第六章 鱼类生殖内分泌学研究进展

鱼类生殖内分泌学研究进展一．诱导淡水养殖鱼类繁殖的新技术发展阶段：鱼类脑垂体匀浆液-----HCG----林彼方法半咸水鱼类在淡水中催乳素（PRL）具有高水平，它抑制GnRH的释放，从而抑制GTH，这是鱼在淡水中不育的原因，现通过外源性神经介质儿茶酚乙胺抑制PRL分泌，从而促使GTH分泌，促使性腺发育成熟排卵，这是诱导半咸水鱼类性腺发育成熟的新途径。二．诱导海水养殖鱼类繁殖的新技术1．诱导海水鱼类性腺发育成熟和改善卵子质量（1）脑—高活性GnRH-A；（2）垂体—鲤鱼脑垂体匀浆液或HCG；（3）性类固醇激素（T，E2）或其前体（雄烯二酮，ADSD）应用：埋植MT和ADSD促进鳗鲡性腺发育成熟的作用脑区GnRH升高，垂体和血清GTH升高，性激素升高，雄鳗4次、雌鳗8次埋植后即可成熟。（4）必需脂肪酸（PUFA）对改善卵子质量和提高生殖能力起重要作用。高不饱和脂肪酸促使卵黄蛋白原合成，加速卵母细胞发育成熟和提高卵子质量，产卵量提高，卵受精率、孵化率提高。雄激素生成、排精期延长、精液量增加。22：6W3：20：5W3：20：4W6eg人工诱导成熟鳗鲡产出的卵子，W3、W6含量明显低于正常发育成熟的鱼类，所以认为，PUFA的欠缺可能是诱导鳗鲡较低受精率、孵化率和幼鱼成活率的主要原因之一。2．诱导海水鱼类产卵、排卵主要刺激因子是GnRH（神经内分泌因子）。分析3种GnRH（sGnRH，cGnRH-Ⅱ，sbGnRH）及其类似物对条纹鲈垂体GTH释放的活性，表明cGnRH-Ⅱ及其类似物活性最强，但不如目前正推广使用的（D-Ala6Pro9-LRH-A）。哺乳类LRH-A的特点：能抵抗体内酶的降解作用，和受体有更强的亲和力。LRH-A的缓释制品有两种类型：非降解的埋植鱼体内的类型用乙烯聚合物和LRH-A混合制成的小丸，肌肉或腹腔埋植。可降解的注射/埋植鱼体内的类型用胆固醇、胆固醇-纤维素、聚合脂肪酸二聚体一葵二酸、DL-乳酸乙醇酸共聚物和LRH-A混合制成微球，肌肉或腹腔注射。用不同的缓释制品混合，缓慢释放，可持续30天以上---排精、排卵期延长。LRH-A口服制品：将LRH-A，sGnRH-A、PIM、DOM、EDTA、胰蛋白酶抑制剂混合制成微囊----投喂鲶、鱒，24-48小时后，血液中GTH升高，4天内85-90%鱼排卵，5-10ug/kg为推荐剂量。3．诱导海水鱼类提早性成熟和性别转化鲷科鱼类：先雄后雌，鮨科：先雌后雄（1）通过性类固醇激素的处理（2）通过环境因素（如较高温度）和饵料的调控促使鱼类提早成熟（3）利用雌雄激素诱导雌雄同体鱼类提早性转化（牙鲆投喂AI抑制arom表达—提早性转化）下丘脑视前区GnRH细胞群对启动或传递雌雄同体鱼类性腺和行为转变起中枢调节作用。4．调控海养鱼类在全年都能性腺成熟和产卵利用环境因素（温度，光照，营养等）和激素的作用。如舌齿鲈，持续长光照---产卵期延缓，反之可提前30天左右。三．人为的“环境激素”对鱼类生殖的影响环境激素（EDCs）：影响和扰乱内分泌活动的化学物质，影响鱼类、人类的生殖能力，雄鱼雌性化、雌雄同体率增多、雄性退化、导致种群退化。作用机理：A起内源激素类似物的作用B起芳香烃（Ah）受体的激动剂的作用诱导肝脏细胞色素P450酶类的合成影响生长因子及其受体的表达。C影响免疫系统功能阻碍胸腺素的产生，使淋巴细胞数量下降。D影响维生素的代谢四.鱼类的性别决定和分化与脊椎动物相比，鱼类的性别种类相当复杂，既有雌雄异体（gonochorism），又有雌雄同体（hemaphroditism）和单性生殖（unisexuality）。其中，雌雄同体又可分为同时具有两性者和不同时具有两性者即可性逆转者（sexreversal）。鉴于鱼类的性别种类非常复杂，其性别决定和性别分化也颇具多变性，为了更好地了解脊椎动物性别决定和性别分化的机制及其系统演化过程，为了能为鱼类水产养殖中进行种间杂交和单性生殖等相关技术提供相应的理论指导，本章将重点介绍鱼类性别决定和性别分化的有关知识及其研究进展。4.1性分化诱导假说在脊椎动物中，鱼类是性别决定方式最为多样的一个类群，与高等脊椎动物一样，鱼类性别决定的基础仍然是遗传基因，同时在发育早期，鱼类的性别更明显地表现为双向潜力，这种具有双向潜力的未分化性腺经过程序性发生一系列时间，发育成精巢或卵巢，并出现第二性征的过程即称为性别分化。由于鱼类进化上的原始性，某些外部环境因素能在不同程度上影响鱼类的性分化，甚至在性别分化完成后发生性别转化。Witschi根据两栖类的研究资料，早在本世纪初就提出了性分化诱导假说，该假说认为：性腺皮质产生皮质素，髓质产生髓质素，性分化取决于这两种诱导物质的对比强度；若皮质素占优势则向雌性分化，反之就向雄性分化。关于诱导物质的本质，长期以来存在着两种对立的观点，一种观点认为诱导物质和成体性腺产生的类固醇为同一物质[8]，另一种观点认为性腺胚胎期的诱导物质可能是蛋白质或蛋白质与类固醇激素的结合体[9]。根据第一种观点，人们用雌雄激素分别处理鱼类，可诱导表型上出现雌性或雄性特征，说明在个体发育过程中，甾类激素可能是性分化过程的一个重要因素。4.2性染色体鱼类性染色体的类型，也如同其复杂的性别种类一样，具有多样性。可以说，在不同动物种类中所能找到的性染色体类型，在鱼类中均能找到，如既有XX/XY型，又有ZW/ZZ型。除在类型上具有多样性以外，鱼类的性染色体还有一个特点，就是在亲缘关系较近的种类中，可能会具有完全不同的性染色体类型。如莫桑比克罗非鱼（T.mossambica）的染色体为XX/XY型，而奥利亚罗非鱼（T.auren）却为ZW/ZZ型。由于圆口类及软骨鱼的染色体资料较少，下面主要介绍硬骨鱼已知的性染色体类型。4.2.1XX/XY型高等哺乳类的性染色体属于此类，雄性具有不同型的性染色体─XY，称为异型配子；而雌性具有一对相同的性染色体─XX，称为同型配子。我国已考查过染色体的鱼类中，有10种具有异型的性染色体，它们分布于4个目，并且染色体数目差异很大，其中鲤形目的鲫鱼，鲇形目的胡子鲇、革胡子鲇、蟾胡子鲇、斑胡子鲇、白绿缘鱼、黑尾拟缘鱼以及鲈形目的刺鱼为此类型。4.2.2ZW/ZZ型这种常见于鸟类的性染色体形式，和上述类型正好相反，雌性为异配子型─ZW；而雄性为同配子型─ZZ。常重杰等（1997）报道鲤形目鳅科大鳞副泥鳅为此类型。日本鳗鲡、美洲鳗鲡等多种鳗类也属于该类型。4.2.3XO/XX型除了形状的差异外，性染色体也可能以不同数目的方式存在。在某些昆虫中常见的XO/XX性染色体型即是。一般而言，在XO/XX型中，XX型为雌性，而XO型为雄性，即雄性缺少Y染色体。在鱼类，具有此种性染色体方式的种类似乎不多。目前已知的有虾虎科和灯笼科中的几种鱼类。4.2.4ZO/ZZ型某些蛾类具有该类型的性染色体。一般而言，ZZ型为雄性，ZO型为雌性，即雌性缺少W染色体。洪云汉（1984）报道短领鲚为此类型。4.2.5复性染色体型此种类型的染色体多半被表现为X1X1X2X2/X1X2Y，花鳅（Cobitistaeniacomplex）和红鲑鱼（Onchorynchusnerka）即属此类。这类性染色体的成因是由于常染色体（或其一部分）被转移到Y染色体而形成Y─常染色体融合所致。以花鳅为例，原来雄花鳅的染色体是X2X2X1Y，其中，X2X2是一对常染色体，而X1Y是一对性染色体。在进化过程中，一个X2染色体转移到Y染色体而组成新的Y染色体，原来的一对X2染色体只剩一个，因此雄性花鳅的染色体只有49条，而雌花鳅的一对X2染色体则未发生此转移现象，所以仍为50条染色体。已研究过的鱼类性别染色体类型，大多属于XX/XY和ZW/ZZ型，约占已知者的70%。到目前为止,在所研究报道的鱼类中,具有异型配子的雄鱼至少是异型配子雌鱼的2倍。部分鱼类的性染色体类型见表1-1。最早使用外源激素诱发鱼类发生性转化的可能是Padao，但最早对鱼类性别决定机制系统阐述的是日本学者Yamamoto。他总结了性腺类型、雌雄同体现象、性别决定的遗传学基础以及性类固醇激素对性分化的影响，提出类固醇激素是自然的“性诱导剂”，雌激素是“雌性诱导剂”，而雄激素是“雄性诱导剂”。此后，应用激素诱导鱼类性转化的研究在各国广泛开展，在15个科47种鱼类中，对雌雄同体和雌雄异体鱼类（9科34种）采用外源激素诱导鱼类发生性转化已经得到了验证[12]。所使用的31种激素中，11种雄激素、12种雌激素为人工合成，只有5种雄激素、3种雌激素为自然激素，其中以17a-甲基睾酮（17α-MT）和17β-雌二醇（17β-E2）诱导效果最好。五.环境因子对性别分化的影响采用的方法有浸泡、投喂药饵、注射等。投喂药饵法是最常用的处理方法，即在饵料中拌和一定量的激素以投喂鱼类；浸泡法尤其适用于冷水性鱼类，在含有激素的水体中阶段性或持续性浸泡胚胎及开口摄食前的鱼，有时可达100%的性转化。但由于上述方法费工费时，且效果不稳定，所以近年国内外还采用注射或埋植缓释药物胶囊的方法，可有效诱导鱼类提早完成性转化，且操作简便，效果稳定可靠。在利用药物诱导鱼类性转化的研究中，都发现性转化过程中伴随着雌性激素和雄性激素明显的升高或降低。激素控制是人为控制鱼类性别的常见方法，用激素处理基因型为雌性或雄性的各种鱼类幼体，可得到性逆转的雄性或雌性个体。用于控制鱼类性别的激素有雌激素（estrogen）和雄激素(androgen)两大类。目前，已经使用过的雄激素有：丙酸脱氢睾丸酮（dehydrotestosterone）、17α－乙炔基睾丸酮(17α-ethynyltestosterone)、17α－甲基睾丸酮(17α-methyltestosterone)、丙酸睾丸酮(testosteroneacetate)、乙炔基睾丸酮(ethynyltestosterone)等。雌激素有：乙烯雌酚（stilbestriol）、乙炔基雌二醇(ethynylestradiol)、二乙烯雌酚(diethylstylbestradiol)等。5.1类固醇激素FrancescPiferrer总结了用于诱导鱼类雌性化的激素种类，共有12种，其中三种为天然激素，分别为：雌酮（Oestrone,E1），17β－雌二醇（Oestradiol-17β,E2），雌三醇（Oestriol,E3）;9种为人工合成的化合物,如：二乙烯基雌酚（Diethylstilbestrol,DES），17α－乙炔雌二醇(17α-ethynyloestradiol,EE2)等。这些激素虽然都曾用于诱导鱼类雄性化或者雌性化，但它们的作用效果并不一样，有人比较了几种雌激素的平均相对强度，发现EE2的作用效果最强，是DES的1.5倍，E2的3倍，E1的12倍，E3的75倍。组织学研究显示，在硬骨鱼类中性分化时期可以分成两大类群。第一类性分化时期为孵化开始到孵化后的10-40天，第二类性分化时期为幼鱼晚期阶段至此后150-500天，在性分化时期，用一定量激素处理可得到100%性转化。许多学者在此方面做了大量的研究工作。但激素方法处理鱼类有时表现为效果不稳定，出现性别回复，或性转化个体不育现象。支持第二种观点的研究不多，但近年采用芳香化酶及其抑制剂对鱼类、鸟类、爬行类和两栖类等脊椎动物的性分化和性腺发育的研究揭示，诱导它们性分化的更直接的物质可能不是性激素而是支配这些激素合成的酶，很多实验已证实芳香化酶确实参与非哺乳动物性腺分化的调控。AI对性腺发育的影响AI对P450aromAmRNA表达的影响5.2鱼类芳香化酶活性研究进展自80年代初Galland等发现鱼类脑垂体中有芳香化酶活性以来，国外对鱼类产生芳香化酶的组织、芳香化酶活性与鱼类性腺发育关系做了一些研究，国内仅在禽类做了一些尝试，在鱼类方面的研究尚未见报道。鱼类的生殖活动受外部环境因素和神经内分泌的双重调控，下丘脑—垂体—性腺轴通过相互作用，促进和制约着鱼类生殖细胞的