翘嘴鳜皮肤、鳞片、鳍色素细胞显微观察

吴明林，陈晓武，崔 凯，李海洋，侯冠军，蒋阳阳

( 1.安徽省农业科学院水产研究所，安徽 合肥 230031； 2.水产增养殖安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031； 3.上海海洋大学 水产与生命学院，上海 201306 )

体色是鱼类重要的表型特征，不同种类的鱼类色彩各异，甚至同一种鱼，雌雄也存在体色差异。鱼体体色图案形成的生物学基础是色素细胞种类、数量、形态以及色素体在色素细胞中的分布状态[1-4]。色素细胞由神经嵴细胞发展而来，当神经管封闭后神经嵴细胞迁移、定位到相应部位，分化成色素胚细胞，之后进一步分化为黑色素细胞、黄色素细胞、红色素细胞、虹彩细胞等色素细胞[5-6]。黑色素细胞、黄色素细胞、虹彩细胞存在于大多数鱼类的皮肤、鳞片和鳍中，红色素细胞多见于热带奇异的鱼类。黑色素细胞胞体较大，树突状，多分枝，内含黑色素，与鱼类黑色及褐色相关。黄色素细胞和红色素细胞较小，呈颗粒状，色素颗粒小，呈色物均为类胡萝卜素和喋啶，与鱼类的黄、橙、红体色有关。虹彩细胞中不含色素而含鸟粪素的晶体，有强烈的反光性，使鱼类显示出银白色闪光。鱼类丰富的体色主要取决于其皮肤、鳞片、鳍所含色素细胞的种类及其生物学特征。鱼体体色可随背景颜色[7]、光照度[8]、温度[9]、饲料[10]、遗传变异[11]等因素产生适应性变化，在一定程度范围内是可逆的。

翘嘴鳜(Sinipercachuatsi)属鲈形目、真鲈科、鳜属，以活饵为食，其体色在隐藏、捕食等方面发挥重要的作用。成年翘嘴鳜体侧皮肤含有大小不等的多个黑色或浅黑色斑块，腹部呈白色；鳍以黑色为主，可见黄色区域。刘伟等[12]对翘嘴鳜胚胎、仔鱼的色素发育及色彩图案的形成进行了观察；苗田田等[13]对翘嘴鳜体色变异个体金鳜的体色变化过程进行了观察。以上研究主要是对胚胎及孵化后1～40 d的仔鱼色素发育过程进行探讨，而对成年翘嘴鳜体色特征的研究鲜有报道。笔者通过光学显微镜观察成年翘嘴鳜鱼体不同部位皮肤、鳞片及鳍色素细胞的种类、分布、数量的差别，进而分析不同部位图案形成的生物学基础，为体色在翘嘴鳜藏匿及摄食方面的功能研究提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验动物及样品采集

试验动物饲养于安徽省农业科学院水产研究所水产动物循环流水养殖系统，每日投喂2次鲜活鱼饵。选用1龄翘嘴鳜，体质量500 g。采用0.02%间氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐麻醉处理后，采集试验样本。镊子剥离眼后头部、体侧黑斑、体侧下部、喉部、腹部处鳞片(图1中圆点1～5示鳞片剥离点)；解剖刀剥离眼后头部、体侧黑斑、体侧下部、喉部、腹部处皮肤(图1中圆点1～5示皮肤剥离点)；剪取背鳍、胸鳍、腹鳍、臀鳍、尾鳍(图1中圆点6～10示鳍剪取点)。

图1 翘嘴鳜皮肤、鳞片、鳍色素细胞观察点

1.2 皮肤组织切片

采集的皮肤组织经生理盐水清洗后，切成4 mm×4 mm的组织块。一部分组织块用于冰冻切片：组织块经最佳切削温度化合物包埋后，利用冰冻切片机进行纵切和横切(表皮层)，切片厚度10 μm，中性树胶封片。另一部分组织块用于苏木精—伊红染色：组织块经4%多聚甲醛固定24 h以上，乙醇梯度脱水，二甲苯透明，石蜡包埋后进行纵切，切片厚4 μm，苏木精—伊红染色，中性树胶封片。

1.3 色素细胞观察与分析

皮肤组织切片封片后即可观察，而鳞片、鳍经生理盐水清洗后直接置于载玻片上观察。采用Olympus显微镜(BX53，Olympus，日本)观察样本色素细胞种类、数量、形态，cellSens Entry软件拍照、测量、分析。

2 结 果

2.1 皮肤冰冻切片纵切色素细胞显微观察

冰冻切片纵切显示，皮肤纵切面含黑色素细胞、黄色素细胞、虹彩细胞。黑色素细胞着色深，连续或间隔分布；黄色素细胞呈小颗粒状；虹彩细胞呈小颗粒冰晶状或长梭形(图2，表1)。

眼后头部皮肤纵切面含黑色素细胞、黄色素细胞，在表皮层与真皮疏松层之间呈线状连续延伸，黑色素细胞与黄色素细胞相间排列，皮肤整体呈现为黑黄色(图2a～c)。

体侧黑斑处皮肤纵切面含黑色素细胞、黄色素细胞，表皮层与真皮疏松层之间以黑色素细胞为主，黄色素细胞为辅；真皮致密层与肌肉之间以黑色素细胞为主(图2d～f)。

体侧下部皮肤纵切面含黑色素细胞、黄色素细胞及虹彩细胞，表皮层与真皮疏松层之间以黑色素细胞、小颗粒冰晶状虹彩细胞为主，黄色素细胞为辅；真皮致密层与肌肉之间以长梭形的虹彩细胞为主，黑色素细胞为辅(图2g～i)。

喉部皮肤纵切面含虹彩细胞、黄色素细胞及黑色素细胞，表皮层与真皮疏松层之间以虹彩细胞为主，含少量黄色素细胞及黑色素细胞；真皮致密层与肌肉之间主要为虹彩细胞(图2j～l)。

腹部皮肤纵切面含虹彩细胞、黄色素细胞及黑色素细胞，表皮层与真皮疏松层之间以虹彩细胞为主，黄色素细胞为辅；真皮致密层与肌肉之间以虹彩细胞为主，黑色素细胞为辅(图2m～o)。

图2 翘嘴鳜皮肤冰冻切片(纵切)

2.2 皮肤冰冻切片横切色素细胞显微观察

冰冻切片横切显示，皮肤横切面含黑色素细胞、黄色素细胞、虹彩细胞，但不同部位各色素细胞占比及大小存在较大的差别(图3，表1)。

眼后头部皮肤横切面含黑色素细胞、黄色素细胞，黑色素细胞较大，呈梅花状；黄色素细胞呈颗粒状，散布在黑色素细胞之间(图3a)。

体侧黑斑处皮肤横切面含黑色素细胞、虹彩细胞，黑色素细胞形状不规则，聚集在一起，较其他部位稠密；虹彩细胞为圆形小颗粒晶体状，数量少且形态不明显(图3b)。

体侧下部皮肤横切面含黑色素细胞、黄色素细胞及虹彩细胞，黑色素细胞呈圆形，少分枝；众多黄色素细胞聚集在一起形成黄色斑点；虹彩细胞呈长梭形，线状排列，在显微镜下形态明显，各色素细胞间隔较远，稀疏分散在皮肤表层(图3c)。

喉部及腹部皮肤横切面含黑色素细胞、黄色素细胞及虹彩细胞，黑色素细胞数量少，呈圆形，少分枝；众多黄色素细胞聚集在一起形成黄色斑点；虹彩细胞呈长梭形，密集分布在皮肤表层(图3d)。

图3 翘嘴鳜皮肤冰冻切片(横切)

2.3 皮肤色素细胞在染色下的形态特征

在苏木精—伊红染色下，翘嘴鳜皮肤具有明显的表皮层、真皮疏松层、真皮致密层。黑色素细胞在苏木精—伊红染色下呈棕黑色，虹彩细胞在苏木精—伊红染色下呈浅灰色。色素层主要分布于表皮层与真皮疏松层之间，真皮致密层与肌肉相连处，少量存在于真皮疏松层纤维结缔组织中(图4，表1)。不同部位的色素层分布特征有明显区别。眼后头部、体侧黑斑处皮肤表皮层与真皮疏松层之间有明显的黑色素细胞层，着色区域密度高，着色深，且部分色素层延伸至疏松层，真皮致密层与肌肉相连处为黑色素细胞层(眼后头部，图4a；体侧黑斑，图4b)；体侧下部、喉部、腹部皮肤表皮层与真皮疏松层之间黑色素细胞层密度低，着色较浅，真皮致密层与肌肉相连处虹彩细胞互相交织形成较宽的虹彩细胞层(体侧下部，图4c；喉部，图4d；腹部，图4e)。

图4 翘嘴鳜皮肤纵切及苏木精—伊红染色

2.4 鳞片色素细胞种类及形态

翘嘴鳜鳞片色素细胞有黑色素细胞、黄色素细胞、红色素细胞，主要分布在鳞片近体端，少量分布在其他位置。眼后头部鳞片色素细胞分布区域较窄，体侧鳞片色素细胞分布区域较宽。鳞片黑色素细胞胞体较大，树突分枝多，黑色较深，黄色素细胞及红色素细胞为颗粒状(图5，表1)。

眼后头部鳞片主要含黑色素细胞、黄色素细胞，大多数鳞片以黑色素细胞为主，黄色素细胞为辅，少量鳞片仅含黄色素细胞(图5a～b)。

体侧黑斑处鳞片主要含黑色素细胞、黄色素细胞，大多数鳞片以黑色素细胞为主，黄色素细胞为辅，各色素细胞间排列紧密，少量鳞片还含有红色素细胞(图5c～d)。

体侧下部鳞片主要含黑色素细胞、黄色素细胞，各色素细胞间排列分散，少量鳞片仅含有黄色素细胞(图5e～f)。

喉部及腹部鳞片较透明，不含色素细胞或含少量黑色素或黄色素细胞(喉部，图5g；腹部，图5h)。

图5 翘嘴鳜鳞片色素细胞

2.5 鳍色素细胞种类及形态

翘嘴鳜鳍含黑色素细胞及黄色素细胞(图6，表1)。

表1 翘嘴鳜皮肤、鳞片、鳍色素细胞类型

背鳍、尾鳍外观形态类似，黑色区域及黄色区域间隔排列，黑黄区域界限明显。鳍远体端黑色素细胞呈毛刷状，密集地排列在鳍末端；鳍远体端内侧为黄色区域，以黄色素细胞为主，黑色素细胞为辅；黄色区域内侧为黑色斑块区域，以黑色素细胞为主，黄色素细胞为辅，黑色素细胞呈圆形，胞体大，散射状(背鳍，图6a～d；尾鳍，图6e～h)。

胸鳍含浅而少的黑色素细胞和黄色素细胞，黑色素细胞胞体小，分枝细，黄色素细胞隐含在黑色素细胞之间，胸鳍外观整体呈透明状(图6i～k)。

腹鳍、臀鳍主要含黑色素细胞，少量黄色素细胞，外观整体呈现黑色，黑色素细胞较背鳍、尾鳍小(腹鳍，图6l～n；臀鳍，图6o～q)。

图6 翘嘴鳜鳍色素细胞

3 讨 论

3.1 翘嘴鳜色素细胞分布特征

鱼类体色图案丰富多彩，其功能作用不尽相同，有些体色利于隐藏，有些体色利于吸引异性，有些体色具有观赏价值[14-15]。鱼体不同部位各色素细胞的种类及占比存在较大的区别，通过不同色素细胞的有序组合，调节鱼体颜色的深浅、明暗，从而形成不同的体色及图案，如斑块、条纹等[16-17]。翘嘴鳜眼后头部黑色素细胞、黄色素细胞分布较均匀，该处皮肤呈黑黄色；体侧黑斑处以黑色素细胞为主，密度高且着色较深，黄色素细胞颜色被掩盖，该处皮肤形成特征明显的黑斑；黑斑块之间存在浅黑略带黄色区，该区黑色素细胞、黄色素细胞相对减少，色素细胞之间间隔较远，体色相对较浅；喉部及腹部皮肤含大量虹彩细胞，少量黑色素细胞、黄色素细胞，体色呈白色。翘嘴鳜全身覆鳞，鳞片不含虹彩细胞，减少反光，减少捕食过程中被发现的概率，增加捕食的成功性。鱼体头部、背部皮肤颜色较深，腹部皮肤颜色较浅，不同体位的鳞片也体现出了这种背腹差异的特征，鳞片作为皮肤的衍生物，其色素细胞生理发育机制与皮肤类似。翘嘴鳜各色素细胞在特定的时间、特定的位置有序发育，并通过不同类型色素细胞间的相互作用，从而形成具有独特特征的体色。

正常的翘嘴鳜体色以黑色为主色，但皮肤及鳞片中含有的黄色素细胞、红色素细胞为体色变异提供了生理基础。在育种过程中，本团队发现一些体色变异体：黄色翘嘴鳜、红纹色翘嘴鳜。黄色翘嘴鳜通体以黄色为主，略带黑点；红纹色翘嘴鳜头部纹路及背部斑块变异为红色，其他部位以黑色为主。翘嘴鳜体色变异的机理，目前正在进一步研究中。

3.2 翘嘴鳜色素细胞形态特征

翘嘴鳜体色整体呈黑色，但鱼体各部位黑色素细胞形态存在明显的区别。皮肤黑色素细胞呈圆形或椭圆形，多个黑色素细胞交织聚集在一起，形成一个一个的群落分布在皮肤表层和内层；鳞片上的黑色素细胞胞体大，树突状分枝细且多，呈辐射状；鳍上黑色素细胞主要以两种状态存在，一种呈圆形，树突状分枝粗；另一种呈毛刷状，分枝细且长。研究表明，黑色素细胞中含有大量的黑色素颗粒，这些颗粒被称作黑色素小体，黑色素小体在载黑色素蛋白的帮助下能够在细胞微管中运动，从而使得黑色素细胞表现出不同的形态特征[2,18]。同类型色素细胞间相互作用可决定其在条纹形成过程中的集体迁移方向[19-20]。翘嘴鳜头部有3条较窄的由嘴角向头后延伸的黑色条纹，体侧含有多个较宽的由体背向体腹延伸的较宽黑色条纹。大量的黑色素细胞聚集、迁移从而形成翘嘴鳜特有的条纹特征。翘嘴鳜黄色素细胞主要呈小的颗粒状，一部分聚集在一起，形成黄色区域；一部分散落在黑色素细胞之间，呈现为黑黄色。虹彩细胞有两种形态：小颗粒晶体状、长梭形。小颗粒晶体状主要分布在体侧上部，长梭形主要分布在体侧下部及腹部。虹彩细胞呈色物质是与水结合成晶体形式的鸟嘌呤，属构形色，结构上与其反射光线的功能相适应[21]。虹彩细胞能反射一定波长的光从而使鱼体呈现出不同的体色，增加鱼体的辨识度，对观赏性鱼类来说利大于弊，而对肉食性鱼类来说弊大于利[22]。翘嘴鳜虹彩细胞主要存在于皮肤内层，鳞片上未见明显的虹彩细胞，减少了鱼体反光，增加了隐蔽性能。而一些观赏性的鱼类，其鳞片上含有较多的虹彩细胞，增加了体色的鲜艳度，提高了其观赏价值[23]。

4 结 论

体色是物种生存过程中长期进化适应的结果，可使其与周围环境相融合，模糊鱼体形状，在复杂环境中产生视觉消退，具有隐藏、躲避敌害的作用。翘嘴鳜属肉食性底栖凶猛鱼类，营掠夺性摄食方式，主要捕食小型鱼类及虾类。翘嘴鳜体表由黑色素细胞、黄色素细胞、虹彩细胞形成的大小不一、明暗不均、间隔排列的斑块或条纹，有利于其藏匿，并可根据环境的变化自行调节体色来进行伪装，从而能够逼真地与环境相匹配，以达到攻击或躲避敌害生物的目的。