发育生物学论文

恶妃欲孽,qq空间皮肤素材,福州人才市场

　　摘要：

　　鱼类雌核发育是在雌核控制下发育的一种重要的单性生殖方式。本文概述了鱼类雌核发育研究的进展情况。主要包括：雌核发育鱼类的特征、种类、染色体组成、细胞学、受精生物学效应。并对雌核发育在鱼类育种和水产养殖上的应用作了介绍。

　　关键词：鱼类，雌核发育，研究，应用

　　正文：

　　自然界中，动物的生殖方式有单性生殖和两性生殖之分。脊椎动物绝大多数行两性生殖，但也有少数脊椎动物（如某些鱼类、两栖类）是行单性生殖的。单性生殖涉及四种繁殖方式，即孤雌生殖、雌核发育、雄核发育。鱼类的单性生殖一般泛指鱼类的雌核发育、杂合发育和雄核发育，其中雌核发育是鱼类单性生殖中一种重要的生殖方式。雌核发育所需的精子由两性型亲缘关系相近的雄性提供，精子入卵后不形成雄核与卵核融合，而是只起诱导卵子开始发育的作用。

　　1 天然雌核发育的主要特征

　　天然雌核发育的主要特征是:几乎整个种群的个体都是雌性的,雌鱼产出的卵子具有与母本完全相同的染色体组成。天然雌核发育的原理是:成熟的卵细胞需要外来精子(两性亲缘种的精子)的刺激,然后进行雌核发育生殖,若其卵子与同源精子受精时,则进行两性生殖。天然雌核发育的生殖过程是:精子进入卵细胞并能把卵子激活,但精核一直处于固缩状态,不能与雌核结合形成原核,胚胎的发育完全置于雌核的控制下,新生后代与母本相似,不具父本性状。例如,当银鲫的卵与同源精子受精时,采用两性生殖方式,产生遗传分化的两性型子代;而当银鲫卵与不同种的异源精子受精时,则采用雌核发育生殖方式,产生具有高度遗传同质性的全雌性子代。

　　2 天然雌核发育鱼类的种类

　　1932年以前,科学界已经普遍接受无脊椎动物存在各式各样孤雌生殖的事实,只是在1932年Hubbs等发现亚马逊河花鳉科的帆鳉(Poecilia formosa)行单性生殖之后,人们才知道脊椎动物中也存在天然雌核发育的事实。继此之后,又有多种单性脊椎动物被其他学者相继发现。目前已发现的天然雌核发育脊椎动物主要分布于鱼类以及两栖类。其中鱼类包括银鲫(Carassius auratusgibelio)、花鳉属(Poeciliopsis)的一些种类、日本关东鲫(Carassius auratus langsdorfii)、银汉鱼科的Menidae clarkhubbsi、泥鳅属的Misgurnus anguil-licaudatus、胎生贝湖鱼(Comephorus baicalensis)和亚洲箭齿鲽(Atheresthes evermani)。20世纪80年代以来,在我国又相继发现鲫鱼(Carassius auratus)的多个地方种群,如黑龙江方正银鲫、江西彭泽鲫、滇池高背鲫、河南淇河鲫、广东缩骨鲫、贵州普安鲫等均行天然雌核发育进行繁殖。在这些雌核发育鱼类中,有少数种类、如银鲫、彭泽鲫等群体中存在一定比例的

　　雄性个体,为雌核发育两性型种群。更引人注意的是,在银鲫、日本关东鲫等雌核发育种群中还存在着丰富的遗传多样性。

　　3 天然雌核发育鱼类的染色体组成

　　天然雌核发育的鱼类大多都具有多倍化的染色体组,一般为三倍体,同时也存在着其他倍数性,如亚马逊帆鳉、Menidae clarkhubbsi和Missgurnusanguillicauda-tus等为二倍体,日本的关东鲫为四倍体。类似于雌核发育鱼类染色体组多倍化的现象在行孤雌生殖的爬行类和行雌核发育的两栖类中也有发现。据此,有关学者推测:染色体组的多倍化是雌核发育等单性脊椎动物的共同特征,与雌核发育等单性生殖方式有着某些内在的必然联系。

　　对雌核发育鱼类进行染色体研究较多的种群为银鲫。关于银鲫的染色体数，报道的结果不太一致，这可能与种群差异有关，也可能是技术方面的问题。另外，超数染色体也是引起染色体数目差异的原因。除了一般报道的银鲫染色体数为150+-的三倍体种群外，后来还发现在三倍体种群中存在有行雌核发育的四倍体个体。根据染色体数目及亲缘种鲫鱼（2N=100染色体数之比，许多研究者将染色体数为150+-的银鲫称为三倍体。但沈俊宝等对黑龙江银鲫进行的研究发现同源染色体很难符合3N的要求，而且测定的红血球及精子DNA含量之比与普通鲫的相同，都约为2:1，因此认为染色体数为150+-的银鲫种群是二倍体，而不是三倍体。俞豪祥等对普安鲫（A型）染色体组型的研究以及陈敏容等和舒琥等对彭泽鲫染色体组型的研究，结果都发现肾细胞染色体均以2N形式出现，因此认为普安（A型）和彭泽鲫是二倍体的鲫鱼。关于银鲫、普安鲫、彭泽鲫等的染色体倍性问题，目前尚处于争论之中。

　　4 天然雌核发育鱼类的细胞学

　　对于鱼类雌核发育的细胞学研究主要集中在两方面，即卵子的发生和成熟卵的受精细胞学，前者涉及鱼类雌核发育子代如何保持染色体的倍性，后者则主要了解同源或异源精子进入雌核发育卵后，父本染色体在合子中的命运。

　　4.1天然雌核发育鱼类的卵子发生

　　Cherfas对雌核发育三倍体银鲫研究发现，卵细胞在发生过程中进行两次成熟分裂，但第一次成熟分裂时不发生同源染色体的配对互换，致使卵子在第一次分裂发育不全最终形成三极纺锤体，在三极纺锤体的每一极集中一组染色体，三组染色体集中在同一卵母细胞核中。至排卵时进行第二次正常分裂，此时三级纺锤体转化为两极纺锤体。当精子进入卵后，卵核很快即分离出第二（也是唯一的）极体而完成第二次分裂。丁军和蒋一圭报道，大多数银鲫的卵母细胞是以三极纺锤体扭转、重叠、合并的方式，形成正常中期纺锤体来代替第一次成熟分裂，从而最终维持了卵核染色体倍性。俞豪祥在同一尾银鲫产出的同批卵子中偶尔也

　　发现有三极纺锤体的存在。然而小林弘在银鲫卵母细胞成熟过程中并

　　未发现三极纺锤体，也没有见到第一次成熟分裂，银鲫世代间染色体数目稳定。舒琥等对彭泽鲫雌核发育细胞学观察表明，彭泽鲫卵在受精前未见第一极体的排出，也未发现三极纺锤体结构的存在，在切片中只看到精子入卵后排出的一个极体，因而认为雌核发育彭泽鲫的卵在成熟过程中只完成一次成熟分裂。周嘉申等对黑龙江银鲫的细胞学研究也发现受精后卵子仅排出一个极体，卵子只进行一次减数分裂。到目前为止，细胞学上还从未发现过银鲫第一次成熟分裂的第一极体，至于有无三极纺锤体存在有待进一步探讨。综上所述，现在一般认为：银鲫卵子发生过程中第一次减数分裂受到抑制，而只完成一次同型核分裂，产生的卵子具有和母本完全相同的染色体组成。

　　5 雌核发育鱼的受精生物学

　　Schulz认为poeciliopsis属的雌核发育三倍体以及p.formosa中雌雄原核并不融合，父本染色体不能掺入到合子中，精子的唯一作用是激活卵子启动发育。俞豪祥周嘉申等葛伟等通过大量的细胞学研究证明，行天然雌核发育的银鲫，无论是同源还是异源精子，进入其卵子 后均受到抑制，一直保持固缩的致密状态，不能形成雄性原核，也不与雌性原核融合，整个个体发育所需的遗传信息均来自雌核。舒琥等对彭泽鲫雌核发育受精过程的观察也得到相同的结果。

　　同种或异源精子进入雌核发育鱼卵后为什么会受到抑制而不能形成雄性原核？对此，葛伟等通过去卵核、卵质转移和去除卵膜等实验方法对银鲫卵抑制异源精子原核化的作用机理作了一些探讨，并提出了银鲫卵子抑制精核原核化的双重控制假说。他们认为在精子进入银鲫卵子的通道上可能存在某种特殊的抑制物质，构成初级控制；同时银鲫卵质中可能还缺少两性融合发育型鱼类卵子所具有的某种促精子核化的物质，构成次级控制。初级控制作用较强，导致异源精子原核化功能完全丧失。次级控制作用较弱，能阻碍和延缓解凝精核进一步向雄性原核发育。“双重控制”假说的提出是很有意义的，但他们提出的次级控制还没有得到直接的实验证明，有关机理正在探讨之中。1996年，岳振宇等采用显微注射去膜精核以及细胞学和电镜观察的方法，对两性融合发育和雌核发育银鲫两类鱼卵受精后精核早期发育的生化性质进行了初步探讨，结果显示在两性融合生殖鱼类卵质中一定量的Ca的存在以及二硫键的还原作用对于精核的发育是必需的，而在雌核发育银鲫中则无直接联系。他们认为，银鲫卵质中似乎显示出异常的磷酸酶脂解活性，导致磷酸化过程无法进行，使精核解凝受到阻碍。另外，他们还发现银鲫卵质中缺少在两性融合生殖鱼卵卵质中具有的大量诱导精核原核化的有关因子，以及某些与雄性原核的核模重组装有关的大分子物质。

　　但是，银鲫卵子对精核的抑制并不是稳定不变的。

　　Takai等在三倍体关东银鲫卵受精后约15-19分钟内进行冷处理，雌核接受了来自异源父本的一套染色体，结果子代为四倍体；桂建芳等也在三倍体银鲫人工繁殖群体中发现了极少数的异源四倍体异育银鲫，这些现象提示在特定条件下银鲫卵质可能又具有类似两性融合发育型鱼促进精子核化的物质，从而使银鲫卵受精过程表现为两性融合生殖。最近，周莉在对银鲫两个雌核发育克隆间两性子代及其亲本的RAPD分析研究中，检测到了丰富的子代DNA多态片段，这些片段不仅与母本的不同，而且在子代个体之间也存在较大差异，这一事实表明：银鲫除了具有行雌核发育的单性生殖方式外，还存在着两性生殖的方式，正是由于两性生殖的遗传和重组，才有了今天银鲫种群的丰富的遗传多样性。

　　6 雌核发育在鱼类育种和水产养殖上的应用

　　雌核发育在鱼类的遗传育种和水产养殖中，有着十分广泛的应用前景。主要反映在纯系的快速建立、基因——着丝点作图、性别决定机制的判别和单性种群的利用等方面。

　　6.1纯系的快速建立

　　在传统的育种方法中，建立一个纯系需要经过连续数代的近亲交配才能完成。这是一项长期而严密的工作，不仅费时，而且耗费大量资金。特别是对性成熟年龄较长的鱼类如鲢、鳟、草鱼、鲟等来说几乎是不可能的。而雌核发育后代的遗传物质主要来源于母本，各基因均处于基本纯合的状态，要构建一个纯系只需2-3个连续的单性发育世代就可以了。

　　6.2基因——着丝点作图

　　基因在染色体上的位置离着丝点越远，在减数分裂的联会时同源染色单体之间发生交换的频率就越高。因此，杂合雌鱼的卵子如行雌核发育，并由抑制第二极体而形成雌核二倍体时，对靠近着丝点的基因位点来说，产生纯合个体的比例越高；而对远离着丝点的基因位点来说，产生杂合后代的比例越高。染色体基因——着丝点作图可提供有关鱼类减数分裂体制的基本资料。同时对脊椎动物的比较进化研究以及用来估计经雌核发育而获得后代的近交程

　　度等方面都有十分重要的意义。鱼类中进行基因——着丝点作图的有鲽、鲤鱼及斑马鱼等。

　　6.3性别决定机制的判别

　　根据人工诱导鱼类雌核发育后代的雌雄比例，可以判别鱼类的性别决定机制：如果某种鱼类人工诱导雌核发育后代全为雌性，则该种鱼类为雌性配子同型性别决定机制；若人工诱导雌核发育产生雌雄各半的后代，则此种鱼为雌性配子异型性别决定机制。

　　6.4单性群体的利用

　　在鱼类生产中，有些单性群性具有生长速度快，经济效益高，可控制群体过度繁殖等优点，用单性发育的方法生产单一雌性群体，可大大降低生产成本，提高养殖效益。例如鲤鱼的雌性比雄性生长速度快，鲟鱼子和鲻鱼子具有极高的经济价值，采用雌核发育的方法生产全雌的鲤鱼、鲟鱼和鲻鱼，无疑将带来可观的经济收益。

　　参考文献：

　　Hubbs C L. Apparent parthenogenesis in nature, in a form of fish of hybrid origin.Science, 1932, 76(1983):628-630.

　　葛伟,蒋一奎.鱼类的天然雌核发育.水生生物学报,***,13(3):274-285.

　　楼允东.鱼类育种学.北京:中国农业出版社,1999.

　　OppermannK. Die entwicklung vonforelleneiernnach, Befruchtungm、radiumstrahlten Samenfaden.ArchMikroskAnat,1913,83:141-189.

　　刘 筠.我国淡水养殖鱼类育种的实践和思考.生命科学研究,1997,1(1):1-8.

　　Li Q, Osada M, Kashihara M, et al. Effects of ultraviolet irradiation on genetical inactivation and morphological features of sperm ofthe Pacific oysterCrassostrea gigas.Fisheries science,2000,66:91-96.

　　Dietrich G J, Szpyrka A, WojtczakM,et al. Effects of UV irradiation and hydrogen peroxide on DNAfragmentation, motility and fer-tilizing abilityofrainbowtrout(Oncorhynchusmykiss)spermatozoa.

　　Theriogenology, 2005,(64):1809-1822.

　　Chakraborty B K, Miah M I, Mirja M J,et al. Induction of gynogenesis in endangered sarpunti,Puntiussarana(Hamilton) and evi-17dence for femalehomogamety. Aquaculture,2006,(258):312-320.

　　Piferrer F, Cal R M, Gomez C,et al. Induction of gynogenesis in the turbot(Scophthalmus maximus):Effects of UV irradiation on sperm motility, the Hertwig effect and viability during the first 6 months of age. Aquaculture, 2004, 238:403-419.

　　Morgan A J, Murashige R, Woolridge C A,et al. Effective UV dose and pressure shock for induction of meiotic gynogenesis insouthern flounder(Paralichthyslethostigma)using blacksea bass(Centropristisstriata) sperm. Aquaculture,2006,259: 290-299.

　　杨 林,桂建芳. 2002.银鲫生殖方式多样性的转铁蛋白和同工酶标记的遗传分析.实验生物学报, 35(4): 263~269

　　桂建芳,梁绍昌,朱蓝菲,等. 1992.异育银鲫人工繁育群体中复合四倍体的发现及育种潜力,科学通报, 37(7): 646~648

　　蒋一珪,梁绍昌,陈本德,等. 1983.异源精子在银鲫雌核发育子代中的生物学效应.水生生物学集刊, 8(1): 1~13