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花鳗鲡是我国珍贵的食用鱼,经济价值高、营养丰富,资源十分匮乏,属国家二级野生保护动物。近年来,海南、广东等地积极发展花鳗鲡养殖业,但苗种短缺是制约养殖产业发展的主要因素之一。开展人工繁殖技术的研究对于花鳗鲡自然资源的保护和养殖产业的健康发展都有重要意义。但至今为止,花鳗鲡生殖内分泌和人工繁殖的研究未见有文献报道。本研究分析了花鳗鲡的雌雄形态差异;构建了脑cDNA文库;克隆了促性腺激素释放激素、促性腺激素、促性腺激素受体cDNA,并分析它们在雌雄鱼中的组织表达模式;观察了养殖花鳗鲡性腺发育状况,并检测促性腺激素释放激素、促性腺激素、促性腺激素受体mRNA表达水平以及血清LH和性类固醇激素浓度的季节变化;首次成功地利用外源激素诱导养殖花鳗鲡性腺发育成熟,并研究了人工催熟过程中花鳗鲡性腺发育的组织形态学特征;观察了花鳗鲡精子的超显微结构,并检测精子的生物学特性;分析了人工催熟过程中,促性腺激素释放激素、促性腺激素、促性腺激素受体mRNA的表达以及血清LH和性类固醇激素浓度的变化规律。主要研究结果如下:
1.通过统计分析花鳗鲡的雌雄形态学差异,建立了判别函数,为人工繁殖中亲鱼的选择提供科学依据。结果显示,体长80cm以上的全为雌鱼,60-70cm之间的雄鱼居多(84.9%),50cm以下的性腺发育不明显;采用Hotellings Trace方法进行多因变量方差分析表明,花鳗鲡雌雄个体存在形态学差异;采用Duncans方法进行单因子方差分析表明,体重、体长、体高、头长、头高、胸鳍长、腹围、吻宽、眼间距、体长/体重10个指标间存在显著性差异(p<0.05),通过主成分分析、判别分析,建立的判别函数,平均判别准确率为87.9%。
2.采用Invitrogen公司的CloneminerTM文库构建试剂盒构建了花鳗鲡脑cDNA文库。经检测,文库的滴度为4.3×106 pfu/mL,总容量为5.16×107 pfu,重组率99.6%,插入片段0.43-3.2kb之间,平均插入片段大小为1532bp,说明该文库的质量很高。本研究还以文库为PCR模板,利用根据日本鳗鲡GnRH cDNA序列设计的特异性引物,克隆得到花鳗鲡两种GnRH(mGnRH、cGnRH—Ⅱ)的cDNA序列,进一步证实了所构建cDNA文库的质量与利用价值。
3.本研究还克隆获得了促性腺激素的GTHα、FSHβ、LHβ亚基以及促性腺激素受体(FSHR、LHR)的cDNA序列。RT—PCR结果显示,mGnRH mRNA除了在脑、垂体、下丘脑等中枢神经组织和性腺中有表达外,也广泛分布于其他外周组织,cGnRH—Ⅱ mRNA只在脑和性腺中有表达。GTHα、FSHβ、LHβ mRNA不仅在垂体中有表达,而且在性腺中也有较高的表达。另外,在脑、肾脏和鳃等组织中也有表达。FSHR和LHR mRNA主要在性腺中表达。
4.养殖花鳗鲡雌雄个体性腺成熟系数(GSI)和肝体指数(HSI)在不同季节间差异不显著。其中,雌鱼和雄鱼的平均GSI分别为0.81%—0.99%,0.06%—0.09%;雌鱼和雄鱼的平均HSI为0.79%—0.94%,0.90%-1.03%。实时荧光定量PCR结果表明,脑mGnRH和cGnRH—Ⅱ、脑垂体GTHα、FSHβ和LHβ、性腺FSHR、LHR mRNA的表达水平在不同季节间差异不显著;放射免疫和酶联免疫测定结果表明,血清LH、E2、T和11-KT在不同季节间的差异也不显著。
5.在人工催熟过程中,雌雄花鳗鲡脑mGnRH mRNA的表达水平显著升高,而cGnRH—Ⅱ mRNA的表达水平没有显著变化。脑垂体GTHα和LHβ mRNA的表达随着性腺的发育成熟显著升高;相反,FSHβ mRNA的表达水平明显下降。卵巢FSHR mRNA和LHR mRNA的表达水平在人工催熟后都显著升高。精巢FSHRmRNA的表达在精子发生期较高,但在排精期显著下降;而LHR mRNA的表达精子发生早期较低,在精子发生后期和排精期显著升高。雌鱼血清LH浓度在人工催熟后显著提高,但雄鱼血清LH浓度在人工催熟前后没有显著性差异。雌鱼血清E2浓度在人工催熟后显著升高;雄鱼血清E2浓度在精子发生期较高,在排精期显著下降。雌雄鱼血清T和11-KT浓度在催熟前都很低,在人工催熟后显著升高。
6.首次利用外源激素成功诱导花鳗鲡雌雄鱼性腺发育成熟,雌鱼人工催熟率为33.3%;雄鱼人工催熟率为80.0%。其中雌鱼采用肌肉注射CPE+ LHRH—A的方法,每周注射1次,剂量为CPE20 mg/kg.体重+LHRH—A50μg/kg·体重,共注射18-20次,成熟雌鱼的平均GSI为22.1±5.0%;雄鱼采用肌肉注射HCG的方法,每周注射1次,剂量为HCG1U/g·体重,共注射6-8次,成熟雄鱼的平均GSI为9.6±2.1%。
7.花鳗鲡精子分为头部与尾部(鞭毛)两部分,头部呈“眉形”或“新月形”,尾部鞭毛状,细而长。精子头部长径为3.81±0.69μm,短径为1.24±0.15μm;尾部长度为24.83±3.05μm。电镜下观察,头部有细胞核、球状体、轴套等结构,球状体内有中心粒复合体、线粒体等细胞器;细胞核内有核泡,有些核泡内有电子致密物质存在。核膜与质膜之间有许多囊泡。尾部由轴丝组成,轴丝最外由一层很薄的膜包被,此为鞘。鞭毛的轴丝有两种,一种轴丝由9个微管围成,中央有2个微管,为9+2结构;另一种轴丝也同样由9个微管围成,中间呈空腔,为9+0结构。
8.花鳗鲡精液pH为7.3-7.5,精子密度为1.02×1010尾/mL。精子适宜盐度为15-20,其中盐度为15时,激活比率最高,快速运动时间与精子寿命最长。pH适宜范围为6-8,pH值过高或过低都会影响精子的活力与寿命。4种金属离子(Mg2+、Ca2+、Na+和K+)对花鳗鲡精子活力与寿命的影响趋势基本一致。MgCl2、CaCl2、KCl、NaCl溶液浓度为0.4-0.6g/mL时,精子活力最好,最高激活比率为3级(41%-60%)。金属离子浓度过高或过低都会抑制精子的活力、缩短快速运动时间与寿命。
本研究建立了花鳗鲡的人工催熟技术,并分析人工催熟过程中花鳗鲡的生殖内分泌特征,为今后花鳗鲡的人工繁殖研究奠定了坚实的基础,也将有助于花鳗鲡自然资源的保护。所构建的脑组织cDNA文库,为今后开展花鳗鲡神经生殖内分泌相关基因等研究奠定了基础。