方馨正 胡偉華 陳睿毅 曾延清 柴學(xué)軍 徐冬冬
(1. 浙江海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院, 舟山 316022; 2. 浙江省海洋水產(chǎn)研究所, 舟山 316021;3. 浙江省海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 舟山 316021)
在人工養(yǎng)殖條件下, 有些魚類的親體必須依賴催產(chǎn)素才能夠排卵[1—3]。隨著催產(chǎn)激素的研制和應(yīng)用, 突破了多種淡、海水魚類的人工繁殖技術(shù), 結(jié)束了以捕撈天然苗種的時(shí)代[4]。目前, 常用的催產(chǎn)激素種類主要有人絨毛膜促性腺激素(Human Chorionic gonadotrophins, hCG)、地歐酮(Domperidone,DOM)、鯉魚腦垂體(Carp pituitary extraction, CPE)和促黃體素釋放激素類似物(Luteinizing hormone releasing hormone along, LHRH-A)和促性腺激素釋放激素類似物(Gonadotrophin releasing hormone,GnRH)等[5—7]。雖然催產(chǎn)激素種類眾多, 但不同的催產(chǎn)激素在不同魚類中的給藥方式、劑量及其效果差異很大, 如黃顙魚[8](Pelteobagrus fulvidraco)、加州鱸[9](Micropterus salmoides)和泥鰍[10](Misgurnus anguillicaudatus)等常用LHRH-A2、DOM及HCG組合進(jìn)行腹腔或肌肉注射催產(chǎn); 大黃魚[11](Larimichthys crocea)則常采用LHRH-A3注射催產(chǎn); 金槍魚[12](Thunnusthynnus)和虹鱒[13](Oncorhynchus mykiss)等采用GnRH肌肉注射埋植法。采用注射的方式催產(chǎn)是魚類中最為常見的給藥方式, 埋植和口服等給藥方法的報(bào)道較少[14—16]。對(duì)于應(yīng)激性強(qiáng)的魚類, 如大黃魚、金槍魚等, 人工注射容易引發(fā)親魚損傷、引起炎癥, 從而引發(fā)疾病甚至死亡。研發(fā)口服型的催產(chǎn)激素不僅能夠降低催產(chǎn)對(duì)于親本的損傷, 而且還能夠提高產(chǎn)卵效率, 節(jié)省人力成本。
GnRH作為動(dòng)物下丘腦-垂體-性腺(Hypothalamus-pituitary-gonad, HPG)軸中最先發(fā)現(xiàn)激素, 由10個(gè)氨基酸組成, 其在魚類中的序列保守, 且易于人工合成, 是研發(fā)口服型催產(chǎn)激素的首選目標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)在豬、馬、牛和羊等畜禽類動(dòng)物中, 通過投喂GnRH能提高發(fā)情頻率和受精率, 提高產(chǎn)出的子代數(shù)量和質(zhì)量[17,18]。但與注射或包埋給藥方式相比, 口服激素由于合成價(jià)格高、催產(chǎn)效果不佳等原因, 所以尚未大規(guī)模投入使用。但近年來, 隨著生物藥物加工技術(shù)水平的飛速發(fā)展, 人工合成的多肽費(fèi)用顯著下降[19,20], 已有激素、單克隆抗體及多肽疫苗等超百種多肽藥物問世[21,22], 這些為口服激素在水產(chǎn)中的研制和應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)。同時(shí), 因口服激素?zé)o須注射或埋植等操作, 可有效避免麻醉和捕撈等人工處理給親魚帶來的損傷, 其應(yīng)用相關(guān)的探索越來越受到人們的關(guān)注。
小黃魚(Larimichthys polyactis), 俗稱黃花魚,屬鱸形目、石首魚科、黃魚屬, 廣泛分布于我國(guó)東海、黃海和渤海海域及朝鮮半島附近海域, 因其肉質(zhì)細(xì)膩鮮美, 營(yíng)養(yǎng)豐富, 深受消費(fèi)者喜愛, 是我國(guó)的“四大海產(chǎn)”之一[23—25]。隨著漁業(yè)資源過度捕撈, 小黃魚種群中呈現(xiàn)出個(gè)體性成熟提前、低齡化和小型化等資源衰退現(xiàn)象[26,27]。近年來, 浙江省海洋水產(chǎn)研究所等單位對(duì)小黃魚人工繁育進(jìn)行了系統(tǒng)研究, 突破了其全人工規(guī)?;敝臣夹g(shù)[28]。小黃魚的人工繁殖必須依靠催產(chǎn)激素才能排卵, 已有研究表明LHRH-A2能夠有效誘導(dǎo)小黃魚排卵, 但催產(chǎn)效果有待提高, 且因其應(yīng)激性強(qiáng), 采用注射的方式容易造成魚體損傷, 亟須研發(fā)新型催產(chǎn)激素并改變催產(chǎn)方式。本研究旨在探索新型催產(chǎn)激素和給藥方式, 采用注射和口服兩種方式開展小黃魚催產(chǎn)試驗(yàn),以生理鹽水注射為對(duì)照, 設(shè)置LHRH-A2注射組、GnRH注射組和GnRH口服組, 比較各實(shí)驗(yàn)處理組的產(chǎn)卵情況、血清激素水平及組織生理變化, 評(píng)價(jià)不同催產(chǎn)方法的繁殖性能, 綜合評(píng)估GnRH的催產(chǎn)效果。研究結(jié)果為提高小黃魚的人工繁育技術(shù)水平提供理論和技術(shù)參考。
小黃魚親魚來自2019—2020年人工培育的2—3齡無病無傷, 活力良好的性成熟個(gè)體, 雌雄魚初始平均體重分別為(64.49±8.81)和(65.28±7.87) g。2021年2月從網(wǎng)箱移至室內(nèi)50 m3水泥池強(qiáng)化培育,采用經(jīng)沉淀砂濾而得的自然海水養(yǎng)殖, 每天吸污、換水, 保持溶氧6 mg/L以上, 日換水量100%以上, 每天投喂兩次配合飼料和沙蠶進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化。
待自然水溫上升至16℃, 挑選親本120尾, 腹部柔軟且生殖孔紅腫的雌魚72尾, 輕壓腹部有精液流出的雄魚48尾, 按雌雄比1.5﹕1隨機(jī)分至1 m3玻璃鋼試驗(yàn)桶中暫養(yǎng), 每組30尾。暫養(yǎng)1周后, 將實(shí)驗(yàn)分為生理鹽水注射組、LHRH-A2注射組、GnRH注射組和GnRH口服組, 共分為4組, 每組兩個(gè)平行。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道設(shè)置A2注射組劑量為2.4 μg/kg, GnRH注射組劑量為75 μg/kg, 采用腹腔注射法進(jìn)行催產(chǎn)[29,30];GnRH口服組劑量為6 mg/kg[31]??诜礼nRH的制備方法是優(yōu)化了激素飼料制備和包埋方式, 具體為將溶于無水乙醇的GnRH均勻噴灑在飼料上, 然后用海藻酸鈉-殼聚糖凝膠進(jìn)行藥物包埋, 待晾干后投喂給藥[31,32]。在試驗(yàn)開始后, GnRH口服組每天飽食投喂, 至親魚產(chǎn)卵停止激素處理, 轉(zhuǎn)為正常飼料, 其他各組采用正常飼料飽食投喂。
小黃魚的卵屬于浮性卵類型且為夜間產(chǎn)卵, 定期用80目的篩絹網(wǎng)在實(shí)驗(yàn)桶中收集魚卵, 收集后的魚卵靜置15min后虹吸去除死卵, 將上浮卵置于孵化槽中孵化。統(tǒng)計(jì)產(chǎn)卵量(Egg production, EP)、上浮卵重(Buoyancy egg weight, BEW)、受精率(Fertilization rate, FR)及孵化率(Hatching rate, HR)。
受精率(FR, %)=受精卵總數(shù)/總產(chǎn)卵量×100
孵化率(HR, %)=出膜仔魚數(shù)/受精卵總數(shù)×100
在各組產(chǎn)卵前(實(shí)驗(yàn)處理前)、中(開始產(chǎn)卵后的第7天)、后(停止產(chǎn)卵后的第7天)進(jìn)行取樣, 每次取6尾, 用濃度為100 mg/L的MS-222(間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽)對(duì)實(shí)驗(yàn)魚進(jìn)行快速麻醉, 測(cè)量其全長(zhǎng)、體長(zhǎng)和體重等數(shù)據(jù)后尾靜脈采血, 離心后收集上層血清置于-20℃保存?zhèn)溆? 解剖取出完整的卵巢, 觀察性腺發(fā)育情況, 判斷卵巢分期, 稱量性腺重(Gonadal weight, GW), 計(jì)算生殖腺指數(shù)(Gonad somatic index, GSI)。每尾魚取左側(cè)卵巢0.1—0.5 g,解剖鏡下計(jì)數(shù), 計(jì)算出卵巢中的總懷卵量, 即絕對(duì)繁殖力(Absolute fecundity, AF); 取右側(cè)卵巢中部置于Bouin’s液中固定, 用于后續(xù)組織學(xué)切片。
生殖腺指數(shù)(GSI)=性腺重/體重×100
絕對(duì)繁殖力(AF)=每克卵數(shù)量×卵巢重量
選用ELISA試劑盒檢測(cè)血清中促黃體激素生成素(Luteinizing hormone, LH; 博深, BS-E17501O2)、卵泡刺激素(Follicle-stimulating hormone, FSH;博深, BS-E17362O2)和促性腺激素釋放激素(Gonadotropin-releasing hormone, GnRH; 博深, BS-E17365O2)水平。通過酶標(biāo)儀(BioTek Synergy; 美國(guó)伯騰)在450 nm 處測(cè)定其吸光值 (Optical Density, OD), 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算每個(gè)樣品的LH、FSH和GnRH激素水平, 每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。
Bouin’s固定液中卵巢經(jīng)乙醇梯度脫水和二甲苯透明, 用石蠟包埋固定樣品, 在切片機(jī)(RM 2245型; 德國(guó)萊卡)上連續(xù)切片(厚度5—6 μm), 經(jīng)蘇木精-伊紅染色, 中性樹脂封片, 用光學(xué)顯微鏡(AXIOCam 506型; 德國(guó)蔡司)拍照觀察。卵母細(xì)胞發(fā)育分期的劃分, 參照文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于魚類卵母細(xì)胞發(fā)育分期的標(biāo)準(zhǔn)[33—35], 根據(jù)測(cè)量的卵母細(xì)胞直徑大小和核仁數(shù)目, 并結(jié)合卵黃物質(zhì)的積累, 將其劃分為3個(gè)時(shí)相: 第Ⅱ時(shí)相卵母細(xì)胞(初級(jí)生長(zhǎng)期), 其直徑為44—210 μm, 核仁數(shù)量3—8個(gè); 第Ⅲ時(shí)相卵母細(xì)胞(皮質(zhì)液泡階段), 細(xì)胞核占卵母細(xì)胞大部分, 其直徑為211—400 μm, 核仁數(shù)量明顯增多; 第Ⅳ時(shí)相卵母細(xì)胞(卵黃蛋白原合成期), 大部分細(xì)胞核消融, 并出現(xiàn)大量油滴和卵黃顆粒, 其直徑為401—697 μm, 核仁數(shù)量明顯減少。利用ZEN Blue lite2測(cè)量卵母細(xì)胞直徑, 并記錄不同發(fā)育時(shí)相卵母細(xì)胞的數(shù)量。
所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由Excel 2019軟件統(tǒng)計(jì), 表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SE), 用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析, 采用T-test檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),差異顯著性水平為P<0.05, 利用GraphPad Prism 9.0軟件進(jìn)行制作圖表。
實(shí)驗(yàn)期間注射生理鹽水組的小黃魚不會(huì)產(chǎn)卵,外源激素處理組均可誘導(dǎo)小黃魚產(chǎn)卵。LHRH-A2注射組和GnRH注射組的效應(yīng)時(shí)間為48h, 且LHRHA2組在注射后第2天達(dá)到產(chǎn)卵高峰, 其后開始下降;GnRH注射組的產(chǎn)卵量在注射后第3天達(dá)到高峰; 而GnRH口服組的效應(yīng)時(shí)間為120h, 產(chǎn)卵期間的前3天產(chǎn)卵量較高, 之后呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)(圖1)。
圖1 LHRH-A2注射組、GnRH注射組和GnRH口服組每天的產(chǎn)卵量Fig. 1 Daily egg production of injection of LHRH-A2, injection of GnRH and oral administration of GnRH
在產(chǎn)卵量和上浮卵重方面, LHRH-A2注射組分別為(254.5±25.5)和(126.19±17.38) g; GnRH注射組最高, 分別為(354.5±23.5)和(152.68±18.72) g, 但與LHRH-A2注射組無明顯差異(P>0.05); GnRH口服組最低, 為(140.2±6.04)和(49.61±3.66) g, 顯著低于外源激素注射組(P<0.05)。但在受精率和孵化率方面, 各處理組間無明顯差異(表1)。
表1 各處理組的產(chǎn)卵情況比較Tab. 1 Comparison of effect time, egg production, floating egg weight, fertilization rate, and hatching rate
實(shí)驗(yàn)初始小黃魚性腺發(fā)育良好, 雄魚精巢呈乳白色、細(xì)線狀, 輕擠壓精巢有精液流出, 卵巢呈淡黃色的長(zhǎng)囊狀, 血管豐富, 兩側(cè)對(duì)稱(圖2)。
圖2 實(shí)驗(yàn)初期小黃魚的性腺發(fā)育情況Fig. 2 Gonadal development of small yellow croaker at the start of experiment
對(duì)小黃魚產(chǎn)卵過程的性腺發(fā)育情況分析, 對(duì)照組的生殖腺指數(shù)(GSI)和絕對(duì)繁殖力(AF)在試驗(yàn)過程中無明顯變化。各激素處理組的GSI在產(chǎn)卵中和產(chǎn)卵后均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì), 顯著低于同期的對(duì)照組(P<0.05)。而各激素處理組的AF在產(chǎn)卵中和產(chǎn)卵后均呈上升趨勢(shì), 顯著高于同期對(duì)照組(P<0.05),且GnRH注射組高于LHRH-A2注射組(圖3)。
圖3 小黃魚生殖腺指數(shù)和絕對(duì)繁殖力Fig. 3 The gonadosomatic index of small yellow croaker and absolute fecundity in pre-spawning, spawning and post-spawning
進(jìn)一步采用組織切片分析各組的卵巢組織結(jié)構(gòu), 在產(chǎn)卵前期各處理組卵巢均處于Ⅲ期, 可見大量第Ⅲ時(shí)相卵母細(xì)胞(圖4A、4D、4G和4J)。產(chǎn)卵中期, 各激素處理組的卵巢均處于Ⅴ期(圖4E、4H和4K), 但A2注射組的油滴和卵黃顆粒數(shù)量明顯多于GnRH口服組(圖4K), 且大量卵母細(xì)胞的細(xì)胞核已溶解, 放射帶變厚。產(chǎn)卵后期, 外源激素處理組的卵巢發(fā)育相似, 可見大量空濾泡結(jié)構(gòu)(圖4F、4I和4L), 而對(duì)照組卵巢在產(chǎn)卵前、中、后無明顯變化(圖4A、4B和4C)。
圖4 不同催產(chǎn)激素處理組在產(chǎn)卵過程中卵巢發(fā)育的組織學(xué)比較Fig. 4 Histological comparison of ovarian development during the pre-spawning, spawning, and post-spawning periods in small yellow croaker treated with different oxytocic hormones
對(duì)小黃魚產(chǎn)卵過程的卵母細(xì)胞時(shí)相占比進(jìn)行分析, 在產(chǎn)卵前期各組初始的Ⅱ時(shí)相、Ⅲ時(shí)相和Ⅳ時(shí)相比例分別為40%—42%、29%—31%和27%—31%(圖5)。在實(shí)驗(yàn)過程中, 對(duì)照組雖未產(chǎn)卵, 但卵母細(xì)胞各時(shí)相比例也有所變化, 表現(xiàn)為Ⅱ時(shí)相卵母細(xì)胞比例先下降后升高, Ⅳ時(shí)相卵母細(xì)胞先升高后下降的趨勢(shì)。各激素處理組的卵母細(xì)胞時(shí)相占比則發(fā)生劇烈變化, 在產(chǎn)卵中期, LHRH-A2注射組和GnRH注射組以Ⅲ和Ⅳ時(shí)相卵母細(xì)胞為主, 總比例分別為74%和62%; 而GnRH口服組的Ⅱ時(shí)相卵母細(xì)胞占50%, Ⅲ和Ⅳ時(shí)相總比例為50%。在產(chǎn)卵后期, 各激素處理的卵母細(xì)胞以Ⅱ時(shí)相為主, 占比為68%—69%, 而此時(shí)對(duì)照組的Ⅱ時(shí)相比例僅為36%。
圖5 小黃魚產(chǎn)卵前、中、后期卵母細(xì)胞分期占比統(tǒng)計(jì)Fig. 5 Staging percentage of pre-spawning, spawning and post-spawning oocytes in small yellow croaker
對(duì)小黃魚產(chǎn)卵過程中血清HPG軸相關(guān)的類固醇激素進(jìn)行分析, 結(jié)果顯示, 與對(duì)照組相比, 各激素處理血清的LH、FSH和GnRH水平迅速升高, 均顯著高于同期對(duì)照組(P<0.05), 產(chǎn)卵后期仍可維持在較高水平(圖6)。其中, GnRH注射組的FSH、GnRH水平顯著高于LHRH-A2注射組(P<0.05), LH無顯著差異(P>0.05)。GnRH口服組的LH、FSH和GnRH水平顯著高于其余激素處理組(P<0.05)。
圖6 小黃魚產(chǎn)卵前、中、后的血清激素水平Fig. 6 Serum hormone levels of pre-spawning, spawning and post-spawning in small yellow croaker
催產(chǎn)激素的研發(fā)和應(yīng)用對(duì)于魚類繁殖至關(guān)重要。小黃魚需要依靠激素催產(chǎn)才能完成排卵, 但其應(yīng)激性較強(qiáng), 注射和埋植均會(huì)不可避免地造成損傷,篩選新型催產(chǎn)激素并探索口服給藥對(duì)于提高人工繁育技術(shù)水平具有重要意義。本研究初步評(píng)估了GnRH對(duì)小黃魚的催產(chǎn)效果, 通過設(shè)置LHRH-A2注射、GnRH注射和口服等不同處理, 分析其在小黃魚產(chǎn)卵中的催產(chǎn)作用, 結(jié)果表明GnRH注射與LHRH-A2注射相比在效應(yīng)時(shí)間、受精率和孵化率基本相當(dāng), 但產(chǎn)卵量和上浮卵量顯著高于LHRHA2注射組??诜礼nRH也能夠誘導(dǎo)小黃魚產(chǎn)卵, 與注射組相比, 受精率和孵化率無差異, 但效應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)卵量顯著低。因此, 上述結(jié)果表明GnRH是小黃魚人工催產(chǎn)激素的潛在選擇。GnRH注射能顯著提高小黃魚人工繁殖效果, 與條紋狼鱸(Morone saxatilis)[3]、白卜鮪(Euthynnus affinis)[36]和金頭鯛(Sparus aurata)[37]等魚類中的GnRH催產(chǎn)效果相一致。然而, 口服GnRH組的產(chǎn)卵量低于注射組, 這可能由于口服激素需要經(jīng)過吸收、代謝等過程, 導(dǎo)致效應(yīng)時(shí)間較注射組長(zhǎng), 且此過程會(huì)導(dǎo)致藥物損耗,到達(dá)靶器官時(shí)其有效劑量減少, 故而可能導(dǎo)致產(chǎn)卵量減少。
安全有效的催產(chǎn)激素和科學(xué)的催產(chǎn)方案越來越受到關(guān)注[38]。良好的產(chǎn)卵效果往往既能獲得優(yōu)質(zhì)受精卵又可以提高親本產(chǎn)后存活率[37,39,40], Donaldson和Hunter等[41]發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖魚類會(huì)因卵母細(xì)胞不能達(dá)到成熟排卵階段(Final Ooctye maturation, FOM)而引起雌魚死亡。卵巢中卵母細(xì)胞發(fā)育成熟及排卵情況與人工繁殖效果緊密相關(guān), 通過解剖學(xué)和組織學(xué)分析可以明確卵巢中卵母細(xì)胞的成熟情況, 很好地評(píng)估外源激素處理對(duì)繁殖性能的影響。本研究通過解剖學(xué)和組織學(xué)分析表明經(jīng)外源催產(chǎn)激素處理后, 各處理組的卵巢均可以發(fā)育至Ⅳ期并排卵,產(chǎn)卵中期的卵母細(xì)胞以Ⅳ時(shí)相為主, 而對(duì)照組卵巢則停留在Ⅲ期且卵子不會(huì)排出, 進(jìn)一步證明小黃魚在室內(nèi)培育條件下需要依靠外源激素促熟排卵。
HPG軸在性腺發(fā)育成熟中起著關(guān)鍵性的作用,相關(guān)激素如GnRH、FSH、LH等類固醇激素都在魚類繁殖中扮演著重要的角色, GnRH由下丘腦分泌, 可通過垂體門脈系統(tǒng)來調(diào)控FSH和LH的合成和分泌。FSH與LH協(xié)同作用促進(jìn)卵泡分泌甾體激素,從而觸發(fā)排卵[42,43]。在產(chǎn)卵障礙的哺乳動(dòng)物中, 均發(fā)現(xiàn)LH和FSH激素水平顯著低于正常個(gè)體[44,45]。在本研究中, 經(jīng)過激素處理后魚體血清中GnRH、FSH和LH的激素水平顯著上升, 表明GnRH和LHRHA2均能夠有效促進(jìn)FSH和LH的合成與釋放[46—48],從而誘導(dǎo)小黃魚產(chǎn)卵??诜礼nRH組的相關(guān)激素水平也能夠迅速升高, 但產(chǎn)卵量顯著低于注射組, 表明口服GnRH可以通過腸道吸收、循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)至垂體發(fā)揮生理功能, 但其口服的藥代動(dòng)力學(xué)還需要深入研究。
口服給藥能夠減少人工操作, 可以有效降低人工成本, 在魚類繁殖實(shí)踐中應(yīng)用潛力巨大。尤其在一些應(yīng)激性強(qiáng)的魚類中, 口服激素的研發(fā)應(yīng)用非常重要。研究學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)嘗試, 如藍(lán)鰭金槍魚通過投喂抗原級(jí)GnRH, 其催產(chǎn)效果與激素埋植的效果相當(dāng), 可以在繁殖期進(jìn)行多次安全有效的催產(chǎn)[36]; 云紋犬牙石首魚(Cynoscion nebulosus)和點(diǎn)帶石斑魚(Epinephelus coioides)等通過口服GnRH類似物, 能成功誘導(dǎo)產(chǎn)卵并使其血液中激素水平升高并誘導(dǎo)其排卵[16,49]。本研究首次在石首魚類中嘗試采用口服GnRH的方式催產(chǎn), 雖然催產(chǎn)效果不及人工注射的效果, 但通過進(jìn)一步優(yōu)化包埋方式、給藥劑量等方法有望提升口服的催產(chǎn)效果, 建立安全高效的催產(chǎn)繁殖操作流程。相關(guān)技術(shù)不僅有利于提高小黃魚的人工繁殖技術(shù)水平, 也可以在大黃魚等海水魚類中應(yīng)用, 為其繁育水平的提升提供技術(shù)支撐。
致謝:
感謝浙江省海洋水產(chǎn)研究所的王躍斌、張鼎元、安從軍等在試驗(yàn)期間對(duì)小黃魚養(yǎng)殖管理方面給予的幫助。