虾蛄(Squillidae)俗称螳螂虾、濑尿虾、富贵虾、虾爬子等, 隶属甲壳纲(Crustacea)、口足目(Stomatopoda)、虾蛄科。虾蛄肌肉细嫩, 味道鲜美, 可以和龙虾(Palinuridae)相媲美[1], 是群众喜爱的优质水产品。其中猛虾蛄(Harpiosquilla)是体型最大的种类, 棘突猛虾蛄(H. raphidea)体长超过300 mm[2]。作者在抽样调查中发现, 猛虾蛄最大个体体长220 mm, 体质量102 g。猛虾蛄以其个体大、可食用部分多、出肉率达35%[3], 而成为市场的佼佼者。随着生活水平的提高, 开发利用虾蛄资源的经济意义越来越大。
为防止资源枯竭及虾蛄资源的可持续利用, 对虾蛄进行人工驯养、人工育苗、人工养殖和增殖放流是十分必要。从20世纪80年代开始, 国内外学者就对虾蛄的生物学特性和繁殖生物学进行了大量研究。作者对这些研究成果进行综述, 以期为虾蛄繁殖生物学和人工育苗的深入研究提供参考。
1 资源
1.1 分布
虾蛄是大型底栖海洋甲壳类, 生活区域的基质是泥底或沙泥底。广泛分布于热带、亚热带海区。中国沿海[2, 4]、日本[5]、印度[1]及印尼[6, 7]等东南亚各国附近海域、墨西哥湾[8]和地中海沿岸[9]都有虾蛄分布。从潮间带到1 500 m水深都可发现其行踪[10]。虾蛄种类繁多, 目前全世界报道虾蛄种类超过450种[10], 中国报道有97种[2, 11]。在中国东海海域口虾蛄是优势种类[12], 而北部湾主要为猛虾蛄[13]。
1.2 生活习性
自然海区中, 雌雄虾蛄的比例会发生变化, 不同季节、不同海区这一数值有差异。秋季南海北部湾的雌猛虾蛄个体数几乎是雄虾蛄的2倍[4], 11月份印度尼西亚近海棘突猛虾蛄群体中雌虾蛄数量也占优势[7]。2~10月份, 马来西亚附近海区雌性猛虾蛄在群体中的比例, 月平均值呈波浪变化, 4月份和10月份处于最低值, 总体上雄虾蛄略占优势, 雌雄比例为0.83︰1[14]。万丹湾(Banten Bay)棘突猛虾蛄雌雄比例为1.3︰1, 猛虾蛄则为1︰1[15]。这种性别比例的不平衡, 依据海区、捕捞时间而有变化[6]。是否与捕捞方式和虾蛄生活习性有关, 需要更多实验数据支持。
虾蛄大部分时间在潮间带生活, 喜欢挖掘洞穴, 也可能由于这种习性, 导致虾蛄富集重金属, 曾经被用作重金属污染的标记生物[16]; 而且, 这种习性容易导致虾蛄感染真菌[17]。这些是利用自然海区的虾蛄作为亲本进行人工繁殖时应该考虑的不利因素。
虾蛄生命力顽强, 其呼吸器官能利用空气中的氧气, 在阴凉处, 离水24 h仍可存活[18]。稚虾蛄存活盐度范围为14~36, 最适范围为18~30;存活水温为14~35℃, 最适水温为24~33℃; 存活pH值范围为7.0~9.0, 极限值为5.0~10.0[19]。不同生长发育阶段的黑斑口虾蛄(Oratosquilla kempi)幼体对环境盐度要求有差异:第Ⅱ时相幼体最适盐度为17.0~24.0, 最适温度为20.0~28.0℃; 仔虾蛄最适盐度为12.0~29.0, 最适温度为18.0~30.0℃。极限盐度为3.0(或36.0)时, 1 h内第Ⅱ时相幼体全部死亡; 极限盐度为1.3(或39.2)时, 48 h仔虾蛄死亡60%[20]。盐度为21~33时, 口虾蛄(O. oratoria)仔虾摄食活跃, 低于18或高于42基本不摄食[21]。盐度和温度作为重要的非生物因子, 对虾蛄个体的生命活动产生重要的影响。而有关猛虾蛄和棘突猛虾蛄在温度、盐度方面的研究报道极少, 有待加强。
虾蛄是肉食性种类, 以贝类、甲壳类、小型鱼类、环节虫和动物尸体为食。不同生长阶段的虾蛄分布具有明显的特点。Ohtomi等[22]报道东京湾近海有大量口虾蛄Ⅲ期幼体, 谷德贤等[23]报道渤海湾口虾蛄假蚤状幼体丰富, Veena等[24]报道印度东部海区10 m~ 12 m水深区域猛虾蛄幼虾丰富, 这些区域都处于潮间带的浅水区。而潮间带的深水区是体长25 mm~ 233 mm、处于生长阶段的棘突猛虾蛄占优势[14]。潮下带是体长160 mm~366 mm的成年棘突猛虾蛄占优势[25]。由此推测:虾蛄具有洄游习性, 在潮间带产卵、孵化、生长, 而随着虾蛄的生长, 逐步向深海扩展, 这可能与虾蛄的食性有关。潮间带滩涂处于海陆过渡地带, 是海洋生态系统中生产力较高的区域, 生物多样性十分丰富, 这里生活着藻类、桡足类、腔肠动物、扁形动物、环节虫、星虫、软体动物、甲壳类、棘皮动物和鱼类等[26-28]; 此外, 潮间带有机颗粒丰富。这些都是虾蛄幼体发育、幼虾蛄生长必需的饵料[29], 但成年虾蛄向深海扩展, 这种习性的机理还不清楚, 是否与繁殖(性腺发育)有关有待深入研究。
2 繁殖生物学
2.1 亲本
不同种类的虾蛄个体大小差异显著, 性成熟生物学最小型差异也显著。黑斑口虾蛄性成熟雌体体长83 mm, 雄体体长80 mm[30]; 大连海域口虾蛄1龄即可性成熟[31], 雌体体长70 mm, 雄体体长50 mm[32], 每年产卵1次[31]; 棘突猛虾蛄雌体体长199 mm, 雄体体长230 mm[6]; 在北部湾, 全年都可见性成熟的雌猛虾蛄, 最小型体长132 mm, 半数以上202 mm[4]。不同海区、不同种类虾蛄繁殖季节差异显著。6月份大连海区口虾蛄性腺指数(GSI)达到峰值(图 1)[31], 也有报道5月份口虾蛄性腺指数已达到峰值[33], 夏季是北部湾猛虾蛄产卵高峰期, 性腺指数达到峰值, 此时海平面水温也达到峰值29.7℃[4]。提示性腺发育与温度密切相关。
图 1 大连沿海口虾蛄卵巢性腺指数的周年变化[31] Fig. 1 Annual changes in the gonadosomatic index of ovaries in mantis shrimp in coastal Dalian
图选项
雌雄虾蛄间的个体大小差异不显著。学者收集了大量自然海区的虾蛄, 对黑斑口虾蛄[34]、口虾蛄[35-36]、棘突猛虾蛄[14, 37, 38]和猛虾蛄[39]的头胸甲长、体长、全长、体质量等进行了测定, 并统计分析了各长度与体质量以及各长度之间的生长关系, 结果显示雌雄个体间生长的差异均不显著(P > 0.05), 体质量与体长呈幂函数关系。但有趣的是雌猛虾蛄掌节较雄猛虾蛄强壮[35], 这可能便于雌虾蛄在卵巢发育时捕捉更多食物, 有利于卵巢发育。
虾蛄雌雄异体, 第3对步足雌雄异形(图 2)。雄猛虾蛄第3对步足基部着生1对长约15 mm交接棒(图 3), 雌猛虾蛄第6、7、8胸节腹面具3条平行带状结构。该结构中空, 表面甲壳质, 是储存精子、受精、产卵、分泌黏液的结构, 称外生殖器(图 4)。又被称作黏液腺, 能分泌黏液, 把受精卵黏成片状(这显著不同于虾类——受精卵离散状)。黏液腺的发育与卵巢发育同步, 大致分3个阶段:腺体未发育, 看不到带状结构; 腺体开始发育, 带状结构清晰, 浑浊; 腺体发育成熟, 带状结构更清晰, 充满稠密的分泌物, 乳白色。不同雌性个体, 该结构表观特征颜色显著不同:由透明无色、浅白色浑浊到乳白色。关于这一结构, 学者争论较多。有学者认为是胶质腺[40], 或是贮精沟[41], 或是黏合腺[42], 也有学者根据涂片、组织切片、超薄切片的观察研究, 认为该结构是腺体[43, 44]。
图 2 雌雄猛虾蛄特征附肢 Fig. 2 Characteristic of the appendage of H. harpax, male and female
图选项
图 3 雄猛虾蛄交接棒 Fig. 3 Penis of H. harpax, male
图选项
图 4 雌猛虾蛄外生殖器 Fig. 4 External genitals of H. harpax, female
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2.2 卵巢发育及产卵
雌虾蛄生殖系统包括:卵巢、输卵管、受精囊, 有学者认为还有黏液腺。1对对称的卵巢, 通过卵巢壁黏连在一起, 位于围心窦和消化道之间, 始于头胸甲后部, 延伸至尾尖[44-45]。研究卵巢发育及分期, 是虾蛄繁殖生物学的重要内容, 争论较多。
根据卵巢外观特征[6], 大致分3期[45]或4期[6], 但欠准确[6]。这种方法方便、快捷, 适用于生产实践。在科学研究中, 根据核仁、核膜、卵黄形成等与卵子发育相关的组织学特征进行分期。这种方法较准确, 但比较复杂。刘海映等[31]根据组织学特征把口虾蛄卵巢发育分为4期(图 5):卵原细胞期(Ⅰ期), 外观透明, 线状, 无色素分布; 卵黄形成前期(Ⅱ期), 外观灰黄色至浅黄色, 带状, 并向两侧扩展; 卵黄形成期(Ⅲ期), 外观由浅黄色向橙黄色转变, 卵粒清晰可见; 成熟期(Ⅳ期), 外观极度膨大, 卵子在卵巢内成离散状。黑斑口虾蛄[36, 43]和棘突猛虾蛄[6]卵巢发育分期结果与此相似。也有把口虾蛄卵巢发育分5期[46]、6期[9]、8期[47]和10期[38]的报道。另外, 卵巢发育过程中, 性腺指数差异显著[48], 也是卵巢分期的参数之一。在其他甲壳类卵巢发育研究中, 学者把斑节对虾(Penaeus monodon)[49, 50]、哈氏仿对虾(Parapenaeopsis hardwickii)[51]、凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)[52]和锯缘青蟹(Scylla serrata)[53]的卵巢发育均分为6期。卵巢发育是个连续过程, 没有明显的界线。为了工作方便, 学者对不同发育时期的卵巢给予不同的标称, 不会影响研究结果, 仅与学者的切入点和划分标准有关。生产实践中, 掌握雌虾蛄即将产卵的表观特征至关重要。
图 5 口虾蛄卵子生成[31] Fig. 5 Oogenesis of O. oratoria A.卵原细胞(Ⅰ期); B、C、D.卵黄形成期的卵母细胞(Ⅱ期); E、F.卵黄形成后的卵母细胞(Ⅲ期); G、H.成熟期的卵母细胞, 核膜消失(Ⅳ期); OO.卵原细胞; NC.营养细胞; PO.初级卵母细胞; NU.细胞核; SO.次级卵母细胞; YG.卵黄颗粒; FC.滤泡细胞 A. Oogonium stage (stage Ⅰ); B, C, D. Vitellogenesis of oocyte (stage Ⅱ); E, F. Oocyte after vitellogenesis (stage Ⅲ); G, H. Mature oocyte, nuclear membrane disappeared (stage Ⅳ); OO. oogonium; NC. nutritive cell; PO. primary oocyte; NU. nucleus; SO. secondary oocyte; YG. yolk globules; FC. follicle cell
图选项
虾蛄通常以腹部背面和腹足外肢靠着洞壁仰卧产卵, 每次产卵持续3 h左右。刚产出的卵块形状不规则, 雌虾蛄1 h内用颚足把它整理成圆盘状或球状。这个过程在产卵后24 h内完成。棘突猛虾蛄产卵量2.4万粒~7.6万粒, 卵子直径510 μm~670 μm[33]; 黑斑口虾蛄产卵量1.4万粒~3.1万粒, 卵子直径550 μm~ 670 μm[36]; 口虾蛄产卵量3.0万粒~5.0万粒, 卵子直径440 μm~470 μm[54]。
最新研究报道:口虾蛄性腺发育期间卵巢的脂肪含量增加[55], 这表明脂肪与繁殖密切相关。另外, 刘海映等[56]研究了口虾蛄卵黄蛋白原基因, Hongwei等[57]研究了口虾蛄卵巢转录组, 获得大量分子标记。这些研究报道提供了新的研究方向, 有助于对虾蛄卵巢发育分子调控机理进行深入研究, 为虾蛄卵巢人工诱导发育和全人工繁殖提供理论基础。
2.3 精巢发育及授精
雄虾蛄生殖系统由精巢、输精管、雄性副腺、副腺管和交接棒组成。精巢1对, 位于围心窦和中肠腺之间, 始于第3腹节, 终于尾节。精巢呈管状, 末段较直, 前段弯曲, 在第七、八胸节处盘曲成耳状。精巢在第3腹节内, 左右精巢各发出1条曲折的输精管, 管壁有一层上皮细胞, 但无肌细胞。雄虾蛄生殖系统具1对细丝状副腺, 位于胸部的围心窦下方, 末端具副腺管, 与同侧的输精管延伸入交接棒中。雄虾蛄具交接棒1对, 着生于第3对步足基部, 长约15 mm, 左右交接棒大小差异显著。交接棒内具2条管, 游离端具2孔:圆形的雄性副腺管孔直径约40 μm, 椭圆形的输精管孔直径约86 μm(图 6)[44]。精子的发生过程分为:精原细胞、精母细胞和精子。由精巢、输精管到交接棒, 精细胞逐渐趋向成熟。黑斑口虾蛄成熟的精细胞(精子)呈卵圆形, 外被厚膜, 大小约8.5 μm× 7.0 μm, 无鞭毛, 未发现有顶体结构[58]。有学者研究口虾蛄精巢发育, 将口虾蛄精巢发育分为5个时期[37]:精原细胞期、初级精母细胞期、次级精母细胞期、精细胞期和精子期。也有分为4个时期[47]:精原细胞期、精母细胞期、早期精子期和精子期。鲜见猛虾蛄精巢发育研究报道。
图 6 雄虾蛄交接棒远端电镜扫描[44] Fig. 6 SEM of the distal end of male penis of Squilla empusa ago.副腺孔; go.生殖孔 Ago. accessory gland orifice; go. genital orifice
图选项
虾蛄在产卵前数月交配, 口虾蛄交配时间约在9月~11月[59]。口虾蛄交配时, 雌雄个体互相追逐、伴游。雄性从其后沿着雌性腹部背面前进, 用第1胸肢擦触雌性, 然后用第1~5胸肢将雌性翻过来, 将其交接棒插入雌性第6胸节腹侧正中央的纳精囊内。精子通过交接棒的输精孔, 雄性副腺分泌物通过副腺孔, 组成精子束[44], 注入雌虾蛄纳精囊并储存, 待产卵时进行授精。
2.4 幼体发育
虾蛄的幼体发育包括胚胎发育和胚后发育, 前者指从受精卵发育到膜内溞状幼体的过程, 后者指从膜内溞状幼体出壳后发育到仔虾蛄的过程。口虾蛄的胚胎发育经过受精卵、囊胚、原肠胚、膜内无节幼体、膜内溞状幼体等发育阶段(图 7)[60]。水温为(21±1)℃时, 受精卵经过18 d孵化为Ⅰ期假溞状幼体[60]。
图 7 口虾蛄胚胎发育的形态特征[60] Fig. 7 Morphological features of embryonic development in O. oratoria A.受精卵; B、C.卵裂; D.囊胚期; E.原肠胚期; F.膜内无节幼体期; G.膜内溞状幼体期 A. fertilized egg; B, C. cleavage; D. blastula; E. gastrula; F. egg-nauplius; G. egg zoea
图选项
虾蛄胚后发育过程中, 外形特征和个体大小都发生显著变化。王波等[54]依据外形特征, 把口虾蛄这阶段的幼体发育分为11个时期。这种分期方法太复杂, 需要解剖镜和显微镜观察, 不利于生产实践中应用。Haug等[61]则分为4个时相:第一时相假溞状幼体(antizoea), 第二时相假溞状幼体(pseudozoea), 第三时相假溞状幼体(alima)和第四时相假溞状幼体(erichthus)。为了在生产实践中便于观察, 蒋霞敏等[62]将黑斑口虾蛄的假溞状幼体分为3大期(称相)。其特点是:
第1相(卵黄营养阶段)平均体长1.8 mm~2.2 mm, 以卵黄作营养, 不摄食。主要在底部活动, 复眼为柄眼, 身体柔软, 仅具第1、2胸肢。
第2相(浮游阶段)平均体长2.5 mm~11.5 mm, 开口摄食小型浮游动物, 营浮游生活, 趋光性强, 后期活动能力增强, 能翻转及倒立。
第3相(底栖阶段)平均体长14.0 mm~17.5 mm, 以大型浮游动物为食, 活动在水层的中下部, 活动能力很强。尾扇明显且分节, 头胸甲侧刺坚硬, 手握有针刺感。
在水温24~29℃条件下, 从第Ⅰ期假溞状幼体(Z1)发育至第Ⅺ期假溞状幼体(Z11)历时24 d~27 d; 第Ⅺ期假溞状幼体(Z11)发育至第Ⅰ期仔虾蛄历时4 d~7 d。
此外, 许多学者通过投喂饵料, 研究虾蛄胚后幼体的生长、发育, 即人工育苗[59, 63-65]。用鱼油和酵母强化的卤虫(Artemia salina)无节幼体投喂黑斑口虾蛄幼体, 能显著提高幼体的成活率、变态率与发育速度[66]。王春琳等[67]还分析了黑斑口虾蛄胚胎和幼体不同发育时期脂类及脂肪酸组成。刘海映等[68]研究了口虾蛄幼体消化酶活力。这些研究结果为提高虾蛄人工育苗成活率提供参考。
3 总结与展望
有关虾蛄的研究报道始于20世纪80年代, 其中以口虾蛄和黑斑口虾蛄研究较多, 而猛虾蛄和棘突猛虾蛄等的研究报道比较少, 有待加强。口虾蛄类的繁殖生物学研究报道很多, 但对纳精结构、卵巢发育分期、精子卵子发生、幼体发育分期等分歧较大。总之, 从生产实践考虑, 分期标准要简单、实用、容易掌握; 从科学研究角度, 要慎密、严谨。这些争论是由于学者的标准不同而造成的, 不影响结果。另外, 许多学者对如何提高虾蛄幼体变态率和成苗率做了大量工作, 但对亲本成活率、卵子孵化率研究不多, 并且这些亲本都是海区卵巢已发育的虾蛄。人工诱导虾蛄卵巢发育研究尚属空白。可喜的是, 已有学者开展了卵巢发育分子层面的研究, 有助于深入了解虾蛄卵巢发育调控机理, 为人工诱导虾蛄卵巢发育提供借鉴。这些研究报道提供了新的研究方向, 为虾蛄规模化人工育苗直至全人工繁殖, 提供理论基础。