鱼类繁殖生物学(简版)

鱼类性腺的结构特征、功能和变化的规律性以及下丘脑—垂体—性腺轴相互作用及其调控生殖腺生长、发育和成熟的作用机制。是主要经济鱼类人工繁殖的理论依据。

鱼类的性腺起源于中胚层。在胚胎时期由背系膜两侧的体腔壁发育成一对上皮纵褶隆起，与结缔组织的基质一起构成生殖褶，继而伸入体腔，与体壁分开，其后逐渐膨大形成明显的性腺（卵巢或精巢），并由背系膜悬挂于腹腔背壁。大多数硬骨鱼类的卵巢位于鳔的腹面，左右对称，呈囊状器官。鲤科鱼类，例如鲢、鳙、草鱼、青鱼等，没有单独的生殖导管，只是卵巢的后端通向泄殖孔的部位有相当于生殖导管的结构，它是卵巢组织的延伸。

卵子发育

硬骨鱼类从卵原细胞发育成为成熟卵子，需要经过三个时期：卵原细胞繁殖期、卵母细胞生长期和卵子的成熟期。

卵原细胞繁殖期

在这个时期中卵原细胞进行无数次有丝分裂，细胞数目不断增加，其后部分卵原细胞就停止分裂，开始长大，向无卵黄的初级卵母细胞过渡。此阶段的卵细胞为第Ⅰ时相卵原细胞。以第Ⅰ时相卵原细胞为主的卵巢即称为第Ⅰ期卵巢。

卵母细胞生长期

此期可分为小生长期和大生长期。小生长期由于细胞质和细胞核的增长而使初级卵母细胞的体积显著增大，在细胞质中出现卵黄核。它与卵黄的形成有关。细胞膜外形成一层滤泡细胞。处在小生长期的初级卵母细胞，称为第Ⅱ时相初级卵母细胞，以第Ⅱ时相初级卵母细胞为主的卵巢为第Ⅱ期卵巢。鲢、鳙、草鱼、青鱼等性成熟以前的个体，其卵巢都长期地停留在第Ⅱ期。大生长期依卵黄积累状况和程度，又可分成两个阶段：卵黄开始积累阶段和卵黄充塞阶段。当细胞内缘逐渐出现卵黄泡，即为卵黄积累的开始。与此同时，卵径增大。滤泡细胞由第Ⅱ时相的单层发展为两层。此时，由滤泡细胞伸出许多指状突起与卵母细胞微绒毛互相连结。沟通形成放射孔道，称为放射带。它具有交换卵母细胞内外物质和信息的功能。此阶段的初级卵母细胞，称为第Ⅲ时相初级卵母细胞。以第Ⅲ时相初级卵母细胞为主的卵巢为Ⅲ期卵巢。初级卵母细胞进入卵黄充塞阶段的主要特征是卵黄以卵黄泡和卵黄颗粒两种形式在卵母细胞质内先后积累，并充满全部细胞质部分，这时卵黄生长即告完成，卵母细胞长足身材，达到成熟的第Ⅳ时相。以此时相的初级卵母细胞为主的卵巢，称为第Ⅳ期卵巢。

卵子成熟期

卵母细胞大生长期完成后，其体积不再增大，而进行核的成熟变化。此期的主要特征是细胞核极化，核膜消失，并进行两次成熟分裂，即减数分裂和均等分裂。第一次成熟分裂（减数分裂）放出第一极体，形成一个次级卵母细胞，紧接着次级卵母细胞进行第二次成熟分裂（均等分裂）排出第二极体，并停留在分裂中期。此过程称为成熟。在卵子成熟变化中，滤泡细胞指状突起和卵母细胞微绒毛各自从卵膜上缩回，使滤泡与卵之间形成空隙，随之初级卵母细胞脱离滤泡向流动状的次级卵母细胞过渡，即从滤泡中解脱出来，成为成熟卵子，跌入卵巢腔内。此过程称为排卵。在适宜的生理、生态条件下，成熟卵从卵巢腔内向体外产出，称为产卵。成熟时期进行得很快，仅数小时或数十小时即可完成。成熟流动的卵子，称为第Ⅴ时相次级卵母细胞，此时的卵巢为第Ⅴ期。

淡水养殖鱼类性成熟的亲鱼，在良好的生理、生态条件下，卵子由第Ⅳ时相向第Ⅴ时相过渡，完成产卵后，卵巢就成为第Ⅵ期卵巢。如果第Ⅲ、Ⅳ时相的卵母细胞得不到进一步发育成熟或卵已成熟而错过了产卵的适宜季节，卵母细胞自行退化而被吸收，过熟和退化的卵为第Ⅵ时相。与卵母细胞退化吸收的同时，新生一代的卵母细胞又开始发育生长。卵巢回复到第Ⅱ期。

精子发育

分繁殖、生长、成熟和变态四个时期。

繁殖期

由原始生殖细胞经过有丝分裂形成数量很多的精原细胞。其特点为核大而圆，核内染色质均匀分布，形成染色很深的大线球。

生成期

精原细胞停止分裂，进入生成期，形成初级精母细胞。核内染色质变成粗线状或细丝状，为成熟期的减数分裂做准备。

成熟期

精母细胞连续进行两次成熟分裂。第一次为减数分裂，每个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞；接着进行均等分裂，每个次级精母细胞分别形成两个精子细胞。

变态期

这是雄性生殖细胞在发育中特有的阶段，整个过程较为复杂，每个精子细胞经过一系列的变态，而形成具有活力的精子。

性腺分期

为了便于观察鉴别鱼类性腺发育的程度，根据性腺外观、细胞组织形态学和生理学特征，通常把卵巢和精巢各分成六期。以鲢为例。

卵巢分期

第Ⅰ期卵巢紧贴体腔膜上，肉眼不能分辨雌雄，只能见到一对透明呈淡肉色的细线，宽度为1毫米左右。卵原细胞较小，核占细胞的一半，核仁极少，位于核的中部。处于卵原细胞繁殖期。第Ⅱ期卵巢已能分辨雌雄，呈扁带状。肉色、透明。固定后，呈花瓣状，肉眼看不见卵粒，卵巢表面分布有微血管。宽约1厘米左右。处于初级卵母细胞小生长期。第Ⅲ期卵巢呈青灰色，肉眼已能分辨出卵粒，但互相粘连成团块，不能分离，固定后，呈海蜇头状。血管分布明显。宽度2厘米左右。初级卵母细胞处于大生长期卵黄开始积累阶段。第Ⅳ期卵巢体积增大，呈长囊状，充满整个腹腔，约占体重的15%～25%。卵巢膜出现粗血管，形成网状分布。卵粒充满卵黄，饱满，呈小米粒大小，置固定液中能游离脱落。一般为青灰色，或淡灰色或棕黄色。宽度在4～5厘米以上。初级卵母细胞处于大生长期卵黄充塞阶段，并增至最大体积，根据卵径大小和核的位置，本期可分为早、中、末三个阶段，早期卵径500微米左右，核在正中；中期卵径800微米左右，核稍偏位，移向动物极；末期卵径1000微米左右，核移向动物极一端。第Ⅴ期卵巢，卵从滤泡中排出，成为成熟卵。卵粒透明如玉，卵粒分离，进入卵巢腔，处于流动状态，轻压腹部，有卵粒从生殖孔流出。第Ⅵ期为产过卵不久或退化吸收的卵巢，卵巢中有过分成熟而未排出的卵，核消失，卵黄液化，放射膜增厚。卵巢松弛，表面充血，呈紫咖啡色。

精巢分期

第Ⅰ期精巢细线状，透明，紧贴鳔腹面两侧，肉眼不能区分雌雄。壶腹尚未形成，精原细胞分散在结缔组织之间，未显示固定排列，体积较大，直径约16微米，核径为9微米。第Ⅱ期精巢细带状，半透明，肉眼可以区分雌雄。精原细胞增多，不是分散，而是排列成束，壶腹形成，实心壶腹间有结缔组织分隔。第Ⅲ期精巢圆杆状，表面具弹性，血管明显，呈粉红色或淡黄色。实心壶腹中央出现管腔，壶腹壁由一层至多层的初级精母细胞组成的一束束的精小囊排成。第Ⅳ期精巢呈圆柱形，乳白色，表面有皱纹，血管分布明显。壶腹壁的精小囊由一群群的初级、次级精母细胞和精子细胞组成。往往以同型的细胞群成堆排列，呈现活跃的分化与分裂，易与其他各期区别，在有的精子囊中出现少数精子。第Ⅴ期精巢丰满，呈乳白色，已达完全成熟。表面凹凸不平，皱纹加深。精小囊和各壶腹中充满了成熟精子。此外，尚有精子细胞及变态不完全的精子。轻压鱼的腹部，有大量乳白色精液流出。第Ⅵ期为排精后的精巢，淡红色或粉红色，精巢枯萎，体积缩小，挤不出精液，精小囊壁只剩下结缔组织及少量的初级精母细胞和精原细胞，囊腔及壶腹中尚有残留的衰老的精子。

性周期

鱼类达到性成熟年龄之后，性腺即按季节发生周期性的变化，称为性周期。大多数鲤科鱼类性成熟后，每年繁殖一次，称为单周期产卵类型；有些鱼类如非鲫，只要温度适宜，营养条件得到满足，一年中可繁殖多次，称为多周期产卵类型。

鲢、鳙、草鱼、青鱼在性成熟前，卵巢只发育到第Ⅱ期，没有性周期变化。达到性成熟年龄后，冬季卵巢可由第Ⅱ期发育到第Ⅲ期，开春后即发育到第Ⅳ期，人工饲养的上述亲鱼在5～6月间经人工催情可达成熟和产卵（不经催情不能发育到第Ⅴ期）。产卵后或未经催情的卵巢，即行退化吸收，经过第Ⅵ期迅速回复到第Ⅱ期，越冬后卵巢再发育，进行周期性的循环。精巢成熟排精后，经第Ⅵ期回转到第Ⅲ期（相当于卵巢的第Ⅱ期）。开春后发育到第Ⅳ期，有的雄鱼已能挤出少量精液。一进入生殖季节，发育好的轻压腹部能挤出大量精液。排精后，秋冬季节，精巢中未排出的精子经退化吸收，再进入新的循环（见表）。

江浙地区鲢、鳙、草鱼、青鱼卵巢和精巢发育的周年变化表

性激素

鱼类性腺除了产生精子和卵子外，还是一种分泌性激素的内分泌腺体器官。卵巢的滤泡上皮细胞分化成鞘膜细胞和颗粒细胞，在双层细胞协同下，合成雌激素——17β-雌二醇和孕激素——17α-20β-双羟孕酮、孕酮以及雄激素——睾酮、雄烯二酮，有些鱼类的卵巢，还可以产生皮质类固醇激素。精巢中的间质细胞和小叶界细胞能分泌雄性激素——睾酮、11-酮睾酮。这些性激素的功能，不仅调节性腺的生长发育、性行为和第二性征的出现，而且通过其反馈作用，调节下丘脑释放激素和垂体促性腺激素的分泌，从而达到调控鱼类的繁殖。

鱼类的生殖是一个复杂的过程，它需要中枢神经和内分泌系统的调节。整个生殖过程的完成，依赖于下丘脑—脑垂体—性腺轴的相互协调和相互制约，分泌一些化学物质来进行调节和控制，使生殖生理活动协调一致，有规律、有节奏地进行。

脑垂体

脑垂体的结构和功能如下。

结构

鱼类脑垂体位于间脑腹面，由垂体柄与下丘脑紧密相连，悬垂在第三脑室底部。分腺垂体和神经垂体两部分。腺垂体起源于胚胎发生的口腔部；神经垂体起源于胚胎发生的脑部，两者的组织结构截然不同。神经垂体主要由下丘脑神经元的轴突组成，轴突纤维广泛分布于腺垂体内，使脑与腺垂体紧密地联系起来，传递由中枢神经系统下丘脑部分对腺垂体分泌机能的调节控制。腺垂体可分为前叶、间叶和后叶三个区。前叶靠近神经垂体的基部，在脑垂体的背面，有两种类型的细胞，大小比较一致，嗜酸性细胞占的比例多，嗜碱性细胞很少，间杂一些嫌色性细胞。这些细胞分泌促肾上腺皮质激素和催乳激素。间叶在腺垂体的中间部分，排列成索状的嗜碱性细胞分泌促甲状腺激素和促性腺激素。后叶（过渡叶）位于垂体顶端，垂体神经的分枝主要深入此叶，叶内嗜酸性细胞层多，分泌黑色刺激素。

激素功能

腺垂体各叶分泌的激素，与繁殖有关的有促性腺激素、促甲状腺激素、催乳激素和促肾上腺皮质激素等。

促性腺激素（GtH）。硬骨鱼类脑垂体中的GtH与哺乳类的促黄体生成激素（LH）和促滤泡成熟激素（FSH）分子结构相似。鱼类GtH是一种糖蛋白激素，分子量为30000道尔顿左右。与LH、FSH一样，也具有由α和β两个亚基所组成的两条氨基酸链。不同的鱼类，其GtH的氨基酸组成和排列顺序不尽相同，从而导致鱼类GtH具有种的特异性和生物活性的差异。一般采用分类上较接近如同属或同科鱼的脑垂体作催产剂，效果较显著，而不同目的鱼类脑垂体相互作用，效果就不明显。

GtH的功能主要有三个方面：①调节卵黄生成。首先在ConA-Ⅱ-GtH的作用下，促使卵母细胞的鞘膜细胞和颗粒细胞协同合作，提高血浆中雌二醇的水平，促进肝脏合成卵黄蛋白前体，转而进入血液，输入卵母细胞，并在ConA-l-GtH的作用下，转化成卵黄脂磷蛋白和卵黄高磷蛋白。②调节卵母细胞成熟和排卵，由GtH作用于滤泡膜双层细胞（鞘膜细胞和颗粒细胞），产生17α-20β-双羟孕酮（17α20βP），诱导卵母细胞最后成熟。当卵巢达到完全成熟和临近产卵时，GtH水平显著升高，达到一个释放高峰值，才使鲑科和鲤科鱼类排卵。③调节精子生成和排精。GtH先刺激精巢3β-羟甾脱氢酶的活性增强，然后促使雄激素的分泌，使其在血液中的浓度增高，转而影响精子的生成。排精包括精巢的水合作用以及精子从精小管中排入介质，精液变稀反应和排出等过程。

促甲状腺激素对鱼类繁殖的作用主要是促使甲状腺产生甲状腺素（T4）和三碘甲腺原氨酸（T3）。T3、T4在血液中浓度增高后，促使能量代谢旺盛，摄食量加大，加速营养物质在鱼体内的积累和贮备，以利于春季向性腺转化。另外，甲状腺激素分泌亦与洄游性鱼类的渗透压调节关系密切。

催乳激素对鱼类维持体液渗透压平衡有重要的作用。对一些洄游性鱼类的繁殖甚为重要。如鳗鲡、松江鲈等，在淡水中生长，催乳激素分泌旺盛，抑制了促性腺激素的分泌，卵母细胞发育停滞；当入海后，因渗透压的改变，催乳激素分泌减退，促性腺激素则分泌旺盛，促使卵母细胞发育成熟。

促肾上腺皮质激素能刺激肾间组织产生成熟类固醇激素，通过提高卵细胞对17α20βP作用的敏感性而间接促进卵母细胞最后成熟。

下丘脑

属于间脑的一部分。由其发出的神经轴突经垂体柄伸入腺垂体内，使两者紧密联系起来。下丘脑含有大量的核群，大都是控制垂体分泌激素的神经元。其中有两类核群对鱼类生殖功能的调节起着重要的作用。一类是视前核（NPO），另一类是结节外侧核（NLT）。NPO的轴突终止在神经垂体和腺垂体之间以及微血管附近，当神经冲动传递到末梢时，神经末梢贮存的神经激素开始释放，通过脉络丛，进入毛细血管，运送到靶细胞。有些鱼类的NPO神经纤维直接终止在腺垂体的分泌细胞上，进行直接调控。NLT的轴突直接终止到腺垂体间叶的分泌细胞上，并在连接处释放神经激素。由NPO和NLT释放的神经激素与鱼类繁殖密切相关的有两种：促性腺激素释放激素（Gonadotropin releasing hormone，GnRH）和促性腺激素—抑制激素（Gonadoropin release-inhibitory hormone，GnRIH）。这两种激素或者通过血液循环，或者由神经末梢直接传递，都能达到促进垂体释放或者抑制垂体释放促性腺激素。

哺乳动物下丘脑分泌的促黄体生成素释放激素（LRH），能促使脑垂体释放LH和FSH，从而进一步促进性腺发育成熟和精卵的排放（见图）。20世纪70年代初，羊下丘脑中分离纯化出LRH。其结构是十肽：焦谷氨酸、组氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、甘氨酸、亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、甘氨酰胺，分子量为1182道尔顿。中国利用人工合成的LRH对鲢、鳙、草鱼等催产获得成功，证明LRH具有相当于鱼类GnRH的生理功能。1974年中国又合成促黄体生成素释放激素类似物（LRH-A），其活性高，催产的效果更好。因此作为一种主要的鱼类催产剂，在生产中已普遍使用。LRH和LRH-A的生理功能有：①刺激鱼类垂体释放GtH。鲢、鳙和草鱼等经LRH或LRH-A注射后，垂体中嗜碱性GtH细胞出现明显的分泌颗粒排空的现象。同时血液中检测到GtH含量的高峰值，为注射前含量的20余倍；②刺激垂体合成GtH。草鱼注射LRH或LRH-A后，GtH细胞内团块状分泌颗粒迅速增多，显示出强烈的合成活动；③诱导排卵。天然和人工合成的LRH或LRH-A都能明显地诱导各种动物排卵。经注射LRH或LRH-A后，卵巢滤泡细胞中酶的活性产生了一系列的变化。如葡萄糖-6-磷酸酶、碱性磷酸酶、3β-羟甾脱氢酶、17α-羟甾脱氢酶、磷酸酶活性明显增强，这无疑与卵子的最后成熟和排卵有关；④诱导鱼卵成熟和精子生成。应用LRH-A低剂量多次注射方法，可持续诱导垂体GtH细胞合成和释放GtH。对性腺发育尚差的鲢、鳙和青鱼等，具有良好的催熟作用，使卵母细胞核象偏位显著，趋向同步成熟；对雄鱼能诱发增加精液量。

鱼类繁殖示意图