汪 靜,李 博,曲 冰,遲建衛(wèi),周笑輝

(大連海洋大學(xué)理學(xué)院,遼寧大連116023)

魚鱗片表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的測量與分析

汪 靜,李 博,曲 冰,遲建衛(wèi),周笑輝

(大連海洋大學(xué)理學(xué)院,遼寧大連116023)

利用移測顯微鏡觀測了魚鱗片表面的微觀結(jié)構(gòu),對比分析了大黃魚和鱸魚魚鱗片不同區(qū)域的鱗嵴間距.將魚鱗片表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的測量這一具有水產(chǎn)院校特色的研究性實驗項目引入本科大學(xué)物理實驗教學(xué),使學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會到將所學(xué)物理實驗技術(shù)應(yīng)用于海洋科學(xué)研究中的樂趣,有助于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力.

魚鱗片;移測顯微鏡;表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1 引 言

天然生物材料中存在著許多巧妙的結(jié)構(gòu)與原理,顯示出極為精良的特性.魚類的皮膚表面存在著結(jié)構(gòu)不同的鱗片,鱗片對于魚類體表的防污與減阻有著極為重要的作用.魚類由于生長環(huán)境和種類的差異,鱗片的表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上也會產(chǎn)生差異.根據(jù)鱗片表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以鑒別出魚的種類和年齡.魚類的鱗片主要分為側(cè)線上鱗、側(cè)線下鱗和側(cè)線鱗3部分,其結(jié)構(gòu)直接反映出魚類的分類特征和生長特征,是研究魚類分類、生存環(huán)境和生長趨勢的重要組成內(nèi)容[1].鱗溝條數(shù)的變化與魚類的生長年齡成正比,增加的鱗溝以年輪線為界限發(fā)出,不同魚類鱗溝的年增加數(shù)量有所不同,同種魚類由于生長環(huán)境(如水溫和食物)的不同也有差異[2].鱗片的數(shù)目和形態(tài)特征是目前魚類分類的主要特征之一,也是魚類年齡鑒定和生長狀態(tài)分析的重要依據(jù).近年來,由于資源開發(fā)力度的不斷提高,魚群動態(tài)和漁業(yè)資源的可持續(xù)利用日益引起人們的關(guān)注.魚類的年齡是研究魚群動態(tài)和評估漁業(yè)資源的前提條件,在漁業(yè)生產(chǎn)上具有重要意義[3].

本文設(shè)計了通過使用移測顯微鏡測量魚鱗片表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究性實驗項目,將大學(xué)物理實驗中學(xué)習(xí)到的基本知識應(yīng)用到生物研究,不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力,而且對鑒別魚的種類和年齡,以及對防污減阻的仿生設(shè)計具有一定的意義.

2 實驗原理

魚類的皮膚外面包圍著不同的鱗片,這些鱗片是依靠身體組織中的鈣質(zhì)漸次沉積于真皮中形成的,魚鱗片起到了保護(hù)皮膚的作用.依據(jù)鱗片的外形、構(gòu)造和發(fā)生的特點,可以把魚類的鱗片歸納為3種基本類型,即盾鱗、硬鱗和骨鱗.骨鱗發(fā)生于真皮.絕大多數(shù)真骨魚的鱗都屬這種類型,多為片狀.骨鱗從外形上可以分為4個區(qū),埋在真皮層內(nèi)且被前部鱗片掩蓋住的部分稱為前區(qū),也稱基區(qū);未被其他鱗片覆蓋且外表可見到的部位稱為后區(qū),也稱頂區(qū);前、后區(qū)間的上、下兩側(cè)為側(cè)區(qū).在鱗表面看到的一圈圈近似為同心圓狀排列的具有年輪特征的隆起線,稱為鱗嵴,或稱環(huán)片,環(huán)片圍繞的中心區(qū)稱為鱗焦.由鱗焦向周邊輻射開去的溝紋稱輻射溝,也稱鱗溝.鱗溝多分布于鱗片的前區(qū),有減少骨質(zhì)層堅硬度、增加鱗片韌性的作用.圖1所示為用光學(xué)顯微鏡(OL YMPUS IX51)拍攝到的大黃魚(俗稱黃花魚)和鱸魚的鱗片的顯微鏡照片.由于鱗片表面的鱗嵴呈近似為同心圓狀排列,所以可以按照大學(xué)物理實驗中的牛頓環(huán)測量方法,測量魚鱗片一圈圈同心圓狀排列的鱗嵴間距.

圖1 大黃魚和鱸魚魚鱗片的顯微鏡照片

3 實驗方法

本試驗使用的JCD3型移測顯微鏡測量鱗片由中心部位的鱗焦向外的不同部位鱗嵴之間的距離.由于鱗片只是近似為同心圓,而且也不平滑,因此選取沒有鱗溝分布的魚鱗側(cè)區(qū)進(jìn)行測量,如圖1所示.JCD3型移測顯微鏡是由浙江光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn),顯微鏡放大倍數(shù)30×,最小讀數(shù)值0.01 mm,縱向測量精度為0.02 mm.

3.1 實驗樣品的采集與預(yù)處理

實驗采用新鮮大黃魚和鱸魚,鱗片取自魚體背鰭下方側(cè)線上方的位置,此區(qū)鱗片形狀典型,磨損少.鱗片表層通常有粘液及皮膚覆蓋,用5% NaOH溶液浸泡8 h,使鱗片的深色顏色褪去,以達(dá)到脫色的目的.再由頭部依次將鱗片按同方向夾入玻片內(nèi),用雙面膠固定,如圖2所示.

3.2 實驗步驟

1)在顯微鏡中找到鱗焦中心,調(diào)節(jié)顯微鏡的副尺輪(調(diào)微鼓輪)使十字叉絲中心對準(zhǔn)鱗焦中心.為了使鱗嵴調(diào)到刻度尺的量程范圍內(nèi),應(yīng)使鱗焦中心位于刻度尺的中心部位.

圖2 魚鱗片樣品

2)右手反轉(zhuǎn)副尺輪,把十字叉絲中心移至鱗嵴40環(huán)外以后改為右手正轉(zhuǎn),使叉絲左移.分別記下鱗嵴由外向內(nèi)的40,35,25,20,10,5環(huán)數(shù)的位置讀數(shù)X40,X35,X25,X20,X10,X5.

3)用同樣的方法測量5次取平均值,以減少誤差.

4 測量結(jié)果與分析

測量大黃魚鱗片側(cè)區(qū)鱗嵴位置讀數(shù)如表1,鱸魚鱗片側(cè)區(qū)鱗嵴位置讀數(shù)如表2.

設(shè)魚鱗片外側(cè)鱗嵴間距為D外=(X35-X40)/5;中部鱗嵴間距為D中=(X20-X25)/5;內(nèi)側(cè)靠近鱗焦附近鱗嵴間距為D內(nèi)=(X5-X10)/5.

用標(biāo)準(zhǔn)偏差sD表示測量的隨機(jī)誤差,

處理后的試驗結(jié)果如圖3所示.

表1 大黃魚鱗片側(cè)區(qū)鱗嵴位置讀數(shù)

表2 鱸魚鱗片側(cè)區(qū)鱗嵴位置讀數(shù)

圖3 不同區(qū)域鱗嵴間距

由圖3可見,大黃魚和鱸魚的鱗嵴排布不相同.大黃魚鱗片中,側(cè)區(qū)外側(cè)鱗嵴間距最小約為0.029 mm,由外向內(nèi)間距逐漸增加,外側(cè)與中部區(qū)域鱗嵴間距差值明顯;鱸魚側(cè)區(qū)鱗片由外向內(nèi)相鄰鱗嵴之間間距由0.062～0.047 mm逐漸減少.由于鱗片存在鱗嵴和鱗溝等微觀結(jié)構(gòu),即使在相同的區(qū)域內(nèi),從鱗焦到鱗片邊緣鱗嵴的寬度不同,鱗嵴和鱗溝的尺寸也存在較大差異.

5 結(jié)束語

本文開發(fā)設(shè)計了通過使用移測顯微鏡測量魚鱗片表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究性實驗項目,擴(kuò)大了觀察的視野,使學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會到將所學(xué)大學(xué)物理技術(shù)與知識應(yīng)用于生物學(xué)科中的樂趣,意識到了學(xué)習(xí)物理知識的意義.不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力,而且對鑒別魚的種類和年齡,以及對防污減阻的仿生設(shè)計具有一定的應(yīng)用價值.對于水產(chǎn)院校來說,這是一個應(yīng)用性很強(qiáng)的研究性實驗項目.

[1] 高天翔,張秀梅,張美昭,等.壽南小沙丁魚鱗片表面結(jié)構(gòu)及輪紋特征的掃描電鏡觀察[J].海洋湖沼通報,2001,(3):34-37.

[2] 范瑞青,姜明,汝少國,等.藍(lán)羅非魚鱗片表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡觀察[J].海洋科學(xué),2000,24(3):48-51. [3] 李忠爐,盧伙勝,凌文通,等.南海北部金線魚和深水金線魚的鱗片年輪特征比較研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(8):3 323-3 326,3 343.

Measuring surface topological microstructure of scales by reading microscope

WANGJing,LI Bo,QU Bing,CHI Jian-wei,ZHOU Xiao-hui
(School of Science,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China)

The surface topological microstructure of scales are observed and measured using reading microscope,and the space of scale ridges in different region of Lateolabrax japonicus and Pseudosciaena crocea are analyzed.The experiment on the the measurement of surface topological microstructure of scales has been provided in the physics experiments for the undergraduates,in order to make students know of the research method,and to arouse the students’creative ideas and interests.

scales;reading microscope;surface topological microstructure

O436.1

A

1005-4642(2010)09-0035-03

[責(zé)任編輯:郭 偉]

2010-01-11;修改日期:2010-04-29

國家自然科學(xué)基金(No.50773010);遼寧省教育廳計劃(No.2009A172);教育部物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委會(No.08004);2009年度遼寧省高等教育教學(xué)改革研究重點項目(No.A-245)

汪 靜(1966-),女,遼寧鞍山人,大連海洋大學(xué)理學(xué)院教授,博士,主要從事物理學(xué)教育、納米技術(shù)與生物功能材料方面研究.