任永麗 聶竹蘭① 楊志軍 張 升 魏 杰
(1. 塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 阿拉爾 843300;
2. 新疆建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 阿拉爾 843300)
裂腹魚類屬于硬骨魚綱(Osteichthyes)、輻鰭亞綱(Actinopterygii) 、 鯉 形 目(Cypriniformes) 、 鯉 科(Cyprinidae)、裂腹魚亞科(Schizothpracinae),是僅生活在亞洲高原地區(qū)的特有經(jīng)濟(jì)魚類。裂腹魚亞科共有15個(gè)屬約100個(gè)種和亞種,中國(guó)約有11屬76個(gè)種和亞種(郭焱, 2012)。塔里木裂腹魚(Schizothorax biddulphi)是僅分布在新疆塔里木河水系的土著魚類,20世紀(jì)70年代以前,種群數(shù)量較大,占博斯騰湖漁獲物組成的80%左右(郭焱等, 2005)。由于受到性成熟晚、繁殖力低、生長(zhǎng)緩慢以及對(duì)生活環(huán)境要求較高等自身因素制約,加之近年來生態(tài)環(huán)境破壞和人為干擾等原因,導(dǎo)致塔里木裂腹魚棲息范圍不斷縮小、種群數(shù)量急劇下降。目前,僅在塔里木河水系的阿克蘇河、渭干河、葉爾羌河、和田河等有一定數(shù)量的分布(郭焱, 2012;郭焱等, 2005; 張人銘等, 2007; 馬燕武等, 2009)。塔里木裂腹魚于1998年被《中國(guó)瀕危動(dòng)物紅皮書》(魚類卷)收錄(樂佩琦等, 1998)。2004年又被列入新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)保護(hù)水生野生動(dòng)物名錄[新政發(fā)(2004)67號(hào)],成為塔里木河水系的瀕危保護(hù)魚類之一。
魚類的消化道為食物消化吸收的主要場(chǎng)所,直接關(guān)系到魚類的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等重要生命過程(樓允東, 1996)。因攝取食物種類的不同,不同魚類消化道的形態(tài)、組織結(jié)構(gòu)和機(jī)能也會(huì)有顯著差異。近年來,國(guó)內(nèi)外有關(guān)魚類消化系統(tǒng)組織學(xué)的研究報(bào)道較多,如劉亞秋等(2019)、曹瀟等(2018)、楊元昊等(2017)、趙子明等(2016)、趙向炯等(2017)、Shan 等(2016)和Bo?ina 等(2017)分別對(duì)斑鳠(Mystus guttatus)、黑鱾(Girella leonine)、蘭州鲇(Silurus lanzhouensis)、中華刺鰍(Sinobdella sinensis bleeker)、花鱸(Lateolabrax japonicas)、魚(Miichthys miiuy)和頜針魚(Belone belone)等消化系統(tǒng)組織進(jìn)行了研究,均表明,魚類消化道的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。因此,研究魚類消化道的形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)特征可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和探討其攝食、消化和吸收機(jī)制(徐革鋒等, 2009)。目前,有關(guān)塔里木裂腹魚消化系統(tǒng)的研究在國(guó)內(nèi)外均未見報(bào)道。本研究對(duì)塔里木裂腹魚消化道的外部形態(tài)及組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,旨在闡明該魚消化系統(tǒng)的基本特征,進(jìn)一步豐富塔里木裂腹魚的生物學(xué)研究?jī)?nèi)容,為其食性分析及餌料開發(fā)提供理論依據(jù)。
2018 年7 月采用拖網(wǎng)與刺網(wǎng)相結(jié)合的方法,于新疆維吾爾自治區(qū)若羌縣車爾臣河共捕撈塔里木裂腹魚16 尾,全長(zhǎng)為(269.0±36.8) mm,體質(zhì)量為(110.0±48.3) g,暫養(yǎng)于實(shí)驗(yàn)室水族箱中,暫養(yǎng)期間饑餓以排空腸胃。
塔里木裂腹魚暫養(yǎng)36 h,待其消化道內(nèi)食物及糞便排空后,隨機(jī)選取10尾進(jìn)行解剖,實(shí)驗(yàn)魚解剖前均呈健康活潑的狀態(tài)。打開體腔后,對(duì)消化道和消化腺的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察并拍照;依次取出口咽腔、食道、腸(腸的前、中、后分界根據(jù)粗細(xì)和盤曲程度來分,直腸取自泄殖腔前)以及肝臟、胰臟等;常溫固定于波恩氏液36 h后,保存于70%酒精中;按照常規(guī)組織學(xué)實(shí)驗(yàn)方法制作石蠟切片,切片厚度為4~7 μm,HE染色,中性樹膠封片,最后,在萊卡顯微鏡明美拍照系統(tǒng)下觀察并拍照。
消化道組織學(xué)測(cè)定包括黏膜層褶皺高度、黏膜層褶皺寬度、黏膜下層厚、環(huán)肌層厚、縱肌層厚、漿膜層厚以及杯狀細(xì)胞的相對(duì)密度。測(cè)定方法參照陳國(guó)華等(2010),使用Image J 對(duì)圖片進(jìn)行處理,并采用Excel和SPSS 22 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。
塔里木裂腹魚消化系統(tǒng)由消化道與消化腺組成。消化道包括口咽腔、食道、前腸、中腸、后腸和直腸;消化腺主要為肝臟和胰臟(圖1.1)。
塔里木裂腹魚屬下位口,呈馬蹄形,唇光滑??诹演^寬。鰓耙較短且間距較大,能夠起到聚集和吞咽食物的作用??趦?nèi)不具頜齒、口腔齒和游離的舌頭,但口咽腔內(nèi)具咽齒,其齒式為2.3.5/5.3.2,咽齒呈柱狀,頂端較尖,且具鉤(圖1.2)。口腔上壁有較平緩的縱褶。食道較短,位于口咽腔與腸之間,管壁由大量的橫紋肌組成,具有較好的彈性。食道內(nèi)表面有許多縱行排列的黏膜褶,當(dāng)吞咽食物時(shí)可借助黏膜褶擴(kuò)大或縮小食道的孔徑。塔里木裂腹魚無(wú)胃,腸與食道緊接,盤曲在腹腔內(nèi),腸道回折處較其他部位細(xì),故將其腸道分為前腸、中腸、后腸和直腸4 部分(圖1.3)。由食道后緣至腸道第1 回折之間為前腸,第1 回折至第2 回折之間為中腸,中腸下行為后腸,相對(duì)前腸短而細(xì),無(wú)盤曲,連接肛門與外界相通的部分為直腸。腸道通過發(fā)達(dá)的腸系膜與腹腔壁相連,腸系膜上有大量的脂肪包裹腸壁,腹膜為黑色。塔里木裂腹魚肝臟與胰臟是分離的,肝臟呈粉色,側(cè)面觀為近似三角形的分葉實(shí)體器官,表面覆蓋漿膜,結(jié)締組織較少,有豐富的血管分布。胰臟緊貼腸系膜且其顏色比肝臟稍深一些。膽囊橢圓形,體積較大。
塔里木裂腹魚消化道不同部分的組織形態(tài)指數(shù)見表1。前腸的黏膜褶皺高度最大,為(636.74±200.65) μm,直腸最小,為(244.95±85.16) μm。后腸的黏膜褶皺寬度最大,為(163.58±65.85) μm;直腸的黏膜褶皺寬度最小,為(74.91±10.29) μm。食道的黏膜下層厚度最大,為(444.60±66.63) μm;前腸的黏膜下層厚度最小,為(32.50±9.73) μm。食道的環(huán)肌層和縱肌層厚度最大,分別為(676.25±118.10) μm 和(195.56±27.31) μm;直腸處最小,分別為(36.82±9.90) μm 和(25.90±5.60) μm。后腸漿膜層厚度最大,為(49.05±4.95) μm,前腸漿膜層厚度最小,為(10.20±2.59) μm。消化道內(nèi)食道的杯狀細(xì)胞數(shù)量最多,為(12.50±0.85)/100 μm;而腸道中杯狀細(xì)胞的密度由前腸至直腸依次增大,最小為(5.00±1.70)/100 μm,最大為(10.20±3.91)/100 μm。前腸與直腸相比,黏膜褶皺更高,縱肌層和漿膜層更厚,差異極顯著;直腸與消化道其他部位相比,黏膜褶皺寬度更小,環(huán)肌層更薄,差異顯著;食道的黏膜下層最厚,為(444.60±66.63) μm,與前腸、中腸和直腸差異極顯著;食道的杯狀細(xì)胞數(shù)量最多,與前腸差異極顯著。
消化道的一般組織結(jié)構(gòu)為4 層,即黏膜層、黏膜下層、肌肉層和漿膜層,但口咽腔的組織結(jié)構(gòu)僅分為3 層,即黏膜層、黏膜下層和肌肉層。黏膜層由黏膜上皮和固有膜構(gòu)成,缺少黏膜肌,因而固有膜與黏膜下層間區(qū)別不顯著。黏膜下層由疏松結(jié)締組織構(gòu)成,其下則為肌肉層。漿膜層比較薄,主要由結(jié)締組織和單層扁平上皮構(gòu)成。各部分消化道的差異主要表現(xiàn)在皺褶高度、褶皺寬度、黏膜上皮細(xì)胞的類型、杯狀細(xì)胞的數(shù)量、肌層的構(gòu)造和肌肉組織的厚度等方面,具體如下:
表1 塔里木裂腹魚消化道組織形態(tài)指數(shù)(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,口咽腔壁的組織結(jié)構(gòu)主要由黏膜層、黏膜下層和肌肉層組成。口腔黏膜有較為平緩的褶皺。黏膜層由黏膜上皮和固有膜構(gòu)成,缺少黏膜肌層。復(fù)層扁平上皮組成的黏膜上皮中含有大量黏液細(xì)胞及少量杯狀細(xì)胞,黏液細(xì)胞的形態(tài)多樣,有圓形、橢圓形、梭形等(圖2.1)。黏膜上皮的下層為致密結(jié)締組織形成的固有膜,其向上隆起形成乳頭狀支撐味蕾,味蕾呈壺狀貫穿于整個(gè)黏膜上皮(圖2.2)。黏膜層之下為橫紋肌,排列松散而不規(guī)則。
圖2 塔里木裂腹魚消化管組織結(jié)構(gòu)Fig.2 Tissue structure of digestive tract in S. biddulphi
食道黏膜向腔面形成乳頭狀突起的褶皺,黏膜表面為復(fù)層扁平上皮,大量黏液細(xì)胞分布于黏膜褶兩側(cè),固有膜是一層薄的致密結(jié)締組織,纖維纖細(xì)且緊密,其間毛細(xì)血管豐富(圖2.3)。黏膜下層為疏松結(jié)締組織,連接黏膜與肌層。肌層為圍繞管壁呈連續(xù)性排列的橫紋肌,且環(huán)肌層比縱肌層發(fā)達(dá),兩肌層間可見肌間神經(jīng)叢(圖2.4)。漿膜層由薄的結(jié)締組織及其外面的間皮組成。
前腸的黏膜層向腸腔突起,形成大量細(xì)長(zhǎng)而密集的腸絨毛,數(shù)量為14~20 個(gè)(圖2.5)。中腸可見分支的次級(jí)黏膜褶皺,腸絨毛為14~18 個(gè)(圖2.6)。后腸、直腸黏膜褶皺高度逐漸降低,出現(xiàn)彎曲,形態(tài)近似三角形,并呈現(xiàn)較多的次級(jí)黏膜褶(圖2.7)。黏膜上皮主要由單層柱狀上皮細(xì)胞構(gòu)成,細(xì)胞核位于基部,細(xì)胞質(zhì)被染成紅色;游離端紋狀緣明顯,由前腸至直腸排列逐漸稀疏(圖2.8)。杯狀細(xì)胞散在單層柱狀上皮細(xì)胞間,細(xì)胞核位于杯底(圖2.9),由前腸至直腸密度逐漸增大。固有膜為致密結(jié)締組織,可見豐富的血管和平滑肌細(xì)胞(圖2.10),未發(fā)現(xiàn)腸腺。腸道的黏膜下層由疏松結(jié)締組織構(gòu)成,其間有血管分布(圖2.11),其中,后腸黏膜下層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于腸道其他部位。腸道的肌層由2 層平滑肌組成,內(nèi)層為環(huán)肌,外層為縱肌,兩肌層間含有少量疏松結(jié)締組織,其間可見神經(jīng)叢(圖2.12),其厚度由前腸至直腸逐漸減少。腸的最外層為漿膜層。
肝臟分為實(shí)質(zhì)和間質(zhì)。間質(zhì)部分為結(jié)締組織,深入實(shí)質(zhì),將實(shí)質(zhì)分成一個(gè)個(gè)小葉,稱為肝小葉。實(shí)質(zhì)部分主要為肝細(xì)胞,肝細(xì)胞近似卵圓形,排列緊密,圓形或卵圓形的單個(gè)細(xì)胞核位于細(xì)胞中央,每個(gè)核有1~2 個(gè)核仁。由于深入實(shí)質(zhì)的結(jié)締組織較少,故肝小葉不明顯。肝小葉中的中央靜脈形狀不規(guī)則,但較為清晰,肝細(xì)胞排列緊密,基本以中央靜脈為中心呈放射狀分布,此即肝細(xì)胞索(圖3.1);相鄰肝細(xì)胞索之間為肝血竇,相互吻合連成網(wǎng)狀管道,其竇壁主要由內(nèi)皮細(xì)胞組成;血竇間有少量形狀不規(guī)則的肝巨噬細(xì)胞和紅細(xì)胞;血竇內(nèi)皮與肝細(xì)胞之間圍成狹小的竇周隙也稱為狄氏間隙(圖3.2)。肝門管區(qū)不典型,但可見伴行的小葉間膽管和小葉間靜脈,小葉間膽管由單層立方上皮細(xì)胞組成,核大且位于細(xì)胞中央;小葉間靜脈管壁薄,管腔較大,呈圓形或橢圓形(圖3.3)。
圖3 塔里木裂腹魚消化腺組織結(jié)構(gòu)Fig.3 Tissue structure of digestive gland in S. biddulphi
塔里木裂腹魚的胰臟并沒有像其他鯉科魚類一樣嵌在肝臟內(nèi),而是獨(dú)立的結(jié)構(gòu),除了在腸系膜中出現(xiàn)以外,并沒有在其他組織中發(fā)現(xiàn)(圖3.4)。結(jié)締組織伸入胰臟實(shí)質(zhì),將腺體分成若干小葉。塔里木裂腹魚的胰腺呈濾泡狀,胰腺細(xì)胞呈錐形或低柱狀,細(xì)胞核圓形且較大,細(xì)胞質(zhì)中含有大量紫紅色顆粒物質(zhì);泡心細(xì)胞相對(duì)較小,且染色較淺(圖3.5)。胰小葉間中央靜脈明顯,且靜脈中可見大量橢圓形有核的紅細(xì)胞(圖3.6),未見胰島。
塔里木裂腹魚為淡水底棲魚類,其食物組成以絲狀藻類和有機(jī)碎屑等為主,偶見水生昆蟲、底棲無(wú)脊椎動(dòng)物和小雜魚類,為雜食性偏植食性魚類(聶竹蘭等, 2010)。由于魚類消化道的形態(tài)結(jié)構(gòu)隨種屬、食性、生活環(huán)境的不同而存在差異(趙彥花等, 2019),為與其食性相適應(yīng),塔里木裂腹魚消化系統(tǒng)有其明顯特征:塔里木裂腹魚為下位口,并具有發(fā)達(dá)的吻須和頜須,便于攝食底棲藻類以及尋找食物;其口內(nèi)不具頜齒、口腔齒和游離舌,但有較為發(fā)達(dá)的咽齒,其頂端較尖且呈鉤狀,咀嚼面寬,與其攝食藻類兼食無(wú)脊椎動(dòng)物相適應(yīng),同季強(qiáng)(2008)對(duì)拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsis younghusbandi)以及方靜等(1994)對(duì)齊口裂腹魚(Schizothorax prenanti)的研究結(jié)果一致,這也進(jìn)一步證實(shí)塔里木裂腹魚為雜食偏植食性魚類。食道粗而短,管壁厚,彈性好,起到輸送食物的作用。塔里木裂腹魚為無(wú)胃魚,其腸起始于食道后方,終止于肛門。關(guān)于無(wú)胃魚腸道的分段,不同學(xué)者有不同的觀點(diǎn),McVay等(1940)將腸道分為腸球和腸本部2部分;林浩然(1962)則認(rèn)為食道之后即為腸,無(wú)分段必要;而倪達(dá)書等(1963)將腸管分為前、中、后3部分。本研究參照倪氏分段法以及根據(jù)塔里木裂腹魚自身腸道彎曲,將腸管分為前腸、中腸、后腸和直腸4段。根據(jù)顯微測(cè)量結(jié)果以及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)各腸段的黏膜褶皺高度、黏膜褶皺寬度、黏膜下層厚度、環(huán)肌層高度、縱肌層高度、漿膜層厚度以及杯狀細(xì)胞的分布密度,均存在較為明顯的差異,故本研究結(jié)果支持該分段方法。塔里木裂腹魚腸較細(xì)長(zhǎng),前腸膨大,復(fù)雜彎曲,這與雜食性和植食性的無(wú)胃魚通過增加腸道的長(zhǎng)度進(jìn)而增加吸收面積相適應(yīng)(陳國(guó)華等, 2010)。肝胰臟是魚類的主要消化腺以及重要的代謝器官,而塔里木裂腹魚的肝臟和胰臟是分開的,這與其他鯉科魚類胰臟彌散分布于肝臟的結(jié)構(gòu)有很大的區(qū)別(謝從新, 2010)。肝臟和胰臟結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性和完善性在一定程度上體現(xiàn)了動(dòng)物由低等向高等進(jìn)化的趨勢(shì)(庹云等, 2019)。正如海薩·艾也力汗等(2014)在研究新疆裂腹魚的系統(tǒng)分化關(guān)系中得出的結(jié)論那樣,扁吻魚(Aspiorhynchus laticeps)并未形成獨(dú)立分支,而是與塔里木裂腹魚、厚唇裂腹魚(Schizothorax irregularis)、齊口裂腹魚、瀾滄裂腹魚(Schizothorax lantsangensis)以及扁嘴裂腹魚(Schizothorax esocinus)聚在一起,主要區(qū)別在于須的對(duì)數(shù),并推測(cè)扁吻魚可能是裂腹魚屬的特化物種,故推知塔里木裂腹魚消化腺的結(jié)構(gòu)也可能是相對(duì)于其他裂腹魚屬魚類進(jìn)化產(chǎn)生的結(jié)果。肝臟分泌的膽汁儲(chǔ)存在膽囊中,通過膽管輸入前腸,塔里木裂腹魚的膽囊較大,能夠分泌大量膽汁,推測(cè)該魚具有較強(qiáng)的攝食能力。
塔里木裂腹魚口咽腔黏膜上層細(xì)胞中不僅含有味蕾和少量杯狀細(xì)胞,還具有大量的黏液細(xì)胞,進(jìn)食時(shí)能夠分泌黏液,起到潤(rùn)滑食物便于吞咽的作用。食道內(nèi)具有許多黏膜褶,吞咽食物時(shí)可通過黏膜褶的擴(kuò)大或者縮小來調(diào)整食道大小,使其免受損傷;黏膜上皮間有大量黏液細(xì)胞分布,黏液細(xì)胞較大,而且散布較為密集,可知進(jìn)食時(shí)會(huì)分泌大量黏液,與食道內(nèi)的食物混合成食糜團(tuán),便于吞咽;食道肌層環(huán)形肌的厚度高于縱行肌,在環(huán)肌波動(dòng)收縮的推動(dòng)下,食物能夠快速地通過食道。塔里木裂腹魚腸腔內(nèi)分布有大量的腸絨毛以及后腸、直腸出現(xiàn)的大量次級(jí)腸絨毛,極大地增加了腸道的消化吸收面積,同時(shí),能夠?qū)⑹趁釉谀c道內(nèi)的時(shí)間延長(zhǎng),增大對(duì)食物的吸收效率。腸絨毛的高度自前腸至直腸逐漸降低,說明腸道從前往后對(duì)食物的消化吸收能力逐漸減弱,這一特點(diǎn)與黃自豪等(2015)對(duì)大鰭異(Creteuchiloglanis macropterus)的消化系統(tǒng)的研究結(jié)果一致。塔里木裂腹魚腸道黏膜上皮細(xì)胞的游離面具有較為明顯的紋狀緣,其有增加表面吸收面積的作用。整個(gè)腸道的上皮細(xì)胞中還分布有大量的杯狀細(xì)胞,能夠分泌黏液,起到潤(rùn)滑、保護(hù)以及吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)大分子等的作用(Arellano et al, 2002;McGuckin et al, 2011)。杯狀細(xì)胞的數(shù)量由前腸至后腸逐漸增多,與齊口裂腹魚、重口裂腹魚(Schizothorax davidi)(方靜等, 1994)、大鰭異(黃自豪等, 2015)、稀有鯽(Gobiocypris rarus)(王永明等, 2013)、大眼鱖(Siniperca kneri)(蒲德永等, 2013)等一致,前腸和中腸的杯狀細(xì)胞數(shù)量相對(duì)于后腸較少,可減緩食物向后運(yùn)動(dòng),使之能夠被慢慢吸收;后腸和直腸的杯狀細(xì)胞密度較高,可分泌大量的黏液,利于排便。腸道固有膜中分布的大量血管能夠迅速運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)成分至全身,而其分布的少量平滑肌細(xì)胞通過引起絨毛的收縮運(yùn)動(dòng),更加有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸。前腸的肌層相對(duì)于腸道其他部位較厚,有助于加強(qiáng)腸道蠕動(dòng),利于食物與黏液的充分接觸;后腸和直腸的肌層則有助于食物殘?jiān)呐懦觯娱g分布的神經(jīng)叢也具有調(diào)節(jié)肌層運(yùn)動(dòng)的功能。
由于塔里木裂腹魚肝臟的間質(zhì)伸入到實(shí)質(zhì)的結(jié)締組織較少,以及中央靜脈與肝細(xì)胞板不整齊的排列方式等原因,致使肝臟小葉構(gòu)造不明顯,且肝門管區(qū)不典型,與海鰻(Muraenesox cinereus)(謝嘉華等, 2007)和斑鱖(Siniperca scherzeri)(熊洪林等, 2009)等相似。肝臟內(nèi)部結(jié)締組織間毛細(xì)血管豐富,與黑鱾(Girella leonina)(曹瀟等, 2018)、青彈涂魚(Scartelaos virids)(曹伏君等, 2013)等一致。胰腺細(xì)胞體積較大,且核仁大而明顯,說明細(xì)胞功能比較活躍;細(xì)胞質(zhì)中大量的深色顆粒物質(zhì)與波紋唇魚(Cheilinus undulates)(陳國(guó)華等, 2010)和翹嘴鲌(Culter alburnus)(熊洪林,2006)胰臟的組織特點(diǎn)一致,故推測(cè)其可能是酶原顆粒,說明胰腺細(xì)胞具有旺盛的分泌功能,能更好地分解蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物,胰小葉中大量的靜脈血管也從側(cè)面表明胰腺具有較強(qiáng)的分泌和運(yùn)輸功能。
綜上所述,塔里木裂腹魚消化系統(tǒng)所具有的這些特征,與其雜食性偏植食性的食性特征相適應(yīng)。