鱼类精液超低温冷冻保存的研究展望

精液的超低温冷冻保存是从上世纪50年代开始的，此项技术发展至今已取得很大成就。国外学者的工作主要集中在冷水性鲑鳟鱼类及某些海水鱼上，而国内以研究四大家鱼及其他淡水鱼类精液的超低温保存居多，只有少数学者研究如真鲷、黑鲷、花鲈、大弹涂鱼等海水鱼类精液的超低温保存。本文就开展鱼类精液冷冻保存研究的意义、鱼类精子超低温保存的基本生物学原理，及有关鱼类精液冷冻保存的研究现状等作一综合评述。     

点带石斑鱼的精子活力及超低温冷冻前后精子超微结构的比较

研究了盐度、pH对点带石斑鱼(Epinephelus malabaricus)精子活力的影响;同时对超低温冷冻前后点带石斑鱼精子的超微结构进行了比较观察。研究结果表明:(1)该鱼精子活力的适宜盐度范围为15-35,盐度为15时,精子寿命最长为26 min;最适pH值范围为6.5-8.0,当pH值为7.5时,精子的寿命最长为4 min;(2)超低温冷冻保存前,正常的点带石斑鱼精子由头部、中段和尾部3部分组成,精子头部呈球圆形或近圆形,直径约1.8 m;中段不明显,可见线粒体;鞭毛细长,约15 m,尾部主要结构是轴丝,为典型"9+2"微管结构;(3)超低温冷冻保存后,点带石斑鱼精子的形态结构损伤明显,主要表现为质膜褶皱、破裂,细胞质外漏,线粒体膨胀破损,脱落和鞭毛断裂等特征。     

超低温保存前后太平洋牡蛎精子(Crassostrea gigas (Thunberg))超微结构观察

应用扫描电镜和透射电镜技术 ,研究超低温冷冻前后太平洋牡蛎精子形态与超微结构。结果发现 ,受伤精子被膜肿胀、皱褶、破裂 ;顶体变形、囊泡化 ,顶体膜肿胀、局部断裂 ;核膜肿胀、破裂 ,核空泡化 ;线粒体嵴变形、消失 ,基质电子密度降低 ,结构模糊 ;精子鞭毛被膜膨胀 ,鞭毛自精子基部或主、末段断裂。结果表明 ,超低温冷冻和升温解冻 ,对牡蛎精子的膜结构损伤严重 ,导致精子活力和受精能力下降     

大黄鱼精液的高效超低温保存

采用2 mL的冷存管和程序降温仪高效超低温保存大黄鱼(Pseudosciaena croce)精液。分析比较了5种不同浓度抗冻剂(二甲基亚砜、乙二醇、丙二醇和甘油和甲醇)、3种降温速率(10,20和30℃/min)和2种解冻温度(28℃和43℃)对大黄鱼精液超低温保存效果的影响。实验结果表明,采用Hanks’作为稀释液,10%～20%甘油或10%DMSO作为抗冻剂,20℃/min的降温速率对精液进行超低温保存43℃水浴解冻,冻精激活后获得理想的运动率(76.6%±11.4%～80.0%±12.6%),而且对10%甘油保存的冻精进行人工授精实验获得了与新鲜精液相似的受精率和孵化率。     

赤点石斑鱼精子的超低温冷冻及短期保存

对赤点石斑鱼(Epinephelus akaara)精子的激活特点、超低温冷冻方案筛选、短期保存、受精实验等方面进行了研究。结果表明：水温25℃、比重为1.018的海水对赤点石斑精子具有最佳的激活效果,活力为(82.50±4.18)%;在进行超低温冷冻时,选择距离液氮面7 cm的高度进行降温,获得冻后活力为(65.83±3.76)%,显著高于1、3、15 cm 的处理组(P<0.0001),利用冻存液 B(含30 g/L 海藻糖、10%DMSO 的生理盐水)冻存赤点石斑精子,冻精活力为(67.92±3.96)%,显著高于另外两种冻存液(P<0.05);通过优化的方案(冻存液B,7 cm高度)冻存得到精子可获得较好的受精效果,受精率为(74.55±4.31)%,而相应的鲜精受精率可达(87.42±4.63)%,二者间的差异具有显著性(P=0.017);短期保存的结果表明,赤点石斑鱼精子在4℃环境中保存约两周后活力降低为0。     

美洲黑石斑精子超低温保存研究

作者采用2 mL 的冷存管和程序降温仪高效超低温保存美洲黑石斑(Centropristis striata L.)精子.分析比较了4种不同浓度抗冻剂15%DMSO(二甲基亚砜)、15%EG(乙二醇)、15%PG(丙二醇)和10%Meth(甲醇),5种降温速率(10,15,20,25,30℃/min)和5种解冻温度(30,35,40,45,50℃)对美洲黑石斑精子超低温保存效果的影响.实验结果表明,采用 Hanks’作为稀释液,15% DMSO、15% EG、15% PG 作为抗冻剂,30℃/min 的降温速率对精液进行超低温保存35℃水浴解冻,冻精激活后获得理想的运动率(>60%).通过对抗冻剂、降温速率、解冻温度的筛选,作者建立了美洲黑石斑精液高效超低温保存的方法,并对冻精进行长期保存.美洲黑石斑精子超低温保存方法的建立对于海水鱼类精子库的建立以及种质资源的保存和生物多样性的保护具有重要意义.     

红鳍东方鲀精子超低温保存前后的超微结构观察

应用透射电镜技术,研究超低温保存前后红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)精子的超微结构。观察发现,受冷冻损伤精子的被膜膨胀、破裂、脱落;线粒体内嵴变形,结构模糊,甚至消失;鞭毛在基部或主段、末段断裂,或被膜膨胀脱落。结果表明,经超低温保存后,部分红鳍东方鲀精子由于膜结构及鞭毛轴丝损伤导致精子活力下降。     

太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)精液的超低温保存研究

筛选了六种抗冻保护剂(GLY[甘油],DMSO[二甲基亚砜],PG[丙二醇],EG[乙二醇],DMA[二甲基乙酰胺],MeOH[甲醇])及其五种不同浓度(6%,8%,10%,12%,14%,V/V)、三种稀释液(HBSS溶液,人工海水[ASW],过滤海水[FSW])、四种稀释比例(1︰1,1︰2,1︰4,1︰6)、三种添加剂(蔗糖,葡萄糖,海藻糖)、三个分步降温程序(程序A,程序B,程序C)对太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)精液冷冻保存的影响,成功建立了太平洋牡蛎精液超低温保存方法:以10%DMSO为抗冻保护剂,HBSS溶液为稀释液,1:4的稀释比例,添加海藻糖,采用分布降温法冷冻保存太平洋牡蛎的精液,37°C水浴解冻后精液运动率达到71.27%±3.24%,显著高于其它实验组(P0.05),受精率和孵化率分别达到95.04%±1.99%、93.33%±1.33%,与鲜精(88.89%±15.16%,94.90%±0.95%)、程序冷冻前精液(95.96%±2.15%,92.67%±14.83%)差异不显著(P0.05),证明该太平洋牡蛎精液超低温保存方法可以应用于生产实践和科学研究中。     

超低温保存时间与抗冻剂浓度对真鲷精子质量的影响

研究了不同浓度的抗冻剂二甲基亚砜（DMSO）和不同保存时间对真鲷（Pagrus major）冻精质量的影响。试验结果表明,DMSO体积分数和保存时间对冻精的受精率、孵化率影响显著。15％二甲基亚砜作为抗冻剂保存10～60d的冻精受精率、孵化率与鲜精无差异,而保存360d的冻精受精率、孵化率开始出现下降。12％,18％,21％DMSO保存60d的冻精受精率差异不显著,均高于90％,而对于保存360d的冻精受精率、孵化率均显著地降低。     

超低温保存后大菱鲆(Scophthalmus maximus)精子的生理活性及其超微结构研究

采用计算机辅助分析和电子显微镜方法, 对大菱鲆(Scophthalmus maximus)精子生理活性(运动率、运动速度和寿命)和超微结构进行观察, 研究其精子经超低温保存后质量变化情况, 得到了新鲜精子的路径速度[(101.91±9.30)?m/s]、运动率(88.30%±2.62%)和寿命[(368.00±111.50)h], 以及冷冻精子的路径速度[(76.78±8.49)?m/s]、运动率(65.60%±4.76%)和寿命[(120.00±12.00)h]。结果表明, 新鲜精子的生理特性好于冷冻精子。同时通过电镜去进行超微结构分析, 发现大菱鲆精子经过超低温保存后, 40%—60%的精子基本保持正常的形态结构, 其余精子遭受不同程度的机械损伤。其中膜损伤为主要损伤, 损伤精子中60%—70%带有膜损伤。推测大菱鲆精子在冷冻解冻过程中遭受到的机械损伤可能是导致冻精生理活性显著下降的主要原因。     

小黄鱼(Larimichthys polyactis)精子的生理特性及超低温冷冻保存研究

为了解养殖小黄鱼精子的生理特性及超低温冷冻保存效果,用计算机辅助精子分析系统(CASA)检测了小黄鱼精子的运动参数及盐度、pH、葡萄糖、离子等环境因子的变化对其精子活力的影响;探究了稀释液、抗冻剂、稀释比及降温高度等对精子冷冻保存效果的影响。结果显示:小黄鱼精液的精子密度为(6.92±1.20)×109/mL。精子经自然海水激活后,运动率、运动时间及寿命分别为(59.31±4.85)%、8.44±0.87min及12.20±0.50min,直线运动速率(VSL)、曲线运动速率(VCL)及平均路径运动速率(VAP)分别为11.96±5.21、25.38±7.19和22.33±6.88μm/s。精子运动适宜的盐度范围为25—30、适宜的pH范围为7.5—8.5,精子在盐度25或pH8.0的海水中活力较好。精子激活效果较好的葡萄糖浓度为0.7—0.9mol/L;浓度0.9mol/L时,精子活力较好。精子激活效果较好的KCl、NaCl、MgCl2及CaCl2溶液浓度分别为0.4—0.5、0.4—0.6、0.7—1.0和0.2—0.3mol/L;精子在KCl及CaCl2溶液中活力相对较差,运动率等参数显著低于对照组;精子在不同人工海水中的运动率显著低于自然海水中的运动率,但精子在单一离子缺陷型人工海水及全人工海水中的运动率无显著差异。以0.25mL麦细管为冻存管, 6种稀释液、不同浓度的4种抗冻剂、5种稀释比及5种降温高度对小黄鱼精子冷冻保存效果的影响试验发现,以HBSS液1︰3稀释精液,添加10%DMSO及15%PG为抗冻剂,液氮面上3.5cm处降温5min后投入液氮中保存效果较好,冻精解冻后运动率达(43.57±2.59)%及(43.06±6.77)%。     

海月水母(Aurelia aurita)精巢发育及精子的超微结构

采用组织切片、扫描电镜和透射电镜技术研究了海月水母(Aurelia aurita)精巢发育过程及精子显微结构。结果表明:(1)海月水母精巢发育分为四个阶段,即增殖期、生长期、成熟期和排放期;海月水母精巢位于马蹄形胃腔内部,由两层外膜包裹的大量长圆形滤泡组成,性成熟后,滤泡内部充满精子,之后成熟精子汇集于滤泡腔排出体外。(2)海月水母精子全长约33.62μm,为原生型精子;精子头部呈长尖辣椒状,具顶体,核膜与质膜空隙较大,充满细胞质;精子中部主要由中心粒复合体和线粒体组成,且具有袖套结构,袖套内膜与鞭毛质膜相互融合,近端中心粒与基体垂直排列,基体的长轴与精子长轴平行,向后延伸形成尾部轴丝,线粒体以4个居多,呈圆环状排列,线粒体脊较明显;精子尾部细长,由质膜和轴丝组成,轴丝横切面为典型的"9+2"结构。     

黄海大头鳕(Gadus macrocephalus)种群特征的年际变化

根据1999—2002年和2007—2009年各年冬季共7个航次的底拖网调查资料,对黄海大头鳕的种群特征及其年际变化进行了研究。结果表明,大头鳕种群相对密度升高,优势年龄由1龄组升高到3龄组,雌性性成熟比例升高;两个调查阶段大头鳕的体长-体重关系分别为W=4.564×10-3L3.333和W=1.550×10-2L2.994;主要饵料均为甲壳类,饵料多样性指数(H′)从1.0升高到1.9,表明大头鳕生境宽度增加。大头鳕种群特征的变化可能与气候变化、黄海生态系统食物网结构的变化以及渔业保护有关。与20世纪80年代相比,两个调查阶段的大头鳕年龄结构仍然较为简单,且其分布范围较窄,资源易受外界环境变化的影响。因此,需关注环境因子和捕捞压力变化对黄海大头鳕资源的影响,制定合理养护措施,促进资源的可持续利用。     

包埋脱水法超低温保存萱藻(Scytosiphon lomentaria)丝状体的研究

以本实验室保存的萱藻(Scytosiphon lomentaria)丝状体为材料,用包埋脱水法超低温保存萱藻丝状体,研究了蔗糖预培养浓度和时间、胶球含水量、化冻温度以及胶球恢复时间对萱藻丝状体存活率和冻存后生长发育能力的影响。结果显示:(1)萱藻丝状体胶球在0.4mol/L的蔗糖溶液中预培养6h能获得最高的存活率;(2)萱藻丝状体胶球的最佳含水量较低,为15%左右,当含水量高于27%时,冻存后的存活率为0;(3)40°C为最适的化冻温度;(4)化冻后,将萱藻丝状体胶球在黑暗条件下恢复18h能显著提高存活率;(5)在最佳条件下,萱藻丝状体经冻存后的存活率最高可达54.79%,恢复后的丝状体与冻存前丝状体并无区别,且经诱导后能够产生正常的孢子囊,放散的孢子可以发育成叶状体。     

大黄鱼(Pseudosciaena crocea)精子冷冻前后的活力及超微结构变化

采用两步降温法超低温冷冻保存大黄鱼精子,并用透射电镜技术研究了精子的超微结构损伤.结果表明,大黄鱼冻精的激活率、运动时间及寿命与鲜精相比无显著差异.鲜精中28.5％的精子形态结构异常,冻精中37％的精子形态结构异常.形态结构正常的精子表现为质膜与核膜结构完整、无膨胀现象,袖套、轴丝及中心粒结构正常,线粒体形态完整、嵴较发达;形态结构异常的精子表现为质膜破裂、脱落,质膜膨胀,核膜破裂、脱落,核局部受损伤,线粒体膨胀、嵴退化或消失,线粒体移位或脱落.结果显示,以Cortland溶液为稀释液,10％ DMSO为抗冻剂,对大黄鱼精子具有较好的抗冻保护作用.     

光裸星虫体腔液中卵子发生的超微结构

为探究光裸星虫卵子发生的细胞学特点,利用电镜技术观察了光裸星虫体腔液中卵子发生过程的超微结构变化。结果表明:(1)光裸星虫体腔液中存在游离的卵原细胞和卵母细胞,卵母细胞的发育分为卵黄形成前期、卵黄形成初期、卵黄旺盛合成期和成熟期4个阶段。(2)卵原细胞的细胞器少,核质比大。卵黄形成前期,卵母细胞的细胞器有所增加,大量核仁外排物进入胞质中;出现卵黄膜和胶质膜,卵黄膜遍布微孔。卵黄形成初期卵母细胞核有较多突起,细胞器大量增加,出现分散分布的卵黄粒。卵黄旺盛合成期卵母细胞迅速增大,卵黄大量积累。成熟期卵母细胞核膜突起回缩,胶质膜易于脱落。(3)卵黄分为2种。Ⅰ型卵黄电子密度高,不发生融合,为内源性卵黄;II型卵黄中等电子密度,可融合为无定形卵黄块,为外源性卵黄。(4)成熟卵母细胞卵黄膜为三层,外层为颗粒层,表面具有粒状突;中层初始为均质结构,不断增厚并纤维化;内层致密,厚度不均。胶质膜电子密度极低。(5)卵子外有滤泡细胞,其核质比很大,细胞器少,在卵母细胞成熟期发生凋亡。文章还探讨了胶质膜、卵黄膜、滤泡细胞的功能,以及细胞器在卵黄形成中的作用。研究结果积累了光裸星虫卵子发生细胞学资料,为光裸星虫生殖调控与人工繁育研究提供理论参考。     

我国北部湾球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)的表面形态和细胞超微结构的电镜观察

本文首次对分离于我国广西北部湾的一株棕囊藻(Phaeocystis)纯培养进行了形态学研究。通过对其核糖体大亚基序列(LSU rDNA)进行了系统进化分析,并运用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等,对该藻的游动单细胞和囊体细胞表面结构和超微结构进行了详细的观察。结果表明,通过分子序列和形态学特征确证了该纯培养为球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)。通过分子系统进化分析,从北部湾获得的球形棕囊藻与同属的P. antarctica和P. rex的亲缘关系较近,但与P. jahnii的亲缘关系相对较远。我们发现该藻至少有两种类型的细胞:具鞭毛游动细胞和无鞭毛囊体细胞,其大小分别为2.30—3.98μm和3.69—6.49μm。具鞭毛游动细胞表面具有1—2个位置不固定但形状较为规则的圆盘状凸起,细胞表面的鳞片大小无明显差别;囊体细胞均匀地分布在囊体上,囊体细胞表面光滑,有三个较短的附属物。具鞭毛游动细胞和囊体细胞有2个或4个叶绿体,具鞭毛游动细胞的细胞核位于细胞的中下部,而囊体细胞的细胞核则位于细胞的中上部。细胞分泌物在扫描电镜样品处理过程后形成多数与细胞相连的丝状物,且丝状物形成较为规则的五角星形结构,每个角与一根丝相连,有些丝状体上有"瘤状"结构。研究结果填补了我国在球形棕囊藻形态学和超微结构研究上的空白,为深入认识其生物学特征及其成囊机理提供基础。     

赤点石斑鱼(Epinephelus akaara)精子超微结构及环境因子对精子活力的影响

为揭示赤点石斑鱼精子的超微结构及环境因子对其精子活力的影响,利用扫描电镜和透射电镜观察赤点石斑鱼精子的超微结构,设置不同梯度的温度、盐度、pH值及不同浓度的NaCl、KCl、CaCl₂、MgCl₂、EDTANa₂溶液,探究这些因子对赤点石斑鱼精子活力的影响。结果表明:赤点石斑鱼成熟精子的结构特点是细胞核圆形或卵圆形,核内染色质致密,没有核泡(核空隙)。精子尾部细长,横切面为典型的"9+2"微管结构。温度、盐度、pH值等环境因子对精子活力的影响表明,精子活力的适宜温度范围为23~31℃,27.5℃时精子寿命最长为37min;适宜的盐度范围为15~35,盐度15时精子寿命最长为50min;适宜的pH范围为7~9,pH为9时精子的运动时间最长为33min。赤点石斑鱼精子在EDTANa₂溶液中呈抑制状态,在400~700 mmol/L的NaCl溶液、400~600mmol/L的KCl溶液和500 mmol/L的CaCl₂溶液中精子均具有较好的活动能力。在MgCl₂溶液中赤点石斑鱼精子的活动能力不佳。赤点石斑鱼精子的最适温度范围与繁殖季节的最适水温范围符合,适宜盐度范围较广,对pH值的变化适应性较强。赤点石斑鱼精子在NaCl、KCl、CaCl₂溶液中活力较佳,在MgCl₂溶液和EDTANa₂溶液中呈抑制状态。