草魚肌間骨形態(tài)學(xué)觀察與分析研究

草魚肌間骨形態(tài)學(xué)觀察與分析研究

段曉迪， 王蓉， 董傳舉

（河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453007）

中國具有悠久的水產(chǎn)養(yǎng)殖歷史，養(yǎng)殖總產(chǎn)量位居全球領(lǐng)先地位。近年來，全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量逐年攀升，2017年淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量已高達2905.29萬噸，占水產(chǎn)品總量的45%以上[1]。在淡水養(yǎng)殖魚類中，草魚（Ctenopharyngodon idellus）的養(yǎng)殖規(guī)模最大且區(qū)域最廣，其產(chǎn)量高達534.56萬噸[1,2]。但肌間骨（Intermuscular bone，IB）的存在嚴(yán)重影響了草魚的食用及深加工，使其不能達到國際優(yōu)質(zhì)魚類的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，進而極大的影響了草魚的市場消費及經(jīng)濟價值[3]。

肌間骨（又稱肌間刺或肌間小骨）是散布于魚類肌間隔中的硬骨小刺，直接由間葉細(xì)胞骨化形成膜性硬骨[4,5]，其發(fā)育過程無軟骨階段[6]，通俗說法稱之為魚刺，解剖學(xué)上稱之為種籽骨。呈針刺狀，有分杈分枝現(xiàn)象，存在于軸上肌與尾部軸下肌之中，通過結(jié)締組織系著穿過的肌節(jié)。依據(jù)肌間骨的著生部位，可將其分為三類：（1） 連接在髓弓上的髓弓小骨（epineural bone）；（2）連接在椎體上的椎體小骨（epicentral bone）；（3）連接在腹肋或脈弓上的脈弓小骨（epipleural bone）[4,7]。肌間骨僅存在于真骨魚類中，低等真骨魚類普遍存在肌間骨，而高等真骨魚類幾乎不存在肌間骨[8]。國內(nèi)對于肌間骨的研究則主要集中在鯉科魚類，如董在杰等對鰱（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys nobilis）、團頭魴（Megalobrama amblycephala） 和異育銀鯽（Carassius auratus gibelio）肌間骨進行了初步分析[7]；呂耀平等系統(tǒng)的對草、鰱、鳙、甌江彩鯉（Cyprinus carpiovar. color）等魚類肌間骨進行比較[9,10]；陳琳等對黃河鯉（Cyprinus carpio haematopterus）、鰱、團頭魴、淇河鯽（Carassius auratusin Qihe river）的肌間骨形態(tài)發(fā)生、數(shù)目及分布等進行了詳細(xì)報道[11-14]。除了形態(tài)學(xué)的研究，對于肌間骨的分子學(xué)研究也有了較大進展，例如：Wan等通過對團頭魴microRNA（miRNA）及轉(zhuǎn)錄組分析揭示了肌間骨發(fā)生的分子機制，并初步確定了與其發(fā)育相關(guān)的miRNA/基因相互作用通路[15,16]；Zhang等通過對團頭魴Bmp基因家族的研究，發(fā)現(xiàn)Bmps可能是魚類肌間骨形成過程中的啟動子或抑制劑[17]；Lv等研究表明MsxC可能在唇鰭骨（Hemibarbus labeo）的肌間骨發(fā)育中發(fā)揮作用[18]。盡管對于肌間骨的研究有了一定的進展，但肌間骨發(fā)生的分子調(diào)控機制比較復(fù)雜，相關(guān)機制的研究尚需深入開展。

草 魚 屬 鯉 形 目 （Cypriniformes）， 鯉 科（Cyprinidae），雅羅魚亞科（Leuciscinae），草魚屬（Ctenopharyngodon），分布于我國各大水系，通常喜居于中下層水域或水草茂盛區(qū)域，喜歡群體覓食，因其能迅速清除水域中各種水草，而有“開荒者”之稱。目前對于草魚肌間骨系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)分析較少[10,19]。本研究以“四大家魚”之一的草魚為研究對象，對同一水域相同規(guī)格的草魚肌間骨進行形態(tài)學(xué)觀察及分析，為揭示草魚肌間骨的演化途徑、分子發(fā)生機制及高品質(zhì)草魚的培育提供初步的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

本實驗所用草魚均為隨機采樣野生二倍體，采樣地點為：東經(jīng)E113.79，北緯N27.57，采集后保存于-20℃冰箱。取3尾草魚，分別命名為草魚01，草魚02及草魚03（以下以樣本號“01”，“02”，“03”表示）。

1.2 草魚形態(tài)學(xué)測量

草魚外部形態(tài)的測量采用傳統(tǒng)方法。首先將-20℃冷凍保存的草魚放置室溫解凍，完全解凍后，用直尺及游標(biāo)卡尺進行全長、體長、頭長、體寬、體高等形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)的測量，并測量體重，記錄并保存數(shù)據(jù)（表1）。

表1 草魚形態(tài)學(xué)測量及肌間骨總數(shù)Tab.1 Morphological measurements and number of total intermuscular bones of grass carps

1.3 肌間骨觀察方法

草魚形態(tài)學(xué)指標(biāo)測量完成后，去除鱗片和內(nèi)臟，用紗布將魚身包裹，沸水煮15 min后取出。去紗布，將魚體放至解剖盤冷卻至室溫后進行解剖。將魚體分為以脊柱為界的軸上部、軸下部及尾鰭基部三部分，用鑷子從尾鰭基部向頭部依次剝離肌肉，并按序取出肌間骨，按肌間骨左側(cè)在上、右側(cè)在下的順序?qū)⑵鋽[放至黑色背景卡片。對已排序的肌間骨形態(tài)進行分類，拍照記錄并固定。

2 結(jié)果

2.1 草魚的形態(tài)學(xué)測量及肌間骨總數(shù)

所采集的野生二倍體草魚形態(tài)學(xué)測量數(shù)據(jù)見表1。全長在44.6-46.3 cm之間，平均值為45.7 cm；體長在37.4-39.2 cm之間，平均值為38.3 cm；頭長在7.8-8.4 cm之間，平均值為8.1 cm；體寬在6.1-6.3 cm之間，平均值為6.2 cm；體高在8.6-9.6 cm之間，平均值為9.1 cm；體重在1158-1199 g，平均值為1182.3 g。三尾草魚的肌間骨總數(shù)分別為131、129、134，平均值為131根（圖1-3）。

圖1 草魚01形態(tài)圖Fig. 1 Morphology of grass carp 01

圖2 草魚02形態(tài)圖Fig. 2 Morphology of grass carp 02

圖3 草魚03形態(tài)圖Fig. 3 Morphology of grass carp 03

2.2 草魚肌間骨的形態(tài)

魚類肌間骨有多種形態(tài)，根據(jù)其形態(tài)復(fù)雜程度可將其總結(jié)為7種類型：①“I”形（無分叉），②“卜”形（一端兩分叉且不等長），③“Y”形（一端兩分叉且等長），④一端多叉形（一端具3個及以上分叉），⑤兩端兩分叉形（兩端均有兩分叉），⑥兩端多叉形（兩端均有兩個及以上分叉），⑦樹枝形（兩端均有4個以上的分叉）[10]。實驗結(jié)果顯示草魚中不含樹枝形肌間骨，但含有“L”形肌間骨。參考上述分類標(biāo)準(zhǔn)，我們將實驗所用草魚肌間骨分為“I”形、“L”形、“Y”形、“卜”形、“Y”形、一端多叉形、兩端兩分叉形及兩端多叉形7種類型(圖4）。

圖4 7種肌間骨形態(tài)類型Fig.4 Seven shapes of IB morphology

實驗所用的野生草魚不同形態(tài)類型的肌間骨數(shù)目統(tǒng)計如表2所示。髓弓小骨上述7種形態(tài)均存在，其中“I”形平均37.3根，“L”形平均0.7根，“卜”形平均12.0根，“Y”形平均22.3根，一端多叉形平均2.0根，兩端兩分叉形平均10.3根，兩端多叉形平均4.7根；脈弓小骨含“I”形、“L”形、“卜”形、“Y”形、一端多叉形5種肌間骨，其平均值依次為27.3根，3.0根，4.0根，6.7根，0.7根。髓弓小骨及脈弓小骨均以“I”形肌間骨數(shù)量居多，“Y”形數(shù)量次之，總體上髓弓小骨形態(tài)較為復(fù)雜。

表2 草魚不同形態(tài)類型的肌間骨數(shù)目統(tǒng)計Tab. 2 Statistics of the number of intermuscular bones in grass carp of different morphological types

2.3 草魚肌間骨在不同部位的分布

草魚成體兩側(cè)肌間骨的分布如圖5-7所示，按照髓弓小骨及脈弓小骨在魚體內(nèi)的位置從頭至尾按序擺放。按照魚體左右兩側(cè)區(qū)分，01號草魚左側(cè)肌間骨為70根，右側(cè)60根；02號草魚左側(cè)肌間骨為68根，右側(cè)61根；03號草魚左側(cè)肌間骨為76根，右側(cè)58根；三尾草魚肌間骨左側(cè)平均為71.3根，右側(cè)為59.7根。以脊柱為界，01號草魚軸上部肌間骨為85根，軸下部32根，尾鰭基部13根；02號草魚軸上部肌間骨為77根，軸下部36根，尾鰭基部16根；03號草魚軸上部肌間骨為79根，軸下部38根，尾鰭基部17根；三尾草魚肌間骨軸上部平均為80.3根，軸下部35.3根，尾鰭基部15.3根。肌間骨不同形態(tài)類型的具體分布情況見表3。實驗結(jié)果表明：軸上部肌間骨數(shù)量最多，且具兩端兩分叉形、兩端多叉形等復(fù)雜肌間骨形態(tài)；軸下部腹腔前幾乎無肌間骨，腹腔后含少量肌間骨；尾鰭基部肌間骨數(shù)量最少，左側(cè)含量明顯多于右側(cè)，分布最為密集。軸下部和尾鰭基部肌間骨均以“I”形及“Y”形為主，形態(tài)單一。實驗所用成體草魚魚體兩側(cè)的肌間骨數(shù)目及形態(tài)均不完全相同，呈不對稱分布，由尾至頭肌間骨的結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜化。

表3 草魚肌間骨的分布Tab. 3 Distribution of IB in grass carp

圖5 草魚01肌間骨分布Fig. 5 IB distribution of grass carp 01

圖6 草魚02肌間骨分布Fig. 6 IB distribution of grass carp 02

圖7 草魚03肌間骨分布Fig. 7 IB distribution of grass carp 03

3 討論

3.1 草魚肌間骨的數(shù)目

本實驗采用傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)解剖的方法對野生二倍體草魚肌間骨的數(shù)目進行研究分析。結(jié)果表明，體長38 cm左右的草魚肌間骨數(shù)目約為131根，其中尾鰭基部約15.3根。這與呂耀平等[10]所報道的草魚平均肌間骨數(shù)目為117根不相符，可能是由于尾鰭基部肌間骨與尾鰭形態(tài)相似，導(dǎo)致其被忽略而引起本實驗結(jié)果與之有所差異。也有研究表明遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)可減少魚類肌間骨數(shù)量[3]，據(jù)此推測實驗對象也可能引起肌間骨數(shù)目的差異，其實驗用魚可能為雜交品種，肌間骨數(shù)量也少于野生品種。其次，同種魚在不同的生態(tài)環(huán)境中也可能會導(dǎo)致肌間骨數(shù)目的差異。

尾鰭作為運動器官對魚類的快速游動具有重要影響[20]。有學(xué)者認(rèn)為肌間骨在魚類大側(cè)肌的運動中起輔助作用，并能在肌肉中傳導(dǎo)機械力量[21,22]。本實驗中尾鰭基部肌間骨最為密集且明顯粗壯，因此推測尾鰭基部肌間骨能夠協(xié)助魚體的運動，其形態(tài)是由于長期輔助魚體快速游動所致。

3.2 草魚肌間骨的形態(tài)及分布

肌間骨細(xì)而長，多呈針狀，影響人們對魚類的食用。根據(jù)蔣燕[23]及黎玲[24]等的研究可知，鯉科魚類僅有軸上肌肌節(jié)間的髓弓小骨和軸下肌肌節(jié)間的脈弓小骨，不包含隔膜中的椎體小骨。實驗草魚與之結(jié)果相符，僅含有髓弓小骨和脈弓小骨兩種類型。

魚類肌間骨形態(tài)多樣[6]，且與分布位置有一定關(guān)系。孟慶聞等通過對鰱肌間骨的研究發(fā)現(xiàn)，肌間骨在魚體中呈兩側(cè)成對分布[25]，但近年研究結(jié)果表明肌間骨并非兩側(cè)對稱分布，其數(shù)目及形態(tài)均有一定的差異[26,27]，本實驗支持后者的研究結(jié)論，即肌間骨呈兩側(cè)不對稱分布。本研究將魚體劃分為軸上部、軸下部以及尾鰭基部三個部分，研究表明草魚的軸上部肌間骨數(shù)量較多且形態(tài)復(fù)雜多樣；軸下部肌間骨數(shù)量較少，且形態(tài)較簡單；尾鰭基部肌間骨形態(tài)最為簡單粗壯，多為“I”形少量“Y”形。所有肌間骨形態(tài)較簡單的一端向尾部傾斜，形態(tài)較復(fù)雜的一端則向頭部傾斜，由頭部向尾鰭有秩序地分布于各個肌節(jié)之間[28]，該結(jié)果與董在杰[7]和聶春紅[29]等對鯉科魚類的研究表述一致。

3.3 草魚肌間骨的演化

Patterson等認(rèn)為最原始的肌間骨無分叉形態(tài)[8]。孟慶聞和蘇錦祥等通過對鰱魚肌間骨的研究，將其分為“I”、“卜”、“Y”及樹枝形四種類型[25]。董在杰等根據(jù)幾種常見鯉科魚類肌間骨的形態(tài)將其分為兩種基本類型：“I”形和“Y”形，并認(rèn)為其余幾種較復(fù)雜形態(tài)均是在此基礎(chǔ)上演化而來[7]。真骨魚類肌間骨的外形結(jié)構(gòu)隨魚類由低等到高等而發(fā)生變化，且愈加復(fù)雜化[28]。通過對幾種低等真骨魚類進行解剖，有學(xué)者按照其肌間骨形態(tài)復(fù)雜性將其細(xì)分為更利于剖析各種形態(tài)肌間骨演變路徑的7種類型（即“I”形，“卜”形，“Y”形，一端多叉形，兩端兩分叉形，兩端多叉形，樹枝形）[10]。本文參考上述方法將草魚肌間骨分類，結(jié)果表明草魚肌間骨分為“I”形、“L”形、“卜”形、“Y”形、一端多叉形、兩端兩分叉形及兩端多叉形7種類型。有研究認(rèn)為形態(tài)越復(fù)雜的肌間骨，其所需演化時間越長[3]，本實驗中兩端兩分叉、兩端多分叉等較復(fù)雜肌間骨主要出現(xiàn)在頭部，越接近尾部其形態(tài)越簡單，且以“I”形為主，此結(jié)果支持上述觀點。

如今，肌間骨的研究備受關(guān)注并取得一定進展，但其功能、演化路徑暫無定論。對于草魚肌間骨的演化路徑也存在一定爭議，有研究認(rèn)為所有肌間骨均以“I”形為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化而來。草魚肌間骨的演化路徑可能為：①“I”形-“卜”形-“Y”形-一端多叉形或②“I”形-“卜”形-“Y”形-兩端兩分叉形-兩端多叉形-樹枝形。本實驗研究發(fā)現(xiàn)在草魚中同時出現(xiàn)一端多叉、兩端兩分叉及兩端多叉形肌間骨。據(jù)此推測草魚肌間骨的演化路徑可能為：“I”形-“L”形-“卜”形-“Y”形-一端多叉形-兩端兩分叉形-兩端多叉形，但關(guān)于草魚肌間骨的具體演化路徑還有待進一步的探索。

4 總結(jié)

本研究表明：草魚無椎體小骨，其肌間骨的數(shù)量可能受水域環(huán)境的影響。進行肌間骨的研究分析時，尾鰭基部的肌間骨易被忽視，但在草魚中，尾鰭基部肌間骨分布密集，形態(tài)最為粗壯，且可能與長期協(xié)助魚體游動相關(guān)，有待進一步研究。本文在草魚中發(fā)現(xiàn)“一端多叉形”為草魚中最新發(fā)現(xiàn)的肌間骨類型。研究表明“L”形可能是“I”形演化至“卜”形的一種過渡形態(tài)，故推測草魚的肌間骨演化路徑可能為：“I”形-“L”形-“卜”形-“Y”形-一端多叉形-兩端兩分叉形-兩端多叉形。