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風信子鹿角珊瑚的胚胎和幼蟲發育研究

朱潛1，孫楊2，肖業有3，宋培學1，錢軍1，李洪武1

(1.海南大學 海洋學院,海南 海口 570228；2.三亞市海洋與漁業監測中心，海南 三亞 572000；3.海口市海洋環境監測中心，海南 海口 570105)

摘要：采集異株風信子鹿角珊瑚Acroporahyacinthus自然排放的精卵，進行人工授精，并在顯微鏡下連續觀察其胚胎和幼蟲的發育過程。結果表明：風信子鹿角珊瑚是雌雄同體，體外受精，在月圓后2～3 d同期排卵；其胚胎發育分為6個階段，即受精卵期、卵裂期、囊胚期、原腸期、浮浪幼蟲期、珊瑚幼體；受精卵經過48 h發育為浮浪幼蟲，再經7 d著床變形發育為珊瑚幼體；其浮浪幼蟲附著在附著基上后逐漸膨大，由圓形變成蝶形完全附著在基底上，口盤朝上，隨后幼蟲發生附著變形，長出觸手，形成珊瑚幼體。本研究為國內對文昌云龍灣風信子鹿角珊瑚的胚胎和幼蟲發育過程的首次報道，研究結果可為珊瑚礁的生態修復提供參考依據。

關鍵詞：風信子鹿角珊瑚；胚胎發育；幼蟲發育

風信子鹿角珊瑚Acroporahyacinthus(Dana，1846)隸屬于珊瑚蟲綱Anthozoa Ehrenberg、六放珊瑚亞綱Hexacorallia haeckel、石珊瑚目Scleractinia boune、鹿角珊瑚科Acroporidae verrill、鹿角珊瑚屬Acroporaoken，其骨骼為傘房序式的群體，圓盤狀生長，分枝擁擠，短而粗狀，外形美觀，生活時為棕黃色、黃褐色、咖啡色等[1]。

2010年，本研究室人員在對海南各地區的珊瑚礁進行調查時發現，風信子鹿角珊瑚Acroporahyacinthus分布極為廣泛，在三亞、文昌、萬寧等地皆為優勢種,該品系適應能力強、外形美觀、相對生長速率快，可作為海南地區珊瑚生態修復的優勢品種[2]。1981年，Bothwell[3]首次觀察發現，風信子鹿角珊瑚為雌雄同體，于每年春末夏初期間從口腔向外排放大量配子，其配子在體外發生受精作用而形成受精卵。1985年，Wallace[4]記錄了大堡礁上9種鹿角珊瑚的有性繁殖過程，發現風信子鹿角珊瑚同期排卵行為發生在月圓后的一周內。但這些研究都沒有詳細報道風信子鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發育過程。國內對珊瑚胚胎和幼蟲發育過程的研究甚少，僅有2011年黃潔英等[5]記錄了鹿回頭膨脹薔薇珊瑚和壯實鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發育過程，但對風信子鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發育過程目前尚未見報道。

隨著海南省社會經濟的快速發展，熱帶沿海地區人口不斷增加，近岸海域海洋環境越來越惡化，盡管珊瑚礁生態修復技術和方法在過去的幾十年內得到廣泛運用，但珊瑚礁等熱帶淺海生態系統仍在退化[6-7]。本研究室人員自2010年以來，對云龍灣珊瑚進行了多樣性和有性繁殖的調查，成功地記錄了風信子鹿角珊瑚胚胎和幼蟲的發育過程，并試探性地對珊瑚幼蟲進行了飼養。本研究中，對風信子鹿角珊瑚的胚胎和幼蟲發育過程進行了研究，旨在為更好地掌握造礁珊瑚的有性繁殖以及為珊瑚礁的生態修復提供參考依據。

1材料與方法

1.1材料

風信子鹿角珊瑚采自海南省文昌市云龍灣(東經110°28′～111°03′、北緯19°20′～20°10′)，云龍灣東南和北面分別是南海和瓊州海峽，該海域珊瑚礁面積大，種類繁多，其中風信子鹿角珊瑚占地面積廣，長勢極好，便于開展研究[8]。

1.2方法

1.2.1 人工授精 2013年5月25日，月圓之夜潛水觀察到風信子鹿角珊瑚斷枝頂端呈現粉紅色，靠近口盤處有簇狀的橙紅色卵包。將帶有塑料瓶的錐形網(孔徑為 100 μm 的濾網)倒置在產卵珊瑚上，利用珊瑚卵包的浮力讓卵包自動進入塑料瓶中。2013年5月27日21時潛水觀察到珊瑚大量產卵，90 min后取回收集珊瑚精卵的塑料瓶。將收集到的精卵混合物用濾網進行分離，并分裝到盛有過濾海水的10 L塑料桶中。立即將1株珊瑚的卵子與另1株珊瑚的精子相混合，人工授精1 h 后用氣石連續充氣。

1.2.2 發育觀察 卵裂階段，每隔5 min取樣一次,每個樣品含受精卵30個以上，將其置于平皿內,于體式解剖鏡下觀察,并用佳能G12相機連續拍照。囊胚期至原腸期階段,每隔20 min取樣一次，取樣方法和處理方法與卵裂階段相同。

1.2.3 浮浪幼蟲的著床和生長發育觀察 受精24 h后，將珊瑚卵平均分裝到3個25 L白色塑料箱中，每個箱內裝入20 L過濾海水，用氣石連續充氣。每隔2 h抽取受精卵30個以上置于平板內，于顯微鏡下觀察。當塑料箱內大部分珊瑚卵變成浮浪幼蟲后，在箱內放入經海水浸泡一段時間的瓦片、花崗石、大理石、鹿角珊瑚骨骼等附著基，控制水溫為25～26 ℃，鹽度為32～34。每隔12 h，取附著基于顯微鏡下觀察浮浪幼蟲是否著床。將已著床的浮浪幼蟲移入循環水養殖缸中，每隔5 h觀察一次幼體的發育情況，并著重觀察其活動與病變情況，以及水生動物等對珊瑚幼蟲的影響。

1.2.4 供試養殖環境水質的測定 采用《GB 17378.4—2007 海洋檢測規范：第四部分海水分析》的方法對珊瑚幼蟲養殖缸中的水質進行測定[9]。每天用溫度計、pH計、鹽度計分別測定水溫、pH和鹽度；每周采用碘量法測定DO，每月采用堿性高錳酸鉀法、次溴酸鈉氧化法、磷鉬藍法分別測定-P含量，采用重氮-偶氮法測定-N和-N含量。

2結果與分析

2.1精卵形成和受精過程

2013年5月27日潛水觀察到大部分風信子鹿角珊瑚的水螅體前端發生明顯膨脹，卵包已靠近口盤處；30 min后有少數幾個珊瑚蟲將橙紅色的卵包從口盤處慢慢擠出；1 h后幾乎所有珊瑚蟲都開始排出卵包，約90 min后排卵結束。取一定數量橙紅色卵包于顯微鏡下觀察，發現卵包破裂后釋放出紅色的卵子和白色的精子，這證實風信子鹿角珊瑚是雌雄同體。將用濾網(孔徑為50 μm)分離的精卵分別裝到不同的塑料杯中(圖1-A)，取不同株珊瑚的精卵相混合進行體外受精，受精1 h后于體式解剖鏡下觀察到橙紅色的受精卵(圖1-B)。

2.2胚胎發育過程

在水溫為25～26 ℃、鹽度為32～34的條件下，受精卵經過48 h發育為浮浪幼蟲(表1)。根據胚胎發育的形態變化，可將風信子鹿角珊瑚的胚胎發育分為6個階段：受精卵期、卵裂期、囊胚期、原腸期、浮浪幼蟲期、珊瑚幼體，其發育類型為體外受精、體外發育。

表1風信子鹿角珊瑚的胚胎發育

Tab.1TheembryonicdevelopmentofcoralAcroporahyacinthus

受精2 h 30 min后，受精卵首次在一邊進行水平分裂，形成一個心形的受精卵，隨后裂痕擴大，將受精卵沿水平方向均等地分裂成2部分(圖2-A)。受精3 h 40 min后，受精卵進行第二次分裂，此次分裂與第一次分裂均在同一水平面內，方向與第一次分裂方向垂直，受精卵被近似地分成4部分(圖2-B)。受精6 h 53 min后，胚盤進行多次的水平與垂直分裂，形成圓形的桑葚胚，此時各細胞的排列不規則，細胞界限不清。在此之前，各細胞之間的卵裂大致同步，直至卵裂進行至64～128細胞時變得不同步，開始向囊胚期過渡(圖2-C)。受精7 h 35 min后，扁圓形的桑葚胚逐漸變形為盤狀。受精9 h 32 min后，盤狀的胚開始由四周向內彎曲，在中間逐漸出現一個圓狀環溝，形成碗狀囊胚(圖2-D)。受精10 h 20 min后,碗狀囊胚的胚盤中間變得平整,囊胚層細胞由四周繼續向內彎曲, 形成圓形的原腸胚，原腸胚的形成標志著原腸胚發育階段的開始(圖2-E)。 受精34 h 15 min后，原腸胚逐漸關閉，呈圓形的單細胞狀，這標志著原腸胚發育階段結束(圖2-F)。受精48 h后，圓形胚體發育成圓柱形或紡錘形的浮浪幼蟲(圖2-G)，多數為圓形，該時期浮浪幼蟲具有活動能力, 但不具備明顯的目的性，只是轉圈或隨機游動。

注：A中紅色為卵子，白色為精子；B為受精卵開始分裂

Note:A,the red oocytes and white sperm;B,fertilized eggs commencing first cleavage

圖1 風信子鹿角珊瑚的配子和受精卵

Fig.1 The embryonic development of coral Acropora hyacinthus

注：A為2細胞期；B為4細胞期；C為多細胞期；D為囊胚期；E為原腸胚期；F為原腸胚期完成；G為浮浪幼蟲期

Note:A, 2-cell stage; B, 4-cell phase; C, multicellular phase; D, blastula; E,gastrula; F, the end of gastrula; G, planula phase

圖2 風信子鹿角珊瑚的胚胎發育過程

Fig.2 The embryonic development of Acropora hyacinthus

2.3浮浪幼蟲的附著和珊瑚幼蟲的生長發育特點

在白色塑料箱內暫養3 d后，觀察塑料箱內浮浪幼蟲的活動情況，發現其喜歡在底層水中活動，并具有一定的目的性，當發現有附著基時，其反口極細胞會分泌黏液黏附在基底的上部，但此時黏附的不夠牢靠，稍微有水流沖過就會從基底上脫落，并不是真正附著,可能是在試探基底是否合適附著(圖3-A)。當感覺到是合適的附著基時，浮浪幼蟲會逐漸膨大，最終由圓形變成蝶形完全附著在基底上，口盤朝上(圖3-B)。塑料箱內許多找不到合適附著基的浮浪幼蟲游動2個多星期后便死亡。能附著并繼續生長發育的個體,大部分附著在瓦片和鹿角珊瑚的骨骼上。

將成功著床的浮浪幼蟲從白色塑料箱內取出，在表2所示的環境下進行循環水飼養，3 d后發現，部分幼蟲完全變形，逐漸長出觸手，整個形狀呈現為花朵狀，隨后觸手逐漸發育并伸展出來(圖3-C),形成珊瑚幼蟲。

注：A為浮浪幼蟲正在著床；B為浮浪幼蟲著床成功；C為珊瑚幼蟲伸出觸手

Note:A, The planula larvae are settling; B, the planula larvae settled down well; C, coral larvae stretch out their tentacles

圖3 珊瑚幼蟲的著床和生長發育

Fig.3 Coral larvae settlement, growth and development

表2飼養珊瑚幼蟲的水環境條件

Tab.2Theenvironmentalconditionsofcorallarvarearing

3討論

3.1風信子鹿角珊瑚的排卵行為和胚胎發育特點

通過對云龍灣海域風信子鹿角珊瑚連續3年的調查監測，發現風信子鹿角珊瑚產卵時間一年比一年推遲，即2011年和2012年產卵集中在4月下旬到5月初，而2013年產卵集中在5月底，數量也相應的大幅減少。出現這種現象，一方面是云龍灣周圍海水被日漸污染，珊瑚大面積死亡，導致珊瑚卵的數量大幅減少；另一方面根據Harrison等[11]、Jokiel等[12]、Van Woesik等[13]報道，珊瑚的排卵時間因受水溫、月相、鹽度、潮汐等多種因素的影響而有差異。近3年來，云龍灣的風信子鹿角珊瑚皆在月圓之后的2～3 d同期排卵，風信子鹿角珊瑚這種同期排卵行為在Indo-Pacific、Singapore和Great Barrier Reef等地方也有發生，不同的是，在Indo-Pacific同期排卵發生在3月月圓之后的2～3 d，而在Singapore和Great Barrier Reef同期排卵發生在4月月圓后的5～6 d[14-16]。造礁石珊瑚的種類繁多，其產卵時排放的配子一般有5種形式：(1)包含有精子和卵子的卵包，如黃蘚蜂巢珊瑚Faviafavus、Acroporanobilis等；(2)只有卵子的卵包，如腐蝕刺柄珊瑚Hydnophoraexesa等；(3)排放單獨的精子，如叢生盔形珊瑚Galaxeafaseieularis、石芝珊瑚Fungiafungites等；(4)直接排放珊瑚幼蟲, 如箭排孔珊瑚Seriatoporahystrix、鹿角 杯 形 珊 瑚Pocilloporadamicornis。本研究中發現,風信子鹿角珊瑚排放配子的形式為第1種，這與Shlesinger等[17]、Babcock等[14]報道的珊瑚排卵方式相同。在對風信子鹿角珊瑚人工授精過程中，本研究中使用異株珊瑚的精卵受精，這與同株珊瑚的精卵受精相比，大大提高了受精率。

本研究中，風信子鹿角珊瑚的受精卵經過8 h分裂形成扁圓形的桑葚胚進入囊胚期，囊胚期持續時間較短，囊胚層細胞由四周繼續向內彎曲形成圓形的原腸胚，原腸胚逐漸閉合、變形為紡錘形的浮浪幼蟲，此階段共經歷了48 h，這與黃潔英等[5]記錄的壯實鹿角珊瑚受精卵形成浮浪幼蟲的46 h時間比較接近，與薔薇珊瑚的34 h相差較遠，這表明不同屬的石珊瑚在胚胎發育時間上有明顯差異，但同屬相差較小。

3.2浮浪幼蟲的附著特點

據Nozawa等[18]報道，在試驗條件下，大部分鹿角珊瑚的浮浪幼蟲在受精9～10 d后開始附著在基底上，本研究中,風信子鹿角珊瑚的浮浪幼蟲也是在受精9 d后完成附著。與海蟄浮浪幼蟲附著方向不同,風信子鹿角珊瑚的浮浪幼蟲附著在附著基的上方，口盤朝上；而海蜇的浮浪幼蟲絕大部分附著在附著基的下側形成螅狀體，螅狀體的柄部向上，口端向下，呈倒垂狀[19]。這一區別與它們以后的發育生長規律及生態習性有關，海蜇的螅狀體進一步橫裂釋放碟狀幼體掉入水體中，碟狀幼體發育為海蜇營浮游生活，海蜇浮游生活期中絕大部分時間口盤朝下；而風信子鹿角珊瑚的浮浪幼蟲附著后進一步變形發育成碟形，碟形直接發育生長為珊瑚幼體，主要營固著生活，珊瑚棲居時生長期口盤朝上。

3.3珊瑚幼蟲生長中的危害生物

在飼養珊瑚幼蟲的循環水體中出現一種哲水蚤，該蚤經常活躍于附著的珊瑚周圍。據趙文[20]的研究記載，哲水蚤有3種攝食方式：濾食性、捕食性和雜食性。本研究中發現，活躍于珊瑚蟲周圍的哲水蚤在珊瑚幼蟲觸手未展開時，以附著基上的硅藻為食，全身呈現棕色；當珊瑚觸手伸展出來后，哲水蚤以珊瑚幼蟲為食，全身呈現紅色。這種哲水蚤行雜食性的攝食方式，為減少其對珊瑚幼蟲的傷害，本次飼養試驗中采用王建鋼等[21]對橈足類防治的方法成功地去除了這種哲水蚤。國內的珊瑚人工養殖還在起步階段，一般認為，水質對珊瑚幼蟲的生長起決定性因素，而對珊瑚的危害生物關注度較低。由表2可知，飼養試驗的水環境符合自然界珊瑚生存所適范圍，因此，哲水蚤的出現極大地影響了珊瑚幼蟲的生長。關于為何會出現哲水蚤，以及如何有效地防治危害生物等問題將在今后進一步進行研究。

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EmbryonicandlarvaldevelopmentofcoralAcroporahyacinthus

ZHU Qian1,SUN Yang2,XIAO Ye-you3,SONG Pei-xue1,QIAN Jun1,LI Hong-wu1

(1.College of Marine，Hainan University，Haikou 570228，China;2．Oceans and Fisheries Monitoring Center of Sanyan,Sanyan 572000,China;3.Marine Environmental Monitoring Center of Haikou，Haikou 570105,China)

Abstract：The embryonic and larval development of dioecious coralAcroporahyacinthuswas continuously observed in artificially fertilized eggs by sperm collected from natural spawn corals under a microscope. It was that the corals were hermaphrodites, in vitro fertilization, and spawn on the second to third day after full moon. The embryonic development was divided into six stages: zygote stage, cleavage, blastula, gastrula, planula and coral larvae. The fertilized eggs developed into planula attached to the tiles in 48 h and then became gradually expanded from round to butterfly, completely attached to the substrate, oral disc up, and the larvae settled and metamorphosized in 7 d. The planulae grew and had tentacles to form coral larvae. The findings provided a theoretical basis for ecological restoration of coral reefs. The hyacinthAcroporaembryonic and larval development in Wenchang Cloud Longwan was reported for the first time in China.

Key words：Acroporahyacinthus; embryonic; larval development

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2014.05.004

文章編號：2095-1388(2014)05-0444-05

收稿日期：2014-01-14

基金項目：萬寧大洲島整治修復及保護任務——珊瑚海草養護與修復(HZ2012-174)

作者簡介：朱潛(1990—)， 女， 碩士研究生。E-mail:18898956591@163.com

通信作者：李洪武(1958—)， 男， 博士， 研究員。E-mail: lhw5jp@yahoo.co.jp

中圖分類號：Q954.4

文獻標志碼：：A