福建北部海域海地瓜（Acaudina m olpadioides）的性腺發育研究

鄭碧琪，魯超，劉煒*，郭玉臣，黃文，程宏，林婧

( 1.寧德海洋環境監測中心站，福建寧德352100；2.自然資源部海洋生態監測與修復技術重點實驗室，上海201206)

1 引言

海地瓜（Acaudinamolpadioides）隸屬于棘皮動物門（Echinodermata）海參綱（Holothuroidea）芋參目（Molpadida）尻參科（Caudinidae）海地瓜屬（Acaudina），雌雄異體，體呈紡錘形，大者體長可達20 cm（圖1）。海地瓜廣泛分布于我國山東至海南島以及孟加拉灣、印度尼西亞、菲律賓、澳大利亞、日本等地，幼體階段浮游生活，成體穴居在潮間帶至水深80 m的軟泥底中，少數生活在泥沙、沙泥、沙底中[1]。海地瓜作為一種低值海參，營養豐富，為高蛋白低脂肪食品，還含有皂苷、多糖、多肽等多種活性物質，具有巨大的開發潛力和市場價值[2–7]。

圖1 海地瓜圖Fig.1 The pictureof A.molpadioides

2015年8月，大量海地瓜在某濱海核電廠取水口聚集，導致機組的兩臺海水循環泵跳閘，反應堆停止運作，給核電運行帶來一定的安全隱患[8]。國內外由海洋生物大量聚集導致的核電廠取水系統安全事件常見報道，如水母、毛蝦、魚群、藻類等[9–11]，但是由海地瓜導致的核電廠安全事件屬于首次，因此海地瓜這一物種引起了有關方面的高度重視。

目前，國內外對海地瓜的研究工作主要集中在營養成分、活性物質等方面[2?7]，對其繁殖生物學相關研究基本空白。本研究運用組織學方法對海地瓜性腺發育特征進行觀察并劃分發育階段，同時選擇性腺指數、性腺長度、生殖管直徑3個指標對海地瓜性腺進行形態學觀察。根據長期的組織學和形態學觀察結果，本文總結了海地瓜的性腺發育特征及其周年變化規律，并進一步探究其精卵排放類型、性別比、生殖周期、繁殖季節等內容，以期豐富海地瓜這一物種的繁殖生物學基礎資料。這些研究結果不僅可以為海地瓜的養殖繁育、高值化開發利用提供理論參考，還可以為濱海核電廠鄰近海域的海地瓜異常聚集災害防控工作提供科學指導。

2 材料與方法

2.1 材料

海地瓜樣本為野外采集，使用阿氏拖網采自福建北部近岸海域的沉積物中。于2018年1?12月，每月采樣1次，每月樣本數量為10～35只，個體的體壁重量為10～20 g，樣本帶回實驗室觀察、解剖、分析等。

2.2 方法

2.2.1 性腺形態學觀察與數據統計

解剖海地瓜，觀察其性腺特征。剝離性腺和體壁，用吸水紙將性腺和體壁表面水分吸干后用電子天平分別稱量濕重，用以計算性腺指數（GI，性腺指數=性腺濕重÷體壁濕重×100）。用游標卡尺測量生殖管匯合處到生殖管游離端的長度，每個性腺在不同位置測量10次后取平均值代表該性腺長度。在Olympus SZX16顯微鏡下用目鏡測微尺測量有代表性的10根生殖管的直徑，取平均值后代表該性腺的生殖管直徑。將每月所有樣本的性腺指數、性腺長度、生殖管直徑分別取平均值，以此表征該月海地瓜性腺指標值，整理1?12月各項性腺指標值，并繪制折線圖。

2.2.2 性腺組織切片制作、性腺分期與數據統計

將上述稱重、測量完畢的海地瓜性腺逐一編碼后分別置于Bouin氏液中固定，然后委托福州金域醫學檢驗所有限公司制作組織切片（HE染色），切片制作完成后送回本實驗室，在Olympus BX 43顯微鏡下觀察拍照，并參考廖玉麟[1]、Ramofafia等[13]描述的海參性腺發育特征進行性腺發育分期。個體發育時期鑒定以性腺切片中占切片面積50%以上的性細胞發育時相為準。統計每月樣本中不同發育時期的個體數占當月樣本總數的百分比，并繪制柱形圖。

2.2.3 雌雄性別比例統計

通過對各性腺樣本進行組織學和形態學觀察，判斷雌雄，記錄各樣本的性別，分別統計雌雄個體數量，計算海地瓜的性別比例。

3 結果

3.1 海地瓜的性腺形態特征、性別比例

海地瓜雌雄性腺均由許多分枝狀的生殖管構成，在基部連成一簇，位于身體前部體腔；生殖管一端封閉，另一端匯合成一總管，開口于觸手稍后方的生殖孔；生殖管長短不均一，長度通常為2～5 cm（圖1 c，圖2 a）。雌雄性腺在不同的發育階段呈現不同的顏色，如成熟精巢為淡黃色（圖2 b），成熟卵巢為粉橘色（圖2 c）。

本研究在福建北部近岸海域共采集海地瓜樣本222只，通過性腺觀察，可明確性別的個體為197只，其中雌性94只、雄性103只，性別比例接近1∶1。

3.2 海地瓜性腺發育分期

根據性腺組織切片觀察結果，海地瓜雌雄性腺的發育均可劃分為6個時期，即休止期（I）、發育早期（II）、增長期（III）、成熟期（IV）、部分排放期（V）和排空期（VI）。

3.2.1 雄性性腺（精巢）發育分期

休止期（I）：生殖管呈橙黃色，直徑為0.8～1.0mm，生殖管壁厚，生殖上皮幾乎不可見精原細胞和精母細胞（圖3 a）。

發育早期（II）：生殖管呈橙黃色，直徑為1.0～1.2mm，生殖管壁厚，生殖上皮可見少量精原細胞和精母細胞（圖3 b，圖3 c）。

增長期（III）：生殖管呈黃色，直徑增大，為1.2～1.4 mm，生殖管腔明顯，管壁富有彈性。生殖上皮明顯褶皺，往腔中延伸。生殖上皮附著大量精原細胞（直徑為3.5～4.0μm）和精母細胞（直徑約3.0μm），生殖管腔中出現成熟精子（圖3 d，圖3 e）。

成熟期（IV）：生殖管呈淡黃色（圖2 b），直徑顯著增大，可達1.6～2.0mm。生殖管腔中密布成熟的精子（直徑約1.5 μm）。此時生殖管壁很薄，生殖上皮褶皺基本消失，其上附著少量精母細胞（圖3 f，圖3 g）。

部分排放期（V）：生殖管收縮，直徑顯著變小，為0.6 ～1.0 mm，生殖上皮重新出現褶皺，生殖管腔中的精子密度明顯變少，生殖上皮依然附著精母細胞（圖3 h）。

排空期（VI）：生殖管極度收縮退化，直徑很小，約0.3 mm，生殖管腔排空，有極少數精子殘留，生殖上皮幾乎沒有精母細胞附著（圖3 i）。

3.2.2 雌性性腺（卵巢）發育分期

休止期（I）：生殖管呈橙黃色，直徑為0.8 ～1.0 mm，生殖管壁厚，生殖上皮幾乎不可見卵原細胞和卵母細胞（圖4 a）。

發育早期（II）：生殖管呈橙黃色，直徑為1.0 ～1.2 mm，生殖管壁厚。生殖上皮可見少量卵原細胞（直徑約20μm）和卵黃發生前的卵母細胞（直徑為50～80μm），呈嗜堿性，HE染色呈藍紫色（圖4 b）。

增長期（III）：生殖管呈淡黃色，直徑增大，約1.5 mm。生殖管腔中出現卵黃發生期卵母細胞（直徑約120μm）和成熟卵細胞（直徑約200μm），HE染色呈紅色。生殖上皮附近是卵原細胞及卵黃發生前的卵母細胞群（圖4 c）。

圖4 海地瓜卵巢不同發育階段的組織結構特征Fig.4 Histological featuresof A.molpadioides ovary at different stages

成熟期（IV）：生殖管呈粉橘色（圖2 c），管粗，直徑可達1.8 ～2.0 mm，管壁透明富有彈性。管內充滿成熟卵細胞，直徑可達200μm，幾乎肉眼可見。由于卵細胞體積大、數量多，在有限的管腔中互相擠壓，其形狀呈不規則多邊形。生殖上皮附著少量卵黃發生前卵母細胞（圖4 d）。

部分排放期（V）：生殖管呈淡粉色，收縮變細，直徑為0.6 ～1.0 mm。大部分卵細胞已經排放，管腔中卵細胞數量明顯變少。生殖上皮附著有卵黃發生前卵母細胞。此時管腔中出現吞噬細胞（圖4 e）。

排空期（VI）：生殖管呈黃色，變得空癟，直徑僅約0.3 mm，長度也明顯收縮。管腔中的卵細胞幾乎全部排放，僅余極少量卵母細胞，此時殘留的性細胞正在崩壞。管腔中可見吞噬細胞。管腔中還有殘留的塊狀物，為性細胞的崩壞產物（圖4 f）。

3.3 海地瓜性腺組織學周年觀察結果

海地瓜性腺組織學的周年觀察結果如圖5 所示，每個月份的雌雄海地瓜所處的發育時期是一致的，說明同一時期雌雄海地瓜性腺發育程度基本同步。休止期（I）個體出現在8?10月，發育早期（II）個體出現在11月至翌年3月，增長期（III）個體出現在4?5月，成熟期（IV）個體僅出現在5月，部分排放期（V）個體出現在5?8月，排空期（VI）個體出現在6?9月。總體上看，海地瓜性腺組織的發育有時間規律性，呈一定的季節相關性。

圖5 海地瓜精巢（a）和卵巢（b）發育的周年變化Fig.5 Annual variation of testis (a)and ovary (b)development in A.molpadioides

3.4 海地瓜性腺形態學周年觀察結果

由于海地瓜精巢和卵巢的外在形態一樣（都是由分枝狀的生殖管構成），并且其組織發育基本同步（圖5），因此精巢和卵巢在形態上的周年變化也大致同步，故不對雌雄形態學各指標值（性腺指數、性腺長度、生殖管直徑）分別統計。1?12月海地瓜的形態變化統計結果如圖6 所示，各指標值的周年變化趨勢有一定的相似性。

圖6 海地瓜性腺形態的周年變化Fig.6 Annualvariation of gonadal morphology in A.molpadioides

海地瓜性腺指數的全年平均值為17.3，最高值出現在5月，低值出現在6月和7月。5月海地瓜性腺指數平均值為25.5 ，指數范圍為9.2 ～42.9 ，跨度較大；6月、7月海地瓜性腺指數平均值分別為3.4 、4.0 ，指數范圍為0.8 ～10.6 。6月是海地瓜性腺指數變化的拐點，該月性腺指數驟降至最低值，7月持續走低，8月起性腺指數有明顯回升并在之后的月份里穩定上升直至翌年5月。

海地瓜性腺長度的全年平均值為3.4 cm。10月至翌年4月性腺長度較為穩定，在4 cm左右，5月性腺長度有一定下降，6月、7月性腺長度降至最低值，8月、9月性腺長度逐漸升高。5月海地瓜性腺長度平均值為3.4 cm，長度范圍為1.8 ～4.1 cm；6月、7月性腺長度平均值為分別為2.0 cm、1.9 cm，長度范圍為1.0 ～4.0 cm。

海地瓜生殖管直徑的全年平均值為1.0 mm，最大值出現在5月，低值出現在6月、7月，8月起生殖管直徑逐漸回升直至翌年5月。5月海地瓜生殖管直徑平均值為1.29 mm，直徑范圍為0.6 ～2.0 mm；6月、7月樣本的生殖管直徑平均值分別為0.52 mm、0.56 mm，直徑范圍為0.3 ～0.8 mm。

4 討論

4.1 海地瓜的性別比

統計海地瓜樣本的雌雄個體數量，雄性103只、雌性94只，結果顯示海地瓜性別比例接近1∶1。許多學者的統計表明大多數海參雌雄比例基本接近1∶1，如Ramofafia等[13]報道所羅門群島糙海參（Holothuria scabra）的雄參428只、雌參414只；楊學明等[14]統計海南島糙海參的雄參66只、雌參62只，尖塔海參（Holothuria spinifera）的雄參96只、雌參86只[15]，Psolus fabricii的雄參595只、雌參607只[16]。Cameron和Fankboner[17]認為，海參雌雄比1∶1有助于增加卵子受精的幾率。

4.2 海地瓜性腺發育的組織結構特征

從性腺發育的全過程看，海地瓜性腺發育在精/卵原細胞、精/卵母細胞、配子數量、生殖管壁厚度、生殖上皮等方面發生了一系列顯著變化。在性腺發育的早期階段，少量的精原細胞和卵原細胞出現并附著在生殖上皮上；中期階段（成熟期）精子和卵細胞的數量達到最大，充滿生殖管腔；后期階段隨著配子排放，生殖管腔變空。在整個性腺發育過程中，生殖管壁逐漸變薄，生殖上皮褶皺出現、消失又重現。可見海地瓜性腺在不同發育階段變化顯著，利用上述特征的變化可判斷海地瓜個體性腺發育所處的階段以及群體的發育水平。

在增長期（III），海地瓜精巢生殖管上皮發生明顯的褶皺且往管腔中延伸（圖3 d），在糙海參[18]和黃乳海參（Holothuria fuscogilva）[19]的增長期精巢中也有這樣的形態。Cameron和Fankboner[17]認為，生殖管上皮褶皺的作用是增大精子發生的面積，Giese等[20]也發現褶皺的生殖管上皮有利于管壁的上皮細胞從血液中吸收更多的營養物質供給精母細胞發育。筆者同意上述觀點。在海地瓜精巢發育成熟之前，精子的發育、增殖需要通過生殖上皮從血液中攝取大量營養物質，當精子發育完成后，不再需要褶皺的生殖上皮提供營養，褶皺減少或消失，性腺進入成熟期。

在海地瓜卵巢發育的部分排放期（V ）和排空期（VI）出現吞噬細胞。吞噬細胞是卵巢發育晚期的顯著特征，其作用是吞噬并分解殘留的卵細胞，將其營養物質供給位于生殖上皮附近正在發育的卵母細胞。在糙海參[18]、P. fabricii[16]和Stichopusmollis[21]這3種海參的卵巢發育中也有類似情況，說明吞噬細胞的存在可能是海參綱物種卵巢發育過程中的一種普遍現象。

4.3 海地瓜的精卵排放類型

在大多數海地瓜性腺組織切片中觀察到一個切片中同時存在多個發育階段的性細胞，特別是處于增長期（III）、成熟期（IV）和部分排放期（V）的性腺切片中，除了精/卵細胞外，還有精/卵母細胞同時存在，因此推測海地瓜性腺發育模式為非同步發育，配子分批成熟。此外，處于部分排放期（V）的性腺說明海地瓜配子呈現部分排放現象，這種情況也見于對其他海參的報道，如糙海參[14]、黃乳海參[19]、仿刺參（Apostichopus japonicus）[22]。廖玉麟[1]認為，海參并不是一次把生殖細胞都排放掉，而是間斷排放。可見海地瓜屬于多次排精卵類型。

4.4 海地瓜性腺發育的周年變化規律

《中國動物志：棘皮動物門（海參綱）》中對海參生殖的相關描述為，海參的生殖過程大體上相似，先是精卵排放，后是生殖管的破壞，再是在生殖腺基部的生長帶長出新管[1]。結合圖5 和圖6 中海地瓜性腺組織學和形態學的周年觀察結果，本文推測，海地瓜性腺發育的周年變化規律如下：5月大多數海地瓜性成熟，并開始分別排放精子和卵細胞，配子排放持續到8月結束。精卵排放過程中同時伴隨著生殖管的自體破壞，然后長出新管，性腺開始新一輪發育。8?10月新的生殖管逐漸生長，11月新的生殖細胞開始生成并發育，至翌年3月性腺基本還處于發育早期階段，4月性腺進入增長期，生殖細胞發育迅速，至5月大量生殖細胞成熟，即性腺成熟。如此循環往復，海地瓜完成一輪又一輪生殖繁育活動。并由此可知，海地瓜生殖為明顯的周年生殖類型，即生殖周期為1年，同樣大連沿海的仿刺參[23]以及澳大利亞的糙海參[24]其生殖周期也為1年。

4.5 海地瓜的繁殖季節

根據海地瓜性腺發育的周年變化，可知海地瓜性腺成熟時間在5月，并且在5?8月進行了配子排放，因此本研究推斷，海地瓜的繁殖期在5?8月（夏季）。Thorson[25]提出熱帶海洋無脊椎動物隨著緯度增高，其繁殖規律由持續性產卵變成季節性產卵的假說。以糙海參為例，所羅門群島（9°S）的糙海參能夠全年產卵繁殖[13]；海南島（18° N）的糙海參種群在全年絕大部分時間均可繁殖，繁殖盛期為5?8月（夏季）及12月至翌年2月（冬季）[14]；新喀里多尼亞（21°S）的糙海參的繁殖期在每年夏季和冬季，即一年2次[26]；澳大利亞（27°S）的糙海參繁殖期為每年1次，每年集中在夏季產卵[24]。可見不同緯度棲息地的糙海參的繁殖期不盡相同，其繁殖規律呈明顯的地域性特點，符合Thorson[25]的假說。本研究的海地瓜樣本采自福建北部近岸海域（27° N），其繁殖期為一年1次，集中在5?8月（夏季）。那么其他緯度地區的海地瓜的繁殖時間如何，則有待進一步研究。