢的内肢基部会出现雄性附肢[4]。这些特征使我们可以对活体进行性别鉴定,并对性腺分化情况进行推测[5]。

中华锯齿米虾是一种小型经济虾类,隶属甲壳纲十足目匙指虾科(Atyidae)新米虾属,在河北省白洋淀产量丰富。范成功[6]与杨炎等[7]先后描述了此物种雌雄性腺分化及发育过程中生殖细胞的大小和形态的变化,且观点基本一致,但是在雌雄性腺出现时间的确定上存在很大的差异。孙世杰等[8]描述了该物种成熟个体雄性第一腹肢内肢卵圆形且无刚毛的特点。

本研究旨在阐明该物种性征分化过程中生殖细胞的变化特征,确定性腺分化的时间以及雄性第一腹肢的发育特征,为深入研究内外性征发育规律奠定基础。

1材料与方法

中华锯齿米虾于2011年4月中旬购于河北省保定市东风桥市场,挑取抱卵的雌性米虾(体长3.0~3.2cm)分别单独饲养于直径15cm的圆形水缸内,室温18~26℃,待自然孵化后移除亲虾,自幼虾孵化发育10d后开始取材,每两天取材一次,直至幼虾发育40d。每次取材30只用于体长测定后及时放回,取10只于显微镜下对幼虾的第一腹肢进行观察拍照,之后将幼虾在Bouin’s液中固定,进行常规石蜡切片、染色和显微拍照,切片厚度5~7μm。

2结果与分析

孵化后发育10~12d的幼体体长4.5~4.8mm,生殖腺内细胞数量少,位于肠系膜的上方,直径5μm左右,略大于附近的肠道细胞,圆形,细胞质与细胞核难于区分,周围有少量的间质细胞,这些细胞染色较深,此时的生殖细胞推测是原始生殖细胞(图版1-A)。孵化后发育12~18d的幼体体长4.8~5.6mm,性腺体积增大,生殖细胞增大,直径6~9μm,有的细胞形状不规则,明显大于周围的肠道细胞,细胞核与细胞质的界限逐渐清晰,核质比小,这些特征符合卵原细胞的性质(图版1-B)。此时期所有幼虾的第一腹肢的内肢都具有刚毛,但是刚毛数量略有差异。孵化后发育18~22d的幼体体长5.6~6.3mm,生殖细胞直径(10±2)μm,此时的生殖腺出现两种类型。

类型1:生殖细胞形状不规则,细胞核与细胞质界限明显,核质比较前一时期有所增加,出现明显卵原细胞的特征,间质细胞减少直至消失,这些卵原细胞周围出现少量的滤泡细胞(图版1-C)。

类型2:生殖细胞形状椭圆形或者不规则,但数量少,被一些间质细胞包围,这些细胞具有明显的前一时期细胞的特征,细胞体积大,但是核质界限不明显,细胞有分裂的趋势。类似于间质细胞类型的细胞大量增多,有的形成球状,染色较深。卵巢特征逐渐消失,而精巢的特征逐渐明显(图版1-D,E)。

此时期幼虾的第一腹肢的内肢有的变为卵圆型,刚毛在其基部有一根或者没有,可以明显地看出为生殖肢(图版2-A);其余的幼虾其第一腹肢内肢比前一时期增大,刚毛数量比生殖肢多(图版2-B)。化后发育22~28d幼体,体长6.3~7.2mm,连续取材并进行组织学切片观察发现,两种类型生殖腺特征差异更加明显,类型1确定为卵巢,类型2确定为精巢。

类型1:生殖细胞形状圆形或者椭圆形,体积继续增大,直径14~16μm,核质比增大,核内充满空隙,遗传物质呈点状分布。滤泡细胞增多,包围着卵原细胞并形成2~3个卵巢腔,腔内有1~2个卵原细胞。可以确定该类型的性腺为卵巢(图版1-F)。

类型2:直径较大的类卵原细胞消失,性腺呈球形且充满间隙,生殖细胞个体小,染色较深。推测此时的生殖细胞为早期的精原细胞,标志精巢分化的完成[6]。可以确定该类型的性腺为精巢(图版1-G)。

此时期雄性的生殖肢与雌性的第一腹肢内肢都有所增大,雄性生殖肢的发育也更加成熟,呈卵圆形,上无刚毛附着,而雌性腹肢变化不大,两者差异更加明显。孵化后发育28~40d的幼体,体长7.2~8.5mm。此时期卵巢内卵原细胞发育为卵母细胞,核质比减小(图版1-H)。精巢也有了进一步的分化,出现了大量的精原细胞,排列紧密,染色较深(图版1-I)。

3讨论

中华锯齿米虾的卵巢分化时间早于精巢,这与已有研究的结论[6-7]一致。之后,在幼体发育20d左右时出现两种类型的性腺。杨炎等[7]在幼体发育10d时发现早期卵巢的分化,到23d时发现卵巢分化已经完成,并且此时出现了早期的精巢,即幼体发育23d之前全部为卵巢特征的性腺。但是他们没有观察到卵巢向精巢转化的过程。本实验发现幼体发育18~22d为中华锯齿米虾雌雄性腺分化的关键时期,一部分幼虾性腺继续沿着卵巢方向发育,一部分出现了精巢的特征。可以说在精巢分化时间上与杨炎等[7]的观察结果接近,而范成功[6]在幼体发育50d观察到卵巢开始分化,90d精巢开始分化,这种差异可能是由于取材时间不同造成的,虾类的性腺发育成熟需要一定的有效积温[9]。中华锯齿米虾在每年的4~5月和9月会出现较多的抱卵米虾,尽管杨炎等[7]的取材时间为10月份,但培养温度控制在26℃左右,与本实验培养室温接近,推测范成功[6]的取材时间为当年的下半年且为自然温度培养,而9月份本地区的平均气温为20℃左右并逐渐下降,所以该时期幼虾性腺获得相同有效积温所需要的时间要长。

已有研究一致认为中华锯齿米虾是雌雄异体、雌性先熟[6-8],本实验支持这一结论。甲壳动物性分化的过程中,促雄腺起着重要作用,雄性性腺的分化是由促雄腺分泌的促雄激素介导的[10]。血淋巴内促雄激素的减少会导致处于性腺分化关键时期的雄性发育为兼性个体,甚至分化为卵巢而出现性反转的现象[11-12]。由此推测中华锯齿米虾早期性腺都是朝卵巢方向发育的,当幼虾发育到18~22d时,雄性个体的促雄腺发育成熟并分泌足够的促雄激素,使卵巢样的性腺扭转朝精巢方向分化,于是出现了精巢发育过程中的类卵巢阶段。本实验观察到雄性生殖肢出现在幼体发育20d左右,其内肢与雌性第一腹肢内肢相比缺少刚毛且为卵圆形,与推测的精巢出现的时间吻合并证实了孙世杰等[8]对雌雄第一腹肢特征的观察结果。

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