（动物学专业论文）南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响.pdf

致谢 三年的研究生学习生涯就要结束了 首先要衷心的感谢导师张耀 光教授 本论文是在他精心指导下完成的 从导师身上 我看到了作 为一名受人尊敬的科学工作者所应具有的精神品质和人格魅力 导师 身教胜于言传 他严谨的治学态度 忘我的工作精神 传教的耐心细 致 为人的谦虚谨慎以及以善待人的作风 无时不给我以影响 首 先要会作人 其次才能为学 导师说的这句话对我触动很大 终身 难忘 师母对我生活和学习上的关怀与照顾令我记忆犹新 倍受感动 在此致以深深的谢意 学习期间 谢小军老师 何学福老师 王德寿老师 王志坚老师 不吝赐教 对我大力支持 给予我无数有益的指导和启发 谨向他们 致以诚挚的感谢 实验期间得到了师姐杨桂枝 陈晓耘 刘怀如 师兄李军林以及 师弟岳新建 彭作刚 敖磊等人的尽力支持与帮助 在此一并表示感 谢 最后 谨以此文献给我的亲人 他们为了我的成长含辛茹苦 呕 心沥血 而在我即将有所收获的时候 父亲却离我而去 令我抱憾终 牛 但学明 2 0 0 0 年5 月 理学硕士学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 内容摘要 t f 1 9 9 8 年4 月至1 9 9 9 年6 月 1 运用解剖学 组织学 电镜技术及生物统计等方法对南 方鲇鳃的结构与发育进行了研究 并在此基础上系统研究了不同生态因子对鳃发育的影 响 结果如下 光镜研究发现鳃丝 鳃弓和鳃间隔上皮中分布有大量的嗜酸性颗粒细胞 粘液细胞和 棒状细胞 嗜酸性颗粒细胞在鳃上的成片分布是南方鲇鳃的 个显著特征 扫描电镜下 发现鳃丝和鳃小片表面遍御微嵴 部分鳃小片游离尖端存在 呼吸斑 鳃小片间有一前 端钝圆后端尖细的长椭圆型结构 透射电镜下发现鳃小片由上皮 基膜 柱细胞和微血 管共同组成 上皮和基膜间有淋巴腔 鳃小片基部分布有少量的氯细胞 其特点是胞质 中有大量的圆形线粒体 研究鳃的发育过程 发现在水温保持恒定 2 2 c 1 时 鳃的发育丌始于受精后 3 8 h 首先是口咽腔两侧由前向后依次出现6 对咽囊 第一对永不开口 2 6 对依次先后 开口形成5 对鳃裂和4 对鳃弓 每 鳃弓内形成一条初级鳃动脉 鳃丝首先出现于第一 鳃弓后缘中部 是由上皮折叠形成的突出物 新的鳃丝从鳃弓后缘两端添加进去 此后 在鳃弓前缘长出一列鳃丝 方式同前述 但与先长出的鳃丝呈交错排列 鳃弓内初级动 脉出现一条分支 形成了雏形的出鳃动脉和入鳃动脉 在两动脉间出现环式血管 突入 鳃丝中形成入鳃丝动脉和出鳃丝动脉 入鳃动脉和出鳃动脉的连接处最终出现缢缩 直 至断开 出鳃动脉在中部分支形成两条 鳃小片出现于孵化后3 6 h 是出柱细胞 基膜 和上皮细胞突出于鳃丝表面而成 柱细胞最初来源于间充质细胞 而后新的柱细胞由近 排柱细胞分裂而来 柱细胞的分裂使鳃小片逐渐增大 鳃小片发育的显著特点是 血一 水屏障随着发育而逐渐变薄 直至与成鱼血 水屏障的厚度一致 孵化后4 8 h 已形成了 较完整的呼吸系统 此后的发育主要表现在三个方面 1 两列鳃丝不断伸长并逐渐长 齐 2 鳃小片数目增加 体积增大 血 水屏障变薄 3 鳃耙逐渐减少至一个稳定 数目 不同生态条件对鳃的发育影响不同 1 p h 6 5 对鳃形态不造成影n 向 但p h 值下降到 6 0 时就开始对鳃形状造成损害 出现鳃片排列凌乱 粘液过度分泌 鳃丝弯曲及鳃丝 尖端融合或缺失等现象 组织观察发现p h 6 5 即对鳃组织造成了损害 且随着p h 值的 降低而加重 表现在 鳃小片上皮从基膜上脱离 鳃小片血隙充血 微血管网破坏及上 理学硕士学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 皮细胞死亡和脱落等 扫拙电镜下观察到粘液大量分泌 鳃小片弯曲 鳃小片上皮破裂 并脱落 新生鳃小片肿胀及鳃丝尖端鳃小片融合等现象 透射电镜下发现呼吸上皮细胞 表面微绒毛紊乱 各类细胞细胞器肿胀或解体 细胞核染色质异常 淋巴腔肿大 其内 充以异物 2 a 1 0 2 5m g 1 与低p h 值对鳃造成协同毒害 使鳃受损进一步加强 3 c a 3 0m g 1 能有效缓解低p h 对鳃的毒害作用 尸 矿 此外 我们还统计分析了南方鲇在不同生态因子下的生长规律 发现与鳃形态受损的 规律相一致 故我们认为应该将鳃的形态受损作为南方鲇受到酸水危害的指标之一 关键词t 鳃结构发育生态因子南方鲇 理学硕士学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 1 前言 鱼鳃是鱼类完成气体交换的基本单位和形态学基础 但鳃的功能不仅在于呼吸 它 还参与鱼体的渗透压调节 氨氮排泄和离子平衡的维持等生理活动 从而保证体内环境 的稳定 凡具有呼吸功能的鱼鳃 其大体和细微结构都有惊人的相似之处 每一鳃通常 由一主轴 鳃弓 构成 其上着生鳃丝 鳃丝大都长有鳃小片 鳃的通气是单向而连续 的 随着对鱼呼吸机制研究的深入 近年来人们对鱼鳃的结构和功能越来越感兴趣了 因为人们认识到鱼鳃在动物界中是气体交换效率最高的器官 有关其功能的知识也许有 助于设计用于水下侦察的人工肾 自r e i s s 1 8 8 1 年首次研究了硬骨鱼鳃的细微结构 迄今为止已有大量的研究者采用 不同方法从各个方面对鱼鳃进行了研究 现仅从鱼鳃的形态结构 胚胎发育及酸性水对 鱼鳃的影响三方面加以阐述 1 1 鱼鳃的形态结构 对鱼鳃功能的兴趣直接导致了人们对鱼鳃形态结构的研究 在对鱼鳃所做的研究中 形态结构的研究是最丰富的 板鳃类 辐鳍亚纲均有研究资料 且有研究探讨了它们之 间的进化关系 1 1 1 鳃的基本结构 澳洲肺鱼 n e o c e r a t o d u s f o r s t e r i 舶鳃丝从每一鳃裂四周伸出而形成 领 出鳃动 脉缠绕着 领 而入鳃动脉分枝形成鳃毛细血管 j o h a n s e n 1 9 6 7 非洲肺鱼f 尸m t o p t e r u s a n n e c t e u s 仅后三个鳃弓长有鳃丝 鳃小片和毛细血管网 j e s s e 1 9 6 7 美洲肺鱼 f l e p i d o s i r e n p a r a d o x a 根本没有次级鳃片 虽具有粗糙的毛细血管网 但血水间距相对要 远得多 h v g l a e s l9 7 3 s e w e r t z o f f 认为在原始的辐鳍亚纲中其鳃多有2 根出鳃动脉 而硬骨鱼类仅有1 根 但以后的研究 m u i r 1 9 7 0 表明 有些硬骨鱼也有2 根出鳃动脉 特别是在鳃弓末端的腹 面更显著 气呼吸鱼类 如攀鲈属和胡子鲶属 s a x e n a 1 9 6 4 都有2 根出鳃动脉 硬骨 鱼鳃丝动脉的一条分支供给一枚鳃小片 而云鲥 胁詹口i l i s h a 每一分支动脉供给7 8 枚鳃 小片 野鲮鱼 l a b e or b i t a 每一分支动脉又分成3 4 个分枝 供给多枚鳃小片 m a n s h i 1 9 6 0 理学硕士学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不周生态因子对鳃发育的影响 进入鳃丝的血液可以通过三种可能途径到达出鳃动脉 s t e e n k r u y s s e 1 9 6 4 f 1 1 通过鳃小片的血通道 2 通过一个中心 淋巴 空间 3 在鳃丝尖端直接从入鳃动脉 进入出鳃动脉 血流途径最终由血管窦和鳃片动脉血管收缩所决定 s t e e n 1 9 6 4 r i c h a r d s 1 9 6 9 而将s t e e n 等人的实验用于鳟鱼 m o r g a n 1 9 7 1 却没有证实有第二种途径存在 鳃丝均由收缩肌控制其活动 d u v e m o y 1 8 3 9 和r e i s s 1 8 8 1 对肌肉位置 作用做了 对比描述e o p p e l 1 9 0 5 r a n t h e r 1 9 3 7 和b i j t e l 1 9 4 9 区分出两种形态的硬骨鱼收肌 并 得到了m u n s h i 1 9 6 0 5 f 1 1p a s z t o r 1 9 6 5 等人的证实 d u v e m o y 1 8 3 9 认为 在鲟鱼中有第三 种形式的收肌存在 就鳃小片的结构而言 每一鳃小片包括基膜下由柱细胞形成的微血管层和基膜上的 一层上皮层 这在鱼类都是一致的 基膜的组化结构还不清楚 v i a l l i 1 9 7 9 在银染切片上发现有原纤维位于表皮下层 s c r i b a n 1 9 3 1 首次提出了柱状物具胶原性 m u n s h i 1 9 6 0 也提出基膜和柱状物是胶原物 但尚无组化方面的结论 m u n s h i s i n 曲 1 9 6 8 h u g h e s 和g i m s t o n e 1 9 6 5 j l t a 过电镜观察 发现基膜表面具同原性 并在基膜最深层找到了同源纤维 这个结论已在其它鱼类得以 证实 c a m a t i n 1 9 6 5 h u g h e s 1 9 6 8 1 9 7 3 a b n e w s t e a d 1 9 6 7 h u 曲e s 和w r i g h t 1 9 7 0 从海 洋鱼类的纤维中层以及胶原内层区分出一种电子透明层 淡水鱼中也发现了此层结构 如鳟鱼 t o v e l l m o r g a n h u g h e s 1 9 7 0 蟾蜍鱼 h u g h e s 1 9 7 2 柱细胞最先由b i 6 t r i x 1 8 9 5 提出 后又被p l e h n 1 9 0 1 f r a n s s e k 1 9 0 2 s c r i h a n 1 9 3 1 和a c r i v o 1 9 3 8 提到 成柱状的基膜物质位于柱细胞的褶皱6 f l b i 6 t r i x 1 8 9 5 h u g h e s g r i m s t o n e 1 9 6 5 h u g h e s 1 9 7 2 每一细胞有4 8 个柱 h u g h e s 1 9 7 0 g i l l o t t a n x 1 9 6 9 发 现最近排的柱细胞具有新生枝 但没有专 有效的染色方法来显示 a c r i v o 1 9 3 8 将柱细胞看作是能产生胶原的纤维细胞 而c a m a t i n i 和 l a n z a v e c e h i a 1 9 6 5 却反对这种观点 因为他们发现柱细胞质中细胞器相当缺乏 v a i l a l 1 9 6 5 观察认为柱细胞内无胶原存在 而h u g h e s 1 9 6 5 1 9 7 2 n e w s t e a d 1 9 6 7 发表 的电镜照片却显示出丰富的细胞器 这证实了产生胶原的可能性 但仍未发现有胶原存 在于细胞中 人们普遍认为鳃小片中的柱细胞是自由排列的 r a n t h e r 1 9 3 7 但a c r i v o 1 9 3 8 指出 某些鱼类是平行排列的 h u g h e s 和o r i m s t o n e 1 9 6 5 在硬骨鱼中找到了证据 m u n s h i 1 9 6 0 1 9 6 1 1 9 6 2 1 9 6 8 和s i n g l e 1 9 6 8 专门做了气呼吸鱼类柱细胞排列的研究 并提供了充分 的证据 这种平行排列在金枪鱼t h u n n u s h u g h e s 1 9 7 0 b m u i r 1 9 7 0 鳃小片上特别明显 理学硕士学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 曾经认为鳃小片表面上皮为单层 但m o r g a n 1 9 7 3 去 1 发现至少有2 层 两层之间有 淋巴存在 位于淋巴内的巨噬细胞担当着重要功能 h u g h e s g r a y 1 9 7 2 大量气呼吸鱼 鳃 特别是攀鲈属 电镜照片表明其上皮为复层的 h u g h e s m u n s h i 1 9 6 8 1 9 7 3 a 1 透射电镜照片发现鳃小片表面长有 纤毛 是因为其上有纤维状物质f h u g h e s g r i m s t o n e 1 9 6 5 有些种类还可见微绒毛 形状有指状突起也有嵴 底栖鱼类中较普遍 h u g h e s w r i g h t 1 9 7 0 r a i b a n s h i 1 9 7 7 在报道异囊鲇 h e t e r o p n e u s t e s f o s s i t i s 鳃表面结 构扫描电镜研究时指出 大多数鱼鳃其表面结构明显相似 国内在电镜研究方面的工作 开展较晚 王良臣等 1 9 9 0 首次完成了梭鱼 l i z e 觑7 p 口f o c 加f 肠 鳃的超微结构研究 郭淑 华等 1 9 9 0 用扫描电镜对鲥 c y o r i n u sc a r p i o 鳃表面结构做了观察 其后韩桢锷等 1 9 9 2 进行了草鱼 c t e n o p h a r y n g o d o ni d e l l u s 鳃扫描电镜研究 都发现鳃表面最显著的特征就是 微嵴遍布 图案各式a 王志余等 1 9 9 0 采用扫描电镜观察 鲢 h y p o p h t h a l m i c h t h sm o l i t r i x 鲫 c a r a s s i u ma u r a t u s 鳃丝的微细结构 并对其做了比较研究 王良臣等 1 9 9 4 详细观察 鲢鱼鳃弓 鳃耙 鳃丝及鳃小片的表面结构 发现不同区域其微嵴形态有差异 不同部 位存在着不同功能的细胞群 并不是每种鱼类鳃的形态结构都完全一致 w r i g h t 1 9 7 4 指出 鱼类鳃的许多形态 变化与水流以及鱼类的生活习性有关 大多数硬骨鱼具有4 对全鳃 而气呼吸鱼类 不 但其鳃弓数减少 鳃丝数目和长度都减少 l i e m 1 9 6 9 c a r t e r 1 9 3 1 对一些深海鱼类的研 究也发现有类似的情况发生 如圆帆鱼属和宽咽鱼属 i n a i 1 9 5 8 b e r t i n 1 9 5 8 h u g h e s 1 9 7 2 e 鳃耙的形状因鱼的食性而异 r e s h e l n i k ov 1 9 6 1 鳃 耙上的味蕾其大小和数目也因种不同 1 w a i 1 9 5 8 1 9 6 3 1 9 6 4 鳃小片的长度 高度 片间 距以及总数都是一个种的特征 与其生活模式有相当大的关系 g r a y 1 9 5 4 h u g h e s 1 9 6 6 a 活跃的海洋鱼类有大量的鳃小片 其数目大 片间距小 长度短 而缓游鱼类其鳃小片 间距宽 高度加大 但总面积减少 h u g h e s 1 9 6 6 a 一些气呼吸鱼类 除有鳃丝 鳃小片 外 还有三级鳃丝 m u n s h i 1 9 6 0 1 2 鳃的胚胎发育 g o e t t e 1 9 0 1 研究了板鳃鱼类鳃的胚胎发育 g o e t t e 1 8 7 8 m o r o f f 1 9 0 2 1 9 0 4 1 1 h a m a d a 1 9 6 8 等人做过硬骨鱼鳃的胚胎发育 m o r g a n 1 9 7 1 1 9 7 4 详细全面的研究了硬头 鳟 踟砌d f 砌卵r f 鳃的发育过程 s e w e n z o 域1 9 2 4 在一篇综述中解释了一些异常结构并 对鲟属鱼类鳃发育做了补充 国内王瑞霞 1 9 8 2 对青鱼 矽f 叩矗口彬g d 如 p i c e 埘 鳃的发生 理学硕士学位论文 南方鲒鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 进行了组织切片观察 高令秋等 1 9 9 3 对泥鳅 m i s g u r n u sd 馏 f f f f c d 出 j 鳃发生进行了 初步组织学观察 胡先成 19 9 6 对河川沙塘鳢 d 如 幻6 胁p o t a m o p h i l a o c j f r o g 发育做了形 态学上的初步观察 其余研究十分零星 而国内较系统地研究鱼鳃发育的报道还未曾见 过 1 2 1 鳃弓的发育 m o r o i f 1 9 0 4 g o e t t e 1 8 7 8 3 1 1h a m a d e 1 9 6 8 认为长出鳃丝的鳃间隔表面来源于外胚 层 但b e r t i n 1 9 5 8 贝0 认为是内胚层 这一问题一直未得到解决 l i g h t t o u e r 1 9 3 9 描述了 板鳃鱼类鳃部缩肌系统 收肌系统及浅层收肌层的发生过程 s w e r t z o f f 1 9 2 4 对鲟鱼的 出鳃动脉和入鳃动脉的分化模式进行研究 发现硬骨鱼类和板鳃鱼类的分化模式之间存 在系统发生关系 s w e r t z o f f 1 9 2 4 和m o r o i f 1 9 0 4 绘出了原始胚胎 鲟鱼胚胎 板鳃鱼类 胚胎及硬骨鱼类胚胎鳃弓的4 种发生模式 对嘏虎鱼 h a m a d a 1 9 6 8 和鳟鱼 m o r g a n 1 9 7 1 的研究发现 鳃的入鳃动脉在鳃丝血管出现之前就已独立形成了 发育过程中 鳃弓的 其它成份相继出现 每一鳃间隔中的基鳃软骨 下鳃软骨 角鳃软骨 上鳃软骨和咽鳃 软骨开始分化 而硬骨鱼有某种程度的减少和消失 m o r g a n 1 9 7 3 1 2 2 鳃丝的发育 板鳃类 两列环状血管从伸出的入鳃和出鳃动脉之间长 出 s e w e r t z o f f 1 9 2 4 此后在 此形成鳃丝原基 条尾裸头缎虎鱼 c h a e n o g o b i u su r o t a e n i a h a m a d a 1 9 6 8 先长出 列鳃 丝 再分裂为两列 鳟鱼 m o r g a n 1 9 7 1 的入鳃和出鳃动脉形成之后 在两者之间形成鳃 丝血管 且后列鳃丝先于前列鳃丝形成 s o l e n s k i 1 9 4 9 1 1m a r k i e w i c z 1 9 6 0 做了鳟鱼类 鳃部血管的发育 他们的描述与m o r o 瞰1 9 0 2 1 9 0 4 相矛盾 前者认为硬骨鱼类的入鳃动 脉是由初级血管经裂形成的 而后者认为是独立于初级血管形成 m o r g a n 1 9 7 3 认为这 可能是由于两者采用方法不同而引起的 前者使用墨水注射整体 而后者采用切片 1 2 3 鳃小片的发育 s e w e r t z o 坷1 9 2 4 对鳃小片的发育过程做了简洁的描述 m o r g a n 1 9 7 1 g 硬头鳟鳃小 片发育过程进行了详细的观察 鳟鱼鳃小片发生的电镜研究 c a m a t i n v a i l a t i 1 9 6 6 m o r g a n 1 9 7 1 表明 从鳃丝的远端到近端 鳃小片形成了一个明显逐次分化的系列 几 种硬骨鱼类 m u i r b r o w n 1 9 7 1 在其鳃小片长度增长的同时 其血管直径也表现出补偿 性增长 致使穿过鳃的血压下降不会过大 鳃小片发育过程中 最引人注目的是柱细胞的起源 m o r g a n 1 9 7 1 认为柱细胞在其 早期发生中直接起源于鳃丝中央的次级间充质细胞 这就与一种早期的观点 b i 6 t r i x l 里学坝上学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 1 8 9 5 s c r i b a n 1 9 3 1 相矛盾 后者认为柱细胞不是起源于原始间充质细胞而是由内皮细胞 分化丽来 倾向于这种观点的主要证据在于 无论是成熟鳃还是发育中的鳃 其鳃丝内 的柱细胞与毛细管的内皮层有直接连接 c a m i t i n i v a i l a t i 1 9 6 6 一些实验 s t e i n s i e p e 1 9 7 0 h u g h e s 1 9 7 0 观察到边沿血管层上有内皮层颗粒 并认为这利 细胞不 同于柱细胞而是从内皮细胞分化出来的 对鳟鱼 t o v e n 1 9 7 0 和鳢属鱼类 h n g h e s 1 9 7 3 鳃发育所做的电镜研究也支持了这种可能性 而有人 m u n s h i s i n g h t 1 9 6 0 提出了一个 更新的假说 平行排列的毛细管的内皮丢失 暴露于血液中的肌膜破裂成几个柱形物而 维持肌细胞位置 h u g h e s 1 9 6 5 发现柱细胞的横向融合也许能支持这种假说 h u g h e s 1 9 6 5 在柱细胞质中发现纤维状物质 说明柱细胞具有收缩性 在很多种鱼的柱 细胞中也发现了同样的物质 n e w s t e a d 1 9 6 7 h u g h e s 1 9 7 0 h u g h e s 1 9 7 2 1 3 酸性水对鱼类鲳的影响 酸性降水引起淡水湖泊和河流酸度增加 酸沉降对天然水生态系统的最明显影响是 导致鱼类生长异常 死亡甚至灭绝 因而受到环境科学工作者的极大重视 多年来国内 外开展了大量的工作 并积累了较为丰富的资料 国外研究 b u b e n i c k 1 9 8 4 表明 p h 6 5 6 0 时 鱼卵孵化率明显下降 p h 6 0 6 5 时 鱼苗成活率下降 生长缓慢 p h 5 0 以下 鱼类生殖功能失常 大多数鱼类灭绝 酸性水体中引起鱼类中毒的毒性因素除了 过量的h 外 还有重金属 特别是铝 某些情况下 低p h 酸性水中引起铝浓度的升高 是比过量的h 更为重要的毒性因素 在酸雨长期作用下 土壤中的铝终将转化为交换性 铝和水溶性铝进入水环境 王维君等1 9 9 2 傅柳松等 1 9 9 3 庞叔薇等 1 9 8 7 特别在 p h 42 时明显 当无机铝浓度达到o 2 m g l 时 就可使鱼急性死亡 而此时p h 值尚未 低到使鱼死亡的程度 f i v e l s t a ds 等 1 9 8 4 h a 1 3 的协同毒性引起鱼的最高死亡率发 生在鱼类的早期发育阶段 j e n s e f i 等 1 9 7 2 l e i v e s t a d 等 1 9 7 6 s c h o f i e l d c l 1 9 7 6 t r o j n a r j r 1 9 7 7 研究 g r a h a m 等 1 9 8 1 l e i v e s t a dh1 9 8 0 表明 较高的水硬度对低 d h 和铝的毒性有缓解作用 r o s s e l a n d 等 1 9 8 6 证实了在酸化河流中投放石灰浆可提高 鱼的存活率 国内有关工作 金洪钧等 1 9 9 2 张甫英等 1 9 9 7 1 9 9 2 李辛夫等 1 9 8 9 也 证实了c a 2 能有效缓解h a 1 的毒害 有关低p h 和毒性铝对鱼类的毒害机理的资料报道较多 j o h a n s o n 等 1 9 8 1 认为低 p h 抑制了胚胎发育过程中离子主动吸收而导致新陈代谢变慢 故整个胚胎发育推迟了 m u d g e 等 1 9 7 7 发现美洲红点鲑 s a l v e l i n u s j o n t i n a l i s 在低p h 水中 核糖核酸和蛋白质合 理学硕士学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 成变慢 从而导致生长变慢 普遍认为 鱼在低p h 下离予交换和酸碱平衡紊乱以及鳃 分泌过量的粘液降低了氧的扩散速率是鱼类死亡的主要生理机制 p h4 0 50 离子交换 失常是致死的主要原 n j e n s e n k 等 1 9 7 2 p h 4 0 以下 鳃组织严重损伤 气体交换受 阻 鱼窒息而死 r o b i n s o n 等 1 9 7 6 孔繁翔等 1 9 9 7 用放射性核素4 5 c a 作为示踪剂 证 实了水体酸化和a 1 存在导致鱼体组织器官内钙代谢失调 并发现对鳃的影响最大 实 验 d 6 s c o n 等 1 9 8 0 证明 有机铝是无毒的 只有无机单体铝才有毒 且p h 5 0 5 2 时铝 的毒性最大 l e i v e s t a d 1 9 8 0 c h e v a l i e r 等 1 9 8 5 认为铝对胚胎发育后期的主动吸收 过程有明显抑制作用 通过抑制n a k a t p 酶或阻断酶系统而发生毒害作用 d a g s o n 引 自李辛夫1 9 8 9 的实验证实了这种观点 d a g s o n 1 9 8 6 初步证明 对于鳃部n a k a t p 酶系统的阻断 c a 没有缓冲作用 加入海水 李辛夫等1 9 8 6 也没效应 故可推断铝 对卵和仔鱼只阻断n a k a t p 酶系统而影响渗透性的离子流出 已发现 b r o w n 等 1 9 8 1 l e i v e s t a d 1 9 8 0 较大的鱼 随着环境水中c a 2 n a 增加其离子损失的程度降低 因为c a 2 n a 离子有降低膜透性的能力 这阐述了c a 2 缓解h 十毒性的机理 人们普遍认为 低p h 和毒性铝对鱼体的毒害作用主要是通过鳃部实现的 h o l e t o n 等 1 9 8 3 l e i v e s t a d 1 9 8 0 1 9 8 2 m u n i z 等 1 9 8 0 故在研究环境因子对鱼影响时注意观察了 鳃的损伤 d a y e 和g a r s i d e 1 9 7 6 作的光镜组织病理学研究表明 河鳟的鳃是最敏感 的部位 鳃损伤的p h 阈值在5 2 左右 在此p h 下还观察到了鳃丝基部粘液细胞的增生 c h e v a l i e r 等 1 9 8 5 曾对酸化湖泊中河鳟 勋f v p 砌 s f o n t i n a l i s 的鳃组织作了电镜观察 详细描述了n 乎吸上皮的病变情况 后又有很多学者继续了这项工作 m u s h i 等 1 9 9 2 c a r d o s o 等 1 9 9 6 l e i n o 等 1 9 8 7 福田芳生 1 9 8 3 还做了受烷基苯磺酸盐 l a s 损伤鱼鳃的恢复生长 国内金洪钧等 1 9 9 2 分别做了鲢鱼 草鱼在受到低p h 值 a r 及c a 2 影响后的电镜和光镜观察 其结论与国外学者一致 p h6 0 对草鱼卵 鱼苗和鱼 种生存没有显著影响 但对鱼鳃组织的影 向依然存在 因此可以把鳃组织的损伤作为鱼 体受低p h 影响的一个重要指标 张甫英等 1 9 9 2 文献表明 国外对鲑鳟鱼类鳃的研究资料比较丰富 且已成体系 国内此方面的研 究主要集中在鲤形目 而仅次于鲤形目的第二大目 鲇形目却从未有过此方面的报道 国外也仅见r a j b a n s h i 1 9 7 6 年nl e w i s 1 9 7 9 分别对异囊鲇和胡鲇 c l a r i a sb a t r a e h u s 的鳃进 行了扫描电镜的观察 r i c h a r d 等 1 9 8 5 对集约化静态水体中养殖的河道鲇 1 c t a l u r u s p u n c t a t u s 与虹鳟的鳃进行了组织学比较 产于我国长江流域及其以南地区的南方雠j s i l u r u sm e r i d i o n a l i s 是一种经济价值很 理学硕i 二学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 大的鲇类 由于其具有个体大 肉味美 生长快 抗病力强等优点 已作为一种 优良养 殖对象在长江以南很多地区得以大面积集约化养殖 但随着人工养殖规模的扩大 也出 现了病鱼死鱼的现象 特别是西南地区酸雨严重 水体酸化对鱼类的生长 生存造成极 大的危害 鉴于鱼类对水体酸化最敏感的部位是鳃 故本研究的目的在于弄清南方鲇鳃 的结构及其发育过程 并在实验条件下研究酸化水体对南方鲇鳃发育的影响 以期为人 工养殖此鱼进一步提供理论基础 同时为器官发育研究补充资料 理学坝j 学位论史 南方鲇鳃的纠i 构 j 发育及小 生态 了对鳃发育的影响 2 材料与方法 2 1 实验材料 1 9 9 8 年4 月自嘉陵江北碚段采集亲鱼1 对 人工催产授精 所得受精卵经人工控温 孵化用于鳃发育研究 孵出两天的仔鱼用于不同生态因子对鳃发育影响的研究 从嘉陵 江中取2 尾生长正常的成鱼 一尾雌鱼 体重3 5 0 0 9 体长7 5 0 m m 一尾雄鱼 体重 1 2 5 0 9 体长5 5 0 r a m 用于鳃结构的研究 2 2 实验方法 2 2 1 鲴正常结构的观察 将鱼置于水中 猛击鱼头使猝死 取鳃于生理盐水中洗净 用于光镜观察的材料用 b o u i n 氏液固定 酒精梯度脱水 石蜡包埋切片 5 6 l a m h e 染色 n i k o n 研究显微 镜观察并照相 用于扫描电镜观察的鱼鳃用2 5 戊二醛固定2 4 h 再用1 饿酸4 浸1 h 缓冲溶液洗数遍 上升系列乙醇脱水 醋酸异戊酯置换 常规临界点干燥 离子镀膜 用a m r a y 扫描电镜观察 用于透射电镜观察的材料用2 5 戊二醛固定2 4 h 漂洗 乙 醇逐级脱水 环氧丙烷包埋 超薄切片 经醋酸铀和柠檬酸铅染色 透射咆镜观察 2 2 2 鳃器官发育的研究 亲鱼经催情后行人工授精获得受精卵 于水族箱 3 5 x 3 5 x 5 0 c m 3 中进行孵化 用 恒温加热棒将温度控制在2 2 v l 从鳃原基出现开始至鳃完全形成为l r 历时5 5 天 进行连续的宏观观察和微观观察 宏观观察借用体视解剖镜 显微镜 显微描绘仪 目 镜测微尺 及照相系统等工具 进行照相 绘图和测量 微观观察材料用s m i f h 氏液和 b o u i n 氏液固定 每次2 0 个标本 鳃原基形成至出膜 每4 h 固定一次 出膜后l 2 天 内每6 h 固定一次 此后每天固定 次 经3 0 一5 0 乙醇脱水 保存于7 0 的酒精中 切片时进行横 纵 水平三种不同面的连续切片 h e 染色 切片用n i k o n 研究显微镜 观察并照相 2 2 3 加铝 钙酸水对鳃发育影响的研究 2 2 3 1 实验用水 自来水经2 天以上暴气或经硫代硫酸钠处理去氯 气泵充气 p h 7 2 7 5 d o 8 0 m g l 电导率1 2 0 1 8 0 幽 c m 硬度 以c a c o 计 1 2 0 o 1 3 5 o m g l 理学硕士学位论史 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 2 2 3 2 试液配制 将浓硫酸用去氯自来水配成o 1 n 的母液 再以之调至 设计的4 种p h 值 5 0 55 6 0 6 5 无机铝离子山硫酸铝 a 1 2 s 0 4 3 1 8 h 0 2 提供 先配成1 0 0 m g 7 母液 以 a l 计 然后按设计浓度 o 2 5 m g 1 分别加到4 种不同p h 溶液中 投加的钙是由c a s o 母液 1 0 0 m g 1 提供 按设计浓度 3 0 m g 1 分别加到4 种不同p h 溶液中 设计如表1 表1 试液配置表 t a b 1t e s tf 1 u i dc o l l o c a t e h h 一一 a 1 p h 6 5 b i p h 6 0 c 1 p h 5 5 d 1 p h 5 0 a 2 p h 6 5 a 1 3 b 2 p h 6 o a 1 c 2 p h 5 5 a 1 d 2 p h 5 o a 1 a 3 p h 6 5 c a 2 b 3 p h 6 o c a 斗 c 3 p h 5 5 c a 扑d 3 p h 5 o c a 2 2 2 3 3 实验容器 用玻璃水族箱 规格3 5 x 3 5 x 2 5 c m 3 2 2 3 4 水质测定方法 水总硬度和c a 2 以e d t a 法滴定 p h 用p h 3 e 型酸度计测定 溶氧以碘量法测定 电 导率用c o l e p a r m e r 型电导仪测定 2 2 3 5 实验水温 实验期间用恒温加热棒将水温控制在2 7 c l 2 2 3 6 实验设计 采用静水法 实验设对照1 个 每一水族箱中放孵出2 天的稚鱼4 0 0 尾 实验期间 视水质情况每天换水1 2 次 经常对p h 值 水温进行测定和校正 2 2 3 7 取材方法 用于光镜观察的材料每天取一次 每个处理取1 0 尾 材料处理方法如上述 电镜观 察的材料于实验结束后取自p h 5 5 中的鱼体 材料处理方法见上述 2 2 3 8 实验时间 实验自1 9 9 9 年4 月1 3 日起 至1 9 9 9 年5 月7 日l k 共计2 5 天 理学硕士学位论文 商方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 3 结果 3 1 南方鲇鳃的结构 弄清幼鱼和成鱼鳃的正常结构对进一步研究鳃的发育有重要指导作用 并且可以为 评估受损伤的鳃提供理论依据 所以我们首先对鳃的结构作了研究 3 1 1 鳃的大体解剖 南方鲇鳃四对 位于口咽腔后端两侧的鳃腔内 每一鳃由鳃耙 鳃弓和鳃丝构成 鳃耙位于鳃弓凹面外侧 呈齿状规则排列 第一 第二鳃弓仅具l 列鳃耙 第三第四鳃 弓两侧均具鳃耙 鳃丝一端呈流梳状着生在鳃弓的凸面 另一端游离 每一鳃丝两侧伸 出许多细小的片状突起 此即鳃小片 图1 鳃 血流方向 图1 南方鲇鳃的结构及血 水流向示意图 f i g 1s h o wt h es t r u c t u r eo ft h eg i l la n dd i r e c t i o no fb l o o da n dc u r r e n t 理学硕士学位论文 市方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 3 1 2 鳃的组织学结构 3 1 2 1 鳃弓 鳃弓横断面呈半个椭圆形 两片鳃丝固着于其上 鳃弓由上皮组织 结缔组织和软 骨组织等构成 图版i 1 2 鳃弓上皮为复层上皮 厚约9 8 1 3 5 姗 分为腺层和生发层 图版i 3 与皮肤结 构相似 杨桂枝等 1 9 9 7 上皮之表层几乎全部由粘液细胞和嗜酸性颗粒细胞构成 粘 液细胞较大 直径2 0 一3 0m 圆形或杯形 内含丰富絮状物 核梭形 被挤压于细胞底 部 嗜酸性颗粒细胞的显著特征是胞质含强嗜酸性大型颗粒 h e 染色呈鲜红色 细胞 直径6 5 1 6 0 姗 核星月形或椭圆形 被挤压于细胞基底部 表层下2 3 层细胞主要为 棒状细胞 棒状细胞胞质弱嗜酸性 断面多为不规则的圆形 此层细胞之下几乎全是椭 圆形的棒状细胞 体积大于上层棒状细胞 长可达6 7 5 啪 宽20 啪 与上层细胞比较 有明显区别 此层细胞核大 异染色质明显 呈分裂相 核周围有一圈淡色区域 即淡 晕 其外为深色区 有拉长的细胞质与基质相连 推断上层细胞可能为下层细胞的衰老 退化形式 上皮最内层为生发层 细胞核相对较大而明显 生发层下为一层薄薄的基膜 染为红色 可明显分辨出来 复层上皮下为致密结缔组织 厚度约为腺层的2 倍 其内包以鳃弓骨骼 软骨细胞 成团分散于结缔组织中 图版i l 2 鳃弓凹面分布有味蕾 状如花蕾 由支持细胞和味细胞组成 两种细胞并列而立 支持细胞较味细胞大 核染色浅 味细胞核梭形 染色深 顶端有味毛 染为红色 味 毛积聚成束 通过味i l 开口于体外 图版i 4 另有部分结缔组织内包软骨 向鳃弓两侧显著突起 成三角形 此即鳃耙 3 1 2 2 鳃丝 横切鳃丝基部可以发现 两列鳃丝交错排列于鳃弓之上 图版i 5 在鳃弓横切面 上可见基部以鳃间隔相连 鳃间隔中有一条粗大的血管 即入鳃动脉 入鳃动脉下并排 着两条出鳃动脉 其管壁较入鳃动脉薄 分别收集来自鳃丝两侧的血液 两条出鳃动脉 在鳃弓侧面汇集成一条 然后沿鳃弓进入背大动脉 图版i 1 2 鳃丝两侧各有一束 斜行的横纹肌 此肌有两利t 作用 收缩时使两列鳃丝靠拢 以调节气体交换率和鳃丝对 水的阻力 同时牵动动脉管壁 改变血流量 当其有节律地收缩时 就起到 鳃心 作 用 在鳃丝横切面上可见鳃丝由一根长椭圆形鳃丝软骨支持 软骨外包以结缔组织 入 鳃丝动脉和出鳃丝动脉分别位于鳃丝背水侧和迎水侧边缘 前者较后者管腔小 管壁厚 理学硕一l 学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 图版i 6 鳃丝表面覆盖着复层上皮 在基部上皮呈过渡状与鳃弓上皮相连 上皮中分布有粘液 细胞 嗜酸性颗粒细胞 淋巴细胞和非呼吸上皮细胞等 粘液细胞大量分布在鳃丝表层 其大小 形状与鳃弓上皮的此种细胞无异 还可见由开口分泌的粘液 嗜酸性颗粒细胞 在鳃丝表层成片分布 其大小形状与鳃弓上的此种细胞相同 但分布于鳃丝中段的此细 胞内颗粒嗜酸性更强 细胞由圆形变为杯状 且顶端开口 颗粒物质由此分泌出来 完 成分泌后的细胞其核大而圆 淡染胞质中仅剩少量颗粒物质 图版i i 7 8 淋巴细胞 夹杂在非呼吸上皮之间 核大且强嗜碱性 鳃丝基部与鳃弓交接处 淋巴细胞积聚成团 外包以较薄的结缔组织 图版i i 9 非呼吸上皮细胞呈立方形或扁平状 核椭圆形或 圆形 在鳃丝纵切面上发现一圆形结构 直径约9 0 l i r a 一侧与鳃小片相连 其内细胞类似 于卵母细胞 数量多 体积大小不一 核仁大而强嗜碱性 核质淡染 胞质强嗜碱性 细胞周围聚集着成团的嗜酸性物质 形状象粘液 图版i i i 0 3 1 2 3 鳃小片 纵切鳃丝以示鳃小片 可见鳃小片整齐地垂直排列于鳃丝两侧 图版i i 1 1 鳃小 片由上下单层 乎吸上皮以及把他们撑开的柱细胞组成 呼吸上皮扁平状 核梭形 柱细 胞核大而圆 与基膜相连的细胞质拉长呈 x 型 两柱细胞以拉长的基膜相联系 在两 层基膜与相邻柱细胞之间形成空隙 即窦状隙 其间填充以成单行排列的血细胞 图版 i i 1 2 鳃小片基部为复层上皮 其下基膜与鳃丝基膜相连 3 1 2 4 鳃间隔 鳃间隔在其发生上是由外胚层 中胚层和内胚层共同构成的 孟庆闻等 1 9 8 9 在 其横切面可见其下端与鳃弓连接 两侧与鳃丝连在一起向外延伸 鳃间隔由上皮组织 结缔组织 血管及神经共同组成 上皮为复层 细胞组成与鳃丝上皮相似 粘液细胞 嗜酸性颗粒细胞大量分布于其表层 图版i i 1 3 上皮以内的致密结缔组织聚集成圆柱 形 与鳃弓走向平行 外包以疏松结缔组织和大量粗细不等的血管 神经 疏松结缔组 织阃夹杂有肥大细胞 核大而圆 胞质淡染 3 1 3 鳃的扫描电镜结构 3 i 3 i 鳃丝 按l a u r e n d 1 9 8 2 对鳃表皮的划分 把鳃小片表面称鳃小片表皮 其余的表面称鳃丝 表皮 理学硕j 学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的蟛响 鳃丝表面形状象龟壳 自t l t 表面密布微嵴 边缘微嵴隆起呈环状 使细胞界限清晰 其内微嵴有长有短 多数呈砸棒状或点状 图版i i i 2 扫描电镜下能在鳃丝表皮上分辨出4 和咖胞 扁平一h 皮 1 t l t 粘液细胞 嗜酸性颗 粒细胞和氯细胞 扁平上皮细胞形状不规则 多呈五边形 长约6 3m 宽约4 0p m 环 行微嵴内主要为短棒状微嵴 细胞表面起伏不大 粘液细胞主要据其在表面的圆形或椭 圆形开口和分泌的絮状粘液而识别 其开口周围被多个表皮细胞包围 呈深洞状 图版 i i i 2 氯细胞主要分布在鳃小片基部 中央显著隆起 嵴呈点状 密集于细胞表面 直径约4 姗 为小型氯细胞 图版i v 3 在上皮间较稠密地分布着一种细胞 其边缘 下陷 中部隆起 主要为弯 1 1 1 的短棒状嵴 据其分布的密度推测为嗜酸性颗粒细胞 图 版i i i 2 表皮细胞间常分布着花朵状的突起 且密布坑 沟 使鳃丝表面粗糙如树皮 在鳃 小片基部的迎水面鳃丝上 小坑密部 状如蜂窝 其侧有一条裂沟 长约2 0 0 蛐 沟中 分布有较多的嗜酸性颗粒细胞 花朵状突起 花蕾状的蕾丘以及粘液细胞分泌的粘液 图 版i i i 1 i v 3 3 1 3 2鳃小片 鳃小片呈钝角三角形 最高处约7 0 p m 厚度8 一 um 片间距约2 4pm 游离尖 端靠近鳃丝迎水面侧 且一致弯向一边 图版i i i l i v 4 相邻鳃丝的鳃小片呈交错 排列 鳃小片上下两面表皮细胞呈多边形 边缘具皱褶 使细胞界限清晰 而侧面表皮 细胞起伏剧烈 细胞界限不清 表皮细胞不具微嵴 但因其表皮在支持细胞部位下陷成 坑状 导致其表面凹凸不平 剧烈起伏 图版i v 4 在近鳃小片尖端有一圆形结构 直径约3 7 5 啪 周围陷入表皮之下 中央稍突起 其表面由多个细胞组成 细胞间以隆起为界 各细胞表面光滑 无微嵴 图版i i i 1 4 还发现两鳃小片间有一结构 其上端钝圆 直径约8 0 um 基部变细与鳃小片相连 表面有纤毛状结构 且密布沟和隆嵴 呈皱纹状 图版v 5 据其位置和大小 判定为 光镜下所看到的圆形结构 鳃弓表面可见味蕾 味毛积聚成束 突破上皮伸出表面 图i i t v 6 3 1 4 鳃小片的透射电镜观察 鳃小片由上皮 基膜 柱细胞和微血管构成 上皮是由扁平呼吸细胞组成 并不都 是单层细胞 有的部位呼吸细胞彼此重叠 图版v i 1 交错排列 呼吸细胞扁平 有 拉长的胞质突起 具椭圆型核 核膜下异染色质较多 电子密集区的细胞质中分布有小 理学硕士学位论文 南方鲇鳃的结构与发育及不同生态因子对鳃发育的影响 型的线粒体 高尔基体 丰富的管泡状粗面内质网和核糖体 细胞表面具微绒毛 胞质 中有少量小泡分斫i 细胞侧丽有稠密的趾状结构 连接着相邻的两细胞 图版v i l 2 呼吸上皮下是一层清晰可见的基膜 将上皮与微血管网分开 上皮细胞与基膜之间 常有空隙 其内充以淋巴 称为淋巴腔 图版v i 2 柱细胞呈 x 型 其大部分被核占据 核圆形或椭圆形 异染色质丰富 胞质拉 长成突缘 其内粗面内质网丰富 其它细胞器数量较少 图版v i 1 v i i 3 胞质中 胶原纤维积聚成束 称为柱 具伸缩性 借此可调节微血管血流量 图版v i i 3 两相 邻柱细胞拉长的胞质彼此接触 重叠 形成毛细血管腔或血窦 胞质相会处有联贯复合 体 图版v i 2 v i i 4 血细胞椭圆形 异染色质少 位于由柱细胞所形成的血腔中 其外有内皮包围 图 版v i i 4 在鳃小片基部发现有少量氯细胞 位于两上皮细胞之间 核卵圆形 异染色质少 胞质中分布有大量的圆形线粒体 这是氯细胞的最显著特点 丰富的粗面内质网和膜性 管泡状滑面内质网均匀分布于细胞质中 在细胞顶端分布有小泡 部分小泡开口于体外 图版v i i i 5 3 2 南方鲇鳃的发育 水温恒定在2 2 1 鳃的发育开始于受精后3 8 小时 此时胚胎刚完成原肠作用 视杯已形成 胚体前端的内胚层细胞向中央集中 在头部腹面形成扁宽的内胚层细胞团 细胞团内部出现腔隙形成咽腔 内胚层细胞在背中线脊索下方集中形成细胞索 后中部 先出现腔隙 并由此向前后伸展形成肠管 脊索上方是被外胚层所覆盖的神经索 神经 嵴细胞和疏松间充质细胞聚集在外胚层内胚层及消化道原基两边的中胚层之间 不易区 分 咽腔两侧壁外方出现一对加厚的组织 外观上非常明显 图版i x l x i 1 此即 第一对咽囊 舌颚囊 此后舌颚囊继续向前肠周围的中胚层延伸 同时第2 5 对咽囊 开始由前向后依次形成 并继续向中胚层延伸 与此同时 与第二对咽囊相对的外胚