杂交鲌(翘嘴鲌♀×黑尾近红鲌♂)消化系统形态学和组织学特征研究

2023-02-12吉哲慧孙艳红魏辉杰李明光王贵英

淡水渔业 2023年1期

吉哲慧，李清，蒋明，孙艳红，陆星，陈见，李佩，魏辉杰，李明光，王贵英

(1.武汉市农业科学院水产研究所，武汉 430207；2.中国水产科学研究院长江水产研究所，武汉 430223；3.武汉先锋水产科技有限公司，武汉 430207)

杂交鲌(国审水产新品种名称：杂交鲌“先锋1号”)是以经选育的丹江口水库翘嘴鲌(Erythroculterilishaeformis，♀)与长江上游黑尾近红鲌(Ancherythroculternigrocauda，♂)通过属间杂交的子代，其具有生长速度快，饲料最适蛋白质含量低、饲料成本低，肉质好，抗应激、性情温顺、起捕率高，易活鱼上市等优良特点[1,2]，已经成为我国鲌类养殖新品种。当前对杂交鲌营养消化生理的研究还较为缺乏，对其食性也还存在不同的争议。

消化系统是鱼类消化食物和吸收营养的生理结构[3]。目前，国内外已有一些关于鱼类消化道形态解剖和组织结构的研究报道[4,5]，通过对鱼体消化器官形态学、组织学、组织化学等进行探索研究，有助于深入了解鱼类对摄食饵料的选择、分解、消化和吸收的内在机制[6,7]，还可以为人工饵料开发[8-9]及苗种培育技术提供理论依据[10-11]。硬骨鱼类的消化道结构与其营养物质消化吸收特点相适应，与食性具有极高的相关性，且不同鱼种间存在差异。因此，本研究通过扫描电镜技术、石蜡包埋切片及HE染色等方法，对杂交鲌消化道全长及其各消化器官的形态、结构等进行分析，旨在查明杂交鲌消化道形态学和组织学特征，为其营养生理学研究以及人工养殖提供理论依据和科学支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验用杂交鲌来源于武汉先锋水产科技有限公司，体质量为(192.04±40.45) g。样品采集前，鱼体饥饿24 h。

1.2 样品采集及处理

采用80 mg/L MS 222将31尾杂交鲌麻醉，用2 mL注射器抽取尾静脉血样置于1.5 mL离心管中，4 ℃下静置4 h后以3 500 r/min离心10 min，分离血清，-80 ℃保存用于血清生化指标测定。对样本外部形态包括全长、体长、头长、吻长、口咽腔长、口裂长和宽进行测量统计。然后自肛门沿腹中线纵剪至下颌，向左侧背方横剪至椎体附近，再向前纵剪至鳃盖后部；取下左侧体壁并剪去左侧鳃盖骨，打开鱼体腔和口咽腔，对其消化系统中各组织进行拍照并测量食道和消化道长度，记录鳃耙数目和咽齿数目。另取各段消化道组织用4%多聚甲醛固定。

组织HE染色切片的制作：取唇、口咽腔、食道、肠(前、中、后)、肝胰脏、胆囊组织，分别固定于多聚甲醛溶液，固定时间24 h，组织固定后用70%乙醇清洗多余的多聚甲醛溶液，再保存于70%乙醇中备用。梯度乙醇脱水，二甲苯透明，连续石蜡切片，切片厚度为5～7 μm，HE染色，中性胶封片，Olympus显微镜下观察拍照。

扫描电镜切片的制作：取前、中、后肠部分，用质量分数3%戊二醛固定后，再用质量分数1%锇酸固定，之后酒精梯度浓度脱水，真空冷冻干燥、镀金后，于HITACHI Regulus 8100 型扫描电镜下观察并拍摄。

1.3 数据处理

消化道组织学特征包括黏膜褶数量、黏膜褶高度、黏膜褶宽度、肌层厚度测量；随机选取7张切片，每张切片随机选取5个视野用Image pro plus 6.0软件进行测量。杯状细胞密度：分别计数每一视野中(50×50) μm2范围内粘液细胞的总数，作为粘液细胞的密度。

数据以平均值±标准误表示，采用SPSS 19.0进行统计差异分析(SPSS Chicago IL，USA)。将所有数据分组后，进行单因素方差分析(ANOVA)，当组间差异显著(P<0.05)时，采用Tukey检验比较不同处理间的平均值。

2 结果与分析

2.1 杂交鲌外部形态学和消化系统生物学性状

杂交鲌生物学性状的相关参数见表1；表2列出了杂交鲌消化系统生物学性状的相关指标。

表1 杂交鲌外部形态学测量(平均值±标准误，n=31)Tab.1 External morphological measurement of the hybrid culter(Mean ± SEM，n=31)

表2 杂交鲌消化道生物学性状的测量(平均值±标准误，n=31)Tab.2 Measurement of biological traits in the digestive indexes of hybrid culter(Mean±SEM，n=31)

2.2 消化系统形态学特征

杂交鲌消化系统由消化道及其所粘附的各种消化腺组成，主要包括口、咽、食道、肠、肛门、肝胰脏和胆囊。其腹腔内有大量脂肪堆积，大部分消化道被脂肪覆盖(图1-1)。

口：杂交鲌口位属亚上位，口裂较大，无须。

口咽腔(图1-2)：杂交鲌口腔和咽腔无明显分界，上下颌之间关节灵活，口腹面可观察到骨间有褶叠的皮膜，口可张开较大并向前伸出成管状，口腔容积较大。口腔内上下皮层光滑，有色素分布，无颚褶。舌不明显，仅基舌骨稍突出，结缔组织和口腔黏膜稍增厚。口腔顶壁有两处白色角质凸起。上下颚均无牙齿，有五对鳃弓，鳃耙粗短而疏但很尖，鳃耙数约 13～14枚，第五鳃弓内侧具有咽齿；口咽腔与腹腔之间由一层薄膜隔开。

食道：杂交鲌食道直而粗短，管壁厚而具有弹性，是连接咽与肠的管道；食道背壁有肌肉层与体壁相连，内壁有纵行黏膜褶，末端与肠连接处有一环形括约肌，当吞咽食物时可借黏膜褶扩大或缩小食道的孔径。

肠(图1-3)：肠道呈z字形盘于腹腔中，以折叠位置为节点可将肠道大致分为三部分：前肠、中肠、后肠。通过扫描电镜观察(图2所示)，杂交鲌肠道黏膜纵向隆起，形成黏膜初褶，其表面分布有大量次级黏膜褶。肠道粘膜表面有很多呈洞穴状的分泌小孔(SP)和一些分泌的蛋白颗粒(P)。前肠的分泌小孔较少，表面上皮细胞形态边界不明显，微绒毛(MV)长度也较短，整体比较平整。中肠整体结构与前肠相似，表面上皮细胞(EC)呈多边形，细胞边界不明显，但分泌小孔大而多，微绒毛较长。后肠黏膜的表面上皮细胞呈现出明显的多边形态，分泌小孔小而密集，微绒毛短而粗。

图1 杂交鲌解剖观察图Fig.1 Anatomical observation of hybrid culter1：全鱼解剖图；2：口咽腔解剖图；3：腹腔解剖图；SN：吻部；M：系膜；LP：脂肪；UO：口腔上颚；DO：口腔下颚；GB：胆囊；L：肝脏；G：肠；LP：脂肪；A：肛门。

图2 杂交鲌前肠、中肠、后肠扫描电镜图Fig.2 Hybrid culter foregut，midgut，and hindgut scanning electron microscopy1、4、7、10：前肠；2、5、8、11：中肠；3、6、9、12：后肠；MF：黏膜褶；SMF：次级黏膜褶；P：蛋白颗粒；SP：分泌小孔；EC：上皮细胞；MV：微绒毛。

肝脏：杂交鲌肝脏呈淡红色，位于腹腔前端，由腹腔隔膜将其与头部隔开。肝脏借少数系膜连接并覆盖住整个食道与部分前肠，半侧游离于腹腔内。胆囊紧贴其肝腹面右侧，呈金绿色椭球状裸露结构，外观上无明显独立的胰脏结构。

2.3 消化系统组织学特征

图3为杂交鲌消化系统的HE染色切片，各部位组织结构特征如下。

唇(图3，1)：由复层扁平上皮构成，细胞排列紧密、整齐、圆形细胞核在细胞中央；有部分色素沉着。

口咽腔(图3，3-5)：口腔内的组织结构由外向内可分为浆膜、肌层和黏膜层。最外层有一层角化细胞。口腔内分布有味蕾，较多粘液细胞。咽部固有膜基部也可见味蕾结构(图3，5)；肌层比口腔内更厚，肌纤维排列较为紧密，也为横纹肌；浆膜层稍发达，分布大量粘液细胞。肌层中都为横纹肌，黏膜层由复扁平上皮细胞构成。

食道(图3，6)：其壁由内向外分为黏膜层、黏膜下层、肌层和浆膜。黏膜上皮为复层鳞状上皮，上皮细胞间夹有大量杯状细胞，固有层向内凸起，形成褶皱；肌层较发达，由骨骼肌构成，可分为内部纵肌层和外部环肌层，外部环肌层较内纵基层厚；最外层为浆膜，由结缔纤维细胞及单层扁平上皮细胞组成。食道内粘液细胞的密度显著高于前肠、中肠和后肠(表3)。

表3 杂交鲌食道和前、中、后肠形态学特征(平均值±标准误，n=31)Tab.3 Morphological features of the esophagus and anterior，middle and posterior intestines of the hybrid culter(Mean ± SEM，n=31)

肠道(图3，7-12、15)：肠道组织同样由粘膜层、粘膜下层、肌肉层和浆膜层构成。粘膜层向管腔内伸出形成丰富的褶皱；肌层可分为内部环肌层和外部纵肌层。前肠、中肠和后肠结构相似但数量不同。在黏膜褶最外层的上皮细胞间有大量的杯状细胞，它们在皱褶顶部、中部与基部均有分布，形状有梨形、圆形与椭圆形等，染色多呈空泡状且靠近表层。

从食道、前肠、中肠到后肠其管腔直径和肌层厚度均呈依次降低的变化趋势；褶皱长度和褶皱宽度也逐渐减小。

肝脏(图3，14、16)：HE切片显示20倍镜下可观察到肝小叶，但边缘不清晰，组织中的中央静脉及分布大量毛细血管，细胞核位于细胞中央；40倍镜下观察到一些弥散的胰腺细胞。

胆囊(图3，13)：HE切片显示20倍镜下可观察到多个管状腺结构。

肛门(图3，2)：肛门处呈近似圆环状结构，周围肌肉发达，由较厚的内部纵肌和外部环肌构成。

3 讨论

3.1 消化系统形态组织结构与摄食的关系

鱼类对物质消化吸收能力的强弱与其消化道表面结构特征以及肠腺的分泌能力有关[12]。粘液细胞会分泌不同的物质导致其在HE染色后呈现不同形态[13]。根据目前国内外对鱼类消化道粘液细胞的分类研究[13-15]，可将本研究中杂交鲌消化道内观察到的粘液细胞分为三种类型：Ⅰ型细胞HE染色后呈颜色较浅的椭圆形空泡状；Ⅱ型粘液细胞个体较大，在HE染色状态下呈颜色较浅的杯状空泡；Ⅲ型粘液细胞在HE染色状态下其分泌的颗粒物质着色较深。口咽腔是食物运输的重要通道，是消化系统与环境接触的第一通道。杂交鲌口、咽部有味蕾结构和大量粘液细胞，这表明杂交鲌可以对摄入进肠道消化的食物进行选择和鉴别[16-17]。在口、咽部大部分为Ⅰ类粘液细胞，它可以与上皮细胞一起分泌中性黏液物质[18]起到润滑作用，此外口、咽部的上皮细胞还能分泌含硫糖蛋白和唾液酸糖蛋白以增加分泌物的粘性[19]，更大程度保护了消化道黏膜免受机械损伤和细菌感染[20]。杂交鲌食道中的I型粘液细胞的数量远远多于肠道，这大大增加了食道内的润滑程度。此外食道内壁有很多纵行黏膜褶，当吞咽食物时，可以借助这些纵行黏膜褶扩大或缩小食道内径，使食物快速通过。食道肌层厚度也远远高于肠道，这不仅极大地避免了摄入物带来的机械损伤，还能增强食道蠕动帮助吞咽[21]。当咽部和食道前端的味蕾感觉有异时，食道发达的外部环肌可以有力收缩将异物抛出口外。最后通过环肌的波状收缩，可以将食物与黏液充分混合并将初步挤压形成的食靡推向肠道深处。

图3 杂交鲌消化道HE染色切片图Fig.3 Hybrid culter gastrointestinal HE slice

肠道是营养物质消化吸收的主要部位，肠道的绒毛长度、黏膜厚度及肌层厚度是衡量肠道消化吸收功能的重要指标[22-23]。有研究表明，肠黏膜厚度和肠肌层厚度会影响营养物质的吸收和转运过程[24]，与肠道的节律性收缩运动和食糜的机械消化效率也密切相关[25]。相比于食道，杂交鲌肠道的肌层厚度显著下降，这减缓了食靡向肠道深处移动的速度，增加了消化吸收的时间。前肠中Ⅱ类粘液细胞较多。这些夹在上皮细胞之间，开口于绒毛表面的粘液细胞具有分泌润滑液、吸收转运大分子、辅酶因子、抵御外来致病因子等作用[20]，其分泌的粘液还可以使上皮细胞免受一些消化酶的破坏[6]。另外由固有层向内凸起形成的黏膜褶可以增加肠道对食物的消化、吸收接触表面积，从而增强对食物的消化、吸收能力[26]。不同鱼类的绒毛形态变化较大，绒毛长度一般由前向后逐渐降低[27]。前肠部分的黏膜褶高度显著大于中肠和后肠，黏膜褶数量也较多，这表明杂交鲌的前肠可能是消化吸收的主要场所，中肠和后肠黏膜褶数量虽有所降低但也有一定的消化和吸收能力。黏膜褶最外层是一层上皮细胞，上皮细胞游离面的细胞膜和细胞质深处的微细指状突起形成了微绒毛，可增加吸收面积15～20倍[28]。这些微绒毛在营养物质的消化吸收中起重要作用。相比前肠和后肠，电镜下中肠的分泌孔大而密，微绒毛沿分泌孔伸出，与其消化酶的分泌与营养物质的吸收有密切联系。后肠黏膜上皮存在大量的黏液细胞，且肌层占比率逐渐增大[29]，可便于食物残渣的排出[19]和对水分及盐分的吸收[30]。

3.2 消化道系数与食性的关系

肠道系数作为一个重要的形态学指标，已经被广泛用于划分鱼类的营养类型。鱼类肠道的长短一般与其摄取食物的易消化程度相关[31]。一般来说，肉食性或者掠食性鱼类肠道系数值低，而杂食性鱼类则为中间数值，草食性鱼类肠道系数最高[32]。有研究指出，肉食性金头鲷(Sparusaurata)肠道系数为0.5～0.6，哲罗鱼(Huchotaimen)、鲇(Silurusasotus)两种肉食性鱼类肠道系数分别为0.47和0.78，杂食性的小口脂鲤科鱼类(Leporinusfriderici和L.taeniofasciatus)肠道系数分别为1.25和1.14[13]。杂交鲌肠道系数为0.94±0.09，比肠重为0.98±0.14，符合杂食性偏肉食性鱼类特征。另外，根据目前大量研究结果发现多数肉食性鱼类口腔长/头长的比值一般大于杂食性、草食性和滤食性鱼类[33-34]。本研究中杂交鲌口咽腔长/头长比值为0.21±0.05，与杂食性鱼类比值接近。