< 中国明对虾(<i>Fenneropenaeus chinensis</i>)外部性征的分化及发育 MathJax.Hub.Config({tex2jax: {inlineMath: [['$', '$'], ['\\(', '\\)']]}});
  渔业科学进展  2016, Vol. 37 Issue (6): 68-73  DOI: 10.11758/yykxjz.20151101001
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引用本文 

冯政夫, 林晓菲, 葛蕾蕾, 朱伟. 中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)外部性征的分化及发育[J]. 渔业科学进展, 2016, 37(6): 68-73. DOI: 10.11758/yykxjz.20151101001.
FENG Zhengfu, LIN Xiaofei, GE Leilei, ZHU Wei. Differentiation and Development of External Sex Characteristics of Shrimp (Fenneropenaeus chinensis)[J]. PROGRESS IN FISHERY SCIENCES, 2016, 37(6): 68-73. DOI: 10.11758/yykxjz.20151101001.

基金项目

青岛农业大学高层次人才启动基金(631109)和山东省现代农业产业技术体系项目(SDAIT-15-011-10)共同资助

作者简介

冯政夫, E-mail: zhffeng@163.com

通讯作者

朱 伟. E-mail:zhuweiqd@163.com.

文章历史

收稿日期:2015-11-01
收修改稿日期:2015-11-30
中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)外部性征的分化及发育
冯政夫1, 林晓菲1, 葛蕾蕾2, 朱伟1     
1. 青岛农业大学生命科学学院 青岛 266109;
2. 青岛蔚蓝生物集团有限公司 青岛 266001
摘要: 中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)的性别分化和生殖器官发育是其繁殖生物学的重要部分,也是进行性别调控的基础。经过2年的取样观察,研究了中国明对虾雌性纳精囊和雄性交接器的分化与发育过程。结果显示,早在仔虾后16 d (16 days post-larva, PL16)即开始雌雄分化,此时,雌虾第4与第5对步足间腹甲处的锥突出现明显下陷,而雄虾的没有下陷。PL54时,雌虾纳精囊瓣膜出现,然后继续发育,到PL124时形成纳精囊雏形;雄虾交接器发育较晚,到PL54时,雄虾第1泳足的内肢才出现分化,在PL106基本形成雄性交接器。
关键词: 中国明对虾    性别分化    发育    纳精囊    交接器    
Differentiation and Development of External Sex Characteristics of Shrimp (Fenneropenaeus chinensis)
FENG Zhengfu1, LIN Xiaofei1, GE Leilei2, ZHU Wei1     
1. College of Life Science, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109 ;
2. Qingdao Vland Biotech Group Co., Ltd., Qingdao 266001
Corresponding author: ZHU Wei. E-mail:zhuweiqd@163.com.
Abstract: Fenneropenaeus chinensis is one of the prominent aquaculture shrimp species in China. To better understand its reproductive biology, here we investigated the sexual differentiation and development of the shrimp. The morphological changes of the female thelycum and the male petasma were observed. The larvae of F. chinensis collected from Yellow Sea Fisheries Research Institute (YSFRI) in Aprils of 2012 and 2013 were cultured in a circulating water system. The adult F. chinensis were purchased from aquatic produce market. The samples were fixed in Bouin’s solution for 16-24 h after being anesthetized with seawater saturated with Mg2SO4, and then stored in 70% ethanol at 4℃ for observation of external sexual development. The images were taken by Olympus CX22 LEDRFS1 microscope. It was found that the sexual differentiation of female shrimp started at 16 days post-larva (PL16). A subsidence appeared in the conuli on the ventral plate between the fourth and fifth pairs of pereopods in female shrimp, but no subsidence in the conuli was found in male shrimp. The valves that were components of thelycum appeared at the base of the fourth (anterior valve) and fifth pairs of pereopods (posterior valve) at PL54. At PL112, the form of anterior valve appeared to be similar to “epsilon type ”. At PL124, the thelycum began to develop. Compared to the development of thelycum, the growth of petasma of male shrimps was late. The initial differentiation of endopodite on the first pair of pleopods was found at PL54, indicating the formation of male external genitalia. At PL106, petasma appeared to be similar to that of adults. The cannelure became obvious and periphery up folded, but the endopodite on the first pair of pleopods in female remained a willow-leaf shape.
Key words: Fenneropenaeus chinensis    Sexual differentiation    Development    Thelycum    Petasma    

中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)是我国重要的海水养殖虾类,属广温、广盐性、一年生暖水性大型洄游虾类。在自然海域条件下,成体雄虾体长15-18 cm,体重为30-40 g;雌虾体长为18-23 cm,体重为60-80 g,是雄虾体重的1.5倍。选育成体个头大、生长速度快的雌虾,可有效缩短养殖周期,提高养殖效益。

对虾外部性征主要有雄性交接器和雌性纳精囊,其形态特征的差异成为对虾属的分类特征和雌雄性别鉴定的主要依据(杨筱珍等,2010)。雌性纳精囊位于第4和第5对步足基部之间的腹甲上,分为封闭型和开放型。大多数虾类具有封闭型纳精囊,有1个或2个囊状结构,用以储藏精子,如中国明对虾、斑节对虾(Penaeus monodon)和长毛对虾(Penaeus penici- llatus)等属于此类;开放型纳精囊无囊状结构,凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)属此类。雄性交接器由第1泳足的内肢通过钩状刚毛相连而构成,中部向上纵行隆起,呈半管形。

20世纪80年代初,我国学者对中国明对虾雌雄分化的外部形态特征进行了研究。李富花等(2002)发现,中国明对虾外部性征分化发生在仔虾后第35天(35 days post-larva,PL35)的幼虾,而尹左芬等(1986)在解剖镜下观察到中国明对虾在进入幼虾时(体长为34 mm)出现了外部性征的分化。Campos-Ramos等(2006)观察到凡纳滨对虾PL50左右(体重为150 mg,体长为20 mm)出现了雌雄外部性征的分化,其外部性征的分化主要与生长龄有关,不受其体长、体重的影响。Sagi等(1990)在罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)的研究中也得出相同的结论。

迄今为止,有关中国明对虾外部性征发育过程的研究还很少。为此,本研究借助光学显微镜对中国明对虾幼虾的纳精囊和交接器的发育过程进行观察,为完善中国明对虾繁殖生物学、掌握其繁殖规律进而进行性别调控和单性养殖奠定基础。

1 材料与方法 1.1 实验材料

连续2年(2012年4月和2013年4月)从中国水产科学研究院黄海水产研究所育苗场取回PL5幼虾(体长为7 mm)。取回的幼虾在80 L的玻璃缸循环水系统中充气培养,海水温度为22-28℃,每天换水1/3。饲养前期以投喂卤虫(Artemia sp.)无节幼体和虾片为主,每日投喂4次;虾片过120目筛后投喂。饲养后期投喂人工配合饲料。中国明对虾成体于2012年 12月和2013年1月购于山东省青岛市城阳新宜家海鲜市场,用于成体外生殖器结构的观察。

PL7-PL56,每2 d随机取30尾幼虾;PL58- PL124,每6 d随机取20尾幼虾并测量体长。将活虾放入含有饱和MgSO4的海水中麻醉后,放入Bouin’s液(苦味酸饱和液︰福尔马林︰冰醋酸=15︰5︰1)中固定16-24 h后,转入70%的乙醇中(4℃)保存备用,用于外生殖器结构观察。

1.2 观察及制片方法

将Bouin’s液固定后的幼虾在系列乙醇中逐级复水。将复水后的幼虾附肢伸展,腹面向上放到干净的载玻片上,用解剖针将两侧的步足、泳足和尾肢固定,在显微镜下观察第4和第5对步足之间腹甲上的锥突形态变化和第1泳足内肢的发育过程。每次随机取PL7-PL30幼虾30尾,取PL32-PL124幼虾20尾,在Olympus显微镜下观察并拍照。

2 结果

雌性纳精囊和雄性交接器是中国明对虾的主要外生殖器,它们的形态和着生部位有很大的不同,是性别鉴定的主要依据。

2.1 雌性纳精囊的发育

中国明对虾雌性纳精囊是贮存精荚的器官,由第4和第5对步足之间腹甲的锥突下陷形成囊腔,第5对步足基部的前缘特化为2个半圆形甲壳质瓣膜覆盖囊腔,形成封闭式纳精囊,第4对步足基部的后缘演变为“山”字形突起,斜插在囊腔内,有固定精荚的作用(图 1)。

图 1 中国明对虾雌虾纳精囊发育 Figure 1 Thelycum development of female F. chinensis A:PL15幼虾(锥突形状未分化);B:PL16雌虾(锥突下陷);C:PL38雌虾;D:PL54雌虾(前、后瓣膜出现);E:PL74雌虾;F:PL86雌虾(前瓣膜后缘凹陷);G:PL112雌虾(“山”字形突起形成);H:PL124雌虾(“山”字形突起后缘下陷);Ⅰ:成体雌虾;Ⅳ:第4步足;Ⅴ:第5步足;1st:第1泳足 A: Juvenile shrimp at 15 days post-larva(conuli has not developed); B: Female shrimp at 16 days post-larva(sunken conulis); C: Female shrimp at 38 days post-larva; D: Female shrimp at 54 days post-larva(anterior and posterior valves appeared); E: Female shrimp at 74 days post-larva; F: Female shrimp at 86 days post-larva(sunken posterior margin ofanterior valves); G: Female shrimp at 112 days post-larva(“ε” sharped anterior valve appeared); H: Female shrimp at 124 days post-larva(sunken posterior margin of “ε” sharped anterior valves); I: Adult female shrimp; Ⅳ: the fourth pereopod; Ⅴ: The fifth pereopod; 1st: The first pleopod
2.1.1 前后锥突开始发育

PL15(平均体长为11.3 mm)幼虾,第4与第5对步足基部的腹甲上有 2个锥形突起,位于第4对步足腹甲上的锥突(前锥突)比第5对步足的(后锥突)略显钝圆和宽大,个体间锥突形状未观察到明显差异(图 1-A)。

2.1.2 雌性纳精囊的出现

PL16(平均体长为11.5 mm)幼虾,雌性与雄性的第4与第5对步足腹甲间的锥突形态出现分化。雌虾的前锥突和后锥突出现不同程度的下陷,基部着生面积进一步加大(图 1-B)。此时,雄虾的前、后锥突形状相似,没有明显的形态改变和下陷(图 1-A)。随着幼虾发育,雌性幼虾的前锥突与后锥突继续下陷,锥突顶端逐渐变钝,基部面积继续增大,PL38雌虾的前锥突顶端面积与基部的近乎相等(图 1-C)。

2.1.3 雌性纳精囊的生长

PL54雌性幼虾(平均体长为51.1 mm)的第4与第5对步足之间腹甲面积继续变宽,第4对步足基部的后缘和第5对步足基部前缘分别发育为一个三角形瓣膜(前瓣膜和后瓣膜),前瓣膜的左右甲壳质瓣膜连接在一起,后瓣膜的左右甲壳质瓣膜相互分离;后锥突基部着生面积加大,锥突顶部面积进一步缩少,下陷明显(图 1-D)。此时,雄虾第4与第5对步足之间腹甲上锥突的着生面积也增大,但锥突的形状与PL15幼虾相比没有明显变化(图 2-A)。随着幼虾的发育,雌虾的后锥突下陷明显,前瓣膜继续生长并向后延伸,后瓣膜继续向前生长并向中央靠近(图 1-E)。

2.1.4 纳精囊的形成

PL86雌虾(平均体长为82.2 mm)纳精囊的后瓣膜继续向前生长,并逐渐向中央靠近,前瓣膜后缘中央凹陷明显(图 1-F)。PL112雌虾(平均体长为91.6 mm)后瓣膜的前缘已延伸至第4对步足基部,后瓣膜的左右甲壳质瓣膜继续向中央靠近;前瓣膜的前缘下陷明显,后缘形成的“山”字形突起更为明显并向上微微翘起,在以后的发育中逐渐下陷并斜插在纳精囊的囊腔内(图 1-G)。PL124雌虾(平均体长为97.7 mm)前瓣膜后缘的3个舌状突起更加明显,后瓣膜继续生长并向中央靠近,已覆盖第5对步足之间腹甲的1/2,逐渐形成封闭式纳精囊。此外,在纳精囊的发育过程中,没有观察到囊腔内部有分隔膜的出现,推测其为单囊腔的纳精囊(图 1-H)。成体雌虾(平均体长为123.5 mm)的纳精囊呈圆盘状,中央有一个纵向开口,左右两侧对称,开口的两边外缘稍突起,有如唇状闭合,内部为一个空囊,囊腔的前端有3个舌状小突起,斜插在囊腔内,有固定精荚的作用(图 1-I)。在整个发育过程中,雄虾的腹甲面积随着发育进行而增大,但前锥突和后锥突的形态以及腹甲形状与PL15幼虾的相比没有明显变化(图 1-A图 2-C)。

图 2 中国明对虾第1泳足内肢的发育 Figure 2 Development of endopodite of the first pleopod of F. chinensis A:PL54雄虾(生殖肢基部变宽);B:PL74雄虾(生殖肢的顶部与基部成90°);C:PL86雄虾;D:PL106雄虾;E:PL124雄虾;F:PL106雌虾(对照,柳叶状的第1泳足内肢);G:成体雄虾(交接器);H、成体雄虾(交接器钩状毛);Ⅰ:成体雌虾(对照,柳叶状的第1泳足内肢);1st:第1泳足 A: Male shrimp at 54 days post-larva(broadening on the base of endopodite of the first pleopod); B: Male shrimp at 74 days post-larva(the top and base of endopodite of the first pleopod forming an angle of ninety degree); C: Male shrimp at 86 days post-larva; D: Male shrimp at 106 days post-larva; E: Male shrimp at 124 days post-larva; F: Female shrimp at 106 days post-larva(control,willow-leaf shaped endopodite of the first pleopod);G: Petasma of adult male shrimp; H: Adult male shrimp(hamulus of petasma); Ⅰ: Adult female shrimp(control,willow-leaf shaped endopodite of the first pleopod); 1st: The first pleopod
2.2 雄性交接器的发育

中国明对虾雄性交接器是由第1泳足的内肢特化而来。雄虾的第1对泳足内肢分别发育为“靴”状结构的生殖肢,左右生殖肢的内缘着生浓密的、呈带状分布的钩状刚毛,巧妙地将左右生殖肢联合在一起形成完整的雄虾交接器(图 2)。对虾交配时,精荚从第5对步足基部内侧的裂缝状生殖孔排出,交接器将充满精子的精荚运送到雌性纳精囊中,履行繁育后代的任务。

PL45幼虾(平均体长为41.4 mm)第1对泳足的内肢刚出现,为乳突状,个体间第1泳足内肢的形态没有明显差异。随着幼虾的发育,幼虾PL54第1泳足的内肢形态出现分化。雌性幼虾第1泳足内肢顶端锐尖,其第4对与第5对步足之间腹甲的锥突下陷明显,这是雌虾外生殖器的主要特征。而雄性幼虾的第1泳足的内肢顶端钝圆,且第4对与第5对步足之间腹甲的锥突非常明显,由此可以推断,其第1泳足内肢将发育为雄性生殖肢(图 2-A)。

随着幼虾的发育,雄虾交接器逐步形成。PL74雄虾生殖肢的基部变宽,顶部向外侧伸长并与基部成90°角(图 2-B)。PL86雄虾的生殖肢继续生长,顶部明显变宽,出现交接器的雏形(图 2-C),此时,雌虾的第1泳足内肢基部没有明显的变宽,仍为柳叶 状(图 1-F)。PL106雄虾的生殖肢表面出现明显的双沟回,沟回前端出现弯曲(图 2-D)。 PL124雄虾的交接器外缘沟回加深,外缘开始翻卷,交接器基本形 成(图 2-E)。随着发育进行,雄虾生殖肢联合处出现许多小刚毛,并将左右生殖肢巧妙地联合在一起形成交接器。交接器呈半管形,边缘纵行向上卷曲,前端稍尖(图 2-G)。生殖肢边缘的刚毛带状分布,十分浓密,类似“尼龙拉链”。当遇到左右方向的外力时,可将联合在一起的生殖肢上的小钩相互脱钩,当将它们重新相互靠拢时,小钩可借助自身弹性重新嵌合(图 2-H)。在幼虾发育过程中,雌虾第1泳足内肢也在不断生长,前端锐尖,形状仍为柳叶状(图 2-F图 2-I)。

3 讨论

大多数十足目(Decapoda)雄性动物的第1泳足的内肢都会发生特化,雌雄在其形状、大小和刚毛着生等方面存在明显差异,这些特征是十足目种属鉴别的主要依据。粗糙沼虾(Macrobrachium superbum),秀丽白虾(Macrobrachium asperulum)和中华小长臂虾(Palaemonetes sinensis)的雄虾第1泳足内肢较长,前缘钝圆,中间微凹;其雌虾第1泳足内肢比雄的短,细长,前缘锐尖(谈奇坤等,1984)。中华锯齿米虾(Neo- caridina denticulata sinensis)雄虾第1泳足内肢呈叶状,卵圆形,无刚毛;雌虾第1泳足内肢呈尖叶状,微微弯曲(甄胜涛等,2012)。中国明对虾雄虾第1泳足内肢基部粗壮,顶部片状,向上卷曲,表面有沟槽,边缘有刚毛,左右生殖肢联合形成筒状交接器;雌虾第1泳足内肢狭长,前端锐尖,似柳叶状。

观察显示中国明对虾外部性征的发育主要与其生长龄有关,这与沼虾(Sagi et al,1990)和凡纳滨对 虾(Campos-Ramos et al,2006)的研究结果一致。幼虾经过多次蜕皮完成其外部性征的分化与发育。在适宜对虾生长的环境条件下,同龄对虾个体间的外部性征分化时间基本相同,不受其体长和体重的影响。当养殖环境条件不适宜对虾生长时,其外部性征分化时间将向后拖延,但个体间没有明显差异。中国明对虾PL16幼虾的纳精囊形成部位腹甲上的锥突形态出现了分化,随着发育的进行,PL54雌虾出现了甲壳质前瓣膜和后瓣膜,PL112雌虾的前瓣膜后缘形成3个舌状突起。本研究观察到的雌雄外生殖器出现分化的时间比前人的研究有所提前。如李富花等(2002)观察到中国明对虾雌雄外部性征分化发生在PL35的幼虾上;凡纳滨对虾的PL44雌虾(0.5-0.6 g,45-50 mm)腹甲的形状发生明显变化(Garza-Torres et al,2009);日本对虾(Penaeus japonicus)的雌雄外部性征分化发生在仔虾后的第2个月(Charniaux-Cotton et al,1985; Nakamura et al,1992)。中国明对虾雄性外部性征主要出现在第4与第5对步足间腹甲上锥突形态、腹甲形状和第1泳足内肢形态。PL16雄虾腹甲上的锥突形态与雌虾明显不同,在整个发育中,雄虾腹甲上的锥突形态和腹甲形状变化不明显。中国明对虾PL54幼虾的第1泳足内肢出现分化,与雌虾相比,雄性幼虾第1泳足内肢的顶端钝圆,然后渐渐变宽,最终发育为“靴”状的生殖肢。凡纳滨对虾和日本对虾的PL50幼虾,其第1泳足内肢开始出现形态分化,PL70雄虾的交接器雏形形成(Garza-Torres et al,2009; Campos-Ramos et al,2006; Nakamura et al,1992)。

对虾具有开放型和封闭型两种纳精囊,其发育过程中的形态变化也迥然不同。凡纳滨对虾为开放型纳精囊,发育初期雌虾腹甲的形状变化明显,发育后期,第4与第5对步足之间腹甲的形态变化不大(Garza- Torres et al,2009)。中国明对虾纳精囊为单一囊腔的封闭型纳精囊。对虾交配后,纳精囊外观饱满,向外突出(王清印等,1998)。其纳精囊形成部位腹甲上的锥突下陷形成囊腔,第4和第5对步足基部出现了甲壳质前瓣膜和后瓣膜。前瓣膜后缘形成3个舌状突起,前缘下陷,斜插在囊腔内起固定精荚的作用,后瓣膜生长覆盖在囊腔的外面形成封闭型纳精囊,这些结论与吴长功等(1999)的结论一致。

参考文献
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