二、三和四倍体虹鳟Oncorhynchus mykiss精子生物学研究

摘要

虹鳟Oncorhychus mykiss(Walbaum)由于肉质鲜嫩、生长快和人工养殖简单等优点而成为世界上广泛养殖的鱼类。随着人们对优良水产品的需求不断增加，多倍体的生产及养殖得到研究者的关注。大多数三倍体鱼类含有三个染色体组，因其染色体配对紊乱而产生非整倍体配子，导致性腺发育受阻，将用于性成熟消耗的能量有效用于躯体的增长。但已有研究表明，三倍体雄性虹鳟可产生少量功能性的精子，因此三倍体精子产生机制和基本生物学特性成为研究者感兴趣的话题。而四倍体可作为三倍体生物学制种的亲本，使得四倍体也成为水产养殖的热点。
　　 本研究分别利用流式细胞术、光学显微镜、扫描电镜、荧光显微镜等对二、三和四倍体虹鳟的精液体积、精子倍性、活力、密度、形态结构、存活率以及利用二倍体雌性虹鳟杂交三倍体雄性虹鳟胚胎倍性和发育状况进行研究，对三、四倍体虹鳟的精子倍性和形成机制、精子活力与密度关系及2n♀×3n♂胚胎的存活进行探讨，为多倍体鱼类繁殖研究提供理论基础。试验结果表明：⑴虹鳟三倍体和四倍体红细胞及细胞核体积明显大于二倍体，其细胞和细胞核体积分别为二倍体的1.54、1.57倍和1.65、1.87倍，与预期理论值1.5倍和1.74倍差异不显著。⑵通过流式细胞术对精子、杂交胚胎(2n♀×3n♂)的相对DNA含量来分别鉴定精子倍性与利用光学显微镜测定精子头部体积辨别精子倍性的结果基本一致，即虹鳟三倍体产生1.5n和3n两种类型的精子，其中以1.5n精子为主。三倍体虹鳟因具有“六倍性”，基本可以完成正常的减数分裂而形成大量的1.5n精子；但由于长期的进化作用，第三套染色体因自身存在同源染色体片段而自身联会，导致3n精子产生。四倍体虹鳟因含有偶数染色体组，能够完成正常减数分裂形成2n精子。⑶二倍体虹鳟的产精量显著高于三倍体和四倍体，且四倍体的产精量明显大于三倍体。⑷未激活的精子尾部笔直，在精液中处于静止状态。当用适当体积的激活剂激活后，精子立即开始剧烈运动，随着活动时间的延长，活动强度下降。三种倍性虹鳟的精子激活后其运动方式基本一致，均是快速泳动--回旋运动--颤抖--停止。⑸三倍体和四倍体虹鳟精子快速泳动时间和寿命差异不显著，但均显著高于二倍体虹鳟，这可能是由于三倍体和四倍体精子头部大，相应的中段较大，其中段所含的线粒体数目多、体积大，因而能够贮存或获得更多的能量。二、三和四倍性虹鳟的精子密度与快速泳动时间和寿命分别呈线性相关性，经多重比较分析显示二倍体虹鳟精子密度与快速泳动时间和寿命明显相关，但三倍体和四倍体相关性不明显，且与二倍体精子相比较，三倍体和四倍体精子头部大小变化较大，尤其是三倍体虹鳟产生的精子表现更为明显，这可能是导致精子密度与快速泳动时间和寿命相关性差的原因。⑹二倍体虹鳟精子密度显著高于三倍体和四倍体，但三者存活率基本一致，由此推测在精原液中，二倍体精子密度高，呼吸作用产生的CO2浓度大，使环境酸度增加，麻醉抑制精子活动，使得三倍体和四倍体精子的存活率与二倍体相似。⑺虹鳟二倍体雌性与三倍体雄性杂交胚胎受精率、发眼率和孵化率显著低于二倍体对照组，其可能原因是非整倍体细胞的遗传缺陷导致的，同时异倍性的细胞结合产生的非整倍体或嵌合体细胞在基因或生理上存在一定的障碍。由此导致2n♀×3n♂杂交胚胎的大多畸形，在上浮期间已经全部死亡。