黃姑魚(Nibea albiflora)與大黃魚(Pseudosciaenacrocea)精子超微結構的觀察與比較

胡 謀，苗 亮，李明云，張 浩，王金華，王天柱，潘 娜

(寧波大學 應用海洋生物技術教育部重點實驗室，浙江 寧波 315211)

黃姑魚(Nibeaalbiflora)和大黃魚(Pseudosciaenacrocea)分別屬于鱸形目(Perciformes)、石首魚科(Sciaenida)的黃姑魚屬(Nibea)和黃魚屬(Pseudosciaena)，都是中國重要的海水養殖經濟魚類[1]。鑒于這兩種魚類經濟性狀有一定互補性，且繁殖季節重疊，馬梁等[2]開展了大黃魚♀×黃姑魚♂人工雜交試驗，但雜交胚胎呈典型的單倍體癥狀，無法獲得存活魚苗。王德祥等[1]、Miao等[3]的研究均顯示黃姑魚精子可作為誘導大黃魚雌核發育的異源激活源。這些研究結果說明黃姑魚和大黃魚的精子可能有較高的相似性，但二者在超微結構上有何異同尚未見報道。

目前國內外學者已研究了多種硬骨魚類精子的超微結構，不僅可以為其繁殖生物學提供必要的信息，而且對于魚類分類也有一定的借鑒作用。本研究使用掃描電鏡(Scanning electron micrographs, SEM)和透射電鏡(Transmission electron micrographs, TEM)技術對黃姑魚和大黃魚兩種精子的超微結構進行了觀察和比較，旨在為其繁殖生物學的研究和繁殖養殖的開展提供基礎資料。

1 材料和方法

于2012年4月從寧波象山港灣水產苗種有限公司的海水網箱中取性成熟的黃姑魚和大黃魚雄魚，通過人工擠壓腹部獲取精液，PBS液稀釋并離心，棄去上清液，用2.5%戊二醛前固定。掃描電鏡樣品：經前固定后，PBS漂洗，1%鋨酸后固定，再PBS漂洗，乙醇逐級脫水和叔丁醇脫水，經臨界點干燥、離子濺射后用Hitachi S-3400N型掃描電子顯微鏡觀察并拍照。透射電鏡樣品：經前固定后，漂洗，梯度乙醇脫水，Epoon812樹脂包埋，超薄切片后經醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛雙染色，用Hitachi H-7650型透射電子顯微鏡觀察并拍照。

2 結果與分析

2.1 外部形態

黃姑魚和大黃魚精子均為鞭毛型精子，無頂體，均由頭部、中段和尾部3部分組成；精子頭部和中段界限不明顯，頭部近橢圓形；尾部(鞭毛)可分為主段和末段，主段較粗，至末端逐漸變細，最后消失成一點(圖 1-a，圖 2-a,)。經測量，黃姑魚和大黃魚精子在全長、頭長、頭寬、中段長、尾長、尾徑等參數上均無顯著差異(P>0.05)(表1)。

a—精子外觀(appearance of a spermatozoon)；b—精子頭部放大圖(enlarge figure of the spermatozoon head)；H—精子頭部(head of spermatozoon)；Mp—精子中段(midpiece of spermatozoon)；F—精子尾部(flagellum of spermatozoon)。

圖 1 黃姑魚精子外部形態

2.2 頭部

黃姑魚和大黃魚精子頭部形態相似，結構基本相同。精子頭部均有背腹面之分，無頂體(acrosome)；細胞核呈腎形，位于腹面，細胞核中染色質高度濃縮，形成致密的團塊狀，在團塊狀染色質之間分布著松散不規則排布的染色質纖維和位置不定的網絡狀間隙(圖 3-a，圖 4-a)。中心粒復合體(centriolar complex)位于頭部的背面，近端中心粒(preximal centriole)和遠端中心粒(distal centriole)均為“9+0”微管結構，二者的長軸相互垂直，遠端中心粒向后延伸出軸絲(圖3-a，圖4-a)。

a—精子外觀(appearance of a spermatozoon)；b—精子頭部放大圖(enlarge figure of the spermatozoon head)；H—精子頭部(head of spermatozoon)；Mp—精子中段(midpiece of spermatozoon)；F—精子尾部(Flagellum of spermatozoon)；EP—尾部末段(endpiece of the ta)。

圖2大黃魚精子的外部形態

Fig 2 Morphology of spermatozoon inPseudosciaenacrocea

a—精子縱切(Longitudinal section of sperm)；b—精子細胞核橫切(Cross section of nucleus)；c—精子中段橫切(Cross section of midpiece)；d—鞭毛縱切(Longitudinal section of flagellum)；e—鞭毛橫切(Cross section of flagellum)；PC—近端中心粒(proximal centriole)；DC—遠端中心粒(distal centriole)；M—線粒體(mitochondrion)；F—鞭毛(flagellum)；N—細胞核(nucleus)； OM—袖套外膜(outer membrane of sleeve)；IM—袖套內膜(inner memberane of the sleeve)；V—囊泡(vesicle)；MT—微管(microtubule;)；LF—側鰭(lateral fin)； AX—軸絲(axoneme)。

圖3黃姑魚精子的超微結構

Fig 3 Ultrastructure of the spermatozoon inN.albiflora

2.3 中段

黃姑魚和大黃魚精子中段均包括線粒體和袖套(sleeve)兩部分。袖套位于頭部的最后端，呈筒狀(圖 3-c；圖 4-c)，袖套中有少量的囊泡(vesicle)(圖 3-b；圖 4-b)；線粒體呈圓形，一般有4～5個，彼此間不融合，圍繞軸絲呈環形排列(圖3-c；圖4-c)。

a—精子縱切(Longitudinal section of sperm)；b—精子細胞核橫切(Cross section of nucleus)；c—精子中段橫切(Cross section of midpiece)；d—鞭毛縱切(Longitudinal section of flagellum)；e—鞭毛橫切(Cross section of flagellum)；PC—近端中心粒(proximal centriole)；DC—遠端中心粒(distal centriole)；M—線粒體(mitochondrion)；F—鞭毛(flagellum)；N—細胞核(nucleus)；IF—植入窩(implantation fossa)；OM—袖套外膜(outer membrane of sleeve)；IM—袖套內膜(inner memberane of the sleeve)；MT—微管(microtubule;)；LF—側鰭(lateral fin)；AX—軸絲(axoneme)。

圖4大黃魚精子的超微結構

Fig 4 Ultrastructure of the spermatozoon inPseudosciaenacrocea

2.4 尾部

黃姑魚和大黃魚精子均為單鞭毛，細長，鞭毛起始于袖套腔中，尾部表面的質膜形成不規則的短鰭，在尾部縱切面上呈波紋狀向兩側突出而成的側鰭(lateral fin)，橫切面上可見軸絲為典型的“9+2”結構(圖3-e，圖4-e)；尾部末梢均變細(圖1-a，圖2-a)。

3 討論

硬骨魚種類繁多，生殖特點不盡相同，受精方式分為體內受精和體外受精兩種類型。Jamieson等[4]將體外受精的硬骨魚類精子分為I型精子(鞭毛長軸與細胞核底部垂直)和II型精子(鞭毛長軸與細胞核橫向平行)，II型精子因在鱸形目中最為常見而又被稱為“鱸型目精子”?，F已研究的鱸形目各科魚類精子中，石首魚科魚類(包括本文的黃姑魚和大黃魚)全為II型精子[5]，雀鯛科、慈鯛科和鯛科為I型精子[6]，隆頭魚科中I型和II型精子同時存在[7]，而馬鲅科精子則是介于I型和II型之間的中間型[8]。

3.1 頭部

黃姑魚和大黃魚精子頭部的形狀均類似橢圓形，細胞核呈卵圓形或腎形。這與鮸魚[9]、大黃魚[10]等大多數石首魚科魚類的精子頭部非常相似。在體外受精的硬骨魚中，精子的形狀有所不同。如頭石脂鯉(Bryconcephalus)[11]精子頭部為規則的圓形。鮭鱒魚(Salmogairdneri)和亞東鮭(Salmotruttafario)精子頭部為卵圓形[12]。另外，中華鱘(Acipensersinensis)、西伯利亞鱘(Acipenser,baeriiBrandt)、小體鱘(Acipenser,ruthenusLinnaeus)和白鱘(Scaphirhynchusalbus)[13]中均發現了圓柱形的頭部。

硬骨魚類精子的植入窩多為細胞核表面一個凹陷，深淺不一。植入窩(implantation fossa)多位于核的后端，也有位于核的一側[14]。本文中黃姑魚和大黃魚精子的植入窩位于細胞核表面，為一條淺溝狀結構，其走向與細胞核長軸接近于平行，這與尤永隆等[10]描述的大黃魚精子的植入窩一致，與鮸魚、銀鯧精子的植入窩也非常類似[9]，而與鯉魚、黃顙魚精子的植入窩則不同[15]，鯉魚精子的植入窩位于細胞核一側，而黃顙魚精子的植入窩位于核后端。

一般硬骨魚類中，近端中心粒和遠端中心粒的排列表現為兩種形態。一種是近端中心粒與精子長軸垂直，呈現為“T”型；另一種是遠端中心粒與精子長軸平行，呈現為“L”型[16]。在已研究過的鱸形目魚類精子中，近端中心粒與遠端中心粒大多相互垂直，呈“T”型排列，如藍頭錦魚(Thalassomabifasciatum)、黃鰭鯛(Acanthopagrusberda)、澳洲黑鯛(Acanthopagrusaustralis)、菱體兔牙鯛(Lagodonrhomboids)、羊頭鯛(Archosargusprobatocephus)、黑槍魚(blackmarlin)[17]以及本文中的黃姑魚和大黃魚，但也有少數種類是非垂直排列，如斜帶石斑魚(Epinepheluscoioides)精子的近端中心粒與遠端中心粒呈120°夾角[18]；大菱鲆(Lachnolaimusmaximus)精子的近、遠端中心?；コ?35°[17]。

3.2 中段

在石首魚科魚類中，精子中段線粒體通常呈圓形，數量一般不超過10個[5,9,10]；而鱸形目的鯛科(Sparidae)和馬鲅科(Polynemidae)魚類的精子則只有一個線粒體[6,8]。本研究觀察到黃姑魚和大黃魚精子中線粒體的數量均為4～5個，程順等[19]在大黃魚精子中觀察到了5個線粒體，而尤永隆等[10]研究發現大黃魚精子中段內有6個線粒體，大黃魚線粒體個數不一致可能與個體差異或切片角度不同有關。

3.3 尾部

包括黃姑魚和大黃魚在內，石首魚科魚類的精子均為單鞭毛，軸絲為“9+2”結構[5,9,10]。到目前為止，除大西洋鰻(Anguillaanguilla)和康吉鰻(Congeranguilla)精子的軸絲缺少一對中央微管，為“9+0”結構外，其它絕大多數魚類精子的軸絲都為“9+2”結構。某些鲇形目魚類精子具有雙鞭毛，如棘甲鯰科的(Doradidae)韋氏上棘鮠(Anadorasweddellii)和鈍囊鯰屬(Amblydoras)[20]；鱸形目的慈鯛科(Satanopercajurupari)魚類精子也具有雙鞭毛[6]，而天竺鯛科(Apogonidaeimberbis)魚類精子則包含單鞭毛和雙鞭毛兩種類型[21]。

許多硬骨魚類精子鞭毛軸絲的外面都能看到由細胞質向兩側擴張而成的側鰭[14]，石首魚科中，鞭毛膜上都存在不規則的側鰭[5,9,10]，本研究發現黃姑魚和大黃魚精子鞭毛上也存在不規則的側鰭。Mattei等[22]認為鞭毛膜的擴張對于提高精子的活動能力是一種有效的補充。Stoss等[23]均認為側鰭結構與精子的運動相適應，可提高精子的游動速度，有助于魚類受精；而Afzelius等[24]則認為側鰭與精子游泳速率的提高無多大關系。關于精子側鰭的具體作用還有待進一步研究驗證。另外，尤永隆等[10]在大黃魚精子尾部超微結構中觀察發現，鞭毛主段的末端呈現膨大的瓶狀，其中存在由微管螺旋而成的簍狀結構。而本研究并未發現大黃魚精子尾部主段末端有類似膨大的簍狀結構，程順等[19]在大黃魚精子的超微結構研究中也未提及該結構。

3.4 黃姑魚和大黃魚精子比較

黃姑魚和大黃魚精子無論在形態、大小還是超微結構上都十分相似，這也是黃姑魚精子可以激活大黃魚卵的原因之一，但由于二者的遺傳物質可能存在不相容性，不能獲得存活的大黃魚♀×黃姑魚♂雜交子代。包括黃姑魚和大黃魚在內，現已研究的石首魚科魚類的精子在超微結構上表現出高度的相似性。Sasaki等[25]根據對石首魚科魚類的形態學、骨骼學和肌肉學特性分析，認為該科是單系統起源的。石首魚科中魚類精子的高度相似性支持了這一觀點，同時也支持了“同科中不同種精子的細胞器分布一致”這個假說[26]。

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