塔里木裂腹鱼消化系统形态学与组织学研究*

任永丽 聂竹兰① 杨志军 张 升 魏 杰

(1. 塔里木大学动物科学学院 阿拉尔 843300；

2. 新疆建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室 阿拉尔 843300)

裂腹鱼类属于硬骨鱼纲(Osteichthyes)、辐鳍亚纲(Actinopterygii) 、 鲤 形 目(Cypriniformes) 、 鲤 科(Cyprinidae)、裂腹鱼亚科(Schizothpracinae)，是仅生活在亚洲高原地区的特有经济鱼类。裂腹鱼亚科共有15个属约100个种和亚种，中国约有11属76个种和亚种(郭焱, 2012)。塔里木裂腹鱼(Schizothorax biddulphi)是仅分布在新疆塔里木河水系的土著鱼类，20世纪70年代以前，种群数量较大，占博斯腾湖渔获物组成的80%左右(郭焱等, 2005)。由于受到性成熟晚、繁殖力低、生长缓慢以及对生活环境要求较高等自身因素制约，加之近年来生态环境破坏和人为干扰等原因，导致塔里木裂腹鱼栖息范围不断缩小、种群数量急剧下降。目前，仅在塔里木河水系的阿克苏河、渭干河、叶尔羌河、和田河等有一定数量的分布(郭焱, 2012;郭焱等, 2005; 张人铭等, 2007; 马燕武等, 2009)。塔里木裂腹鱼于1998年被《中国濒危动物红皮书》(鱼类卷)收录(乐佩琦等, 1998)。2004年又被列入新疆维吾尔自治区重点保护水生野生动物名录[新政发(2004)67号]，成为塔里木河水系的濒危保护鱼类之一。

鱼类的消化道为食物消化吸收的主要场所，直接关系到鱼类的生长、发育和繁殖等重要生命过程(楼允东, 1996)。因摄取食物种类的不同，不同鱼类消化道的形态、组织结构和机能也会有显著差异。近年来，国内外有关鱼类消化系统组织学的研究报道较多，如刘亚秋等(2019)、曹潇等(2018)、杨元昊等(2017)、赵子明等(2016)、赵向炯等(2017)、Shan 等(2016)和BoČina 等(2017)分别对斑鳠(Mystus guttatus)、黑鱾(Girella leonine)、兰州鲇(Silurus lanzhouensis)、中华刺鳅(Sinobdella sinensis bleeker)、花鲈(Lateolabrax japonicas)、鱼(Miichthys miiuy)和颌针鱼(Belone belone)等消化系统组织进行了研究，均表明，鱼类消化道的结构与功能相适应。因此，研究鱼类消化道的形态和组织结构特征可以进一步认识和探讨其摄食、消化和吸收机制(徐革锋等, 2009)。目前，有关塔里木裂腹鱼消化系统的研究在国内外均未见报道。本研究对塔里木裂腹鱼消化道的外部形态及组织结构进行观察，旨在阐明该鱼消化系统的基本特征，进一步丰富塔里木裂腹鱼的生物学研究内容，为其食性分析及饵料开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

2018 年7 月采用拖网与刺网相结合的方法，于新疆维吾尔自治区若羌县车尔臣河共捕捞塔里木裂腹鱼16 尾，全长为(269.0±36.8) mm，体质量为(110.0±48.3) g，暂养于实验室水族箱中，暂养期间饥饿以排空肠胃。

1.2 实验方法

塔里木裂腹鱼暂养36 h，待其消化道内食物及粪便排空后，随机选取10尾进行解剖，实验鱼解剖前均呈健康活泼的状态。打开体腔后，对消化道和消化腺的形态结构进行观察并拍照；依次取出口咽腔、食道、肠(肠的前、中、后分界根据粗细和盘曲程度来分，直肠取自泄殖腔前)以及肝脏、胰脏等；常温固定于波恩氏液36 h后，保存于70%酒精中；按照常规组织学实验方法制作石蜡切片，切片厚度为4～7 μm，HE染色，中性树胶封片，最后，在莱卡显微镜明美拍照系统下观察并拍照。

1.3 数据处理

消化道组织学测定包括黏膜层褶皱高度、黏膜层褶皱宽度、黏膜下层厚、环肌层厚、纵肌层厚、浆膜层厚以及杯状细胞的相对密度。测定方法参照陈国华等(2010)，使用Image J 对图片进行处理，并采用Excel和SPSS 22 软件进行数据统计与分析。

2 结果

2.1 消化系统的形态特点

塔里木裂腹鱼消化系统由消化道与消化腺组成。消化道包括口咽腔、食道、前肠、中肠、后肠和直肠；消化腺主要为肝脏和胰脏(图1.1)。

塔里木裂腹鱼属下位口，呈马蹄形，唇光滑。口裂较宽。鳃耙较短且间距较大，能够起到聚集和吞咽食物的作用。口内不具颌齿、口腔齿和游离的舌头，但口咽腔内具咽齿，其齿式为2.3.5/5.3.2，咽齿呈柱状，顶端较尖，且具钩(图1.2)。口腔上壁有较平缓的纵褶。食道较短，位于口咽腔与肠之间，管壁由大量的横纹肌组成，具有较好的弹性。食道内表面有许多纵行排列的黏膜褶，当吞咽食物时可借助黏膜褶扩大或缩小食道的孔径。塔里木裂腹鱼无胃，肠与食道紧接，盘曲在腹腔内，肠道回折处较其他部位细，故将其肠道分为前肠、中肠、后肠和直肠4 部分(图1.3)。由食道后缘至肠道第1 回折之间为前肠，第1 回折至第2 回折之间为中肠，中肠下行为后肠，相对前肠短而细，无盘曲，连接肛门与外界相通的部分为直肠。肠道通过发达的肠系膜与腹腔壁相连，肠系膜上有大量的脂肪包裹肠壁，腹膜为黑色。塔里木裂腹鱼肝脏与胰脏是分离的，肝脏呈粉色，侧面观为近似三角形的分叶实体器官，表面覆盖浆膜，结缔组织较少，有丰富的血管分布。胰脏紧贴肠系膜且其颜色比肝脏稍深一些。胆囊椭圆形，体积较大。

2.2 消化道组织形态指数

塔里木裂腹鱼消化道不同部分的组织形态指数见表1。前肠的黏膜褶皱高度最大，为(636.74±200.65) μm，直肠最小，为(244.95±85.16) μm。后肠的黏膜褶皱宽度最大，为(163.58±65.85) μm；直肠的黏膜褶皱宽度最小，为(74.91±10.29) μm。食道的黏膜下层厚度最大，为(444.60±66.63) μm；前肠的黏膜下层厚度最小，为(32.50±9.73) μm。食道的环肌层和纵肌层厚度最大，分别为(676.25±118.10) μm 和(195.56±27.31) μm；直肠处最小，分别为(36.82±9.90) μm 和(25.90±5.60) μm。后肠浆膜层厚度最大，为(49.05±4.95) μm，前肠浆膜层厚度最小，为(10.20±2.59) μm。消化道内食道的杯状细胞数量最多，为(12.50±0.85)/100 μm；而肠道中杯状细胞的密度由前肠至直肠依次增大，最小为(5.00±1.70)/100 μm，最大为(10.20±3.91)/100 μm。前肠与直肠相比，黏膜褶皱更高，纵肌层和浆膜层更厚，差异极显著；直肠与消化道其他部位相比，黏膜褶皱宽度更小，环肌层更薄，差异显著；食道的黏膜下层最厚，为(444.60±66.63) μm，与前肠、中肠和直肠差异极显著；食道的杯状细胞数量最多，与前肠差异极显著。

2.3 消化道的组织结构

消化道的一般组织结构为4 层，即黏膜层、黏膜下层、肌肉层和浆膜层，但口咽腔的组织结构仅分为3 层，即黏膜层、黏膜下层和肌肉层。黏膜层由黏膜上皮和固有膜构成，缺少黏膜肌，因而固有膜与黏膜下层间区别不显著。黏膜下层由疏松结缔组织构成，其下则为肌肉层。浆膜层比较薄，主要由结缔组织和单层扁平上皮构成。各部分消化道的差异主要表现在皱褶高度、褶皱宽度、黏膜上皮细胞的类型、杯状细胞的数量、肌层的构造和肌肉组织的厚度等方面，具体如下：

表1 塔里木裂腹鱼消化道组织形态指数(μm, Mean±SD)Tab.1 Features of tissue on digestive tract of S. biddulphi (μm, Mean±SD)

口咽腔位于消化道的最前端，口咽腔壁的组织结构主要由黏膜层、黏膜下层和肌肉层组成。口腔黏膜有较为平缓的褶皱。黏膜层由黏膜上皮和固有膜构成，缺少黏膜肌层。复层扁平上皮组成的黏膜上皮中含有大量黏液细胞及少量杯状细胞，黏液细胞的形态多样，有圆形、椭圆形、梭形等(图2.1)。黏膜上皮的下层为致密结缔组织形成的固有膜，其向上隆起形成乳头状支撑味蕾，味蕾呈壶状贯穿于整个黏膜上皮(图2.2)。黏膜层之下为横纹肌，排列松散而不规则。

图2 塔里木裂腹鱼消化管组织结构Fig.2 Tissue structure of digestive tract in S. biddulphi

食道黏膜向腔面形成乳头状突起的褶皱，黏膜表面为复层扁平上皮，大量黏液细胞分布于黏膜褶两侧，固有膜是一层薄的致密结缔组织，纤维纤细且紧密，其间毛细血管丰富(图2.3)。黏膜下层为疏松结缔组织，连接黏膜与肌层。肌层为围绕管壁呈连续性排列的横纹肌，且环肌层比纵肌层发达，两肌层间可见肌间神经丛(图2.4)。浆膜层由薄的结缔组织及其外面的间皮组成。

前肠的黏膜层向肠腔突起，形成大量细长而密集的肠绒毛，数量为14～20 个(图2.5)。中肠可见分支的次级黏膜褶皱，肠绒毛为14～18 个(图2.6)。后肠、直肠黏膜褶皱高度逐渐降低，出现弯曲，形态近似三角形，并呈现较多的次级黏膜褶(图2.7)。黏膜上皮主要由单层柱状上皮细胞构成，细胞核位于基部，细胞质被染成红色；游离端纹状缘明显，由前肠至直肠排列逐渐稀疏(图2.8)。杯状细胞散在单层柱状上皮细胞间，细胞核位于杯底(图2.9)，由前肠至直肠密度逐渐增大。固有膜为致密结缔组织，可见丰富的血管和平滑肌细胞(图2.10)，未发现肠腺。肠道的黏膜下层由疏松结缔组织构成，其间有血管分布(图2.11)，其中，后肠黏膜下层的厚度远远高于肠道其他部位。肠道的肌层由2 层平滑肌组成，内层为环肌，外层为纵肌，两肌层间含有少量疏松结缔组织，其间可见神经丛(图2.12)，其厚度由前肠至直肠逐渐减少。肠的最外层为浆膜层。

2.4 消化腺的组织结构

肝脏分为实质和间质。间质部分为结缔组织，深入实质，将实质分成一个个小叶，称为肝小叶。实质部分主要为肝细胞，肝细胞近似卵圆形，排列紧密，圆形或卵圆形的单个细胞核位于细胞中央，每个核有1～2 个核仁。由于深入实质的结缔组织较少，故肝小叶不明显。肝小叶中的中央静脉形状不规则，但较为清晰，肝细胞排列紧密，基本以中央静脉为中心呈放射状分布，此即肝细胞索(图3.1)；相邻肝细胞索之间为肝血窦，相互吻合连成网状管道，其窦壁主要由内皮细胞组成；血窦间有少量形状不规则的肝巨噬细胞和红细胞；血窦内皮与肝细胞之间围成狭小的窦周隙也称为狄氏间隙(图3.2)。肝门管区不典型，但可见伴行的小叶间胆管和小叶间静脉，小叶间胆管由单层立方上皮细胞组成，核大且位于细胞中央；小叶间静脉管壁薄，管腔较大，呈圆形或椭圆形(图3.3)。

图3 塔里木裂腹鱼消化腺组织结构Fig.3 Tissue structure of digestive gland in S. biddulphi

塔里木裂腹鱼的胰脏并没有像其他鲤科鱼类一样嵌在肝脏内，而是独立的结构，除了在肠系膜中出现以外，并没有在其他组织中发现(图3.4)。结缔组织伸入胰脏实质，将腺体分成若干小叶。塔里木裂腹鱼的胰腺呈滤泡状，胰腺细胞呈锥形或低柱状，细胞核圆形且较大，细胞质中含有大量紫红色颗粒物质；泡心细胞相对较小，且染色较浅(图3.5)。胰小叶间中央静脉明显，且静脉中可见大量椭圆形有核的红细胞(图3.6)，未见胰岛。

3 分析与讨论

3.1 塔里木裂腹鱼消化系统形态结构与食性的关系

塔里木裂腹鱼为淡水底栖鱼类，其食物组成以丝状藻类和有机碎屑等为主，偶见水生昆虫、底栖无脊椎动物和小杂鱼类，为杂食性偏植食性鱼类(聂竹兰等, 2010)。由于鱼类消化道的形态结构随种属、食性、生活环境的不同而存在差异(赵彦花等, 2019)，为与其食性相适应，塔里木裂腹鱼消化系统有其明显特征：塔里木裂腹鱼为下位口，并具有发达的吻须和颌须，便于摄食底栖藻类以及寻找食物；其口内不具颌齿、口腔齿和游离舌，但有较为发达的咽齿，其顶端较尖且呈钩状，咀嚼面宽，与其摄食藻类兼食无脊椎动物相适应，同季强(2008)对拉萨裸裂尻鱼(Schizopygopsis younghusbandi)以及方静等(1994)对齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)的研究结果一致，这也进一步证实塔里木裂腹鱼为杂食偏植食性鱼类。食道粗而短，管壁厚，弹性好，起到输送食物的作用。塔里木裂腹鱼为无胃鱼，其肠起始于食道后方，终止于肛门。关于无胃鱼肠道的分段，不同学者有不同的观点，McVay等(1940)将肠道分为肠球和肠本部2部分；林浩然(1962)则认为食道之后即为肠，无分段必要；而倪达书等(1963)将肠管分为前、中、后3部分。本研究参照倪氏分段法以及根据塔里木裂腹鱼自身肠道弯曲，将肠管分为前肠、中肠、后肠和直肠4段。根据显微测量结果以及统计学分析，发现各肠段的黏膜褶皱高度、黏膜褶皱宽度、黏膜下层厚度、环肌层高度、纵肌层高度、浆膜层厚度以及杯状细胞的分布密度，均存在较为明显的差异，故本研究结果支持该分段方法。塔里木裂腹鱼肠较细长，前肠膨大，复杂弯曲，这与杂食性和植食性的无胃鱼通过增加肠道的长度进而增加吸收面积相适应(陈国华等, 2010)。肝胰脏是鱼类的主要消化腺以及重要的代谢器官，而塔里木裂腹鱼的肝脏和胰脏是分开的，这与其他鲤科鱼类胰脏弥散分布于肝脏的结构有很大的区别(谢从新, 2010)。肝脏和胰脏结构的独立性和完善性在一定程度上体现了动物由低等向高等进化的趋势(庹云等, 2019)。正如海萨·艾也力汗等(2014)在研究新疆裂腹鱼的系统分化关系中得出的结论那样，扁吻鱼(Aspiorhynchus laticeps)并未形成独立分支，而是与塔里木裂腹鱼、厚唇裂腹鱼(Schizothorax irregularis)、齐口裂腹鱼、澜沧裂腹鱼(Schizothorax lantsangensis)以及扁嘴裂腹鱼(Schizothorax esocinus)聚在一起，主要区别在于须的对数，并推测扁吻鱼可能是裂腹鱼属的特化物种，故推知塔里木裂腹鱼消化腺的结构也可能是相对于其他裂腹鱼属鱼类进化产生的结果。肝脏分泌的胆汁储存在胆囊中，通过胆管输入前肠，塔里木裂腹鱼的胆囊较大，能够分泌大量胆汁，推测该鱼具有较强的摄食能力。

3.2 塔里木裂腹鱼消化系统组织结构与功能的关系

塔里木裂腹鱼口咽腔黏膜上层细胞中不仅含有味蕾和少量杯状细胞，还具有大量的黏液细胞，进食时能够分泌黏液，起到润滑食物便于吞咽的作用。食道内具有许多黏膜褶，吞咽食物时可通过黏膜褶的扩大或者缩小来调整食道大小，使其免受损伤；黏膜上皮间有大量黏液细胞分布，黏液细胞较大，而且散布较为密集，可知进食时会分泌大量黏液，与食道内的食物混合成食糜团，便于吞咽；食道肌层环形肌的厚度高于纵行肌，在环肌波动收缩的推动下，食物能够快速地通过食道。塔里木裂腹鱼肠腔内分布有大量的肠绒毛以及后肠、直肠出现的大量次级肠绒毛，极大地增加了肠道的消化吸收面积，同时，能够将食糜在肠道内的时间延长，增大对食物的吸收效率。肠绒毛的高度自前肠至直肠逐渐降低，说明肠道从前往后对食物的消化吸收能力逐渐减弱，这一特点与黄自豪等(2015)对大鳍异(Creteuchiloglanis macropterus)的消化系统的研究结果一致。塔里木裂腹鱼肠道黏膜上皮细胞的游离面具有较为明显的纹状缘，其有增加表面吸收面积的作用。整个肠道的上皮细胞中还分布有大量的杯状细胞，能够分泌黏液，起到润滑、保护以及吸收和转运大分子等的作用(Arellano et al, 2002;McGuckin et al, 2011)。杯状细胞的数量由前肠至后肠逐渐增多，与齐口裂腹鱼、重口裂腹鱼(Schizothorax davidi)(方静等, 1994)、大鳍异(黄自豪等, 2015)、稀有鲫(Gobiocypris rarus)(王永明等, 2013)、大眼鳜(Siniperca kneri)(蒲德永等, 2013)等一致，前肠和中肠的杯状细胞数量相对于后肠较少，可减缓食物向后运动，使之能够被慢慢吸收；后肠和直肠的杯状细胞密度较高，可分泌大量的黏液，利于排便。肠道固有膜中分布的大量血管能够迅速运输营养成分至全身，而其分布的少量平滑肌细胞通过引起绒毛的收缩运动，更加有利于营养物质的吸收和运输。前肠的肌层相对于肠道其他部位较厚，有助于加强肠道蠕动，利于食物与黏液的充分接触；后肠和直肠的肌层则有助于食物残渣的排出，而肌层间分布的神经丛也具有调节肌层运动的功能。

由于塔里木裂腹鱼肝脏的间质伸入到实质的结缔组织较少，以及中央静脉与肝细胞板不整齐的排列方式等原因，致使肝脏小叶构造不明显，且肝门管区不典型，与海鳗(Muraenesox cinereus)(谢嘉华等, 2007)和斑鳜(Siniperca scherzeri)(熊洪林等, 2009)等相似。肝脏内部结缔组织间毛细血管丰富，与黑鱾(Girella leonina)(曹潇等, 2018)、青弹涂鱼(Scartelaos virids)(曹伏君等, 2013)等一致。胰腺细胞体积较大，且核仁大而明显，说明细胞功能比较活跃；细胞质中大量的深色颗粒物质与波纹唇鱼(Cheilinus undulates)(陈国华等, 2010)和翘嘴鲌(Culter alburnus)(熊洪林,2006)胰脏的组织特点一致，故推测其可能是酶原颗粒，说明胰腺细胞具有旺盛的分泌功能，能更好地分解蛋白质、脂肪和碳水化合物，胰小叶中大量的静脉血管也从侧面表明胰腺具有较强的分泌和运输功能。

综上所述，塔里木裂腹鱼消化系统所具有的这些特征，与其杂食性偏植食性的食性特征相适应。