2. 上海海洋大学 水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心, 上海 201306;
3. 上海海洋大学 水产科学国家级实验教学示范中心, 上海 201306
幽门盲囊(pyloric caecum,PC)是鱼类消化道中特有的结构,具有肌层、黏膜层和黏膜下层[1]。黏膜层富含杯状细胞,杯状细胞又称黏液细胞,其分泌物含有黏多糖、免疫球蛋白及一些消化酶类,能够起到润滑肠道、增强机体免疫、促进食物消化等作用[2]。幽门盲囊中含有多种消化酶,具有较强的消化酶活性,且以蛋白酶为主。目前,在多种鱼类幽门盲囊中均检测到丰富的胰蛋白酶、非特异性脂酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶[3-7]。由此可见,幽门盲囊参与食物蛋白质、脂类等营养物质的消化作用。
鳜(Siniperca chuatsi)作为典型的肉食性鱼类,自开口期起,终生以活鱼饵为食。在鳜属鱼类中,鳜生长速度最快,并且其幽门盲囊数量最多,变动范围为207~326[8]。马艳梅等[9]对鳜消化道消化酶活性研究表明,肝脏和幽门盲囊内淀粉酶活性较高。彭迁迁等[10]研究表明,幽门盲囊内碱性磷酸酶和酸性磷酸酶活性比较高,且主要聚集于上皮细胞顶部的纹状缘。由于幽门盲囊在鱼类消化吸收生理过程中起重要作用,而目前为止,仅有对鳜成鱼幽门盲囊结构组织学研究[11],对鳜幽门盲囊早期发育过程尚未见报道。为此,利用H.E和AB.PAS染色技术对鳜幽门盲囊数量和组织学的早期发育过程进行观察和描述,为鳜幽门盲囊功能发育研究与苗种培育提供基础资料。
1 材料与方法 1.1 实验材料鳜鱼苗来源于上海市浦东新区孙农水产养殖场。雌雄亲鱼经人工催产、受精,受精卵于孵化桶中孵化,水温21~23 ℃。开口期(6日龄)以团头鲂(Megalobrama amblycephala)鱼苗作为饵料,之后,投喂适口的草鱼(Ctenopharyngodon idellus)鱼苗。分别在12~20、25、30、40、50、60日龄采集鳜样品,每次随机取20尾,测量全长。
1.2 实验方法 1.2.1 组织切片取上述各时期样品(前30日龄整鱼,35~60日龄解剖取幽门盲囊)各10尾,于Bouin氏液中固定24 h,70%(体积分数)乙醇漂洗样品至黄色褪去,然后经80%~100%(体积分数)乙醇脱水,二甲苯透明,浸蜡3 h,石蜡包埋(20日龄前,整鱼包埋;25、30日龄,去头、尾包埋)。使用Leica RM 2016型切片机将各时期样品进行连续切片。各时期5尾常规H.E染色,5尾AB.PAS染色,中性树胶封片,Olympus显微镜观察、拍照。测量各时期幽门盲囊肌层厚度、皱襞长度。
根据AB.PAS染色,将黏液细胞分为4种类型:Ⅰ型含中性黏多糖,染色呈红色;Ⅱ型含酸性黏多糖,染色呈蓝色;Ⅲ型主要含中性黏多糖和少量酸性黏多糖,染色呈紫红色;Ⅳ型主要含酸性黏多糖和少量中性黏多糖,染色呈蓝紫色[12]。
1.2.2 幽门盲囊数量计数30日龄前,通过连续切片,H.E染色,于Olympus显微镜下观察、计数幽门盲囊数目。30日龄后,解剖后于解剖镜下直接计数。
1.2.3 数据处理分析数据用SPSS 19.0软件进行统计分析。数据作图均采用GraphPad Prism 5.0软件。图片使用Adobe Photoshop CC 2018软件进行处理。
2 结果 2.1 幽门盲囊的发育过程12~14日龄,鳜消化道中未观察到幽门盲囊发育。15日龄,部分个体(5尾中有2尾)出现幽门盲囊。16日龄,所有样品(5尾)均有幽门盲囊出现。由此可见,鳜幽门盲囊在15日龄时开始发育,位置在胃肠之间左腹侧。此时,鳜平均全长(8.43±0.07)mm,幽门盲囊肌层薄,黏膜下层不可见,黏膜层上皮为单层柱状上皮,分布有柱状上皮细胞和杯状细胞,杯状细胞较集中,皱襞数量为5~6条(图版Ⅰ-1, 2)。20日龄,鳜平均全长(12.32±0.56)mm,幽门盲囊数目(25±2),肌层分为内环层和外纵层,黏膜下层隐约可见,皱襞数量为6~7条。此时,在肠下方右腹侧又有1簇幽门盲囊发育(图版Ⅰ-3)。25日龄,鳜平均全长(15.77±1.74)mm,幽门盲囊肌层厚度有所增加,黏膜层杯状细胞数量增多,分布较均匀,皱襞数量7~8条。在胃肠之间右腹侧又有1簇幽门盲囊开始发育,另外,在肠下方左腹侧位置亦有1簇发育,新发育的盲囊几乎无皱襞(图版Ⅰ-4, 5, 6)。30~60日龄,幽门盲囊数量逐渐增多,分别为(75±2)、(123±4)、(155±7)和(190±5)条。不同发育日龄,幽门盲囊结构上差异不大,皱襞数量、长度与肌层厚度也相应增加(表 1)。
同一时期具有新发育盲囊和发育较完善盲囊,两者结构差异较大。新发育盲囊的直径比发育完善盲囊小,并且几乎无皱襞。
同一发育完善盲囊的顶部和基部也有所区别,盲囊顶部一分为二,常成对出现,其结构与初发育盲囊相似,皱襞少甚至无皱襞,杯状细胞较聚集;盲囊基部皱襞数量多且长,几乎充满整个囊腔,杯状细胞多、分布较均匀(图版Ⅱ)。
鳜幽门盲囊黏液细胞以Ⅱ型为主,Ⅳ型次之,盲囊基部有少量Ⅲ型黏液细胞分布,未发现Ⅰ型黏液细胞。随着鳜发育,幽门盲囊黏液细胞类型差异不大,但数量有所增加。盲囊顶部黏液细胞较聚集,盲囊基部黏液细胞数量高于盲囊顶部(图版Ⅲ)。
不同种类间幽门盲囊数量具有明显差异,通常为几个到几百个不等。大口黑鲈(Micropterus salmoides)和大黄鱼(Larimichthys crocea)的幽门盲囊数量分别为23和10条[13]。与大多数肉食性鱼类相比,鳜幽门盲囊数量相对较多,为207~326[8]。本研究显示,鳜幽门盲囊数量在15日龄到40日龄间呈现快速增加趋势,40日龄到60日龄,幽门盲囊数量增长较缓慢。研究[14]表明,鳜在17日龄时体质量开始快速增长。推测是幽门盲囊的发育提高了食物转化率,促进个体摄食消化能力,增快鱼体生长。在鳜属中,鳜、大眼鳜和斑鳜的幽门盲囊数量分别为207~326、50~115、81~133,鳜生长速率明显大于大眼鳜和斑鳜,斑鳜生长速率和大眼鳜相差不大[8];对不同品系虹鳟研究表明,在相同的生长速率下,幽门盲囊数量越多的品系表现出更低的饲料摄入量,即在摄食相同的饵料条件下,幽门盲囊数量越多的品系体质量增加量越大[15]。这些表明,幽门盲囊的数目多少可显著影响鱼类的消化吸收能力,幽门盲囊数量越多,鱼体消化吸收能力越强,进而生长越快。
3.2 幽门盲囊时空发育不同鱼类幽门盲囊发育时间也不相同,褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)、条石鲷(Oplegnathus fasciatus)、条斑星鲽(Verasper moseri)幽门盲囊分别在2~3日龄、12~15日龄和29日龄出现[16-18]。研究[19]显示,鳜在全长9 mm左右时,出现幽门盲囊原基。本研究中,鳜幽门盲囊在15日龄开始发育,平均全长(8.43±0.07)mm,与唐宇平等[19]研究结果基本相符。肉食性硬骨鱼类消化系统发育需经内源性营养、混合性营养和外源性营养3个时期。进入外源性营养期,胃腺和幽门盲囊相继发育。研究[20]表明,鳜胃腺在13日龄开始发育,幽门盲囊发育位于胃腺发育之后。在大菱鲆和哲罗鱼(Hucho taimen)中也观察到幽门盲囊发育晚于胃腺发育的现象[21-22]。这种现象出现的原因有两点:一是肉食性鱼类胃腺形成后,胃功能已经发育完善,随着食物量增多,胃肠结构不能满足食物消化吸收,因此,需要幽门盲囊参与,进行辅助消化吸收;二是因为肉食性鱼类肠道短,食物经胃乳化后形成大量食糜,肠道空间小,需要幽门盲囊贮存。
本研究显示,鳜幽门盲囊发育位置依次为胃肠之间左腹侧、肠下方右腹侧、胃肠之间右腹侧和肠下方左腹侧。幽门盲囊刚开始发育时,其皱襞数量少且短。随着稚鱼发育,幽门盲囊肌层、黏膜下层和黏膜层区分明显,盲囊数量、皱襞数量及皱襞长度、肌层厚度都相应增加,表明幽门盲囊消化吸收作用逐渐增强。
鳜幽门盲囊每枝在中部产生2个分支,分支为盲囊顶部,枝干为盲囊基部。由于盲囊基部皱襞数量多且长,几乎充满整个囊腔,说明幽门盲囊主要在盲囊基部实现消化吸收功能。
3.3 黏液细胞类型与分布研究表明,鱼类消化道黏液细胞类型与其功能有着密切联系。在有胃鱼中,胃黏液细胞皆以Ⅰ型为主,Ⅰ型黏液细胞分泌中性黏液,这种类型黏液可以调节胃中pH,并且可以促进将食物转化成食糜的过程,与胃的功能相适应[23]。Ⅱ型黏液细胞和Ⅳ型黏液细胞主要分泌酸性黏液物质,酸性黏液物质能够保持管腔润滑,食道和后肠中存在大量Ⅱ型黏液细胞,可以促进食物吞咽和粪便排出[24]。另外,酸性黏液物质还具有微粒截留、蛋白质的消化和残基的转运[25]。研究结果表明,鳜幽门盲囊黏液细胞以Ⅱ型为主,Ⅳ型次之。鳜是肉食性鱼类,蛋白质是食物中主要组成,幽门盲囊中含有大量的蛋白酶[26],幽门盲囊分泌的黏液可以截留胃乳化后的微粒,并进行消化吸收。
随着鱼体发育,黏液细胞数量也逐渐增加。本研究中,随着鳜发育,幽门盲囊内黏液细胞数量有所增加,这与其幽门盲囊的结构与功能发育相适应。在同一盲囊内,黏液细胞分布数量由盲囊顶部向中部、基部呈递增趋势。由于黏液细胞所分泌黏液中含有一些消化酶,幽门盲囊基部皱襞数量多、长度长,表明幽门盲囊基部的消化功能更为明显。
[1] |
徐革锋, 陈侠君, 杜佳, 等. 鱼类消化系统的结构、功能及消化酶的分布与特性[J]. 水产学杂志, 2009, 22(4): 49-55. XU G F, CHEN X J, DU J, et al. Fish digestive system: it's structure, function and the distributions and characteristics of digestive enzymes[J]. Chinese Journal of Fisheries, 2009, 22(4): 49-55. DOI:10.3969/j.issn.1005-3832.2009.04.013 |
[2] |
杨桂文, 安利国, 温武军, 等. 鲤胆汁与血清中免疫球蛋白的比较研究[J]. 水产学报, 1998, 22(3): 199-203. YANG G W, AN L G, WEN W J, et al. Comparative studies on the immunoglobulin in bile and serum of Cyprinus carpio[J]. Journal of Fisheries of China, 1998, 22(3): 199-203. |
[3] |
BEZERRA R S, SANTOS J F, PAIVA P M G, et al. Partial purification and characterization of a thermostable trypsin from pyloric caeca of tambaqui (Colossoma macropomum)[J]. Journal of Food Biochemistry, 2001, 25(3): 199-210. DOI:10.1111/j.1745-4514.2001.tb00734.x |
[4] |
VAN HAU P, BENJAKUL S. Purification and characterization of trypsin from pyloric caeca of bigeye snapper (Pricanthus macracanthus)[J]. Journal of Food Biochemistry, 2006, 30(4): 478-495. DOI:10.1111/j.1745-4514.2006.00089.x |
[5] |
KHANTAPHANT S, BENJAKUL S. Purification and characterization of trypsin from the pyloric caeca of brownstripe red snapper (Lutjanus vitta)[J]. Food Chemistry, 2010, 120(3): 658-664. DOI:10.1016/j.foodchem.2009.09.098 |
[6] |
崔龙波, 周雪莹, 吕虹, 等. 大菱鲆消化系统的组织学和组织化学研究[J]. 海洋水产研究, 2008, 29(6): 47-51. CUI L B, ZHOU X Y, LYU H, et al. Histological and histochemical study on the digestive system of Scophthalmus maximus[J]. Marine Fisheries Research, 2008, 29(6): 47-51. |
[7] |
崔龙波, 迟爽, 李新华, 等. 大黄鱼消化系统的组织学和组织化学研究[J]. 烟台大学学报(自然科学与工程版), 2014, 27(4): 266-270. CUI L B, CHI S, LI X H, et al. Histological and histochemistrical study on digestive system of Pseudosciaena crocea riciardson[J]. Journal of Yantai University (Natural Science and Engineering Edition), 2014, 27(4): 266-270. DOI:10.3969/j.issn.1004-8820.2014.04.008 |
[8] |
韩德举, 胡菊香, 洪峰. 陆水水库鳜属鱼类食性及消化器官的比较研究[J]. 水产学报, 1996, 20(2): 97-103. HAN D J, HU J X, HONG F. Comparative studies on the feeding habit and digestive organs of Siniperca fishes of Lushui Reservoir[J]. Journal of Fisheries of China, 1996, 20(2): 97-103. |
[9] |
马燕梅, 梅景良, 林树根. 鳜胃肠道和肝脏主要消化酶活性的研究[J]. 江西农业大学学报, 2004, 26(4): 584-588. MA Y M, MEI J L, LIN S G. Studies on the main digestive enzyme activities in stomach intestine and liver of Siniperca chuatsi[J]. Acta Agriculturae Universitis Jiangxiensis, 2004, 26(4): 584-588. DOI:10.3969/j.issn.1000-2286.2004.04.023 |
[10] |
彭迁迁, 权梦雪, 罗莹, 等. 鳜鱼消化道黏液细胞和6种酶的组织化学定位[J]. 激光生物学报, 2016, 25(2): 161-169. PENG Q Q, QUAN M X, LUO Y, et al. Histochemical localization of mucous cells and six types of enzymes in digestive tract of Siniperca chautsi[J]. Acta Laser Biology Sinica, 2016, 25(2): 161-169. DOI:10.3969/j.issn.1007-7146.2016.02.011 |
[11] |
李传阳, JEERAWAT T, 查丹琳, 等. 3种鳜鱼消化道结构与胃中泌酸胃酶细胞分布比较[J]. 水产科学, 2016, 35(4): 340-345. LI C Y, JEERAWAT T, ZHA D L, et al. Comparison of digestive tract structure and distribution of gastric oxynticopeptic cells among three mandarin fish Siniperca species[J]. Fisheries Science, 2016, 35(4): 340-345. |
[12] |
尹苗, 杨桂文, 安利国. 胡子鲶黏液细胞类型及其在消化道中的分布[J]. 动物学报, 2001, 47(s1): 116-119. YIN M, YANG G W, AN L G. Study on the type of mucous cells and its distribution in alimentary tract of Clarias fuscus[J]. Acta Zoologica Sinica, 2001, 47(s1): 116-119. |
[13] |
赵柳兰, 陈侨兰, 杨淞, 等. 大口黑鲈消化道组织结构及黏液细胞的类型和分布[J]. 四川农业大学学报, 2018, 36(4): 549-554. ZHAO L L, CHEN Q L, YANG S, et al. Analysis of the histological structure, the types and distribution of mucous cells of digestive tract in Largemouth Bass (Micropterus samoides)[J]. Journal of Sichuan Agricultural University, 2018, 36(4): 549-554. |
[14] |
郑生顺. 鳜鱼仔稚鱼发育与生长的观察[J]. 水产养殖, 1987(3): 1-4. ZHENG S S. Observation on the development and growth of infantile Siniperca chuatsi[J]. Journal of Aquaculture, 1987(3): 1-4. |
[15] |
BERGOT P, BLANC J M, ESCAFFRE A M. Relationship between number of pyloric caeca and growth in rainbow trout (Salmo gairdneri Richardson)[J]. Aquaculture, 1981, 22: 81-96. DOI:10.1016/0044-8486(81)90135-6 |
[16] |
杨佳喆, 齐闯, 徐善良. 褐菖鲉仔、稚鱼消化系统发育的组织学观察[J]. 热带海洋学报, 2019, 38(2): 58-66. YANG J Z, QI C, XU S L. Histological studies on development of the digestive system in larval and juvenile Sebastiscus marmoratus[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2019, 38(2): 58-66. |
[17] |
区又君, 李加儿, 艾丽. 条石鲷早期发育阶段消化系统组织学研究[J]. 华南农业大学学报, 2015, 36(1): 23-27. OU Y J, LI J E, AI L. A study on the histology of digestive system in early life stages of Oplegnathus fasciatus[J]. Journal of South China Agricultural University, 2015, 36(1): 23-27. |
[18] |
于道德. 三种海水经济鱼类早期发育生物学的研究[D]. 青岛: 中国科学院研究生院(海洋研究所), 2008. YU D D. A rudimentary study on the early life history of three marine economical teleosts[D]. Qingdao: Graduate School of Chinese Academy of Sciences (Institute of Oceanography), 2008. |
[19] |
唐宇平, 樊恩源. 鳜鱼消化器官的发育和食性的研究[J]. 水生生物学报, 1993, 17(4): 329-336. TANG Y P, FAN E Y. A study on the development of digestive organs and feeding habit of Siniperca chuatsi (basilewsky)[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 1993, 17(4): 329-336. |
[20] |
吴雪峰, 赵金良, 钱叶洲, 等. 鳜消化系统器官发生的组织学[J]. 动物学研究, 2007, 28(5): 511-518. WU X F, ZHAO J L, QIAN Y Z, et al. Histological study of the digestive system organogenesis for the Mandarin Fish, Siniperca chuatsi[J]. Zoological Research, 2007, 28(5): 511-518. DOI:10.3321/j.issn:0254-5853.2007.05.010 |
[21] |
陈慕雁, 张秀梅. 大菱鲆仔稚幼鱼消化系统发育的组织学研究[J]. 水生生物学报, 2006, 30(2): 236-240. CHEN M Y, ZHANG X M. Development of the digestive system in larval, juvenile and young turbot Scophthalmus maximus[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2006, 30(2): 236-240. DOI:10.3321/j.issn:1000-3207.2006.02.019 |
[22] |
关海红, 匡友谊, 徐伟, 等. 哲罗鱼消化系统器官发生发育的组织学观察[J]. 动物学杂志, 2007, 42(2): 116-123. GUAN H H, KUANG Y Y, XU W, et al. Histological observation on the development of digestive system in Hucho taimen[J]. Chinese Journal of Zoology, 2007, 42(2): 116-123. DOI:10.3969/j.issn.0250-3263.2007.02.023 |
[23] |
PETRINEC Z, NEJEDLI S, KUŽIR S, et al. Mucosubstances of the digestive tract mucosa in northern pike (Esox lucius L.) and European catfish (Silurus glanis L.)[J]. Veterinarski Arhiv, 2005, 75(4): 317-327. |
[24] |
张伟妮, 林旋, 林树根, 等. 褐牙鲆消化道黏液细胞的类型及分布[J]. 福建农林大学学报(自然科学版), 2009, 38(3): 280-284. ZHANG W N, LIN X, LIN S G, et al. Types and distribution of mucous cells in the digestive tract of Paralichthys olivaceus[J]. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University (Natural Science Edition), 2009, 38(3): 280-284. |
[25] |
姚荣荣. 鳡消化道组织学与免疫组织化学的研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2008. YAO R R. Studies on the histology and immunohistochemistry studies of digestive tract in Elopichthys bambusa[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2008. |
[26] |
LU B J, ZHOU L G, CAI Q F, et al. Purification and characterisation of trypsins from the pyloric caeca of mandarin fish (Siniperca chuatsi)[J]. Food Chemistry, 2008, 110(2): 352-360. DOI:10.1016/j.foodchem.2008.02.010 |
2. Shanghai Collaborative Innovation for Aquatic Animal Genetics and Breeding, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
3. National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China