论文：高体中轴骨骼特性分析

高体中轴骨骼特性分析

胡 静，周胜杰，杨 蕊，方 伟，吴林玉，马振华

（1.中国水产科学研究院南海水产研究所/农业农村部南海渔业资源开发利用重点实验室，广东 广州 510300；2.三亚热带水产研究院，海南 三亚 572018）

鱼类骨骼系统是其摄食、游泳等生理行为的动力来源[19-20]，也是研究其分类学、遗传学的依据[21]。本文运用X光照射技术，结合生物消化作用对高体中轴骨骼构造作了详细描述和较深入的分析，以丰富该鱼生物结构基础科学数据，并为不同鱼类骨骼特性差异及骨骼、功能关联性研究提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 样品来源

1.2 样品处理

个体经相机 (Canon EOS 600D，日本) 拍照及生理数据称量后，用数字化移动式摄影X射线机(Modulo Easy, SMAM S.R.L.) 进行拍照处理，设定参数kVp (Kilovolt Peak，为X 光设备的输出能力)为40，mAs (mA×s，毫安和秒的乘积，为X 射线的剂量) 为3.2。X射线背景板[Pixium 3543 EZ，法国泰雷兹集团 (THALES)]。拍摄时，高体置于背景板之上，人站立于背景板之后避免辐射。从开机拍摄至拍摄完成控制时长30 s以内，拍完立即将高体放回水中。

图1 方斑东风螺对高体个体去肌肉、去内脏的消化处理Figure 1 Digestive treatment of S.dumerili of muscle and viscera removed by B.areolata

1.3 数据统计

2 结果

2.1 高体整体及脊柱骨骼结构

图2 高体X射线影像1.脊椎骨；2.上颌骨；3.下颌骨；4.脑颅；5.眼；6.腹腔；7.鳔；8.肋骨；9.胸鳍；10.背鳍；11.腹鳍；12.臀鳍；13.尾鳍；14.尾杆骨Figure 2 X-ray image of S.dumerili1.Vartebra; 2.Upper jaws; 3.Lower jaws; 4.Neurocranium; 5.Eye; 6.Abdominal cavity; 7.Bladder; 8.Ribs; 9.Pectoral fin; 10.Dorsal fin;11.Pelvic fin; 12.Anal fin; 13.Caudal fin; 14.Urostyle

图3 经方斑东风螺消化后高体中轴骨骼1.颌骨；2.脑颅；3.肋骨；4.髓棘；5.脉棘；6.尾杆骨Figure 3 Axial skeleton of S.dumerili after digestion by B.areolata1.Maxilla; 2.Neurocranium; 3.Ribs; 4.Neural spine; 5.Haemal spine; 6.Urostyle

2.2 高体头骨

图4 高体头骨图示a.筛区 (1.犁骨；2.侧筛骨；3.前筛骨；4.鼻骨；5.中筛骨)；b.眼区 (1.额骨；2.基蝶骨；3.翼蝶骨；4.副蝶骨)；c.耳区 (1.后耳骨；2.顶骨；3.蝶耳骨；4.上耳骨；5.翼耳骨；6.前耳骨)；d.枕区 (1-a.基枕骨截面；1-b.基枕骨侧面；2.侧枕骨；3.上枕骨)；e.围眶骨系(1.眶下骨；2.眶前骨；3.眶后骨；4.眶上骨；5.泪骨)；f.颌弓 (1.关节骨；2.腭骨；3.前颌骨；4.后翼骨；5.上颌骨；6.辅上颌骨；7.中翼骨；8.前翼骨；9.齿骨；10.隅骨；11.方骨)；g.舌弓和鳃弓 (1.舌颌骨；2.角舌骨；3.上舌骨；4.基舌骨；5.续骨；6.咽头悬着骨)；h.鳃盖骨系 (1.间鳃盖骨；2.下鳃盖骨；3.前鳃盖骨；4.鳃盖骨)Figure 4 Diagram of S.dumerili skulla.Ethmoidal region (1.Vomer; 2.Ectoethmoid; 3.Preethmoid; 4.Nasal; 5.Mesethmoid); b.Orbital region (1.Frontal; 2.Basisphenoid; 3.Alisphenoid;4.Parasphenoid); c.Otic region (1.Opisthotica; 2.Parietal; 3.Sphenotic; 4.Epiotic; 5.Pterotic; 6.Prootic); d.Occipital region (1-a.Basioccipitale bone cross section; 1-b.Basioccipitale bone side section; 2.Exoccipital bone; 3.Supraoccipital bone); e.Circumorbital series (1.Infraorbital bone;2.Preorbital bone; 3.Postorbital bone; 4.Supraorbital bone; 5.Lacrimal bone); f.Mandibular arch (1.Articular; 2.Palatine; 3.Premaxilla;4.Metapterygoid; 5.Maxilla; 6.Supramaxilla; 7.Metapterygoid; 8.Prepterygoid; 9.Alvenlus; 10.Angulare; 11.Quadrate); g.Hyoid arch and branchial arch (1.Hyomandibular; 2.Ceratohyal; 3.Epihyal; 4.Intrahyoid; 5.Symplecticum; 6.Suspensory branchial);h.Opercular series (1.Interoperculum; 2.Suboperculum; 3.Praeopercular; 4.Operculums)

2.3 高体中轴骨骼基本情况

表1 高体中轴骨骼Table 1 Axial skeleton statistics of S.dumeril

表1 高体中轴骨骼Table 1 Axial skeleton statistics of S.dumeril

部位Part组成Composition区位Region骨骼Skeleton数量Number合计Total头部 Head 脑颅+围眶骨系Neurocranium and circumorbital series筛区 Ethmoidal region 前筛骨 Preethmoid 1块 7块犁骨 Vomer 1块鼻骨 Nasal 1对中筛骨 Mesethmoid 1块侧筛骨 Ectoethmoid 1对眼区 Orbital region 额骨 Frontal 1对 6块副蝶骨 Parasphenoid 1块翼蝶骨 Alisphenoid 1对基蝶骨 Basisphenoid 1块耳区 Otic region 蝶耳骨 Sphenotic 1对 12块翼耳骨 Pterotic 1对前耳骨 Prootic 1对后耳骨 Opisthotica 1对顶骨 Parietal 1对上耳骨 Epiotic 1对枕区 Occipital region 侧枕骨 Exoccipital bone 1对 4块基枕骨 Basioccipital bone 1块上枕骨 Supraoccipital bone 1块围眶骨系 Circumorbital series 泪骨 Lacrimal bone 1对 10块 (5对)眶下骨 Infraorbital bone 1对眶后骨 Postorbital bone 1对眶上骨 Supraorbital bone 1对眶前骨 Preorbital bone 1对咽颅+鳃盖骨系Splanchnocranium and opercular series颌弓 Mandibular arch 前颌骨 Premaxilla 1对 24块 (12对)上颌骨 Maxilla 1对腭骨 Palatine 1对前翼骨 Prepterygoid 1对中翼骨 Mesopterygoid 1对后翼骨 Metapterygoid 1对方骨 Quadrate 1对齿骨 Alvenlus 1对关节骨 Articular 1对隅骨 Angulare 1对辅上颌骨 Supramaxilla 1对麦克尔氏软骨 Meckel's cartilage 1对

续表 1 to be continued

3 讨论

3.1 鱼类骨骼的研究方法

鱼类骨骼发育是个体分类学、遗传进化及器官功能研究的重要评价指标，其形态学是众多学者重点研究的课题，并形成了多样化的骨骼标本制作及观测技术，比较常用的方法有常规解剖法、micro-CT扫描技术、X光透视以及透明染色法等[22-25]。不同方法各有优劣，如X光透视具有操作简单、样品完整的优势，而对结构复杂的样品或部位 (如头骨) 其观测清晰度则无法达到预期效果。多数研究者认可的透明染色法，虽然效果良好，但由于操作复杂、技术精确性及流程周期长等因素，存在样品损坏风险。本文采用X光透射技术结合生态消化法，以X光照射所得整体影像为前提，进一步利用方斑东风螺进行消化分解，获得骨片，结合两者优势，满足观测清晰度的同时，又显著缩短了研究周期，确保了样品的完整性，为以鱼类为代表的相关物种的骨骼研究提供了新的方法和思路。

3.2 高体骨骼研究分类学意义

3.3 高体骨骼特征及其功能关系

鱼类内骨骼系统主要分为中轴骨骼和附肢骨骼，其基本功能是支撑身体、保持体型，保护柔软器官并配合肌肉产生各种形式的运动[33]。中轴骨骼中头骨结构复杂，包含脑颅 (及围眶骨系) 和咽颅(及鳃盖骨系)，其主要功能为包藏脑和嗅、视、听等感觉器官，是摄食、呼吸及消化等生理活动正常进行的重要结构[36]；硬骨鱼类脊柱由数量不等的椎骨前后连接构成，其功能主要表现为加强身体的活动力，保护神经、血管及内脏器官，阻止纵肌收缩，支持鳍条等[33]。Juanito等[37]研究表明，长颌拟飞鱼 (Parexocoetus mento) 脊椎骨、髓弓、脉弓对其起飞起着重要作用，尾下骨的愈合和尾上骨的延长确保了鱼体起飞时的平衡性；Ma等[19]研究表明卵形鲳鲹 (Trachinotus ovatus) 颌骨畸形严重影响了个体正常进食，进而引起大规模死亡现象；Gavaia等[38]研究发现塞内加尔鳎 (Solea senegalensis) 脊柱和尾骨发育开始于12～13日龄 (DPH, Day post hatch)，促进了个体底栖生活的适应性；卵形鲳鲹[39]、日本鬼鲥 (Inimicus japonicus)[40]、鳜 (S.chuatsi)[41]、刀鲚(Coilia nasus)[42]及黑鲷 (Acanthopagrus schlegelii)[20]的脊柱发育起点分别为7～9 DPH (标准长3.49～4.0 mm)、8 DPH (全长 5.7 mm)、6.4 mm NL (Notochord Length，脊索长)、11.5 mm NL及13 DPH(标准长 3.6～4.0 mm，NL 2.6～2.8 mm)，各鱼种脊柱发育时间与其所处环境息息相关，是自身生理功能调节的必然结果。

研究鱼类骨骼结构与生存环境间的关联性，可促进对个体生活习性的了解，有助于有效指导人工养殖工作[43]。对鲹科属鱼类骨骼发育的研究主要集中在黄尾和高体，其中研究较多的为黄尾[28-31]，其次为高体。Battaglene和Cobcroft[29]、Cobcroft等[31]、Ma 等[32]及 Kohno[30]分别对黄尾的颌骨和尾部骨骼的发育及畸形情况展开研究，结果表明仔鱼个体尾鳍、颌骨的正常发育是其摄食、游泳及避敌等功能运行的基本保障，黄尾发育最早阶段即可检测到米克尔氏软骨弯曲，其体长为4.78 mm时，鱼体开始出现软骨组织，10.10 mm时矿化完成；Laggis等[18]及Liu[17]对孵化后不同日龄的高体脊柱及鳍条发育观察结果显示，个体体长为4.6 mm时脊柱开始发育，于4.8 mm开始矿化、9.1 mm矿化完成，上下颌骨于15.9～21.8 mm即已发育完成，鳃盖骨于6.6 mm时开始硬化，鳍条于8.1 mm时开始硬化。对比其他鱼类骨骼发育学研究结果发现，鲹属在骨骼发育及适应性方面表现出显著的优势[44]。尽管如此，鱼类骨骼畸形尤其在人工养殖条件下是较为常见且几乎无法避免的，骨骼畸形对个体摄食、生长、存活及品质等均造成了消极影响，制约了产业健康发展，鱼类骨骼畸形及其致因研究对指导人工繁育养殖具有显著的实践意义[45]，目前尚未见有关高体骨骼畸形相关研究。本文研究对象高体分布广泛、适应性强，直观检测下其外形健壮饱满，X光影像显示其骨骼完全形成，结合生态消化后分节骨片观察，研究详细展示了样本头部及脊柱各部所有骨骼的基本形态特征，并通过与其他鱼类正常或畸形骨骼发育情况对比，表明该样本骨骼发育正常、无畸形，丰富了高体骨骼形态学数据，可为后续人工繁育养殖条件下个体骨骼畸形发生研究提供参照依据。