海蜇生活史的补充研究

刘春胜, 庄志猛, 陈四清, 刘长琳

(中国水产科学研究院 黄海水产研究所, 山东 青岛 266071)

海蜇(Rhopilema esculentum)隶属于腔肠动物门(Cnidaria)、钵水母纲(Scyphozoa)、根口水母目(Rhizostomeae)、根口水母科(Rhizostomatidae)、海蜇属(Rhopilema), 分布于中国、日本、朝鲜沿岸以及俄罗斯远东水域[1-3]。作为品质最好的食用水母, 海蜇是中国最重要的海水渔业增养殖对象之一, 同时也是国际上唯一的人工养殖类水母。中国是最早开展海蜇研究的国家, 据报道, 早在20世纪60年代就对海蜇资源进行了深入调查, 并于80年代首次报道了海蜇的生活史及开展人工繁育实验[4]。可以说, 中国在海蜇研究中始终处于世界的前列。

作为进化史上真正的两胚层动物, 钵水母的生活史非常复杂, 包括附着的螅状体阶段和浮游的水母体阶段, 以及两者交替转变过程中的浮浪幼虫阶段和横裂体阶段[5]。因此, 明晰复杂生活史各个阶段的形态特征, 详细划分生活史的典型阶段, 对于开展钵水母的基础生物学研究具有重要意义。然而, 在超过200多种已鉴定钵水母中, 仅有17种水母的完整生活史被报道[6]。导致该现象的主要原因是钵水母的螅状体及初生浮游幼体阶段个体非常小, 且某些阶段历时短, 如浮浪幼虫、碟状体等阶段。此外, 含水量高(超过95%)、形态极易破损也是导致水母类生活史难以观察的原因之一。

丁耕芜等[4]在20世纪80年代首次报道了海蜇生活史。然而, 近年来随着水母在中国近海的不断暴发,其在海洋生态系统中的重要性不断凸显, 使得水母旺发机制研究成为亟待解决的问题。此后, 中国近海主要水母物种黄斑海蜇(Rhopilema hispidum)、白色霞水母(Cyanea nozakii)、沙海蜇(Nemopilema nomurai)的生活史被研究报道[7-10]。在上述水母生活史的相关研究中, 海蜇总是被作为模式物种进行比对分析。然而, 随着对海蜇和其他钵水母种类研究的不断深入, 现有海蜇生活史各阶段的分类已不能满足某些相关研究领域的需求, 如在各生活史形态描述中, 尤其是浮浪幼虫到幼蛰的幼体阶段, 难以对海蜇与其他钵水母进行区别[7,11]; 在海蜇幼体摄食牙鲆仔稚鱼实验中, 海蜇幼体中央口未闭合时, 能够摄食牙鲆(Paralichthys olivaceus), 一旦中央口闭合,其对牙鲆仔稚鱼的摄食能力就完全丧失[12]; 刘春胜等[13]在研究浮浪幼虫摄食时发现整个浮浪幼虫活力是呈现先升高后下降的趋势。综上, 对原有海蜇生活史补充完善变得十分迫切和必要, 但是目前尚未有相关文献报道。此外, 作者在近几年研究中也发现了许多海蜇特定发育阶段的新现象, 因此本研究将系统观察海蜇生活史的各个阶段, 并对其原有生活史进行补充、细化。实验的开展将使海蜇生活史进一步完善, 为开展海蜇基础生物学和基础生态学研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

2010~2013 年先后在荣成好当家水产开发有限公司、山东省海洋捕捞生产管理站及青岛金沙滩水产开发有限公司开展海蜇有性繁殖实验, 获取浮浪幼虫; 实验室长期保存螅状体和足囊; 将低温保存螅状体缓慢升温至 18 ℃, 诱导其横裂产生碟状体;实验室培养获得各阶段海蜇幼体。

1.2 实验方法

待海蜇亲体产卵后, 从池底通过虹吸作用将受精卵转移到2 L玻璃烧杯中, 微充气, 使受精卵在烧杯中均匀分布。待受精后约6 h, 受精卵发育至囊胚期开始观察记录。每2 h 用显微镜观察1次, 同时测量浮浪幼虫的纵轴长度及活力。每次观测浮浪幼虫不少于 30个。浮浪幼虫活力, 即为自然状态下, 浮浪幼虫每分钟的旋转圈数(C/min): 每次随机观察 10个浮浪幼虫未受刺激时 1 min 的旋转次数, 计算平均数。

待受精后约 28 h, 浮浪幼虫开始附着变态后,每12 h用显微镜观测1次, 每次观测数不少于30个。

足囊萌发: 挑选200个直径500 µm以上的饱满的足囊, 在温度25 ℃±1 ℃、盐度 22±1、黑暗条件下诱导足囊萌发, 待发现萌发足囊后, 用体视镜跟踪观察。实验共计观测萌发足囊34个。

将低温度保存螅状体缓慢升温至 18℃后, 每天投喂适量卤虫(Artemia)无节幼体, 待出现横裂体后,用体视镜跟踪观察, 共计观测横裂体超过100个。

将横裂产生的碟状体转移至 200 L的圆形亚克力缸中, 碟状体养殖密度为 10个/L, 每天投喂适量卤虫无节幼体, 喂食后2 h换水2/3。实验开始后, 每3 d观测1次, 直至其发育至20~30 mm的幼蜇。用体视镜观察、拍照记录。

2 结果

2.1 浮浪幼虫形态变化

海蜇受精卵(图1a)发育至囊胚后期逐渐上浮,开始缓慢绕纵轴左旋自传, 同时沿自旋轴缓慢拉伸,发育至浮浪幼虫期。在整个浮浪幼虫阶段, 其纵轴是不断拉伸的, 纵轴由起始阶段的100 µm ±21 µm发育为附着前期的220 µm±26 µm; 伴随着浮浪幼虫纵轴的不断拉伸, 其自旋速度也呈现出先加速后下降的趋势, 结果表明在发育至约 10 h时, 浮浪幼虫的活力达到最强, 自旋速度为21 C/min±3.2 C/min, 一旦受刺激后还可以通过加速旋转, 或通过右旋等方式改变运动方向以逃避敌害(图2)。基于发育过程中海蜇浮浪幼虫的形态和旋转速度变化, 其明显分为3个阶段, 即早期浮浪幼虫阶段(0~4 h), 其特征是浮浪幼虫纵轴稍长于短轴, 其前后不易区分, 旋转缓慢, 对外界刺激反应能力差(图1b); 中期浮浪幼虫阶段(5~14 h), 其特征是纵轴几乎为短轴的两倍, 前端明显比后端宽, 此时旋转速度最快, 对外界刺激反应十分剧烈(图1c); 后期浮浪幼虫阶段(15~32 h), 其特征是纵轴为短轴的 2倍以上, 前端明显比后端宽,旋转速度逐渐降低, 对外界反应较为迟钝, 此时一旦接触适宜附着基便附着变态(图1 d)。

2.2 杯状体阶段

浮浪幼虫附着变态(图3 a~图3d)和足囊萌发(图3 e~图3 h)是海蜇四触手螅状体形成的两种方式。通过对这两种螅状体形成方式的观察, 实验发现两者存在许多的共同点。如图3所示, 均形成类似于高脚酒杯状的杯状体结构, 该阶段的特征是附着部位细长, 顶部呈现球形, 此阶段的海蜇是不摄食的, 两种方式均是通过内源性营养完成该阶段的发育(图3 a, 图3b, 图3 e); 之后杯状体进一步发育, 在球形顶部四周出现4个凸起, 为四条触手雏形, 作者称之为触手原基(图3 c, 图3 f)。随着杯状体的进一步发育, 逐渐形成四触手螅状体(图3 d, 图3 g, 图3 h)。

图1 海蜇受精卵和各阶段浮浪幼虫Fig.1 Fertilized egg and planulae at different stages

图2 不同发育时期浮浪幼虫的纵轴长度和活力Fig.2 Vertical-axis length and vigor of planula at different developmental stages

另外, 海蜇螅状体两种发生方式也存在着明显的区别。首先浮浪幼虫附着变态形成的螅状体明显小于足囊萌发形成的螅状体, 因此, 两种螅状体的开口饵料也不相同, 前者为约100 µm的海蜇浮浪幼虫及其他适口饵料, 后者能够直接捕食约200 µm卤虫无节幼体; 其次两种方式形成的螅状体附着点明显不同, 前者附着点仅为10 µm ~20 µm, 后者足囊营养消耗后在其附着点周围有一圈直径为原足囊大小的黄色或白色外囊。

图3 海蜇四触手螅状体两种发生方式Fig.3 Two generation modes of four tentacles polyp of Rhopilema esculentum

2.3 碟状体横裂

即将释放碟状体的横裂体摄食卤虫无节幼体后,能够直接从最顶端碟状体穿过, 进入到下一个碟状体体内, 因此海蜇横裂体体腔是上下通透的(图4a,图4b); 进一步观察发现碟状体横裂初期也是上下贯通的, 初生碟状体伞顶部均存在一个直径约200 µm的中央洞, 刚好与下一个碟状体的口径一致(图4c,图4d), 大约2~3 h后该洞将完全愈合(图4e, 图4f)。

2.4 浮游幼体不同阶段的划分

在适宜条件下, 海蜇碟状体(图5a)经4~5 d后, 以中央洞愈合处为中心, 伞部不断加厚形成厚的中胶层;同时, 其碟状体缘瓣间产生行丛辐缘瓣使伞经不断增大, 4对片状口腕顺中央口下垂, 形成八叶口腕, 海蜇进入稚蜇期。在稚蜇期伴随着八叶口腕的形成, 海蜇中央口开始逐渐封闭, 同时口腕周围形成细小的吸口雏形。实验根据中央口和吸口的愈合封闭与否将稚蜇分为稚蜇前期和稚蜇后期。开放的中央口是稚蜇前期的特征之一, 该阶段的海蜇可以同时通过新形成的吸口和中央口摄食, 中央口的直径可达1 mm以上, 因此该阶段海蜇能够直接捕食仔稚鱼等大规格浮游生物, 对我国沿海某些渔业资源有直接影响(图5b, 图5c)。

随着海蜇浮游幼体的继续发育, 其中央口完全封闭, 进入稚蜇后期, 该阶段海蜇只能通过周围吸口摄食(图5 d, 图5e, 图5f)。

当稚蜇生长到伞径长到约 20 mm, 口腕基本愈合, 口腕外端长出棒状附着器, 此时海蜇浮游幼体形态特征与成体水母基本一致, 这个阶段的幼体称为幼蜇(图5 g, 图5h)。

图4 碟状体横裂Fig.4 Strobilation of ephyra

图5 各阶段海蜇浮游幼体Fig.5 planktonic larvae of R.esculentum at different stages

3 讨论与结论

钵水母生活史均可分为有性繁殖的水母体阶段和无性繁殖的螅状体阶段, 整个生活史过程包括胚胎发育(浮浪幼虫阶段)、附着变态(螅状体阶段)、无性繁殖(足囊繁殖、出芽繁殖及横裂生殖)及浮游水母体阶段。但与鱼类等有明确生活史分期标准的物种不同, 至今, 钵水母生活史尚未有一定的标准。作为中国最早被研究的钵水母, 海蜇的生活史于80年代被报道[4]。本研究在此基础上, 通过显微观察和比较分析, 依据海蜇各发育阶段的形态变化, 对海蜇整个生活史阶段进行细致地划分, 报道了其在浮浪幼虫发育、四触手螅状体形成、碟状体横裂及浮游幼体发育4个阶段中的新现象或新阶段。

3.1 浮浪幼虫不同阶段的划分

有学者认为类似浮浪幼虫的祖先是两层动物细胞到两胚层动物细胞过渡的典型代表[14-15]。因此, 对腔肠动物浮浪幼虫阶段的详细划分具有重要意义。然而, 目前已报道的相关文献均未对这一阶段进行详细描述, 如丁耕芜等[4]在海蜇生活史中对浮浪幼虫的形态、颜色等进行简单描述。此外, 在黄斑海蜇[7]、白色霞水母[8-9]、沙海蜇[10]、地中海水母(Rhopilema nomadica)[16],Rhizostoma octopus[17]的生活史中, 浮浪幼虫也均未被详细描述。作者分析这主要是因为钵水母浮浪幼虫阶段历时短, 造成许多现象难易详细观察,如海蜇浮浪幼虫阶段最短为18 h。本研究经过反复观察发现浮浪幼虫的纵轴是不断伸长的, 同时其活力和对外界刺激反应也呈现先加速后降低的趋势, 因此作者建议将海蜇浮浪幼虫分为早、中、晚3个阶段。

3.2 四触手螅状体两种形成方式中的杯状体阶段

除海月水母(Aurelia aurita)等少数可通过出芽繁殖方式形成四触手螅状体外, 浮浪幼虫变态发育和足囊萌发是钵水母形成四触手的仅有两种方式。前期海蜇生活史的研究并未对这两种方式进行详细描述。本实验观察对比了这两种螅状体形成方式, 结果发现二者均形成类似于高脚酒杯状的杯状体阶段,之后杯状体进一步发育, 在球形顶部四周出现触手原基, 并发育成四条触手螅状体。Dong等[8]曾在研究白色霞水母浮浪幼虫附着变态中指出其浮浪体囊附着后, 柄部拉长, 顶点隆起膨大呈球形, 球形托部顶端向4个对称方向隆起, 形成早期螅状体触手。此外, Pitt[6]和 Littleford[18]分别在彩色水母(Catostylus mosaicus)和五卷须金黄水母(Dactylometra quinquecirrha) 的浮浪幼虫附着变态过程中也有类似报道。因此, 作者推断杯状体阶段是普遍存在于钵水母生活史中的。同时, 由于该阶段既不像浮浪幼虫一样能够游动, 又不同于四触手螅状体, 未发育出触手和口, 不能摄食外源性食物, 因此该阶段是海蜇等钵水母类开口摄食的一个节点, 即杯状体阶段之前是内源自营养型, 之后则为外源性营养型, 作者建议将其分离出来, 作为海蜇生活史的一个单独阶段。

3.3 浮游幼体不同阶段的划分

目前对海蜇浮游幼体的划分争议主要在初生碟状体到幼蜇这一阶段。黄鸣夏等[19]根据口腕形态将碟状体其分为四叶口腕期与八叶口腕期; 王绪峨等[20]建议按伞径长度将其分为前期碟状体、中期碟状体与后期碟状体; 孙明等[11]将其分为早期碟状体、中期碟状体和晚期碟状体, 同时规定晚期碟状体是从到水母体的过渡阶段, 此阶段的中央口未愈合, 但已有水母体的初期形态。然而, 在生产和资源调查过程中, 受条件限制, 无法按上述分类方法进行分类。经过反复观察, 本实验根据伞部中胶层变化、中央口发育状况及棒状附着器的出现与否 3个明显的形态特征, 对海蜇浮游幼体重新进行了划分, 将其分为碟状体阶段、稚蜇阶段和幼蜇阶段, 分别描述如下: 碟状体: 碟状体初期从中央口到顶部是一个畅通的开放管道, 消化腔通道口尚未封闭, 在顶部中央留有一圆形洞口, 待2~3 h顶部圆形孔洞闭合后, 经4 d左右才完全愈合; 稚蜇: 碟状体以原愈合孔洞为中心, 伞部不断加厚, 形成厚的中胶层, 同时4对片状口腕顺中央口下垂, 形成八叶口腕, 其中央口周围开始分化, 出现小的吸口, 此时由于中央口未愈合,并随海蜇增长而增大, 其直径可超过1 mm, 该阶段的海蜇能够摄食捕食周围的仔稚鱼, 为稚蜇前期。当中央口完全愈合后, 稚蜇只能通过周围吸口摄食食物, 几乎丧失了摄食仔稚鱼的能力, 该阶段为稚蜇后期。幼蜇:稚蜇继续生长, 伞缘逐渐下包, 由草帽状变为半球状,在愈合的口腕外端长出棒状附着器, 我们称之为幼蜇,此时海蜇的自主游动能力明显增强, 除生殖腺未发育外, 该阶段海蜇与成蜇形态上无本质差别。

综上, 本研究在原有海蜇生活史基础上, 对海蜇浮浪幼虫到幼蛰阶段的生活史进行了补充研究,具体如下: 浮浪幼虫阶段进一步细分为早期浮浪幼虫、中期浮浪幼虫和晚期浮浪幼虫; 浮浪幼虫和足囊萌发过程中加入杯状体阶段; 海蜇浮游阶段划分为碟状体阶段、稚蜇阶段、幼蜇阶段和成蜇阶段。

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