ВВЕДЕНИЕ
Для обеспечения путей управления в ходе сперматогенеза в преднерестовый и нерестовый периоды важно знать особенности развития половых клеток с целью разработки методов контроля степени половой зрелости рыб в индустриальных условиях.
При использовании универсальной шестибальной шкалы, описанной для разных видов рыб, период созревания у самцов происходит асинхронно [Персов, 1947, 1975; Буцкая, 1955; Сакун, Буцкая, 1963; Трусов, 1964; Алтуфьев и др., 1986; Илясова, 1988, 1989, 1995; Багров и др., 2020]. Критерием периода созревания служат волны сперматогенеза, которые проходят с последовательным протеканием от III до VI стадий зрелости семенников в основу, которых положены цитологические критерии.
Развитие половых клеток, состояние семенников и всего организма в целом взаимосвязаны и находятся во взаимозависимости от абиотических факторов среды – в частности, температуры воды и общей суммы тепла в градусо-днях. Познание закономерностей развития половых клеток, продолжительности функционирования половых желез, ритмов размножения, обеспечат пути управления нерестом при искусственном воспроизводстве для целенаправленного формирования маточных стад.
В статье представлен закономерный ход сперматогенеза у зрелых самцов осетровых рыб на примере сибирского осетра ленской популяции с учетом особенностей развития половых клеток в условиях индустриального предприятия с годовой суммой тепла 5600 градусо-дней.
Ключевые слова: сибирский осетр, сперматогенез, сумма тепла, закономерности, градусо-дни, стадия зрелости
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для анализа развития половых клеток у самцов сибирского осетра ленской популяции использовали гистологические методы [Ромейс, 1953; Микодина и др., 2009].
Рыба выращивалась на индустриальном предприятии отдела «Конаковский» Филиала по пресноводному рыбному хозяйству ГНЦ РФ ФГБНУ «ВНИРО» («ВНИИПРХ»). От 50-ти впервые созревших самцов сибирского осетра генерации 2017 г. в возрасте 1400 суток брались пробы гонад методом биопсии, с последующей фиксацией их в 70%-ном спирте. После обезвоживания готовили срезы толщиной 7-8 мкм на микротоме РОТМИК-2. Освобожденные от парафина срезы окрашивали железным гематоксилином по Гейденгайну с последующим обезвоживанием и заключением в бальзам. При описании стадий зрелости гонад и развития половых клеток использовали универсальную шкалу [Сакун, Буцкая, 1963; Трусов, 1964]. Изучение и анализ гистологических срезов осуществляли с использованием микроскопа микромед-2 и цифровой камеры для микроскопа серии ToupCam.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В индустриальном предприятии отдела «Конаковский» использовались впервые созревшие 4-х летние самцы сибирского осетра при общей сумме тепла 21483 градусо-дней со средней температурой 15,3 °С и средней массе тела 5,19 кг. Исследования касались изучения и анализа хода сперматогенеза с учетом особенностей развития половых клеток в индустриальных условиях с заданным температурным режимом, с годовой суммой тепла 5600 градусо-дней.
Различают четыре периода сперматогенеза: размножение сперматогоний, рост, деления созревания и спермиогенез [Сакун, Буцкая, 1963; Трусов, 1964]. Первыми признаками дифференцировки по полу у сибирского осетра генерации 2017 г. на втором году жизни было анатомическое формирование соматических тканей гонады по форме и строению единичных первичных половых клеток – сперматогоний, которые могут быть критериями ранней половой диагностики пола (рисунок 1).
Рисунок 1 - Анатомическая дифференцировка пола у самцов сибирского осетра:
А. 1) гонада; 2) рудимент яичника; 3) жировое тело. Ув.ок.10× об.4×
Б. 1) фрагмент гонады в I стадии зрелости: 4) первичные сперматогонии;
5) соединительнотканные клетки гонады. Ув.ок.10× об.40×
Цитологическая дифференцировка пола у самцов происходит в половозрелом состоянии в полностью сформированной железе [Сакун, Буцкая, 1963, Персов, 1975].
Началом вторичного полового признака, цитологической дифференцировки пола в семенниках, являются волны сперматогенеза, которые в период созревания происходят асинхронно и характеризуются интенсивным протеканием III, III-IV, IV, IV-V, V, V-VI и VI стадий зрелости.
Определение пола у самцов рыб носит генотипический характер и состоит из нескольких этапов. Первый этап волны сперматогенеза – митотические деления сперматогоний до сперматоцитов I порядка размером от 7,0 до 5,0 мкм. Второй этап - мейоз, это два деления созревания, ведущие к уменьшению вдвое числа хромосом - сперматоциты II порядка размером от 3,6 до 3,2 мкм и сперматиды с гаплоидным набором хромосом размером от 2,7 до 2,3 мкм. Асинхронный характер волны сперматогенеза III стадии зрелости семенника показан на рисунке 2.
Рисунок 2 - фрагменты семенника III стадии зрелости у самцов в трехлетнем возрасте, что соответствует цитологической дифференцировке пола, в цистах находятся:
1) сперматоциты I порядка; 2) сперматоциты II порядка; 3) сперматиды;
4) фолликулярный эпителий цист. Ув.ок.10× об.40×
Третий этап - спермиогенез, характеризуется как IV стадии зрелости семенника, в ходе которого сперматиды преобразуются в сперматозоиды. Цисты со зрелыми сперматозоидами показаны на рисунке 3.
Сформированные сперматозоиды выходят из цист в семенные канальцы и направляются к общему выводному протоку, расположенному в верхней части семенника. Присутствие цист со зрелыми сперматозоидами и пустыми от спермы характеризует переход семенников в IV-V стадию зрелости (рисунок 4).
Рисунок 3 - Фрагмент семенника IV стадии зрелости: 1) цисты со зрелыми сперматозоидами; 2) фолликулярный эпителий цист, приобретающий кубическую форму; 3) первичные сперматогонии. Ув.ок.10× об.40×
Рисунок 4 - Фрагмент семенника IV-V - стадий зрелости: 1) цисты со зрелыми сперматозоидами; 2) опустевшие цисты; 3) выход сперматозоидов из цист; 4) зрелые сперматозоиды в выводном протоке Ув.ок.10× об.10×
Зрелые сперматозоиды палочковидной формы в выводном протоке характеризуют V стадию зрелости, рисунок 5.
Рисунок 5 – Зрелые сперматозоиды палочковидной формы.
Ув.ок.10× об.40×
Одновременно с выходом сперматозоидов в выводной проток в цистах идет процесс резорбции перезревшей спермы, который осуществляется клетками фолликулярного эпителия [Кулаев, 1927; Персов, 1947; Сакун, 1954; Буцкая, 1959; Серебрякова, 1964].
Показателем процессов резорбции в семенниках, уже IV - VI стадии зрелости, является присутствие в цистах наряду с остаточными сперматозоидами и цист с неиспользованными сперматозоидами, слившиеся в сплошные непросвечивающие массы (рисунок 6).
После нереста семенники вступают в VI стадию зрелости (выбой). Опустошение семенных канальцев приводит семенники в дряблое состояние. В цистах остатки сперматозоидов подвергаются резорбции как регулирующим, естественным процессом в протекании половых циклов у рыб. Стенки фолликулярной оболочки, обеспечивающие резорбцию, приобретают кубическую форму, а внутри фолликулярных клеток можно различать фагоцитированные головки сперматозоидов (рисунок 7).
Рисунок 6 - Фрагмент семенника IV-VI стадии зрелости: 1) цисты со остатками резорбирующихся сперматозоидов; 2) массы слившихся резорбирующихся сперматозоидов; 3) опустевшие цисты; 4) фолликулярный эпителий; 5) клетки фолликулярной оболочки. Ув.ок.10× об.40×
Рисунок 7 - Фрагмент семенника VI стадии зрелости (выбой): 1) цисты с остатками резорбирующихся сперматозоидов; 2) опустевшие цисты; 3) стенки фолликулярной оболочки цист со фагоцитированными головками сперматозоидов. Ув.ок.10× об.40×
В выводном протоке неиспользованные сперматозоиды также подвергаются резорбции, сливаясь в сплошные непросвечивающие массы (рисунок 8).
Рисунок 8 - Фрагмент выводного протока VI стадии зрелости: 1) резорбция неиспользованной спермы. Ув.ок.10× об.40×
После выбоя семенники постепенно переходят в VI - начало II-ой стадии зрелости, где происходит резорбция остатков неиспользованных сперматозоидов и формирование цист, содержащих первичные сперматогонии новой генерации половых клеток следующего полового цикла в будущем нерестовом сезоне (рисунок 9).
Рисунок 9 - Фрагмент семенника VI - начало II стадии зрелости: 1) цисты с остатками резорбирующихся сперматозоидов; 2) опустевшие цисты; 3) первичные сперматогонии; 4) фолликулярная оболочка. Ув.ок.10× об.40×
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Процесс сперматогенеза в индустриальных условиях показан у впервые созревших самцов сибирского осетра ленской популяции в возрасте 1400 суток, для которого потребовалось 21483 градусо-дней. Цитологическая дифференцировка пола у самцов происходит в 4-летнем возрасте в полностью сформированной железе. Созревание половых клеток у самцов осетровых рыб обеспечивают волны сперматогенеза, характеризующиеся интенсивным протеканием от III до VI стадий зрелости семенников. Определение пола у самцов рыб носит генотипический характер и состоит из нескольких этапов. Первый этап волны сперматогенеза – митотические деления сперматогоний до сперматоцитов I порядка, второй этап - мейоз, это 2 деления созревания, ведущие к уменьшению вдвое числа хромосом - сперматоциты II порядка и сперматиды с гаплоидным набором хромосом. Третий этап - спермиогенез, в ходе которого сперматиды преобразуются в сперматозоиды, характеризующие IV стадии зрелости семенника. Сформированные сперматозоиды выходят из цист в семенные канальцы и направляются к общему выводному протоку, расположенному в верхней части семенника для последующего выхода их через генитальное отверстие. Текучесть половых продуктов характеризуется как V стадия зрелости семенников. После вытекания спермы из семенных канальцев наступает посленерестовое состояние, VI стадия зрелости, при которой неиспользованные сперматозоиды перезревают и подвергаются естественному процессу резорбции, порой сливаясь в сплошную однородную массу.
В гонадах у отнерестившихся самцов остается небольшое количество цист, которые заполнены зрелыми сперматозоидами, указывающих на возможность повторного получения спермы. В связи с этим использование самцов в нерестовом сезоне может быть неоднократным, но кратковременным в зависимости от полового цикла самок. Для осетровых рыб характерен единовременный тип икрометания, поэтому волна сперматогенеза закономерно носит сезонный характер, она всегда взаимосвязана с протеканием оогенеза, обеспечивая целенаправленное формирование искусственно создаваемых маточных стад.
При контроле степени половой зрелости у самцов в преднерестовый и нерестовый периоды во времени в условиях индустриального предприятия с годовой суммой тепла 5600 градусо-дней открываются пути управления закономерным ходом сперматогенеза в годичном половом цикле.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алтуфьев Ю.В., Романов А.А., Долгопол А.П. Методическое пособие к изучению развития половых желез у рыб (на примере семейства Acipenseridae – осетровых). - Астрахань: Астраханский технический институт рыбной промышленности и хозяйства, 1986. – 57 с.
Багров А.М., Илясова В.А., Мельченков Е.А., Калмыкова В.В. Новые объекты акклиматизации в пресноводной аквакультуре: гаметогенез, половые циклы, рыбоводное освоение // Рыбное хозяйство. – 2020. - №3. – С. 82-87.
Буцкая Н.А. Об особенностях функции семенников у рыб различными типами нереста // Докл. АН СССР. – 1955. - Т. 100, №4. – С. 809-812.
Буцкая Н.А. Фолликулярный эпителий семенников и особенности его функции, связанные с типом нереста (на примере окуневых) // Зоол. журн. - 1959. - Т. 38, вып. 12. - С.1844-1849.
Илясова В.А. Гаметогенез и половые циклы веслоноса. Сообщение 2. Сперматогенез // Сб. науч. тр. / Растительноядные рыбы и новые объекты рыбоводства и акклиматизации. - М.: ВНИИПРХ, 1988. - Вып. 54. - С. 35-39.
Илясова В.А. Гаметогенез и половые циклы веслоноса (Роlyodontidae): автореф. дисс. … канд. биол. наук. - М., 1989. - 24 с.
Илясова В.А. Гаметогенез и половые циклы новых объектов рыбоводства и акклиматизации в связи с искусственным воспроизводством: автореф. дисс. … докт. биол. наук. - М., 1995. - 48 с.
Кулаев С.И. Наблюдения над изменением семенников речного окуня в течении годового цикла // Русский зоол. журн. - 1927. - Вып.3. – С. 15-53.
Микодина Е.В., Седова М.А., Чмилевский Д.А., Микулин А.Е., Пьянова С.В., Полуэктова Щ.Г. Гистология для ихтиологов. Опыт и советы. - М.: Изд-во ВНИРО, 2009. - 112 с.
Персов Г.М. Семенник севрюги в период нерестовой миграции, нереста и поката // Тр. лаб. основ рыбоводства. - 1947. - Т.1. - С. 177-185.
Персов Г.М. Дифференцировка пола у рыб. – Л.: ЛГУ, 1975. – 147 с.
Ромейс Б. Микроскопическая техника. - М.: Иностранная литература, 1953. - 648 с.
Сакун О.Ф. Анализ функции половых желез у самцов и самок рыб в связи с характером нереста (на примере сырти Vimba vimba) // ДАН СССР. - 1954. - Т. 98, №3. – С. 505-507.
Сакун О.Ф., Буцкая Н.А. Определение стадий зрелости и изучение половых циклов рыб. - М.: Пищевая промышленность, 1963. - 36 с.
Серебрякова Е.В. Исследование гонад производителей осетра Волгоградского водохранилища // Труды ВНИРО. Осетровые южных морей Советского Союза. - 1964. - Т. 56, сб.3. – С. 117-130.
Трусов В.З. Некоторые особенности созревания и шкала зрелости половых желез осетра // Труды ВНИРО. – 1964. - Т. 56, сб. 3. - С. 69-78.
Резюме
В статье представлен закономерный ход сперматогенеза у самцов сибирского осетра ленской популяции с учетом особенностей развития половых клеток в условиях индустриального предприятия с годовой суммой тепла 5600 градусо-дней. Созрели самцы в возрасте 1400 суток, на первое созревание потребовалось 21483 градусо-дней со средней температурой 15,3 °С и средней массе тела 5,19 кг. Цитологическая дифференцировка пола происходит в половозрелом состоянии, которое обеспечивают волны сперматогенеза, которые характеризуются интенсивным протеканием от III до VI стадий зрелости семенников. При VI стадии зрелости неиспользованные сперматозоиды перезревают и подвергаются естественному процессу резорбции. При контроле степени половой зрелости у самцов в преднерестовый и нерестовый периоды во времени в условиях индустриального предприятия с годовой суммой тепла 5600 градусо-дней открываются пути управления закономерным ходом сперматогенеза в годичном половом цикле.
Библ. - 16, табл. - , рис. - 9.
Подготовили: лаборатория осетроводства и акклиматизации Филиала по пресноводному рыбному хозяйству ГНЦ РФ ФГБНУ "ВНИРО" ("ВНИИПРХ")
.jpg)