第3章.鱼类人工繁殖生物学基础

第三章鱼类人工繁殖生物学基础目录第一节鱼类性腺发育规律第二节鱼类性腺发育的控制系统第三节环境因素对鱼类性腺发育的影响第一节鱼类的性腺发育规律一、鱼类性腺的形态生殖腺（gonads）生殖系统（Genitalorgan）输卵管（ovarianduct）与输精管（spermaticduct）或交接器1、鱼类卵巢的形态结构卵巢一般成对，位于体腔背壁,其形态结构可分为游离卵巢和封闭卵巢两种类型。封闭卵巢:卵巢外面有卵巢膜,其后端延伸为生殖管，成熟卵细胞落入卵巢囊中，直接经输卵管、从生殖孔排出体外。游离卵巢:卵巢裸露，外面无卵巢膜或卵囊,成熟卵细胞落入腹腔中，然后从生殖管的输卵孔（喇叭口）进入输卵管，再从泌尿生殖孔排出体外，如史氏鲟等大型鱼类的卵巢。2、精巢的形态§主要养殖鱼类的精巢成对，位于鳔的腹部两侧，呈囊状，依其显微结构可分为壶腹型及辐射型两种类型。§鲟类、鲤科及大多数养殖种类的精巢属壶腹型，精巢由许多圆形或长形排列不规则壶腹组成，壶腹间充满结缔组织。§鲈形目鱼类的精巢属辐射型，精巢由许多叶片状呈辐射排列的精小叶，精小叶间充满结缔组织。精细胞着生于精小叶，精巢外膜及其管道结构与壶腹型相似。§鲇类与鮰类的精巢呈不规则分支状，精细胞数量较少。壶腹型和辐射型壶腹型：腺体由圆形或长形的壶腹所组成。精细胞的成熟过程在壶腹中进行。精巢背侧有输精管。辐射型：腺体成辐射排列的叶片状，叶片状腺体是精细胞成熟的地方。精巢有纵裂状凹穴，底部有输出管。二、卵巢发育1、生殖细胞发育与成熟（1）卵原细胞分裂期（细胞增殖期）有丝分裂（2）卵母细胞生长期小生长期I时相II时相卵黄沉积卵黄充塞大生长期（3）卵母细胞成熟期减数分裂III时相IV时相V时相§虹鳟鱼的卵巢虹鳟鱼的卵巢§2、卵巢分期§第Ⅰ期：从卵原细胞向初级卵母细胞小生长期过渡，尚未达到初次性成熟的雌鱼。卵巢位于鳔的侧方，呈透明淡肉色细线状（1mm）。秋花和春花鱼种的性腺属于此期（２龄鲢的卵巢仍有属于１期的）。鱼类在一生中只出现一次第一期卵巢，产过卵的个体无此期卵巢。§第Ⅱ期：生殖细胞处于小生长期，呈带状（1cm），表面上有血管分布，肉眼看不出卵粒。２－３龄的鲢、鳙、草鱼和３—５龄的青鱼处于第Ⅱ期卵巢；多次产卵类型的鱼类（尼罗罗非鱼等）终生只出现一次Ⅱ期卵巢。产过卵的个体，一次产卵类型的卵巢由第ＶＩ期转变为Ⅱ期。第III期：肉眼可分辨卵粒，但无法分离，卵黄开始沉着。§大生长期，卵黄充满阶段，核从中部向动物极偏移，卵巢呈青灰色或淡黄色，充满整个腹腔，卵粒可分离。卵巢膜出现粗血管。§一次性产卵鱼类第Ⅳ期卵巢中只有第Ｉ、Ⅱ、Ⅳ时相的卵母细胞而没有过渡类型的第Ⅲ时相卵母细胞。多次性产卵鱼类（鲤、鲫）由Ⅲ时相卵母细胞过渡到第Ⅳ时相常不是同步性的，即卵巢中的第Ⅲ时相卵母细胞不是等时性的长大。因此，如果是春季产卵的鱼，在秋末就有较成熟第Ⅳ时相和第Ⅲ时相卵母细胞，因而，第Ⅳ期卵巢中不仅有第Ｉ、Ⅱ、Ⅳ时相的卵母细胞，而且还有第Ⅲ时相卵母细胞。第Ⅳ期§第Ⅴ期：初级卵母细胞已经历减数分裂，卵从滤泡中排出，成为游离卵，轻压腹部可从生殖孔中流出。一次产卵鱼类：Ⅱ卵母细胞多次产卵：第Ⅱ、Ⅲ卵母细胞该期卵能够正常接受精子进行正常受精，称生理成熟。第Ⅵ期：产过卵不久或退化吸收的卵巢。有过熟的卵粒，呈现白色的斑点，血管淤血。鱼类卵巢的切片图卵细胞三、精巢发育1、生殖细胞发育与分期鱼类精子的发生分为四个时期，即繁殖期、生长期、成熟期和精子形成期。§繁殖期：精原细胞（初级精原细胞）进行多次有丝分裂成大量精原细胞（次级原细胞）。§生长期：精原细胞的体积略增大而变为初级精母细胞。初级精母细胞的形状和精原细胞相近，但核内染色质变为线状，准备下次成熟分裂。§成熟期：初级精母细胞进行两次成熟分裂：减数分裂、有丝分裂，产生四个精细胞，体积比初级精母细胞小得多。§精子变态期：整个过程是相当复杂的，先是精母细胞的核变成椭圆形，大部分原生质逐渐向细胞核的后面聚集，将来形成细长的尾部。§典型的精子大体上可分为头部、中段（颈部）和尾部。头部具核，头部前方为顶体。鳟的精子2、精巢发育分期－－与卵巢分期类似§第Ⅰ期：精巢呈细线状，肉色，紧贴在鳔腹面两侧，肉眼不易区分性别；组织切片可见精原细胞（外包有精囊细胞）分散在结缔组织之间，四大家鱼一龄鱼处于该期，终生出现一次。§第Ⅱ期：精巢为细带状，宽３－４毫米，白色半透明，血管不明显。肉眼已能分出雌雄。秋季二龄以上的雄鱼，其精巢属于该期。Ⅱ期精巢终生只出现一次。§第Ⅲ期：精巢白色或淡红色，表面较光滑，似柱状，宽5ｍｍ以上挤不出精液。２-３龄家鱼的精巢处于该期。§第Ⅳ期：宽大出现皱折，乳白色，表面血管明显。当管腔出现为数不多的精子时，表明精巢的发育已到Ⅳ期末。四大家鱼性成熟雄鱼的精巢，在冬季已进入此期，但是，用手挤压腹部仍无精液。§第Ｖ期：精巢充分成熟，体柔软，乳白色，轻压腹部有精液流出。性成熟雄鱼的精巢，在繁殖季节属于该时期。§第Ⅵ期：精巢中的精子已大量排出，体积大大缩小，由乳白色变为粉红色，局部有充血现象。§多次产卵的鱼类，雄性生殖细胞的成熟，也显出先后参差不齐的情况，而与雌鱼产卵密切配合。精巢各部成熟的次序是先后端后前端。四、性周期1、定义：鱼类自达到初次性成熟后，性腺发育具有周期性变化的现象。2、类型§一次性周期：一生只产一次卵（产卵后即死亡），如大麻哈鱼、银鱼、公鱼、香鱼等。§一年性周期：性周期为一年（一次产卵类型）§短性周期：性周期短的（一年产多次卵）§多年性周期：性周期为2年或更长3、影响因素包括光周期、温度、营养等对于温带鲤科鱼类，温度是调节性周性的主要因素；光周期是调控秋季产卵的冷水性鲑科鱼类性周期的重要因素；营养则是调节短性周期的主要因素。保安湖鳜鱼月平均成熟系数周年变化情况短期分批产卵类型五、繁殖力§§绝对怀卵量：一尾雌鱼在一个繁殖季节卵巢中所怀的成熟卵数。相对怀卵量：绝对怀卵量/体重（g）成熟系数：四大家鱼卵巢的成熟系数，一般第Ⅱ期为1％～2％；第Ⅲ期约3％～6％；第Ⅳ期约为14％～22％，最高可达30％以上。精巢成熟系数要小得多，第Ⅳ期一般只有1％～1．5％。六、生殖方式1、卵生：体外受精、体外发育2、卵胎生：体内受精，体内发育，卵黄营养3、胎生（假胎生）：体内受精，体内发育，卵黄+血液六、精子和卵子的生物学（一）精子的生物学1、活力和寿命§精子在精液中是不动的，遇水便开始激烈运动（20s-30s），不久便死亡。§鲢、草鱼精子在水中的寿命一般为50s-60s，鲤精子寿命略长一些，中华鲟精子寿命更长（5-40min）。精子在水中活动时，大部分能量消耗在调节渗透压方面，用于运动方面的能量较少。2、影响鱼类精子活动和寿命的因素（1）盐度（渗透压）盐度101521223040黄鳍鲷精子涡动时间（min）1.03.315.014.59.07.5平鲷精子涡动时间（min）04.017.318.37.50黄鳍鲷平鲷精子在不同盐度水中涡动的时间NaCl溶液（g/L）01234567平均寿命（s）9785102143161247236184鲥精子在不同NaCl溶液中的寿命(2)水温§各种鱼类精子都要求一定适宜温度，四大家鱼的精子寿命在水温２２℃时最长（５０s），３０℃时为３０s。水温过高或过低都不利于精子成活。真鲷精子的活力在18.8℃时最高，黑鲷精子在20.6℃时活力最好。§鱼类精液中精子寿命随温度下降而延长：鲤精液中精子寿命在26-29℃、0-2℃条件下分别为６-8h和15h，故低温保存精液可取得好的效果。牙鲆pH值3.04.05.05.56.06.57.07.58.09.0精子活力0305060709090909050花鲈pH值4.326.126.947.868.278.929.4210.4精子活力93.597.499.397.495.899.097.699.7黑鲷pH值5.075.937.048.078.9510.0精子活力81.098.588.096.094.285.6真鲷pH值5.066.257.118.089.1710.0精子活力35.054.059.090.078.056.0弹凃鱼pH值3.043.985.076.027.948.019.0710.1精子活力60.068.083.090.092.098.080.077.0(3)PH值：鱼类精子在弱碱性水中活动力最强，寿命最长(4)氧和二氧化碳§无氧会抑制精子的呼吸、活动和代谢作用，所以，精子在缺氧条件下比在有氧条件下存活的时间长。二氧化碳对精子有抑制作用。干法受精就是利用精子这一生理学特点，使精子在无水缺氧条件下均匀分布于卵表面，延长寿命，当加水后精子便强烈运动钻进卵中，以提高受精率。§5、光线紫外线和红外线对精子有危害作用，因此，不要让日光直接照射精液，直射的阳光对精子有致死影响。鲤精子经阳光直接照射10～15min后，有80%～90%死亡。但白天的散射光对精子无不良影响。3、精液的保存与延寿剂、抗冻剂§鱼类精液的保存包括低温保存和超低温保存两种：前者指将精液保存在10℃～15℃（一般为0℃左右）的温度中，后者指保存在-196℃的液氮生物容器中，受精前需解冻。§延寿剂指在精液保存过程中有利于延长精子寿命的物质，包括精液稀释剂、抗生素、氧气、抗冻剂等。精液中加入稀释剂后，可延长保存时间，便于受精操作，控制保存效果。§不同鱼类精液的最适稀释剂有所不同，但它们均以鱼类生理盐水为基础，模拟精液的组成成分，添加各种营养物质和稳定剂。稀释液的pH值应与鱼类精液的pH值接近，一般在6.5～7.5之间；渗透压在300毫渗左右。§一般认为，在0℃以上保存精液不需加抗冻剂，但只能保存几天，最多十几天。在0℃以下或超低温（-196℃）下，精液虽可长期保存，但冷冻和解冻过程中的一系列理化变化，会对精子造成损伤。因此，长期保存精液就必须添加防冻剂。§常用的鱼类精液抗冻剂有二甲亚砜（DMSO）、乙二醇或甘油等，另外卵黄、蜂蜜、葡萄糖和牛奶等也有一定的抗冻作用。成分Ringer液淡水鱼Ringer液海水鱼中华乌塘鳢鲢鲑遮目鱼黑鲷真鲷NaCl7.0013.5015.07.01.8813.50KCl0.250.6015.00.57.200.60CaCl20.200.252.50.230.60MgCl20.352.50.100.35NaHCO30.200.201.000.20NaHPO240.30葡萄糖15.01.0050蜂蜜1.00稀释比例1:21:11:11:3主要养殖鱼类精液稀释剂配方（g/L）（二）卵子的生物学特性1、卵子的形态学特点§多数鱼类的卵呈圆球形。少数鱼类的卵则不呈圆球形，如有些海水软骨鱼类的卵为圆锥形、螺旋形或四角形。卵子的大小在不同种类的动物中可以相差很大，但与该种动物成年个体的大小没有什么关系。2、卵子的生理学特点§鱼类成熟卵产到水中后，卵膜很快吸水膨大、使受精孔封闭而失去受精能力，如鳙卵在水中仅1分钟绝大部分即失去受精能力。但是，鱼卵在原卵液中或在等渗液中寿命则大为延长。第三节鱼类性腺发育的控制系统§中枢神经系统：大脑、下丘脑§内分泌系统：脑垂体、性腺鱼类性腺发育成熟的神经内分泌调节示意图环境因子肝脏反馈作用脑垂体GnRH卵黄蛋白原睾酮、雌二醇食物GTH性腺（卵、精巢）性类固醇激素T/E2/DHP/KT大脑DA/HT下丘脑一、性腺发育的神经调节（一）下丘脑的神经分泌组织§下丘脑位于丘脑下部，含有具内分泌机能的神经细胞。§目前已发现的下丘脑神经激素至少有9种，其中有些是释放激素，有些是抑制激素。与养殖鱼类繁殖关系最为密切的是促性腺激素释放激素（GnRH）和促性腺激素抑制激素（GRIH，GRIF）（因子）。§GnRH是一个含有6个官能团的十肽，可以促进脑垂体分泌GtH。（二）大脑分泌的神经递质§乙酰胆碱、肾上腺素、去甲肾上腺素等都是作用于下丘脑的兴奋性神经递质§多巴胺（DA）是大脑中的一种重要递质，可以减少GnRH的受体数量，是一种抑制促性腺激素（GtH）释放的因子，但其本身发挥作用也需要相应的受体。§地欧酮（DOM）等可以与多巴胺受体竞争性接合。