西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍消化道結構的比較

劉沫洋　楊瑞斌　楊學芬　樊啟學　魏開建

(華中農業大學水產學院, 農業部淡水生物繁育重點實驗室, 淡水水產健康養殖湖北省協同創新中心, 武漢 430070)

消化系統形態學差異既是不同魚類食物組成和攝食方式差別的原因, 也是相近種群、相近食性的魚類共棲的生物學基礎[1,2]。但關于分類地位相近的共棲魚類的消化道形態學、組織學結構差異與營養生態位的關系卻少有報道。西藏高原鰍(Triplophysa tibetana)、細尾高原鰍(Triplophysa stenura)和異尾高原鰍(Triplophysa stewarti)同屬鯉形目(Cypriniformes), 鰍科(Cobitidae), 條鰍亞科(Nemacheilinae), 高原鰍屬(Triplophysa)魚類, 廣泛分布于雅魯藏布江和怒江[3]。本研究選取共棲息于雅魯藏布江同一區域的3種高原鰍作為研究對象,通過比較研究3種魚類消化道形態學、組織學特征,結合其食物組成分析, 探討分類地位相近的共棲魚類消化道結構差異與食物組成關系。本文主要描述3種高原鰍消化道形態學和組織學結構的差異。

1　材料與方法

1.1　實驗用魚

西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍標本于2016年5—6月采于雅魯藏布江拉薩江段, 各選取鮮活成魚10尾。西藏高原鰍平均體長(107.40±19.73) mm, 體重(18.90±8.13) g; 細尾高原鰍平均體長(74.78±12.37) mm, 體重(3.22±1.33) g; 異尾高原鰍平均體長(50.53±4.32) mm, 體重(2.58±0.42) g。

1.2　樣本處理

將樣本于實驗室饑餓24h后, 用MS-222 (1 g/L)麻醉, 測量體長、全長、頭長、吻長、口裂大小,然后從肛門沿腹中線剪至下頜, 觀察其消化系統形態特征, 并取出消化道測量其各個部分的長度, 記錄數據。以腸第一回折和最后一回折將腸劃分為前、中、后三部分。胃長為胃幽門最高點到胃體最低點的垂直距離; 消化道長為食道長、胃長和腸長相加之和。

1.3　石蠟組織切片的制作

將解剖出的消化道分割成食道, 胃, 前、中、后腸幾個部分, 每個部分取相同位置, 放入Bouin氏液固定24h后, 流水沖洗24h, 乙醇逐級脫水, 二甲苯透明, 石蠟包埋切片, 切片厚度為5—7 μm。切片采用HE染色, 中性樹膠封片, Olympus BX51顯微鏡觀察并拍照。

1.4　數據處理

消化道各部分的黏膜褶皺數量及其高度、肌肉層厚度等指標作為測量依據。黏膜褶皺數為消化管橫切面上黏膜褶皺個數; 黏膜層高度為黏膜褶皺頂端到底部凹陷處的垂直距離。每尾魚每個部位隨機選取5個切片10個視野進行測量, 再將測量數值×103后換算為與各魚體長的比值, 以消除魚體規格差異對參數的影響[4]。結果用均數±標準差(X±s)表示, 采用SPSS 22.0進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)和Duncan’s多重比較, 差異顯著水平為P＜0.05。

2　結果

2.1　形態學的比較

3種高原鰍的消化道起自口, 最后從泄殖腔開口于外。消化道由口咽腔、食道、胃、前腸、中腸、后腸和肛門組成(圖 1)。口下位, 口裂寬, 唇厚,口腔與咽部無明顯分界線, 合稱口咽腔。西藏高原鰍口裂較小, 口咽腔長, 頭長與體長之比顯著大于細尾高原鰍和異尾高原鰍(表 1)。而細尾高原鰍和異尾高原鰍口裂較大, 口咽腔較短。三者的口裂高/口裂寬數值無顯著差異。

3種高原鰍食道細而短, 食道與胃分界處有輕微凹陷, 胃均成彎曲的“U”型結構(圖 1), 西藏高原鰍和細尾高原鰍胃較寬, 賁門和幽門較短, 胃體膨大, 而異尾高原鰍胃的賁門和幽門占胃的比例較大。胃幽門后形成明顯縊縮與腸分開, 無幽門盲囊,異尾高原鰍胃占消化道長的比例顯著大于西藏高原鰍和細尾高原鰍。從圖 1觀察到西藏高原鰍腸盤旋2次, 腸先向后行走一段, 接著翻折向前行走至胃體底部再向后行走; 細尾高原鰍腸盤旋4次, 腸先向后螺旋盤旋2次后向前行走至胃的背面中上部再彎曲一直向后; 異尾高原鰍腸盤旋2次, 與西藏高原鰍相似, 但第二個彎曲不到達胃部就返回向后延伸。3種魚的腸道都較短, 異尾高原鰍的比腸長最小, 數值為0.51±0.07, 顯著低于西藏高原鰍的0.64±0.08和細尾高原鰍的0.70±0.06(P＜0.05)(表 2)。以腸的第一次回折和最后一次回折將腸道劃分為前、中、后三部分, 前腸直徑粗, 向后逐漸變小變細。

圖 1　西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍消化道比較解剖Fig. 1　The anatomy of digestive tract of T. tibetana, T. stenura and T. stewarti

表 1　三種魚的口裂及頭部比較Tab. 1　The information of a part of mouth cleft and head of 3 fish species

2.2　消化道顯微結構

食道食道結構由黏膜層, 黏膜下層, 肌層和漿膜層組成。西藏高原鰍食道黏膜層為復層扁平上皮, 其中有大量的杯狀細胞, 約2—3層(圖2a)。黏膜層褶皺約為11—12個, 相對高度為4.51±0.54, 顯著小于細尾高原鰍和異尾高原鰍。黏膜下層為疏松結締組織, 肌層較為發達, 為環肌橫紋肌, 相對厚度為4.91±0.66, 最外側為漿膜層, 較薄, 含有血管。細尾高原鰍黏膜層褶皺為12—13個,相對厚度6.96±1.56, 肌層較薄, 為3.72±0.73, 顯著小于西藏高原鰍和異尾高原鰍食道肌層厚度(圖2b)。異尾高原鰍食道黏膜層褶皺數量為13—16個,黏膜層發達, 褶皺高度較高, 為21.70±4.88。肌層薄, 相對厚度為4.48±1.70(圖 2c)。

胃西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍食道之后逐漸膨大成胃, 胃分為賁門、胃體、幽門3個部分。如(圖 2d—f)所示, 胃的黏膜層由復層扁平上皮變為單層柱狀上皮, 上皮細胞排列緊密,細胞核整齊位于細胞底部, 染色較深, 無杯狀細胞。在胃的賁門部, 西藏高原鰍黏膜層相對高度約3.82±1.32, 褶皺數量為20—26個; 細尾高原鰍黏膜層相對高度為5.96±0.95, 褶皺數量為16—18個, 異尾高原鰍黏膜層相對高度17.69±3.54, 與其他2種魚有顯著差異。在賁門部黏膜層上皮逐漸向內凹陷形成胃小凹, 黏膜層下為固有層, 其中出現胃腺細胞, 腺細胞為柱狀, 細胞核為圓形位于基底, 細胞質染色較淺。腺細胞排列規則在中間形成管腔, 開口于胃小凹。胃腺細胞分布不均, 在胃體部分布最多,主要集中在底部和外側, 幽門部無胃腺細胞。胃黏膜下層為疏松結締組織, 內含血管, 從食道到胃黏膜下層逐漸增厚, 黏膜下層的結締組織在賁門開始分支伸入縱肌層, 將縱肌肌束分隔。肌層由橫紋肌變為平滑肌, 內層環肌, 外層縱肌, 環肌厚度比縱肌厚。胃體部黏膜層褶皺高度降低, 數量變多, 部分區域出現了黏膜肌層, 固有層變厚, 腺細胞增多。細尾高原鰍和異尾高原鰍胃體部結構與西藏高原鰍相似, 黏膜層高度具有顯著性差異(表 3)。其中細尾高原鰍肌層發達, 縱肌更為發達, 肌層相對厚度為5.99±1.19, 異尾高原鰍肌層相對厚度7.01±2.67, 二者顯著高于西藏高原鰍。在胃幽門部, 3種魚類胃腺與胃小凹都消失, 黏膜層高度變高, 肌層在整個胃部分最厚。

表 2　三種魚消化道的形態比較Tab. 2　The morphological information of digestive tract of 3 fish

腸從幽門后端縊縮開始為腸, 西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍的腸同樣由黏膜層、黏膜下層、肌層和漿膜組成。西藏高原鰍黏膜層向內形成豐富的褶皺, 前腸褶皺數量最多均值35個, 高度高, 為10.40±3.37, 幾乎占滿整個腸腔(圖3a)。黏膜層由單層柱狀上皮細胞組成, 上皮細胞間存在杯狀細胞。3種魚腸道黏膜層上分布著大量的杯狀細胞。隨著腸的推移杯狀細胞數量逐漸變少。黏膜下層薄, 由疏松結締組織組成。肌層內環肌略厚于外縱肌。自前腸到后腸, 肌層總厚度值逐漸變小。細尾高原鰍前腸腔內面積較大, 黏膜層褶皺均值為27個, 相對高度為8.46±0.93, 顯著小于西藏高原鰍和異尾高原鰍(圖 3b)。異尾高原鰍黏膜層褶皺數量最少, 均值為22個, 相對高度為15.52±2.84, 顯著大于西藏高原鰍(圖 3c)。西藏高原鰍前腸肌肉層相對厚度為1.89±0.49, 顯著大于細尾高原鰍0.57±0.16和異尾高原鰍0.89±0.19。

如(圖 3d—f)所示, 3者中腸黏膜層高度比前腸要低很多, 肌層較薄, 異尾高原鰍中腸平均黏膜層相對高度為6.68±0.92, 顯著大于細尾高原鰍5.21±1.55和西藏高原鰍3.82±1.32, 肌肉層相對厚度由大到小為西藏高原鰍＞細尾高原鰍＞異尾高原鰍。

西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍后腸腸壁較薄, 分層與前腸相似。3者的黏膜層褶皺高度有顯著差異, 由大到小為異尾高原鰍＞細尾高原鰍＞西藏高原鰍。西藏高原鰍后腸褶皺數量約為8個, 排列疏松, 黏膜層高度低, 肌層變薄, 內側環肌外側縱肌, 環肌厚于縱肌(圖 3g)。而細尾高原鰍后腸褶皺數量約為14個, 褶皺較為粗大, 異尾高原鰍后腸褶皺數量約為16個, 黏膜層與肌肉層相對高度都為最高。

3　討論

3.1　西藏高原鰍、細尾高原鰍、異尾高原鰍形態學比較

魚類消化道結構與其棲息環境、食性和食物密切相關。西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍為底棲魚類。每種魚對其喜好的餌料都有特定的形態學適應[5], 如攝食大型餌料生物的魚類口裂較大, 消化道較短, 而攝食小型餌料生物的魚類則具有較小的口裂和較長的消化道[6]。從形態學結果來看, 3種高原鰍的口腔長約為頭長的一半多, 符合肉食性魚類特征。

表 3　三種魚消化道的組織特點比較Tab. 3　Histological characteristics of the digestive tract of 3 fish

比腸長為魚的腸長和體長之比, 可用來衡量和分析魚類的食性。肉食性魚類所攝取食物易于消化, 因此腸道簡單而粗短, 比腸長短, 如鱖(Siniperca chuatsi)為0.47[7]; 草食性魚類的食物中纖維素含量高, 難消化, 需要在腸道內停留長時間, 所以腸道細長[8,9], 如草魚(Ctenopharyngodon idellus)是典型的草食性魚類, 其比腸長為 2.30[10]。葉元土[11]的研究指出肉食性魚類腸長比體長短, 而其他食性魚類腸長可以達到體長的1.5倍。除此之外, 肉食性魚類的腸道直, 黏膜褶皺數量也少于其他食性魚類。本研究發現3種魚的比腸長均小于1, 推測3種高原鰍均為肉食性魚類, 同時與其他鰍科魚類相比, 比腸長數值較小。3種高原鰍中, 異尾高原鰍比腸長數值最小, 與西藏高原鰍和細尾高原鰍有顯著差異。3種高原鰍胃均為“U”型, 與其他鰍科魚類相比, 如中華刺鰍(Sinobdella sinensis)[12]、貝氏高原鰍(T. bleekeri)[13]和中華沙鰍(Botia superciliaris)[14]胃均為“V”型, 這說明3種高原鰍胃可以儲存較多的食物, 延長食物的消化時間。

圖 3　西藏高原鰍、細尾高原鰍和異尾高原鰍腸組織結構比較Fig. 3　The histology of intestine tissue between T. tibetana, T. stenura and T. stewarti

3.2　西藏高原鰍、細尾高原鰍、異尾高原鰍組織學比較

一般認為, 食道的內環肌有助于體積的擴張,而外縱肌有利于收縮[12]。高原鰍食道前端近口咽腔存在縱肌, 收縮推進食物, 向后變為環肌厚, 縱肌無或不明顯, 食物下行速度會變慢, 有助于食道的消化。食道黏膜層的復層扁平細上皮有利于保護和修復食道, 黏液細胞也起到潤滑食物的作用, 減少機械損傷[12]。高原鰍胃部肌層整體較厚, 這是因為肌層的發達可加強胃的蠕動, 有助于食物和消化液的充分接觸, 同時使胃伸縮性強, 吞咽大型食物時可以迅速膨大。3種高原鰍的胃壁厚度在賁門和胃體較薄, 幽門處較厚, 這與熊洪林等[13]對貝氏高原鰍消化道研究的結果一致。推測這是因為賁門和胃體存在胃腺細胞, 胃腺細胞可以分泌胃酸, 主要起消化作用。數量眾多的胃腺可以滿足肉食性魚類將攝入的難以消化的食物在酸性環境中長時間作用的要求[15]。而胃幽門沒有胃腺且總厚度最厚, 其主要作用是控制食物從胃到達腸道, 盡量延長食物在胃中的消化時間。比較3種魚發現, 異尾高原鰍胃黏膜層高度最高且環肌最厚, 根據楊元昊等[16—18]研究發現蘭州鲇(Silurus lanzhouensis)胃的皺襞幅度小于鲇(Silurus asotus)且環肌層薄于鲇,通過結合消化生理研究得出蘭州鲇胃的消化能力弱于鲇來推測, 異尾高原鰍消化能力可能大于西藏高原鰍和細尾高原鰍。本研究發現, 異尾高原鰍胃腺細胞較多, 應該是異尾高原鰍對食物的消化要求更高所致, 結合其形態學特點, 間接說明異尾高原鰍胃消化能力稍強于西藏高原鰍和細尾高原鰍。

腸是消化道中最長的部分, 大量的消化作用和幾乎全部的吸收作用都在腸中進行[19]。本研究發現西藏高原鰍、細尾高原鰍、異尾高原鰍前腸黏膜褶皺高度明顯高于中、后腸, 數量也多于中、后腸。腸道上皮細胞游離面有紋狀緣, 前腸和中腸紋狀緣豐富, 后腸稀疏。這表明前腸的主要功能為消化、吸收, 紋狀緣可以增大腸與食物的接觸面積,有助于食物的消化和營養物質的吸收。前腸的杯狀細胞較多, 杯狀細胞可分泌黏液。本研究發現,異尾高原鰍黏膜層褶皺數量最多、黏膜層相對高度最高, 與西藏高原鰍和細尾高原鰍有明顯差異,這擴大了異尾高原鰍腸道與食物的接觸面積, 增強了腸的消化能力。由這種情況推測, 異尾高原鰍腸道短, 因此需要通過增加腸道褶皺高度和數量增加接觸面積, 從而提高其消化能力。

綜上所述, 3種高原鰍的消化道結構均符合肉食性魚類特征, 且三者之間存在一定差異; 推測異尾高原鰍的結構特征適于消化更多的動物性餌料,下一步將通過對3種魚的食物組成開展調查確證。

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