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青岛近海多棘海盘车繁殖生物学的初步研究



全 文 : 
第44卷 第11期 
2014年11月
中 国 海 洋 大 学 学 报
PERIODICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINA
44(11):016~024
Nov.,2014
研究简报
青岛近海多棘海盘车繁殖生物学的初步研究
张秀梅,李淑芸,刘 佳,吴桑桑,李文涛
(中国海洋大学水产学院,山东 青岛266003)
摘 要: 通过常规生物学测定、解剖观察和组织切片方法,对2011年6月~2012年5月采自青岛浮山湾海域的多棘海
盘车(Asterias amurensis)样本进行繁殖生物学研究。结果表明:青岛近海多棘海盘车的繁殖季节为10月至次年1月;雌雄
发育同步,性比为1.05∶1;根据卵巢和精巢的外观特征、组织学结构特点和性成熟系数,可将两者的发育分为Ⅰ~Ⅵ期,每
个分期具有不同的性腺结构特点和配子特征;海水温度和日照长短会影响性腺发育,温度降低会刺激个体繁殖;性腺生长
由消化腺提供能量,性成熟系数和消化腺指数在一周年内呈负相关关系。
关键词: 多棘海盘车;性腺结构;配子特征;繁殖行为
中图法分类号: S917.4     文献标志码: A     文章编号: 1672-5174(2014)11-016-09
   基金项目:国家海洋公益性行业科研专项经费项目(201003068)资助
收稿日期:2013-06-07;修订日期:2013-12-26
作者简介:张秀梅(1964-),女,教授,博导。E-mail:gaozhang@ouc.edu.cn
  多棘海盘车(Asterias amurensis)俗称海星,隶属
于棘皮动物门(Echinodermata)、海星纲(Asteroidea)、
钳棘目(Forcipulatida)、海盘车科(Asteridae)、海盘车
属(Asterias),广泛分布于北太平洋和澳大利亚沿海,
为我国黄渤海习见种[1]。其喜食贝类,是底栖生物群
落中重要的捕食者,大量聚集时对扇贝、魁蚶、牡蛎、
鲍鱼等贝类养殖和底播增殖造成严重危害[2-5]。国内
外对海盘车属生物种类繁殖方面的研究主要集中在
受精作用的顶体反应[6]及激活机制[7-8]、环境因素对
受精、胚胎发育的影响[9-10]以及配子的超微结构[11]等
方面,对多棘海盘车性腺发育、繁殖规律的研究仅见
于日本、俄罗斯、澳大利亚等少数报道[3,12-14],且研究
结果不尽一致。俄罗斯彼得大帝湾的多棘海盘车一
年繁殖2次,日本沿海和澳大利亚近海的种类一年繁
殖1次,而我国沿海多棘海盘车的周年内繁殖规律还
未见报道。本实验对逐月采集的多棘海盘车样本,采
用常规生物学测定、解剖观察、组织学切片等方法,研
究不同发育时期的性腺结构变化及配子发育特征,研
究结果将丰富海星繁殖生物学基础资料,为贝类底播
增养殖和人工鱼礁区敌害生物防除提供基础数据。
1 材料与方法
1.1实验样本及环境数据收集
实验所用的多棘海盘车样本为2011年6月~2012
年5月在青岛浮山湾(36°01′N~36°04′N,120°22′E~
120°68′E)沿岸海域潜水随机采捕。浮山湾位于胶州湾
东侧,东临燕儿岛,西至太平角,湾口向南为黄海。每
月取样1次,每次取30~60只,繁殖期10~15d取样1
次,每次取样10~30只,共取样525只。各月海水表层
水温数据来源于青岛市海洋与渔业局海洋水文预报
(http://ocean.qingdao.gov.cn),日照长度数据来源
于日出日落时刻查询网站(青岛地区)观测数据(ht-
tp://sunrise.supfree.net)。
1.2实验方法
1.2.1形态学测定  样本运回实验室后放至水族箱
内,待腕完全伸展后进行实验。多棘海盘车结构示意
图见图1。用游标卡尺和电子天平分别测定辐径、间
辐径、体高(精确到0.01mm)、体重(精确到0.01g)
等生物学指标。用解剖剪沿多棘海盘车腹面步带区
剪开,并稍稍用力将两侧掰开,露出性腺和消化腺,测
量性腺和消化腺长度,用镊子小心取出二者后,分别
测定其净重量,并记录性腺的颜色变化及发育状况。
1.2.2 组织切片及显微观察  解剖后取出性腺,
Bouin氏液固定。常规石蜡切片后,Nikon Eclipse
LV100POL显微镜下观察并拍照。各月分别取雌性、
雄性个体各10~15只进行组织学切片,繁殖期内每个
样本随机选取30个视野进行拍照,借助测微尺和Im-
age J软件统计每个视野中所有包含细胞核的卵母细胞
最大直径。
1.3数据处理和统计分析
多棘海盘车性腺分期方法主要参照 Vevers[16]和
Byrne[3]的分期方法。结合性成熟系数法与组织学方
法将性腺发育分为6期。其中卵巢(Ovary)的发育分
期主要根据卵巢组织学切片上面积比例超过50%或比
11期 张秀梅,等:青岛近海多棘海盘车繁殖生物学的初步研究
(A.活体照片;B.参照文献15绘制的解剖结构图。A.The body photo;B.Anatomy modeled after the fifteenth reference.)
图1 多棘海盘车结构示意图
Fig.1 Structure diagram of Asterias amurensis
例相对高的卵母细胞的时相来确定。精巢(Testis)分
期主要依据生殖上皮中的生精细胞的组织学特点、内腔
中精细胞的数量、血细胞层的发展程度等特点。
性成熟系数和消化腺指数计算方法:
性成熟系数(GI)=性腺重量/体重×1000‰;
消化腺指数(PI)=消化腺重量/体重×100%。
所有数据均以平均值±标准误(Mean± SE)表
示,利用SPSS17.0统计软件对各月的GI和PI进行单
因素方差(one-way ANOVA)统计分析,并对不同月份
间的数据进行Duncan多重比较,以P<0.05作为差异
显著标准。
2 结果
2.1卵巢
2.1.1解剖学特征  多棘海盘车的卵巢包括5对,每
腕1对。分枝成葡萄丛状,分别位于间步带区腕的基部
两侧。无交配器官,也无其他附属腺体。腕中每个卵巢
各有生殖管并以小孔开口于反口面的两腕之间。生殖
腺与围血系统的生殖围血窦、反口面环血窦以及反口面
神经系统紧密结合在一起。卵巢的体积随季节变化很
大,在非生殖季节一般细小,分枝少,且精、卵巢外观相
同,不易分辨雌雄。而在生殖季节,卵巢为橙红色,呈葡
萄状,膨大、充满体腔,并一直深达腕末端,轻轻挤压卵
巢会有淡黄色浆体渗出。
2.1.2卵巢发育分期及对应的形态特征  多棘海盘
车的卵巢结构是海盘车科的典型结构,由内、外2层囊
状结构与生殖腔相分离。双层囊结构在产卵后以及卵
黄发生前期的个体中比较明显,此时,卵巢壁较厚且呈
收缩状态。参照 Vevers[16]和Byrne[3]的分期方法,根
据多棘海盘车卵巢的外观特征、组织学结构特点和性成
熟系数等将卵巢发育的周年变化分为6期。除成熟期
可以通过外观橙红色及解剖后有浅黄色浆体渗出可以
区分雌雄外,其他期的卵巢都需要组织学方法确定雌雄
及发育程度。
组织学结构的主要分期特征是卵母细胞的数量、大
小、位置和着色情况,核径、核仁数目,卵巢壁的宽度,液
泡、卵黄粒、滤泡膜等形态特征,血细胞层的发育程度,
吞噬细胞、细胞碎片的存在情况等。卵黄发生前卵母细
胞嗜碱性较强,卵黄沉积后卵母细胞逐渐变成嗜伊红
性。各期的主要特征如下:
Ⅰ期:卵巢尚未发育。
卵巢透明且小,长度一般小于0.5cm,宽度小于
0.15cm。紧贴于间步带区腕基部两侧。
组织学切片显示卵巢中偶见无卵黄的初级卵母细
胞(见图2a)。卵母细胞胞质嗜碱性较强,核大染色较
深,核质较少。此期一生只经历1次,在幼体多棘海盘
车性腺发生时形成。
Ⅱ期:卵巢开始发育或产卵后重新发育。
该时期卵巢不透明,长度一般为0.5~1.5cm,宽
度为0.15~0.40cm。
组织学切片显示卵巢外壁较厚,双层结构明显。卵
巢内腔可能充满无定形组织,也可能包含嗜伊红细胞碎
片和吞噬细胞。一些早期和中期的具有卵黄的卵母细
胞可能会出现,整个卵母细胞的外周有一薄层滤泡质。
生殖上皮出现褶皱,增加表面积以供大量卵子发生。初
级卵母细胞一般不规则排列于卵巢内生殖上皮附近,分
布较散。形态不规则,有三角形、梨形、圆形或椭圆形等
(见图2b)。卵径约为5.80~13.89μm,平均为(9.56±
0.86)μm(见表1)。细胞质颗粒均匀分布,被染成深紫
色而显示强嗜碱性。细胞核位于细胞中央,呈圆形或椭
圆形。此期卵巢成熟系数为0.31‰~14.94‰,平均为
(2.91±0.57)‰。2~8月采集的多棘海盘车卵巢多处
于这个时期。
Ⅲ期:卵巢正在成熟。
卵巢逐渐发育,末端逐渐膨大并出现分枝,长度一
般为1.5~2.5cm,宽度为0.40~0.60cm。
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中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 4年
表1 不同时相卵母细胞的直径
Table 1 Oocyte diameter at different phases in
Asterias amurensis ovaries
卵母细胞的时相
Phase of oocyte
卵径Oocyte diameter/μm
范围
Range
平均值
Average
标准误
SE
母细胞
Primary oocyte
PV  5.80~13.89  9.56  0.86
EV 13.40~36.97  22.55  0.38
MV 36.39~76.88  60.34  1.79
LV 62.41~128.24  91.36  5.36
成熟卵细胞(ME) 67.74~142.77  98.05  0.70
注:PV:卵黄形成前期卵母细胞Pre-vitelogenic oocytes;EV:卵黄形成早
期卵母细胞Early-vitelogenic oocytes;MV:卵黄形成中期卵母细胞 Mid-
vitelogenic oocytes;LV:卵黄形成后期卵母细胞 Late-vitelogenic oo-
cytes;ME:成熟卵细胞 Mature egg。
组织学切片显示卵母细胞数目明显增多(见图
2c),生发层内出现不同时期的卵母细胞(见图2e)。此
时卵黄开始形成和积累。生殖上皮轮廓迂回,血细胞层
充满了褶皱的中心,形成血窦,呈明显的嗜伊红性。卵
黄形成早期,卵母细胞形状不规则,呈梨形或椭圆形,由
卵柄与血细胞层紧密连接,卵径约13.40~36.97μm,
平均为(22.55±0.38)μm(见表1)。卵母细胞基部附
于滤泡壁膜上,另一侧则明显突入滤泡腔。卵母细胞细
胞膜清晰,核大,近球形(见图2d)。卵黄形成中期卵径
约36.39~76.88μm,平均为(60.34±1.79)μm(见表
1)。卵黄形成后期,卵母细胞因卵黄大量积累体积变得
很大,形成成熟的卵细胞,卵径约为62.41~128.24μm,
平均卵径为(91.36±5.36)μm(见表1)。卵母细胞大
多呈圆球形,外周滤泡膜明显,但形态不一,核大、核内
染色质少。卵母细胞在滤泡内成熟时,与卵柄脱离,逐
渐向卵巢中央移动。随着成熟的卵母细胞数目增多,卵
巢壁逐渐变薄,血细胞层也逐渐变得不明显(见图2e)。
该期卵巢成熟系数为 2.01‰ ~128.44‰,平均为
(65.03±8.21)‰,8~10月采集的多棘海盘车卵巢多
处于这个时期。
(a:Ⅰ期;b:Ⅱ期;c~e:Ⅲ期;f:Ⅳ期;g:Ⅴ期;h:Ⅵ期。EV:早期卵母细胞;HF:血液;LV:卵黄形成后期卵母细胞;ME:成熟卵细胞;MV:卵黄形
成中期卵母细胞;P:吞噬细胞;PV:卵黄形成前期卵母细胞;R:残余的卵细胞。a:StageⅠ;b:StageⅡ;c~e:StageⅢ;f:StageⅣ;g:StageⅤ;
h:StageⅥ.EV:Early-vitelogenic oocytes;HF:Haemal fluid;LV:Llate-vitelogenic oocytes;ME:Mature egg;MV:Mid-vitelogenic oocytes;P:
Phagocytes;PV:Pre-vitelogenic oocytes;R:Relict oocytes.)
图2 多棘海盘车不同发育时期卵巢的组织学结构
Fig.2 Histological structure of ovaries in Asterias amurensis at different stages
  Ⅳ期:性腺完全成熟,即将产卵。
卵巢已经很发达,呈橙红色,膨大饱满且分枝较多,
有的伸长至腕末端。长度一般长于2.5cm,宽度宽于
0.60cm。
切片显示此期卵巢主要特点是卵巢中积聚大量成
熟的卵细胞,呈椭圆形或圆球形,卵径为 67.74~
142.77μm,平均卵径为(98.05±0.70)μm(见表1)。核
大、核径约为7.31~10.64μm,平均为(8.65±0.25)μm
(见表1)。卵母细胞已从滤泡膜中脱出,成游离状态。
生殖上皮周围的初级卵母细胞继续发育,卵巢壁薄且光
滑(见图2f)。此期卵巢成熟系数97.17‰~257.07‰,
平均(182.80±19.94)‰,10~11月上旬采集的多棘海
盘车卵巢多处于这个时期。
Ⅴ期:已部分产卵的卵巢。
卵巢部分开始萎缩,颜色开始变暗,长度一般为
1.0~4.0cm,宽度为0.20~0.50cm。
组织切片显示卵巢壁薄。由于成熟卵细胞的排放,
剩余的成熟卵母细胞松散地排列于内腔,留有很多空间
81
11期 张秀梅,等:青岛近海多棘海盘车繁殖生物学的初步研究
(见图2g)。在一些雌性个体产卵前期和中期,具卵黄
的卵母细胞在生殖上皮继续发育,生成的卵母细胞进入
内腔代替已经排出的卵细胞。内腔出现一些残余的卵
母细胞碎片和吞噬细胞。此期卵巢成熟系数为6.21‰~
285.54‰,平均为(67.04±23.38)‰,11月下旬~12月
上旬采集的多棘海盘车卵巢多处于这个时期。
Ⅵ期:产卵后的卵巢。
排完卵的卵巢萎缩、呈棕黄色,体积显著缩小,只占
体腔一小部分。长度一般为1.0~2.5cm,宽度为0.15~
0.30cm。
组织切片显示卵巢壁增厚,双层囊状结构明显,血
细胞层开始扩展并逐渐增厚。内腔含有少量未排出的
卵细胞。这些残余的卵细胞中卵黄被消化吸收,逐渐开
始衰退。内腔中出现大量的吞噬细胞和细胞残骸(见图
2h)。此期卵巢成熟系数0.90‰~15.97‰,平均为
(5.21±0.75)‰,12月中旬~1月采集的多棘海盘车卵
巢多处于这个时期。
2.2精巢
2.2.1解剖学特征  多棘海盘车精巢的形态结构及
组成与卵巢类似,无明显区别,非生殖季节精巢细小,分
枝少,很难依据颜色与形态辨别出雌雄。成熟精巢呈淡
黄或乳白色,因充满精液而膨大,轻轻挤压会有乳白色
浆体渗出。
2.2.2精巢发育分期及对应的形态特征  多棘海盘
车精巢中生殖细胞的存在状态也可以分为6个时相。
根据精巢的外观特征、组织学结构特点和成熟系数等将
精巢发育的周年变化分为6期。除成熟期可以通过外
观的淡黄或乳白色及解剖后有乳白色浆体渗出可以区
分雌雄外,其他期的精巢都需要组织学方法来确定雌雄
及精巢发育程度。组织学结构的主要依据是生殖上皮
中生精细胞的组织学特点、内腔中精细胞的数量、血细
胞层的发展程度,随着精巢的发育,嗜碱性逐渐增强。
与卵巢一样,精巢同样具有海盘车科性腺典型的双层囊
状结构。精巢各期的主要特征如下:
Ⅰ期:精巢尚未发育。
精巢呈透明锥状,长度一般小于0.5cm,宽度小于
0.15cm。
组织学切片显示精巢中有许多精原细胞,胞质嗜碱
性较强,核大染色深。Ⅰ期精巢在幼体性腺发生时形
成,一生只经历1次(见图3a)。
(a:Ⅰ期;b:Ⅱ期;c,d,f:Ⅲ期;e,g:Ⅳ期;h:Ⅴ期;i:Ⅵ期精巢。HF:血液;P:吞噬细胞;SC:精母细胞柱;SZ:精子。a:StageⅠ;b:StageⅡ;c,d,
f:StageⅢ;e,g:StageⅣ;h:StageⅤ;i:StageⅥ 。HF:haemal fluid;P:phagocytes;SC:spermatocyte columns;SZ:spermatozoa.)
图3 多棘海盘车不同发育时期精巢的组织学结构
Fig.3 Histological structure of testes in Asterias amurensis at different stages
  Ⅱ期:精巢开始发育或排精后重新发育。
精巢半透明,长度一般为0.5~1.5cm,宽度为
0.15~0.35cm。包括初次进入生殖周期的精巢以及
繁殖后重新发育的精巢。
组织学切片显示精巢壁增厚,位于生殖上皮的精
母细胞嗜碱性强,呈纵队状排列。生殖上皮开始出现
较多褶皱,表面积增加以供大量的精子发生。褶皱的
中心形成血液窦,血细胞层向外扩展,呈显著的嗜伊红
性(见图3b)。内腔中可能存在残存的精子。此期精巢
成熟系数在0.21‰~22.69‰之间,平均为(3.01±
0.89)‰,2~8月期间的多棘海盘车精巢多处于这个时
期。
Ⅲ期:精巢正在成熟。
此期精巢逐渐发育,分枝增多。长度一般1.5~
2.5cm,宽度0.30~0.50cm。
组织学切片显示精子发生剧烈,纵队状的精原细
胞发育经初级精母细胞、次级精母细胞后形成精子。
初级精母细胞呈圆形,直径小于精原细胞,细胞核染色
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中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 4年
深(见图3f)。成熟的精子细胞呈圆形,无明显的细胞
质,只含有嗜碱性强的细胞核,成熟后向内腔扩展延伸
(见图3d)。生殖上皮褶皱逐渐减少,血细胞层逐渐变
得不明显(见图3c)。
Ⅳ期:精巢接近成熟。
此期精巢成熟系数为2.21‰~132.11‰,平均为
(51.90±9.28)‰,8~10月采集的多棘海盘车精巢多
处于这个时期。
Ⅳ期:精巢完全成熟,即将排精。
精巢饱满,呈淡黄色或乳白色,轻轻挤压表面会有
少量乳白色浆液渗出,这是精巢成熟的标志。长度一
般长于2.50cm,宽度宽于0.50cm。
组织学切片显示精巢壁薄且光滑,内腔中充满精
子,精子大量聚集成涡流状(见图3e)。生殖上皮纵列
的精原细胞继续发育,因此尽管繁殖早期可能释放了一
部分精子,但精巢仍保留着成熟的外形,且精原细胞层逐
渐变薄(见图3g)。此期精巢成熟系数为117.12‰~
375.74‰,平均为(189.33±26.86)‰,10~11月采集
的多棘海盘车精巢多处于这个时期。
Ⅴ期:部分排精的精巢。
精巢部分开始萎缩,排精后的精巢呈棕黄色,长度
一般为1.0~4.0cm,宽度为0.20~0.45cm。
组织切片显示内腔中精子排列稀疏,生殖上皮精原
细胞与中央精子团之间会出现间隙(见图3h)。繁殖后
期,生殖上皮的精原细胞减少,此期精巢成熟系数
19.82‰~290.00‰,平均为(136.00±22.71)‰,11月~
12月中旬采集的多棘海盘车精巢多处于这个时期。
Ⅵ期:排精后的精巢。
排精后的精巢萎缩、呈棕黄色,体积缩小,只占体
腔一小部分。长度一般为1.0~2.5cm,宽度为0.15~
0.30cm。
组织切片显示精巢壁增厚,双层囊状结构明显,血
细胞层开始扩展并逐渐增厚。内腔存在少量未排出的
精子,出现吞噬细胞(见图3i)。生殖上皮仅有少量精
原细胞存在。此期精巢成熟系数1.35‰~32.19‰,平
均为(6.03±1.21)‰,12月下旬至次年1月采集的多
棘海盘车精巢多处于这个时期。
2.3性腺发育的月变化
卵巢在2~5月多处于Ⅵ期产卵后的阶段,卵巢中
残留的卵母细胞和空滤泡逐渐退化并被消化吸收。6~7
月多处于Ⅱ期,8~9月起卵巢开始进入生长发育阶段,
Ⅲ期个体逐渐增多,卵巢迅速由Ⅲ期进入成熟Ⅳ期。
10~11月出现发育成熟并开始排卵的Ⅴ期个体,12月
部分排卵的Ⅴ期个体数达到最大,随着繁殖的进行,产
卵后Ⅵ期个体增多,次年2月份达到最大。说明多棘
海盘车雌性繁殖高峰期主要集中在10月至次年1月
(见图4A)。
精巢在8月开始生长发育,9月Ⅲ期个体数增多,
并迅速由Ⅲ期进入成熟Ⅳ期。10月即出现部分排精个
体,11月部分排精的Ⅴ期个体数达到最大,随着繁殖的
进行,排完精的Ⅵ期个体从12月开始出现,并一直持
续至次年2月。说明多棘海盘车雄性繁殖高峰期主要
集中在10~12月(见图4B)。
(Ⅰ-Ⅵ分别代表卵巢和精巢发育的6个时期。Ⅰ-Ⅵstand respectively for six stages of ovary and testis.)
图4 雌性个体卵巢和雄性个体精巢发育的月变化
Fig.4 Monthly variation of gonadal development in Asterias amurensis based on the relative frequencies of ovary and testis phrases
2.4性成熟系数和消化腺指数的周年变化
多棘海盘车雌性在8~9月开始生长发育,10月卵
巢迅速生长,成熟系数迅速增加,达到最大(珚x=69.87,
SE=14.13;n=23),11月略有下降(珚x=68.28,SE=
16.07;n=29)。成熟系数在12月至次年1月急剧下
降,2月之后保持较平稳的状态。精巢的成熟系数变化
情况与卵巢类似,在10月达到最大(珚x=74.44,SE=
12.53;n=27),11月略有下降(珚x=73.27,SE=18.19;
02
11期 张秀梅,等:青岛近海多棘海盘车繁殖生物学的初步研究
n=31),12月至次年1月急剧下降,2月之后大多进入
恢复状态,成熟系数略有增加。
雌性和雄性个体消化腺指数有比较明显的周期性
特征(见图5)。消化腺指数在周年内呈现双峰变化,7
月达到一个峰值,随着性腺开始发育而逐渐减小,雌性
个体在10月达到最低(珚x=11.31,SE=0.69;n=23)
(见图5),雄性个体在11月达到最低(珚x=9.73,SE=
0.60;n=31)(见图5)。性成熟个体繁殖过后,消化腺
指数开始逐渐增大。
图5 多棘海盘车雌性个体和雄性个体性成熟系数和消化腺指数的月变化
Fig.5 Variation of gonad(GI)and pyloric caecal index(PI)between females and males of Asterias amurensis at different months
2.5性别比例
统计2010年6月~2012年5月可明显辨别雌雄
的样本共281个,其中雌性144只,雄性137只(见表
2),整体雌雄比约为1.05∶1。χ
2 检验结果显示与雌雄
比1∶1之间无显著差异。
表2 各月雌雄个体数
Table 2 Numbers of females and males in different months
月份
Month
6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5
合计
Total
雌性①/个 6 6 9 7 23 29 27 7 7 8 8 7  144
雄性②/个 8 5 5 8 27 31 22 7 7 6 5 6  137
①Female;②Male.
3 讨论
3.1性腺发育分期
多棘海盘车的性腺结构是海盘车科种类的典型结
构[17]。繁殖后生殖上皮轮廓曲折,血细胞层在配子形
成前以及配子形成过程中循环存在。当配子发育时,血
细胞层逐渐变薄,配子排放之后血细胞层增厚,这种特
征也是海盘车属种类的典型特征[18-20]。
多棘海盘车性腺发育目前有多种分期方法,Byrne
根据卵母细胞细胞核直径大小、卵母细胞内容物的沉积
变化和形态特征等将性腺发育分为恢复期、生长期、成
熟期、部分产卵期和产卵后期5期[3],Vevers将海星卵
巢发育分为休止期、未成熟期、生长期、完全成熟期、排
放后期和恢复期6期[16],Kim将多棘海盘车的性腺周
年发育共分为7期[13]。Giese和Pearse,Byrne认为性
成熟系数法与组织学方法结合起来确定生物繁殖规律
有较高的准确性[21]。本文依据性成熟系数及性腺组织
学结构特点,主要参照 Vevers[16]和Byrne[3]的分期方
法,将多棘海盘车的性腺发育共分为6期。其中卵巢组
织学特征主要根据卵巢组织学切片上面积比例超过
50%或比例相对较高的卵母细胞的时相确定,具体通过
卵母细胞的卵径、核径、核仁数目等参数指标以及液泡、
卵黄粒、滤泡膜等形态特征来确定卵母细胞的形态发育
特征。精巢分期的组织学结构主要依据生殖上皮中的
生精细胞的组织学特点、内腔中精细胞的数量、血细胞
层的发展程度等特点来确定。
3.2繁殖规律
多棘海盘车为雌雄异体,雌雄个体大小、外观无明
显差异,性比接近1∶1,这与棘皮动物门其他雌雄异体
的动物一致[22]。Fuji采集了不同海区的虾夷马粪海胆
(Strongylocentrotus intermedius)样本,并统计雌雄比
例,得出性比约为1∶1[23]。Kim对日本陆奥湾[13]的多
棘海盘车样本进行统计,均得出性比为1∶1的结论。本
研究中青岛浮山湾多棘海盘车整体雌雄比约为1.05∶1,
推测是由于采集数量不足所致,可以认为雌雄性别比例
接近1∶1。
不同种类的卵巢内卵子发育状况差异反映出不同
的产卵规律,因此形成了不同的产卵类型。产卵类型决
定着资源补充的性质,因此与种群数量波动形式有密切
关系[24]。以往对海星的研究发现海星卵巢主要是分批
产卵型。Byrne研究发现八腕海星(Patiriella calcar)
和小面包海星(P.exigua)2种海星卵径分布频率为双
12
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 4年
峰型,即分2批进行产卵[21]。Marion等研究发现皇家
海星(Astropecten articulatus)雌性个体产卵时间持续
较长,卵巢可以长时间处于发育的状态[25]。Carvalho
和Ventura通过对巴西东南部海域海燕(Asterina stel-
lifer)2个群体的繁殖研究发现,不同群体的海燕繁殖
规律类似,产卵期较长而且不同步[26]。本研究的组织
学观察发现,在繁殖期间随着排卵的进行,多棘海盘车
卵巢壁附近仍然持续产生初级卵母细胞,随着成熟卵细
胞的排出,初级卵母细胞继续发育成成熟的卵细胞并排
出。因此多棘海盘车雌性个体并不是一次性将卵排出,
属于多次产卵型。
3.3繁殖期与环境因素的关系
通常海星的配子形成过程有明显的季节性[27]。季
节性变化的环境因素,如海水温度、日照长度及食物的
供应情况等,可以影响海星的有性生殖过程[28]。其中
水温和食物供应是影响海星繁殖发育最主要的2个因
素[29]。
本研究结合性成熟系数法与组织学方法发现多棘
海盘车有明显的繁殖周期。一般来说,北半球海盘车科
的种类在秋季和冬季配子开始快速发育,春天进行繁
殖[30]。日本沿海多棘海盘车(35°N~41°N)在冬季1月
份性腺发育最好,冬末或早春(2~5月)当温度为5~
12℃时开始产卵[13-14]。澳大利亚德文特河河口(42°S)
的多棘海盘车性腺发育规律与日本沿海的种类相类似,
卵巢在秋、冬季开始发育,春季(7~10月)当底层水温
达到10~13℃开始产卵[3]。Novikova研究发现俄罗
斯彼得大帝湾的多棘海盘车一年繁殖2次,分别在夏季
和秋季(6、9月),表层水温为17和23℃时产卵[12](见
表3)。本调查结果发现,青岛滨海水温在8月份达到
最高(http://ocean.qingdao.gov.cn),并开始逐月下
降,而多棘海盘车在8~9月份性腺开始快速发育。本
研究海域多棘海盘车繁殖期集中在10月至次年1月,
11~12月为繁殖盛期,此时水温平均为9.6~16.2℃。
Pearse和Eernisse研究发现赭石海星(Pisaster ochra-
ceus)在4月份温度最高时开始发育,在7月温度较低
时开始繁殖,因此,可以认为水温是影响海星配子发育
的重要因素之一[31]。
表3 北半球和南半球多棘海盘车繁殖季节的比较
Table 3 Comparison of spawning season between northern and southern populations of Asterias amurensis
地点(纬度)
Location(Latitude)
繁殖季节
Season
繁殖温度
Temperature
方法
Methodology
参考来源
Source
俄罗斯彼得大帝湾(42°N)
Peter the Great Gulf of Russia
夏季a/秋季b  17、23℃(表层Surface)
组织学方法①
性腺形态特征②
Novikova[12]
日本陆奥湾(41°N)
Mutsu Bay of Japan
冬季c/春季d  5~10℃(表层Surface)
性成熟系数法③
组织学方法①
Kim[13]
日本仙台湾(38°N)
Sendai Bay of Japan
冬季c/春季d  9~12℃(底层Bottom)
性腺长度法④
卵径分布法⑤
Hatanaka and Kosaka[14]
澳大利亚德文特河河口(42°S)
Derwent River of Australia
冬季c/春季d  10~13℃(底层Bottom)
性成熟系数法③
组织学方法①
Byrne[3]
中国浮山湾(36°N)
Fushan Bay of China
秋季b/冬季c  9.6~16.2℃(表层Surface)
性成熟系数法③
组织学方法①
本文
Note:a:Summer;b:Autumn;c:Winter;d:Spring;①:Histological method;②:Gonadal morphology;③:Gonad index method;④:Length of go-
nad;⑤:Oocyte diameter distribution
  Pearse和Eernisse研究认为光照周期及强度刺激
赭石海星的性腺生长,短日照刺激性腺生长,而长日照
可以使得性腺生长受到抑制[30]。这种繁殖受光照影响
的模式在其他海星的研究中也有报道,主要包括Scler-
asterias mollis[32],Coscinasterias tenuispina[33]。本实
验中日照长度自6月开始逐渐缩短,在12月达到最低
(http://sunrise.supfree.net),此时多棘海盘车处于繁
殖期。Eckelbarger认为光照主要影响卵子中卵黄的发
育速度,由多棘海盘车繁殖周期较短的特点可以认为其
卵黄形成速度较快,繁殖率高[34]。日照长度和周期也
影响海水中浮游植物的生长,秋季和初冬季节浮游植物
生长旺盛可为海星浮游幼虫的生长提供食物来源[35]。
Pearse和 Walker认为在许多海星的繁殖活动中,海水
温度和日照长度及周期对海星配子发育起到复杂的协
22
11期 张秀梅,等:青岛近海多棘海盘车繁殖生物学的初步研究
同作用[30]。
3.4GI与PI关系
多棘海盘车在8~9月开始发育,GI在9月份急剧
上升,繁殖季节由于部分配子的释放,GI会同步下降,
10月份GI达到最大,11月份略有下降,分析原因可能
是由于多棘海盘车繁殖早期伴随着部分配子的释放,性
腺继续发育,新形成的配子代替释放的配子,较高的GI
意味着配子补充较多、环境营养条件较好[3]。随着配子
的大量释放,GI急剧下降。在1~2月性腺处于排放后
的恢复期,GI较平稳,直到下一次生殖开始。
海星的储能器官是消化腺[22,36]。充足的食物供应
使海星消化腺重量增加,为性腺发育储备能量[27]。由
于海星的繁殖期较短,因此需要花费长时间来储备能量
以备繁殖时的高能量消耗[37-38]。在整个生殖循环中,PI
和GI之间的负相关关系比较常见[21,28,32,39]。本试验
中多棘海盘车PI在7月达到最大,随着8月性腺开始
发育PI逐渐降低,而10~11月时开始逐渐升高,说明
在性腺发育期间消化腺为性腺发育提供了能量,在繁殖
结束后开始储备能量以备下一次生殖周期利用。
综上所述,青岛浮山湾地区与日本、澳大利亚沿海
的多棘海盘车有类似的繁殖规律,雌雄异体,性比1∶1,
均在水温开始下降的秋、冬季节开始繁殖,冬末或早春
开始幼体发育。海水温度及日照长短会影响性腺发育。
在不同的发育时期,性腺含有不同时相的卵母细胞、精
母细胞。整体来看,性腺生长期间,消化腺为其提供能
量,性成熟系数和消化腺指数在一周年内呈负相关关
系。
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A Preliminary Study on the Breeding Biology of Sea Star,Asterias amurensis
(Echinodermata:Asteroidea)Along the Coast of Qingdao,North China
ZHANG Xiu-Mei,LI Shu-Yun,LIU Jia,WU Sang-Sang,LI Wen-Tao
(Colege of Fisheries,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)
Abstract: The reproductive behavior of Asterias amurensis colected from June of 2011to May of 2012
along the coast of Qingdao(Fushan Bay,north China,36°01′N-36°04′N,120°22′E-120°68′E)was studied
with morphometric,anatomical and histological method.The results showed that breeding season was
from November to next January,during which the development of male and female(1.05∶1)was syn-
chronous.The development of ovary and testis can be divided into six stages(ⅠtoⅥ)according to their
appearance characteristics and histological structure as wel as gonad index.Water temperature and sun-
shine duration affected the gonadal development,which was fueled by pyloric caeca.Low temperature
stimulated the breeding,and a negative correlation was observed annualy between pyloric caeca index(PI)
and gonad index(GI).
Key words: Asterias amurensis;gonadal structure;characteristics of gametes;reproductive behavior
责任编辑 朱宝象
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