人工复合三倍体鲤鱼多精受粗的细胞学基础研究

摘要

为了获取一个可主育的、没有遗传分离的、快速生长的养殖品系，我们通过人工方法诱导了人工复合三倍体鲤鱼。它没有两套鲤鱼（一套是散鳞镜鲤、一套是兴国红鲤）和一套鲫鱼（红鲫）共三套完整的染色体组。在这种复合三倍体中，发现有些受精卵具有罕见于硬骨鱼类中的受精生物学现象，即多粗受精。这是一个非常有趣的生物学现象。为了了解其潜在的机制，我们以普通红鲤作为父本、经过干法授精，通过扫描电子显微镜对其受精的早期过程进行了超微结构研究，并以普通二倍体鲤鱼受精的早期过程作为对照。（1）通过对三次产卵季节收集的近1000余粒未受精的成熟人工复合三倍体卵细胞进行观察，发现：第成熟卵子在其动物极上只有一个敞开的受精孔。它由前庭和精孔管组成。前庭对外开口的平均半径为10－12微米。精孔管的孔径为3．00－3．50微米（Fig.A&B)，只比精子头部直径（2．80－3．00微米）稍大一点。排除了人工复合在倍体鲤鱼成熟卵细胞一次允许两个精子并排进入的可能性。（2）人工复合三倍体鲤鱼在受精后约15－30秒，可以看见大量精子聚集在受精孔的前庭区域（Fig.C)。而在卵子表面的其它区域，没有发现有精子附着的现象。表明：在受精孔的前庭区域有一些吸引精子的物质存在，可能还有一些精子激活因子（sperm-activating factor)存在。（3）人工复合三倍体鲤鱼在受精后40－60秒，可以发现一些絮状物开始将受精孔堵住（Fig.D)；直到受精后约90秒，受精孔完全为这种絮状物阻塞。这时可以看到，絮状物大量聚集在精孔管的外孔区域，甚至到了前庭区域，而没有进入精孔管的红鲤精子完全为这种物质所包围（Fig.E)。而对普通鲤鱼而言，它通过形成一个明显的受精锥突起结构将受精孔窄化出现在卵膜上（Fig.F)，受精膜的形态与卵黄膜相比有明显的不同，这是皮层反应发生后产生的，皮层颗粒的一部分降解产物修饰了卵子表面的形态结构；在受精后约8分钟，可以发现一些受到降解和损伤的精子，这表现为红鲤精子尾部鞭毛的断裂和头部的破裂（Fig.G)，而且，在卵子表面没有发现有敞开的受精孔存在。人工复合三倍体鲤鱼的受精孔形态结构与金鱼、银卿具有相似的构型，而在这两种鱼中却只发生正常的单精入卵、单精受精的生物学过程，这表明人工复合三倍体鲤鱼受精孔的形态不具有导致多精入卵、多精受精的优势（结果将另文发表）。人工复合三倍体鲤鱼受精后也按正常的受精生物学程序进行发育，如精子聚集在成熟卵细胞的受精孔区域、精子穿过精孔管、絮状物出现并逐渐将受精孔窄化和关闭、皮层颗粒的外排、破裂并将卵黄膜转化为受精膜等，这与其它单精受精的硬骨鱼类相似。人工复合三倍体鲤鱼发生多精入卵及多精受精的原因可能在于其特殊的遗传组成上。由于造成了基因剂量的不平衡，导致精子受精基因在表达上出现紊乱，使得位于受精孔相应位置的卵质膜上的精子受体存在某些缺陷，这种缺陷导致卵子在受精之后，在其皮层反应发生之前，精子通过一个接一个的方式进入到卵质中去，随后的精子，由于皮层反应的发生，受精孔关闭而不能再进入到卵质中去。