曹林泉 秦 政 姜玉聲 劉 鑫 李曉東 林 源 黃楷濤 劉 胥
日本米蝦胚胎發育及離體孵化*
曹林泉1秦 政1姜玉聲1①劉 鑫1李曉東2林 源3黃楷濤1劉 胥2
(1. 大連海洋大學水產與生命學院 大連 116023;2. 盤錦光合蟹業有限公司研發中心 盤錦 124200;3. 遼寧省水產苗種管理局 大連 116015)
本研究采用自制離體孵化裝置,對日本米蝦()不同發育期胚胎進行離體孵化研究,結果顯示,水溫為25.5℃時,日本米蝦受精卵孵化大約需要25 d,發育積溫為637.5℃。胚胎發育歷經受精卵、卵裂期、囊胚期、原腸胚期、前無節幼體期、后無幼體期、前溞狀幼體期和膜內溞狀幼體期8個時期。各期離體胚胎均能孵化出幼體,膜內溞狀幼體期離體胚胎孵化率最高,為(80.7±2.4)%,非離體孵化的對照組為(79.1±4.9)%,二者差異不顯著;卵裂期離體胚胎孵化率最低,為(28.2±2.6)%,與對照組差異顯著。各組離體胚胎所孵化出的Ⅰ期(ZⅠ)和Ⅱ期溞狀幼體(ZⅡ)的變態率無顯著差異。溫度對日本米蝦前溞狀幼體期胚胎離體孵化影響顯著,在15.0℃~32.5℃范圍內,隨水溫升高孵化時間逐漸縮短,15.0℃時,前溞狀幼體離體孵化時間為(436.8±124.8) h,32.5℃時縮短至(228.0±88.8) h,但溫度高于29.0℃時,孵化出的幼體變態率開始下降。本研究可為日本米蝦繁殖生物學及甲殼動物胚胎離體孵化技術研究提供參考。
日本米蝦;胚胎發育;離體孵化;溫度
日本米蝦(),又稱大和藻蝦、珍珠蝦,隸屬于軟甲綱(Malacostraca),十足目(Decapoda),匙指蝦科(Atyidae),米蝦屬()。其習性溫和,體色透明,喜食藻類和有機碎屑,具有洄游習性,對鹽度適應性強,易于飼養,常作為水族箱中的“清道夫”以及生態學與環境學研究的實驗材料(Tlusty, 2002; 趙朝陽等, 2012; 高淑嬌, 2012; 蔡生力等, 2006; 李帆, 2007)。近年來,日本米蝦的市場需求量日益增加,價格逐年攀升,然而對其生物學的研究甚少。日本學者對此蝦的洄游等生物學習性進行了初步的研究,發現鹽度16.9,溫度25℃為胚胎發育的適宜條件,其幼體經過9個時期發育成為仔蝦(Hamano, 1992; Hayashi, 1984)。國內鮮有此蝦的相關報道,而對于沒有洄游習性、在淡水中繁殖的中華鋸齒米蝦()生物學相關研究較多(薛俊增等, 1995; 孫世杰等, 2007)。這2種米蝦胚胎發育等繁殖特性的差異有待進一步研究。
腹胚亞目的蝦蟹類有抱卵習性,但在環境不適或受驚擾時會發生棄卵現象。一些人工繁殖的種類其親體在抱卵過程中會發生死亡,造成一定的經濟損失,因此,蝦蟹類胚胎離體孵化技術研究具有重要的應用價值。閻斌倫(2002)的研究表明,蝦蟹受精卵與親體僅以剛毛連接,腹肢擺動保證發育過程中氧氣充足,但沒有營養上的聯系。因此,在進行蝦蟹類胚胎離體孵化時,研究者通常關注于水中的溶解氧,多采用充氣的方法。迄今,已有關于日本沼蝦()、中華絨螯蟹()等離體孵化的研究報道,但離體孵化的效果往往與胚胎離體的時間呈負相關(王吉橋等, 2006; 康現江等, 1996; 顧功超等, 1995)。也有研究者認為,水中微生物及死卵滋生的原生動物會影響離體胚胎的孵化率,嘗試使用化學藥物對胚胎及水體進行消毒處理,但這一方法有可能會對胚胎產生潛在的毒性,同時也會造成環境的污染(廖永巖等, 2001; 鮑鷹等, 1999)。如何能提高較早離體胚胎的孵化效果具有一定理論與應用意義。
日本米蝦抱卵親體在胚胎臨近孵化的后期常出現棄卵現象,推測原因為胚胎發育不同步,部分幼體先孵出后刺激親體去除剩卵。現階段尚缺乏對日本米蝦胚胎發育的系統報道,限制了對棄卵機理的深入研究,而棄卵如何再利用也是需要解決的問題。本研究用自制水產動物胚胎孵化裝置對不同時期胚胎進行離體孵化,研究了日本米蝦的胚胎發育特征及溫度對其離體孵化效果的影響,以期為此種類繁殖生物學研究及甲殼動物胚胎離體孵化技術的優化提供參考。
本研究于2017年2~4月在大連海洋大學實驗室進行。日本米蝦購于廣州花地灣花鳥魚蟲批發市場,平均體長為(3.5±0.8) cm,平均體重為(4.9±0.9) g,經促熟培育至產卵。養殖容器為9.0 L玻璃魚缸,配有溫度計、50 W加熱棒(閩江HK-50)、5 W水泵(森森JP-032)和氣石等輔助裝置。自制離體孵化裝置見圖1。
1.2.1 胚胎形態學觀察 將抱卵親蝦挑出單獨飼養。抱卵后,前3 d每隔6 h取卵1次,以后每24 h取卵1次,取卵時將抱卵親蝦置于表面皿中,用解剖針輕輕將胚胎從附肢上剝離,再將粘連的胚胎分開,并及時放入已經消毒的水中備用。每次隨機取胚胎4~5個,4組平行。使用Nikon E100顯微鏡觀察胚胎發育特征,測量胚徑,并拍照,最后計算發育積溫。發育積溫計算公式(周洲等, 2015)為:
發育積溫=胚胎發育天數×平均水溫

圖1 離體孵化裝置
1:滴水孔;2:孵化槽;3:調節閥;4:離體胚胎;5:水族缸;6:水泵
1: Drip water hole; 2: Incubator; 3: Regulating valve; 4: Embryo; 5: Aquarium; 6: Pump
1.2.2 胚胎離體孵化 離體孵化裝置中的水泵將水抽入管道,管道上有小孔,水從小孔噴灑到孵化槽中的濾棉上,其上放置離體胚胎(圖1)。將卵裂期、囊胚期、原腸胚、前無節幼體期、后無節幼體期、前溞狀幼體期和膜內溞狀幼體期的胚胎分別置于離體孵化裝置,每組置有100個胚胎,同時在孵化裝置的玻璃缸中放入胚胎發育至相應時期的抱卵親蝦。孵化期間鹽度為17.0±1.0,溫度為(25.5±1.0)℃,每組重復5次。
1.2.3 溫度對胚胎離體孵化的影響 設置15.0℃、18.5℃、22.0℃、25.5℃、29.0℃和32.5℃共6個溫度組,鹽度為17.0。每個溫度組在實驗時,于離體孵化裝置中放入處于前溞狀幼體期的胚胎100個,每組實驗重復5次。
實驗數據使用SPSS 20進行單因素方差分析和Turkey多重比較計算各數據間的差異顯著性,以<0.05作為顯著差異判定條件。
日本米蝦產卵后由卵柄將卵粘在一起,抱于腹部。根據胚胎發育過程中形態學特征的變化,將胚胎發育過程分為受精卵、卵裂期、囊胚期、原腸期、前無節幼體期、后無節幼體期、前溞狀幼體期和膜內溞狀幼體期8個時期,各個發育期主要形態特征見表1。
表1 日本米蝦胚胎發育各時期特征

Tab.1 Characteristics of each embryonic developmental stage of C. japonica
受精卵(圖2A):不規則橢圓形,呈深灰色,卵徑為(0.48±0.03) mm×(0.28±0.01) mm,4~6 h后進入卵裂期。
卵裂期(圖2B、圖2C):胚胎發育至卵裂期,呈深灰色,不透明。分裂過程中明顯可見卵裂溝。新分裂的2個細胞中央顏色較深,充滿整個胚胎內。卵裂期階段持續約36 h。
囊胚期(圖2D):產卵后42 h,胚胎發育進入囊胚期,此期胚胎邊緣顏色變淺,中央顏色加深。胚徑與受精卵相當。囊胚期胚胎內分化出大量小細胞,胚胎表面細胞呈多邊形且排列緊密,形狀如同桑葚。由于分裂的細胞較小,無法區分植物極、動物極與囊胚腔。
原腸期(圖2E):產卵后96 h,胚胎發育進入原腸期,此時陰影區域外圈顏色變淺至半透明,中央顏色也略變淺,呈淺灰色。隨著胚胎發育,透明區域擴大到整個胚胎的1/4后開始發育形成腹板。胚徑明顯增大,為(0.52±0.03) mm×(0.33±0.01) mm。胚體不斷吸收利用卵黃,胚胎細胞繼續分裂,細胞數量更多更加微小。胚胎的一端出現月牙狀透明區域,為進入原腸期的重要標志。
前無節幼體期(圖2F):產卵后192 h,胚胎發育進入前無節幼體期,該期僅持續24 h。此期胚胎一端的透明區域約占整個受精卵的1/3,陰影區域與透明區域相連接的位置出現凹陷,陰影區域顏色變淺,僅中央部分呈深灰色,其他部分均呈半透明。透明區域出現分節現象,將發育為幼體的腹部。陰影區域開始積累復眼色素,將發育為復眼。卵徑略有增大,為(0.55±0.01) mm×(0.35±0.01) mm。
后無節幼體期(圖2G):產卵后216 h進入后無節幼體期,此期胚胎卵黃繼續縮小,透明區域繼續擴大,約占胚胎的1/2。卵徑與前無節幼體期相當。本期胚胎中出現明顯可見的黑色復眼,為胚胎進入后無節幼體期的重要標志。胚胎腹部透明區域隱約出現1個棒狀結構,未來發育成腸道,出現5對附肢,但不分節。約48 h后,頭部及胸部出現分化,腹部分節進一步明顯,附肢及腸道進一步分化,附肢數目增加為7對。
前溞狀幼體期(圖2H):胚胎發育288 h進入前溞狀幼體期,由于卵黃持續減少,胚胎顏色進一步變淺,幾乎為半透明狀。卵徑與前無節幼體期相當。此期隱約可見分節,復眼增大,頭部及胸部進一步發育分化,頭部出現彎曲的條狀結構,將發育成額角,胸部出現類似心臟的組織,并不規律的跳動,為胚胎進入前溞狀幼體期的重要標志,心跳60~100次/min,有心跳間隔,此時胚胎發育積溫約達到306.0℃。72.0 h后心跳逐漸穩定,心跳間隔出現次數減少,心跳約為100次/min。

圖2 日本米蝦胚胎發育各時期的形態特征
A:受精卵;B、C:卵裂期;D:囊胚期;E:原腸期;F:前無節幼體期;G:后無節幼體期;H:前溞狀幼體期;I:膜內溞狀幼體期;J:溞狀幼體I期;N:細胞核;YK:卵黃;CE:復眼;VP:腹板;AS:附肢;AC:消化道;HT:心臟
A: Fertilized eggs; B, C: Cleavage stage; D: Blastula stage; E: Gastrula stage; F: Pre-nauplii stage; G: Metanauplius stage; H: Before-zoea stage; I: Membrane-zoea stage; J: Zoea I stage; N: Nuclei; YK: Yolk; CE: Compound eyes; VP: Ventral plate; AS: Appendages; AC: Alimentary canal; HT: Heart
膜內溞狀幼體期(圖2I):雌蝦產卵后408 h進入膜內溞狀幼體期,此時卵黃僅存少量于胚體的頭胸部背面,透明區域幾乎充滿整個胚胎。卵徑增大明顯,為(0.63±0.03) mm×(0.39±0.02) mm。復眼發育成亮黑色,四周隱約出現放射狀條紋,出現眼柄,復眼呈半球狀突出于背部表面。頭部額角變粗,頭胸部附肢分節,附肢末端出現色素塊。胚胎組織結構清晰可見,腸道發育完全,偶爾可見蠕動。身體仍然彎曲,偶見抽動。膜內溞狀幼體期胚胎心臟發育日趨完全,心跳穩定且加快,不再出現心跳間隔。此時胚胎發育基本完成,體型與溞狀幼體類似。
溞狀幼體Ⅰ期(圖2J):胚胎發育至600 h左右,發育積溫達到637.5℃,心跳增加到約180次/min,陸續開始有幼體孵出,幼體破膜時用頭部的額角及附肢刺破卵膜。出膜后的幼體游泳能力弱,頭部垂直向下,隨水流而浮動。自此,日本米蝦完成胚胎發育階段,將進入幼體變態發育階段。
水溫25.5℃時,不同時期離體胚胎均能于離體孵化裝置中孵出幼體,但孵化率有較大差異(表2)。卵裂期離體胚胎孵化率為(28.2±2.6)%,囊胚期離體胚胎孵化率為(33.1±4.4)%,二者無顯著差異(>0.05);前無節幼體期離體胚胎孵化率為(64.9±6.5)%,后無節幼體期離體胚胎的孵化率為(66.8±13.2)%,其無顯著差異(>0.05),但與非離體孵化的對照組(79.1±4.9)%差異顯著(<0.05)。前溞狀幼體期胚胎的離體孵化率為(78.9±2.2)%,膜內溞狀幼體期孵化率為(80.7±2.4)%,與對照組差異不顯著(>0.05)。各組離體胚胎所孵化出的Ⅰ期溞狀幼體(ZⅠ)到Ⅱ期溞狀幼體(ZⅡ)的變態率無顯著差異(>0.05)。
表2 不同發育期胚胎離體孵化效果

Tab.2 Effects of embryo incubation in vitro on different developmental stages
注:同行中標有不同小寫字母者表示組間有顯著性差異(<0.05),標有相同小寫字母者表示組間無顯著性差異(>0.05);ZⅠ表示溞狀幼體Ⅰ期;ZⅡ表示溞狀幼體期,下同
Note: The data with different letters within the same row are significantly different at the 0.05 probability level, and the data with the same letters within the same row are not significantly different; the ZⅠrepresents the 1st phase of the zoea larva; ZⅡrepresents the 2nd phase of the zoea larva. The same as below
由表3可知,當鹽度為17.0時,不同溫度組日本米蝦前溞狀幼體期胚胎離體孵化時間和孵化率有明顯差異。從15.0℃到32.0℃,隨著水溫的升高,胚胎孵化時間逐漸縮短,15.0℃組孵化時間需要(436.8± 124.8) h,而32.0℃組縮短至(228.0±88.8) h。溫度對胚胎離體孵化率有顯著影響,從15.0℃到29.0℃,隨著水溫升高而呈逐漸升高趨勢,29.0℃時孵化率最高,為(78.2±2.8)%,但在32.5℃時下降至(73.2±3.2)%。由此可知,溫度過高或過低均不利于離體胚胎的發育與孵化。
溫度對離體孵化出幼體的質量也有影響。25.5℃組中溞狀幼體變態率最高,為(67.2±1.8)%,32.5℃組溞狀幼體變態率最低,為(57.3±4.0)%,與其他各組均有顯著差異(<0.05);15.0℃、18.5℃、22.0℃3組間溞狀幼體變態率差異不顯著(>0.05)。綜合孵化率和溞狀幼體變態率,胚胎離體孵化溫度控制在25.5℃到29.0℃間,有利于提高孵化率和幼體質量。
蝦蟹類胚胎發育可分為胚胎早期和晚期2個主要階段,早期階段為卵裂期、囊胚期和原腸胚;而晚期階段也就是絕大部分蝦蟹具有的膜內幼體期,其因種類而異,分期尚無統一標準。適宜的條件下,錦繡龍蝦()膜內幼體期為14~15 d,根據附肢數量和復眼色素形成等特征分為7對附肢期、 9對附肢期、11對附肢期、復眼色素形成期、準備孵化期和孵化期(梁華芳等, 2012);白須條斑鞭腕蝦()膜內幼體期約為8.5 d,根據復眼色素形成和心跳等特征分為無節幼體發生期、復眼色素形成前期、復眼色素形成后期、孵化前期和孵化期(張雅靜等, 2012);遠海梭子蟹()的膜內幼體期也為8.5 d左右,但根據身體分節和心跳等特征僅分為無節幼體、后無節幼體和原溞狀幼體(廖永巖等, 2011)。對中華新米蝦的研究表明,其胚胎發育分為卵裂期、囊胚期、原腸期、無節幼體期Ⅰ、無節幼體期Ⅱ、無節幼體Ⅲ期和無節幼體Ⅳ期,在水溫為22℃~26℃條件下發育歷時376 h (薛俊增等, 2009)。也有研究者將中華鋸齒米蝦的胚胎發育分為卵裂期、囊胚期、原腸期、前無節幼體期、后無節幼體期、復眼色素形成期和溞狀幼體期(孫世杰等, 2007)。本研究參考已報道的蝦蟹類胚胎分期方法(薛俊增等, 2009; 徐慈浩等, 2015),將日本米蝦早期胚胎分為受精卵、卵裂期、囊胚期和原腸胚期,而將晚期胚胎分為前無節幼體期、后無節幼體期、前溞狀幼體期和膜內溞狀幼體期。日本米蝦胚胎發育過程與中華新米蝦等大多數淡水蝦類胚胎發育特征相似,其發育時間長,膜內幼體期多。但多數淡水蝦類孵化出的幼體直接或者經過短暫的變態發育進入仔蝦期(薛俊增等, 1995; 孫世杰等, 2007; 劉哲玉, 2009),日本米蝦幼體孵化后要經歷較長的浮游期,這一點又與多數海水蝦類相似(蔡生力等, 2006; 季文娟, 1996; 梁俊平, 2013)。日本米蝦的胚胎發育及幼體的行為表現兼具淡水和海水種類的特征,與其降河洄游特性相一致。
表3 不同溫度下離體胚胎孵化效果

Tab.3 Effects of water temperature on in vitro embryo hatching performance
蝦蟹類胚胎離體孵化過程中除了要保證足夠的溶解氧,最主要的影響因素來自于真菌和原生動物等有害生物的滋生,由于沒有親體的及時清理,大量的有害生物附著于胚胎表面,導致胚胎腐爛,或被這些生物直接進食。為提高胚胎的離體孵化率,不少研究者使用藥物處理胚胎。廖永巖等(2001)研究表明,使用0.2 mg/dm3濃度的孔雀石綠處理遠海梭子蟹離體卵效果顯著;鮑鷹等(1999)對中華絨螯蟹胚胎離體孵化研究表明,福爾馬林與孔雀石綠聯用比其單獨使用的效果明顯。雖然使用藥物處理離體胚胎取得了一定成果,但規模化生產中這無疑將增加生產成本,且很多作用明顯的化學藥物會對環境造成危害,已被列入禁用藥品。本研究沒有使用任何藥物處理離體胚胎,獲得了較好的孵化效果,這主要取決于裝置的持續流水,以及精細的過濾裝置,其不僅能保證充足的溶解氧,及時沖洗胚胎表層的有害生物,而且能將水中的懸浮物濾除,減少細菌或原生動物對胚胎的影響。實驗中還發現水流過大易擊破卵膜,過小又不能徹底清除有害生物,水流大小對胚胎孵化效果的影響需要進一步研究。
日本米蝦各階段胚胎均能夠離體孵化出幼體,且所孵出的ZⅠ幼體均能夠發育至ZⅡ幼體,其與抱卵親蝦所孵出幼體的變態率無顯著差異,表明本研究所采用的胚胎離體孵化裝置及操作對幼體質量無顯著影響。因此,本實驗裝置經過規模放大及適當的技術優化可以滿足生產需求,對抱卵過程中因親體死亡而廢棄的受精卵重新利用,為蝦蟹人工育苗技術創新提供參考。
蝦蟹類生長繁育中溫度是重要環境因子,不僅影響其抗逆能力(馮亞萍等, 2018)和生長性狀(王明珠等, 2018),更對胚胎發育起決定性作用,但迄今有關溫度對蝦蟹離體胚胎發育及孵化效果影響的研究較少。本研究發現,在15.0℃~32.0℃范圍內,日本米蝦的離體孵化胚胎孵化時間逐漸縮短,15.0℃組孵化需要(436.8±124.8) h,而32.0℃組縮短至(228±88.8) h。在15.0℃~29.0℃范圍內,孵化率也隨著水溫的升高而呈上升趨勢,但溫度高于29.0℃時,孵化率和幼體的變態率會明顯下降。已有研究表明,在19.0℃~31.0℃范圍內,脊尾白蝦()胚胎發育時間隨溫度升高而縮短,但高于28.0℃時隨著溫度升高幼體存活率開始下降,達到36.0℃時幼體無法變態(梁俊平等, 2013)。這可能由于溫度升高導致胚胎代謝加快,機體發育時各組織器官發育又不完善,造成各器官的衰竭。另外,與機體代謝相關的酶及其他大分子物質的活性也均受到溫度影響,過高的溫度可能會直接導致其功能受損。水生生物胚胎通常要達到一定的積溫才能孵化,本研究計算了日本米蝦離體孵化的積溫,約為637.5℃,與錦繡龍蝦的642.4℃相近(梁華芳等, 2012),但遠高于一般蝦蟹的300.0℃~ 400.0℃(蔡生力等, 2006; 顧功超等, 1995)。人工繁育時應建立起孵化溫度、孵化率和幼體質量間的平衡,在保證胚胎正常發育和幼體質量的前提下,參考積溫數值,利用溫度調控胚胎發育時間,以合理安排生產計劃,降低生產成本。
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Embryonic Development ofandIncubation of Its Fertilized Eggs
CAO Linquan1, QIN Zheng1, JIANG Yusheng1①, LIU Xin1, LI Xiaodong2, LIN Yuan3, HUANG Kaitao1, LIU Xu2
(1. College of Fisheries and Life Science, Dalian Ocean University, Dalian 116023; 2. Research and Development Center, Panjin Guanghe Crab Industrial Company Ltd, Panjin 124200; 3. Liaoning Provincial Aquatic Seeds Management Bureau, Dalian 116015)
In this study,eggs at different developmental stages were incubatedwithin a self-made incubator. The goal was to provide a reference for research onreproductive biology and crustacean embryohatching technology. The results showed thatfertilized eggs took about 25 days to hatch into larvae at a water temperature of 25.5℃ and the developmental accumulated temperature reaches about 637.5℃. The embryonic development went through eight stages: Fertilized eggs, cleavage stage, blastula stage, gastrula stage, embryonized nauplius stage, embryonized metanauplius stage, embryonized protozoea stage, and embryonized zoea stage. The embryos at different developmental stages could hatch to zoea larvae and can develop normally. The maximumhatching rate was (80.7±2.4)% found in eggs at embryonized zoea stage, which was not significantly different from that observed in normal ovigerous females (79.1±4.9)%. The minimumhatching rate was (28.2±2.6)%, found in eggs at cleavage stage, which was significantly lower than that of normal ovigerous females. Water temperature had a marked effect on embryonic development usinghatching method. Incubation time gradually decreased with increasing temperature at a range from 15.0℃ to 32.5℃, i.e., where (436.8±124.8) h at 15.0℃, (228.0±88.8) h at 32.5℃. However, the metamorphosis rate from ZⅠ to ZⅡ began to decline when water temperature exceeded 29.0℃.
; Embryonic development;incubation; Temperature
S966.12
A
2095-9869(2020)01-0145-08
10.19663/j.issn2095-9869.20181019001
* 遼寧省高等學校海洋產業技術研究院項目、遼寧省海洋與漁業廳計劃項目(2015013)、大連市杰出青年科技人才項目(2017RJ10)和大連海洋大學蔚藍英才工程資助項目共同資助[This work was supported by Liaoning Provincial Institute of Marine Industry Technology Research Project, Liaoning Provincial Ministry of Oceans and Fisheries Plan Project (2015013), Dalian Outstanding Youth Science and Technology Talent Project (2017RJ10), and Blue Ocean Talent Project of Dalian Ocean University]. 曹林泉,E-mail: lqcao0225@163.com
姜玉聲,副教授,E-mail: jys@dlou.edu.cn
2018-10-19,
2018-11-20
http://www.yykxjz.cn/
曹林泉, 秦政, 姜玉聲, 劉鑫, 李曉東, 林源, 黃楷濤, 劉胥. 日本米蝦胚胎發育及離體孵化. 漁業科學進展, 2020, 41(1): 145–152
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JIANG Yusheng, E-mail: jys@dlou.edu.cn
(編輯 馬璀艷)