Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГАМЕТОГЕНЕЗА И ПОЛОВОГО ЦИКЛА РЫБ В ВОДОЁМАХ С НАРУШЕННЫМ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ

03.02.08 - экология

Рабазанов Нухкади Ибрагимович

Махачкала 2010

Работа выполнена в Институте прикладной экологии Республики Дагестан и на кафедре биологии и биоразнообразия эколого-географического факультета Дагестанского государственного университета

Научный консультант:

доктор биологических наук, Заслуженный деятель науки РД, почетный работник высшего профессионального образования РФ, проф. Шихшабеков М.М.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, председатель Президиума АРО «Всероссийского общества охраны природы», проф. Сокольский А.Ф.

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник кафедры общей экологии МГУ, проф. Булгаков Н.Г.

доктор биологических наук, проф. ДГУ Магомаев Ф.М.

Ведущая организация:

Астраханский государственный технический университет

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Дагестанского государственного университета

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.г.н., доцент Ахмедова Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Дагестанский район Каспийского моря протяженностью более 530 км с многочисленными впадающими в него большими и малыми реками образует целые системы (Терская, Сулакская, Самурская), которые являются важными рыбопромысловыми районами. В прибрежных и дельтовых экосистемах обитают редкие и узкоареальные виды растений и животных, занесенные в Красные книги РФ и РД. Они же служат местом для размножения многих проходных и полупроходных рыб.

Однако за последние годы здесь создалась сложная экологическая обстановка, вызванная зарегулированием стока рек с неустойчивыми режимами уровня воды, загрязнение которой наиболее заметно сказалось на таком важном биологическом процессе, как размножение рыб.

Анализ данных ихтиологических и рыбоводных исследований за последние 100 лет показал, что экология размножения некоторых ценных промысловых рыб изучена недостаточно, оставалось неясным, как отразилась интенсивная хозяйственная деятельность человека на некоторых жизненных циклах рыб и, прежде всего, на состояние и функционирование их репродуктивных систем.

Изучение половых желез рыб имеет не только теоретический интерес, но и большое прикладное значение. Определение фазы развития половых клеток и степени зрелости половых желез используются при составлении шкалы стадии зрелости гонад рыб, которые необходимы при решении ряда практических вопросов промыслового и рыбоводного значения. Анализ опубликованных материалов показывает, что в изучении половых желез рыб до сих пор имеется ряд существенных пробелов. Так у большинства видов не изучены строение, характер развития и функционирования половых клеток, а имеющиеся сведения, относятся лишь к немногим периодам цикла зрелости. Для некоторых рыб приводятся данные, охватывающие весь годовой цикл, при этом эти данные носят сугубо односторонний характер, основываются или только на макроскопическом или сугубо на микроскопическом анализе. В настоящее время, многие исследователи предлагают при составлении промысловых шкал, использовать не только макро- и микроскопические данные гонад, но и учитывать физиологическое состояние организма рыб и экологические факторы, необходимые при прохождении жизненных циклов. Таким образом, для точного определения стадий зрелости половых желез рыб и выяснения особенностей их годичного цикломорфоза считаем необходимым, основываться на данных, полученных комплексными исследованиями в эколого-морфогистологическом и физиологическом направлениях, особенно в водоемах с нарушенным экологическим режимом.

В этих водоемах у популяции рыб резко изменяется структура, ухудшаются условия размножения, снижается продуктивность. В связи с этим необходима разработка мероприятий по сохранению видового состава, улучшению условий для их воспроизводства и повышению продуктивности популяции, что возможно только на основе глубокого понимания процессов, происходящих на разных уровнях организации, и прежде всего - в репродуктивных системах рыб.

Отсюда совершенно ясно, насколько актуальны углубленные сведения по макро- и микроскопическому строению и изменению гонад рыб на протяжении годичного полового цикла, выяснение закономерностей, свойственных развитию гонад различных таксонов, в конкретных водоемах с нарушенным экологическим режимом.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение функциональных изменений гаметогенеза и полового цикла представителей различных таксономических групп рыб в водоемах с нарушенным экологическим режимом.

Для достижения этой цели были поставлены и разрешены следующие задачи: размножение рыба водоем экологический

1. Провести глубокий анализ состояния изученности проблемы размножения пресноводных и морских рыб, в частности, развитие половых клеток (гаметогенез), формирование и развитие половых желез (гонадогенез), прохождение годичных половых циклов и стадий зрелости, характер икрометания и особенности экологии нереста;

2. Исследование гаметогенеза (ово- и сперматогенеза) и гонадогенеза представителей различных таксономических и экологических групп рыб, особенности их протекания в конкретных экологических условиях водоемов, изменившихся в связи с природным и антропогенным воздействием;

3. Изучение адаптивных изменений, происходящих на разных уровнях жизни (на клеточном, органном, организменном, видовом и в экосистемном);

4. Выяснение причин, вызывающих массовую резорбцию икры у разных видов рыб, как при физиологической норме, так и при физиологической аномалии, вызванной нарушением экологических условий размножения, выявление характерных особенностей прохождения этого процесса, его биологической роли, видовой специфики;

5. Дать оценку физиологического состояния организмов рыб в различные периоды их полового цикла, выявить связь между жировым обменом в организме и половым созреванием;

6. Дать критическую оценку некоторым некорректным оценкам и представлениям в отношении наступления сроков половой зрелости, порционности икрометания, регулярности нереста и систематизировать все изученные виды рыб по эколого-морфофизиологическим признакам и химико - технологическим показателям.

7. Подготовить рекомендации и методические подходы к проведению эколого-морфологических и гистофизиологических исследований водоемов с нарушенным экологическим режимом для практических работников

Научная новизна

Впервые в условиях юга России, на примере водоемов Дагестанского района Каспия, проведены комплексные эколого - морфофизиологические исследования 21 видов рыб, часть из которых промыслово-ценные и при этом выявлено, что хозяйственная деятельность человека отрицательно отразилось на экологическом режиме водоемов, а это, в свою очередь - на количественном и качественном составе обитающих в них рыб, на экологии их нереста и на функционирование их репродуктивных систем.

Изучены закономерности развития половых клеток (ово- и сперматогенез); развитие и формирование гонад (гонадогенез), прохождение половых циклов и экология нереста не только ценных промысловых рыб, но и других видов, которые за последние годы потеряли свое промысловое значение или вообще не были охвачены промыслом по некоторым причинам (из-за низкой численности и пищевой ценности). Впервые сделана попытка систематизировать рыб по многим эколого-физиологическим особенностям, морфологическим признакам и химико-технологическим показателям.

Систематизированы все изученные виды рыб, в зависимости от сроков и температурных условий нереста, паводкового режима и прочих факторов водной среды, характера нерестового субстрата и сезонов размножения, особенностей гаметогенеза, типа икрометания, а также по некоторым морфо-физиологическим особенностям и химико-технологическим показателям.

Установлены параметры наиболее важных биологических показателей (экологические, морфологические и химико-технологические) рыб.

Впервые в условиях водоемов Дагестанской части Каспия выяснено, что вмешательство человека в природу как, например, строительство различных препятствий на пути нерестовых миграций рыб, колебание уровенного режима (забор воды для орошения) и загрязнение вод токсичными веществами, вызвали ряд нарушений в экологии размножения рыб, приведшие к таким негативным явлениям как: массовая резорбция икры, неежегодность нереста (яловость самок), снижение их воспроизводительной способности.

Впервые обнаружена и подробно описана фронтальная резорбция зрелых яйцеклеток, вызванная неблагоприятными экологическими условиями, составлена схема поэтапной резорбции. Установлено также, что резорбция имеет большое биологическое значение в жизни рыб, как реакция, вырабатываемая ими при нарушении условий размножения.

Дана оценка физиологического состояния организма рыб и проявления их адаптивных способностей к условиям нестабильного гидрологического режима. Выявлена связь между жировым обменом и половым созреванием.

Установлено наличие разных морфо-биологических форм (карликовые, тугорослые), появление в разных сочетаниях гибридных особей, выяснены причины их возникновения и адаптивных способностей к изменившимся экологическим условиям, вскрыты значения этих явлений.

Дана оценка акклиматизационным работам, проведенных в прошлом, установлены ошибки и определены наиболее реальные пути их проведения в дальнейшем.

Полученные данные использовали для оценки изменений, происшедших в экосистеме водоемов после их реконструкции и зарегулирования. Они могут быть использованы как при проведении ихтиологических и рыбоводных исследований, так и при разработке экологических, природоохранных мероприятий и рациональной эксплуатации водоемов, в общем мониторинге Каспийского моря.

Разработанные нами шкалы нереста и зрелости половых желез рыб используются при проведении ихтиологических и рыбоводных работ.

С учетом выявленных особенностей экологии нереста, гаметогенеза, половых циклов рыб, а также их физиологического состояния в течение года разработаны и установлены наиболее реальные сроки запрета на лов промысловых рыб.

Разработанная схема резорбции икры может быть применена для диагностики и прогнозирования воспроизводства рыб.

Разработаны мероприятия, направленные на улучшение экологического режима в естественных и реконструированных водоемах, на сокращение источников загрязнения вод, на ликвидацию его последствий.

Предложен ряд практических мероприятий по развитию новых направлений в рыбоводстве и размещению рыбной отрасли, по организации и проведению акклиматизационных и природоохранных работ; по сохранению и рациональному рыбохозяйственному использованию водоемов различного типа.

Теоретическая и практическая ценность. Результаты исследований вносят существенный вклад в изучение размножения, развития и формирования половых клеток различных видов рыб в водоемах с нарушенным экологическим режимом

Практическое значение работы заключается в том, что в ней можно найти исходные данные для разведения ценных промысловых и освоения новых, пока еще не используемых промыслом многочисленных, но менее ценных видов рыб региона. Даются рекомендации по повышению эффективности воспроизводства и продуктивности популяций рыб, по использованию некоторых из них для искусственного разведения товарного рыбоводства, биологическому обоснованию сроков запрета промыслового лова, установлению лимитов лова на отдельные виды рыб и др.

По результатам исследований разработаны практические рекомендации «Способы повышения эффективности воспроизводства промысловых рыб в естественных условиях и при искусственном разведении», используемые ихтиологами и рыбоводами при решении ряда рыбохозяйственных задач, которые была отмечена на Выставке достижений народного хозяйства (г. Москва в 2008 г). По материалам исследований составлены монографии, учебники, учебные и научно-методические пособия для студентов, магистров и аспирантов ихтиологической и экологической специальности.

Апробация. Основное содержание и выводы диссертации докладывались и обсуждались на 18 конференциях и совещаниях, в том числе на итоговых научных конференциях Дагестанского государственного университета и Института прикладной экологии Республики Дагестан (2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 гг); на VII - X Международных научных конференциях «Биологическое разнообразие Кавказа» (Нальчик, 2006. Дом-бай, 2005, Теберда, 2006, Грозный 2008, 2009), на Международном круглом столе в Махачкале 2006 год; на научно - практической конференции «Геоэкологические проблема Северного Кавказа», Махачкала, 2006 год; в материалах четвертой международной заочной научной конференции г. Элиста 2006 год; на Международной научно - практической конференции, посвященный 110-летию Касп. НИИРХ, 2007 год и других Международных, Всероссийских и региональных конференциях.

Публикации. По теме диссертации соискателем опубликовано более 90 научных трудов, в том числе 11 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 монографии: «Биологические ресурсы Дагестанской части Среднего Каспия», объемом 20,6 печ. л (Астрахань, 2006 г.), «Морфо-экологические исследования размножения рыб в водоемах с нарушенным экологическим режимом», объемом 16,5 печ. л (Москва, 2009 г).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, выводов и предложений, приложения и списка использованной литературы (397 наименований, из них 361 на русском языке), иллюстрирована 18 таблицами, 38 рисунками и приложениями на страницах. Диссертация изложена на 346 страницах компьютерной верстки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Анализ состояния изученности гаметогенеза, половых циклов некоторых рыб

Анализ богатого литературного материала, накопленного за последние 100 лет по изучаемой проблеме в водоемах разных широт показал, что в прошлом исследования различных звеньев репродуктивного процесса у рыб в большей степени носили сугубо описательный характер, постепенно углубляясь и расширяясь, а в последнее время они проводятся уже широким фронтом, начиная от выяснения особенностей начальных моментов развития половых клеток и гонад до анализа закономерностей гаметогенеза, процессов созревания и овуляции. Эти исследования ведутся в ряде случаев уже в эколого-морфофизиологическом аспекте. Особенности биологии размножения некоторых видов рыб были хорошо изучены предыдущими исследователями, но в основном в водоемах северных и средних широт.

Анализ имеющегося литературного материала по водоемам Северо-западной части Среднего Каспия указывает на отсутствие данных по многим видам рыб, по такому важному вопросу, как репродуктивные циклы рыб - одному из важных разделов воспроизводства рыб (Шихшабеков, 1985, 1990).

Глава 2. Материал и методика исследований

Исследованиями были охвачены более 21 видов, подвидов, гибридных форм рыб из 16 семейств: карповые, окуневые, сомовые, щуковые, лососевые, осетровые, сельдевые, вьюновые, колюшковые, атериновые, бычковые и другие. Были частично охвачены в исследованиях и представители некоторых других семейств: чукучановые, икталуровые, болиториевые, которые были завезены для товарного выращивания в искусственных водоемах (прудах). Исследовались также некоторые виды, интродуцированые из других водоемов - кефалевые (2 вида), растительноядные (3 вида), которые успешно акклиматизировались, охвачены промыслом и численность их постепенно увеличивается.

При проведении ихтиологических наблюдений (преднерестовой миграции, нерестовый ход, нерест - начало и конец, установление места нереста и глубины нерестилищ, экологические условия нереста и т. д.), сбора и обработки материала по различным направлениям исследований (экологическое, морфо-гистологическое, биохимическое, ихтиологическое, технологическое и др.), пользовались всеми имеющимися методиками и руководствами в ихтиологической практике (Коблицкая, 1963; Правдин, 1966; Чугунова, 1959; Мейен, 1939; Иванков, 1987; Дрягин, 1949; Казанский, 1951; Ромейс, 1953; Роскин и Левинсон, 1967; Кривобок и Тарковская, 1957 и др.). Характер проведенных исследований показан на схеме №1.

Для определения возраста и вычисления темпа роста собирали чешую с левого бока рыбы, над боковой линией, на уровне начала спинного плавника. Возраст устанавливали по чешуе, а у некоторых видов рыб (сом, окунь, линь и др.) и по костям, ушным отолитам или плавниковым лучам. Гонадосоматический индекс (ГСИ) вычисляли как отношение (в процентах) массы гонад к массе тела без внутренностей (порки), определяли упитанность (по Кларк, а иногда по Фультону), отношение в процентах массы тела к длине в кубе. В ежемесячных пробах мяса и других органов определяли: содержание жира и белка в мышцах, кишечнике и гонадах, а также воды и другие показатели. Обработка проб проводилась по методике В.И. Белькевич, модифицированной лабораторией физиологии рыб ВНИРО (Кривобок и Тарковская, 1962).

Размещено на http://www.allbest.ru

Брались икринки для измерения их диаметра и количества вакуолей в овоцитах (для изучения внешнего вида и внутренней структуры овоцитов). Собран и обработан гистологический материал половых желез для изучения гаметогенеза и половых циклов рыб, согласно общепринятым методикам (Роскин, Ромейс, 1953).

При описании периодов и фаз роста половых клеток, стадии зрелости половых желез самок и самцов пользовали обозначениями и терминами, принятыми в ихтиологических исследованиях, но с некоторыми поправками и дополнениями (Шихшабеков, 2003).

Схема гаметогенеза (ово- и сперматогенеза) по М.М. Шихшабекову (2003)

В сборе материала и в частичной её обработке оказывали большую помощь работники рыбоохраны, сотрудники Дагестанского филиала Касп.НИИРХа, научные сотрудники ПИБР ДНЦ РАН и Дагестанского госуниверситета, а также аспиранты, студенты ДГУ и ДГСХА. Часть гистологических препаратов и материалы по экологии нереста рыб любезно представлены мне научным консультантом проф. кафедры экологии ДГУ М.М. Шихшабековым, собранные в 60-90 годы прошлого века.

Глава 3. Размножение и развитие рыб

Нами проведено гистологическое исследование гонад в основном половозрелых рыб из различных систематических групп.

Размножение включает в себя такие начальные звенья естественного воспроизводства, как возраст полового созревания, рост и развитие половых клеток, развитие и формирование половых желез, плодовитость, половые циклы и нерест.

По характеру икрометания все изученные нами виды рыб в водоемах Дагестана и Дагестанской части Среднего Каспия отнесены к следующим типам: большинство изученных видов оказались с порционным типом, остальные с единовременным типом и 4 вида - отнесли к переходным формам.

По требованиям к экологическим (абиотическим факторам) условиям, необходимым для нереста, всех исследованных рыб мы разделили на следующие экологические группы (таблица 1).

Таблица 1

Экологическая группировка рыб по особенностям нереста

Группа	Виды рыб	Характеристика нереста
I	Щука, окунь, кутум, вобла, жерех, бычок-мартовик и др.	Нерест ранний (март - апрель), кратковременный (менее одного месяца), при низкой температуре воды (до 10 0С).
II	Сазан, линь, красноперка, карась, густера, сом, белый амур, толстолобик, кефалевые (сингиль, остронос) и др.	Нерест поздний (май-июль), растянутый (более 1,5 - 2 месяца), при высокой температуре воды (свыше 18 - 20 0С).
III	Рыбец, лещ, судак, осетровые (осетр), сельдевые (сельдь) и др.	Нерест средний - эта группа рыб занимает среднее положение (апрель- май; от 1 до 1,5 месяца; от 12 до 16 0С).

По реакции на прочие факторы водной среды (проточность и прозрачность воды, содержание кислорода, наличие других газов) изученные виды рыб отнесены к следующим экологическим группам:

I - высокой степени требовательности к проточности и прозрачности воды, содержанию кислорода: рыбец, жерех, судак, шемая, кутум, лососевые, осетровые, сельдевые, кефалевые, некоторые бычковые и др. Для данной группы рыб вследствие зарегулирования стока рек, интенсивности зарастаемости их придаточных водоемов в весенне-летний и поздне-осенний периоды, когда происходит икрометание, факторы, обусловливающие их эффективный нерест, чаще оказываются значительно ниже оптимальных, поэтому численность их с каждым годом сокращается, а в промысловых уловах встречаются лишь их единичные экземпляры.

II - средней степени требовательности к прочим факторам среды: сазан, лещ, вобла, сом, щука и др. Численность некоторых видов из этой группы (вобла, сом) сохранилась, но все же уловы их снизились.

III - малой степени требовательности: серебряный карась, окунь, красноперка, густера, толстолобик, белый амур и др. Численность этих видов рыб увеличилась, в уловах они занимают ведущее место.

В зависимости от особенностей условий размножения и развития, и в первую очередь того местообитания, где происходит откладка икры, в фауне Каспийского бассейна выделяют следующие экологические группы рыб (таблица 2).

Таблица 2

Группы рыб по характеру нерестового субстрата

Группа	Виды рыб	Виды субстрата
I	Сазан, лещ, вобла, линь, окунь, красноперка, густера, щука, кутум, сом	Фитофилы
II	Жерех, рыбец, осетровые, ерш, некоторые бычковые.	Литофилы
III	Белый амур, толстолобик, сельдевые (сельдь), кефалевые и др.	Пелагофилы
IV	Некоторые пуголовки	Псаммофилы
V	Каспийская пуголовка, горчак, бычки (цуцик, бубырь)	Остракофилы
VI	Окунь, рыбец, кутум и др.	Индифференты
VII	Судак, трехиглая колюшка и др.	Откладывающие в гнездах и охраняющие их

Глава 4.Эколого-морфологические особенности размножения рыб

Отличаясь наибольшей примитивностью организации и располагаясь в основе филогенетического древа позвоночных, рыбы в большинстве случаев служат основным звеном при различных эволюционных и сравнительно-биологических построениях. Ответы на многие биологические вопросы не могут считаться удовлетворительными без учета особенностей этих своеобразных групп животных.

Наряду с большим видовым разнообразием, в их строении и образе жизни у них есть и ряд сходных черт, определяющихся их общим происхождением и приспособленностью к жизни в воде. К этим чертам относятся: жабры, служащие для дыхания растворенным в воде кислородом; конечности в виде плавников, необходимые для передвижения в водной среде; хвост, действующий как руль при поворотах; кожа с обильной слизью, снижающая трение при движении в воде; боковая линия («шестое чувство»), выполняющая многие функции и др.

Виды рыб, как и другие организмы, населяют определенные свойственные им различные местообитания, имеют свои особенности в прохождении и способах размножения.

Половые железы (яичник и семенник) являются сложными органами, значение которых проявляется в двух основных функциях: генеративной и эндокринной. Сложность их структуры обусловлена функциональной изменчивостью, зависящей от многих факторов, среди которых основными являются: возраст самки и самца, половые и видовые особенности годичной половой циклики, воспроизводительная способность, условия внешней среды и т. д. Результаты детального изучения закономерностей роста, развития и созревания половых продуктов (гаметогенез), формирования половых желез (гонадогенез) необходимы для решения многих практических вопросов. В свою очередь, при решении практических задач вскрываются общетеоретические вопросы, определяющие значение условий абиотического и биотического характера в развитии, формировании и созревании половых продуктов и становлении половой функции рыб. Процессы формирования и функционирования генеративной системы у рыб описаны многими авторами. Исследования ряда ученых (Кулаев, 1939; Мейен, 1949; Казанский, 1949, 1956; Трусов, 1949; Гербильский, 1956; Сакун и Буцкая, 1963; Кошелев, 1968; и мн. др.) доказывают, насколько важно изучение гаметогенеза (ово- и сперматогенеза) и полового цикла для выявления взаимосвязи жизнедеятельности организма с условиями существования.

Подобные исследования представляются особенно необходимыми, когда речь идет о рыбоводных объектах, которых разводят в искусственных условиях. Без детального исследования гаметогенеза и полового цикла нельзя рассчитывать на успех работы по получению зрелых половых клеток, искусственному оплодотворению и инкубации икры в заводских условиях, а стало быть и по производству стандартной, жизнестойкой молоди, которая предназначена для пополнения естественных популяций или товарного выращивания в искусственных водоемах.

Глава5. Гаметогенез рыб

5.1 Оогенез

Яйцеклетки рыб проходят сложный путь развития от оогоний до зрелой икринки, который принято делить на периоды и фазы (стадии) развития (Мейен, 1927; Казанский, 1949 и др.).

Весь процесс развития ооцита можно подразделить на три фазы. Первой фазе от оогонии до ооцита характерна регулярная последовательность процессов, происходящих в ядре, которые известны под названием премейотических явлений. Рост ооцита в этой фазе протекает медленно и незаметно. В дальнейшем ооцит вступает во вторую фазу, которая протекает так же медленно и длится у некоторых видов рыб днями и неделями, а иногда и годами. Рост ооцита происходит в основном за счет синтеза протоплазмы. Желток появляется только в конце завершения этой фазы, поэтому она соответствует периоду превителлогенеза или протоплазматического роста. Третья фаза протекает быстро и за короткий период (в течение нескольких недель) ооцит достигает окончательного размера за счет интенсивного накопления желтка, поэтому эта фаза соответствует периоду вителлогенеза или периоду трофоплазматического (большого) роста.

Образование яйца происходит у различных групп животных по-разному в зависимости от помещения яйцеклеток в гонадах и от взаимоотношений между растущими ооцитами и окружающими элементами.

Таким образом, весь процесс оогенеза протекает в следующей последовательности: оогонии > ооциты премейотических ядерных преобразований > ооциты периода протоплазматического (малого) роста (ювенальная фаза и фаза однослойного фолликула) > ооциты различных фаз трофоплазматического (большого) роста (фаза вакуолизации Д₁ - один ряд вакуолей по периферии ооцита; Д₂ - два ряда вокуолей; Д₃ - полная вакуализация); фаза отложения жировых включений (E₁), фаза отложения глыбок желтка в цитоплазме (Е₂), фаза ооцитов дефинитивных размеров (Е₃), фаза зрелого ооцита, готово к овуляции (F).

По завершении процесса оогенеза все обменные процессы в яйце затормаживаются, ядро застывает на определенной стадии мейоза и яйцо ожидает проникновения спермия.

Особенности строения и кладки яиц у разных видов сильно отличаются. У костистых рыб, к которым относится подавляющее большинство изученных нами видов рыб, условия размножения и развития икры чрезвычайно многообразны.

Яйца икромечущих костистых рыб могут быть разделены на две большие группы: пелагические яйца, развивающиеся в толще воды, и донные, или демерсальные яйца. Пелагическими яйцами обладают преимущественно рыбы, нерестующиеся в море. Обычно эти яйца имеют небольшие размеры и развиваются в верхних слоях воды, реже встречаются крупные батипелагические яйца, развивающиеся на значительной глубине.

Среди рыб, обитающих в водоемах Терской системы по способу размножения и местам кладки икры мы установили следующие экологические группы: фитофильные (яйца приклеиваются к растениям), литофильные (икра откладывается на песчано-каменистом грунте), пелагофильные (развитие в толще воды), остальные псамофильные, остракофильные и др., которые встречаются в наших водоемах весьма редко.

Строение яйца осетровых в отличие от костистых рыб характеризуется четкой полярностью, проявляющейся в неравномерном распределении цитоплазмы, желточных и пигментных включений. Верхняя анимальная часть составляет менее одной трети яйца. Она ясно отличима от нижней, вегетативной части уже при наружном о смотре яйца по своей пигментации. Анимальная часть яйца намного богаче цитоплазменной, чем вегетативной. Дробление яйца осетровых бывает полным, но неравномерным из-за неравномерного распределения желточных включений в обеих частях яйца. В зрелом яйце осетровых оболочки представлены мощной развитой двухслойной Zona radiate (у многих костистых рыб она бывает однослойная) и наружной студенистой оболочкой, которую называют также ячеистой или сотовой.

Более характерная картина овогенеза на различных стадиях зрелости яичников в течение годичного полового цикла иллюстрируют их микрофотографии, приготовленные на гистологических препаратах гонад самок. Каждой стадии зрелости характерен определенный комплекс половых клеток на разных фазах и периодах их развития.

Поэтому, изучая гистологическую картину половых желез, под микроскопом можно наиболее точнее отметить стадии зрелости, чем при макроскопическом изучении - по внешним признакам гонад. По внешним признакам гонад не возможно определить начальную (I-стадия) стадию зрелости, не возможно также установить переходные (II--III, III--IV стадии) стадии зрелости. Общая картина овогенеза у всех изученных видов рыб, включительно до второй стадии, сходная, но отличается по времени начала и продолжительности каждой фазы развития половых клеток и стадии зрелости гонад, а также у рыб с разным типом икрометания.

Проведенный нами анализ яичников у видов рыб с различной продолжительностью нерестового периода от нескольких дней (10-30 у щуки, окуня, кутума, жереха и воблы), до нескольких месяцев (2-3 у сазана, линя, густера, красноперки), и занимающие промежуточное положение между этими двумя группами - сом, лещ, рыбец (1 - 1,5 месяца) показал, что у самок этих видов развивается и выметывается различное количество порций икры. Количество выметываемой порции икры определяется различием в характере развития ооцитов и наличием оптимальных условий для этого.

Проанализировав особенности развития половых клеток (овогенез), рост и формирование яичников (гонадогенез) в течение годичного полового цикла у исследованных видов рыб, мы пришли к выводу о необходимости выделения пяти основных периодов в развитии половых клеток и формирования половых желез.

Каждый из этих периодов характеризуется специфичными процессами развития ооцитов, состоянием яичников и организма в целом и требует для своего прохождения определенных экологических условий. Характер прохождения оогенеза и стадий зрелости яичников показано на рис.1.

Первый период - ядерно-плазменное преобразование (преви-теллогенез). Он характерен только для неполовозрелых особей. Сюда входят: период синаптенного пути с оогианальной фазой (оогианальное деление); период протоплазматического роста с характерными для этого периода фазами развития ооцитов - ювенальная и однослойного фолликула. На гистологическом срезе яичника этого периода, который длится у разных видов рыб от 1-го до 2-х лет, наблюдаются половые клетки от оогонии до фазы однослойного фолликула что характерно для I и II стадии зрелости гонад; протекает этот период при разнообразных экологических условиях существования особей, под влиянием которых может сокращаться или удлиняться этот период, от чего зависит и скорость наступления половой зрелости рыб.

Так, например, длительность I и II стадии зрелости гонад леща в водоемах южных широт (Дагестана) составляет не более 2 - 3-х лет, тогда как в водоемах севера (Миккельское озеро) -- 7 лет. Подобная же картина длительности прохождения этих стадий характерна и для других видов рыб (окунь, красноперка и др.), что наглядно иллюстрирует рисунок.

Второй период - трофоплазматический (большой) рост ооцитов. В течении этого периода происходит бурное накопление питательных веществ в половых клетках (в виде желтка и жира); на гистологическом срезе яичника наблюдаются половые клетки на разных фазах развития, начиная от оогонии до фазы накопления желтка, характерные для I--II--III--IV стадии зрелости, но основная масса представлена ооцитами трофоплазматического роста характерные для III и IV стадии зрелости яичников. Для этого периода требуются условия для интенсивного питания. Идет интенсивное накопление резервных веществ используемых для роста ооцитов.



А - стадия I, Б - стадия II, В - стадии VI-II, Г - стадии II-III,

Д - стадия III(сазан), Е - стадия III (вобла), Ж - стадия IV(воблы), З - стадия IV(сазана)

И - стадия V, К - стадия VI (вобла), Л - стадии IV-III (сазана).

Рис. 1. Гистологические срезы яичников рыб (А, Б, В, Г, Д, Е, З, Ж, И, К, Л) с синхронным ростом ооцитов и единовременным типом икрометания; (Д, З, Л) - с асинхронным ростом ооцитов и порционным типом икрометания на различных стадиях. А - стадия 1, Б - стадия II, В - стадии IV - II, Г - стадии II - III, Д - стадия III (сазан), Е - стадия III (вобла), Ж - стадия IV (воблы), З - стадия IV (сазана).

Третий период -- предовуляционный, т.е., когда ооциты готовы к овуляции. Для этого периода характерно появление микропиле с замыкающей клеткой и другие структурные изменения внутри ооцита. Рост половых клеток в этот период не происходит, так как зрелые ооциты, формирующие порцию икры, достигли дефинитивного размера. Кроме зрелых ооцитов готовых к овуляции, на гистологическом срезе видны и ооциты младших генераций, характерные для I и II стадии зрелости. У порционно-нерестующих рыб картина яичника в третьем периоде отличается. Это связано с тем, что кроме зрелых ооцитов дефинитивного размера и младших генераций (протоплазматического роста) на срезе яичника видны ооциты на различных фазах трофоплазматического роста, из которых формируются последующие порции (например, у сазана не менее трех порций икры). Этот период характерен для V стадии зрелости. Для этого периода требуются наличие всех нерестовых (температуры, насыщенность воды кислородом, проточность и прозрачность) факторов. При отсутствии любого из них - овуляция не происходит, зрелые ооциты резорбируются.

Четвертый период наступает после нереста. На гистологическом срезе яичника видны резорбирующиеся фолликулярные оболочки, остающиеся после овуляции созревших ооцитов, остаточные -- единичные икринки со следами начавшегося процесса резорбции (кроме окуня), а также многочисленные ооциты младших генераций. Длительность прохождения данного периода зависит от многих факторов, которые обеспечивают интенсивный обмен веществ у самок и ускоренный процесс резорбции. При благоприятных условиях (высокая температура, достаточная пища) рост и развитие ооцитов протекает интенсивно, соответственно ускоренно протекает и дегенеративный процесс. Этот период характерен для VI-II стадии для видов рыб с единовременным типом икрометания и VI--III, VI-II - для видов рыб с порционным нерестом (VI--III - для сазана и VI-II - для красноперки и густера).

Пятый период - ядерно-плазменные преобразования - преви-теллогенез. Этот период характерен как для половозрелых самок в начале каждого последующего полового цикла (для полицикличных видов рыб), так и для неполовозрелых (впервые созревающих) самок. Отличается этот период у половозрелых от неполовозрелых особей тем, что у первых он менее продолжителен (2-3 месяца) и в яичниках присутствуют следы предыдущего икрометания (фрагменты). У неполовозрелых особей в яичнике присутствуют ооциты всех фаз характерные для периода протоплазматического роста, а у половозрелых (посленерестовая VI-II стадия) еще и резорбирующегося фолликула. Характер прохождения оогенеза, годичных половых циклов и стадий зрелости ярко иллюстрируются на рисунке (рис.1).

Знание условий каждого периода или фазы развития половых клеток и стадий зрелости гонад дает в руки исследователя ключ для регулирования многих происходящих процессов: зная время интенсивного накопления питательных веществ в ооцитах, можно получить зрелую икру в разное время; учитывая особенности неравномерного развития ооцитов, можно получать несколько потомств от различного количества выметанных порций икры; изучив процесс резорбции можно устанавливать причину, вызвавшую этот процесс и ожидаемых последствий.

5.2 Внутренняя структура ооцитов

Нами исследованы виды рыб различных систематических (семейства карповые, сомовые, сельдевые) и экологических групп: морские - сельдь; полупроходные - вобла, лещ, сазан; туводные - карась, красноперка и сом.

Вобла - Rutilus rutilus caspicus (рис. 2). При достижении ооцитами диаметра 260 - 280 мкм в них появляется слой периферических вакуолей (фаза «D₁»). Вакуоли вытянуты цепочкой в один ряд (рис. 5). Через определенное время образуется второй слой вакуоли, их диаметр в это время равен 8 - 14 (в среднем 11,3) мкм. По окружности насчитывается 24 - 38 вакуолей. В фазе «D₂», когда наружная половина ооцита заполнена 2 - 3 рядами вакуолей, диаметр половых клеток достигает 380 - 405 мкм.

Параллельно увеличению количества отмечается укрупнение вакуолей, диаметр которых достигает 11 - 16 (в среднем 15,1) мкм. Толщина желточной оболочки увеличивается до 3 - 5 мкм. Далее вакуоли начинают появляться во внутренней зоне цитоплазмы и занимают почти всю эту зону вплоть до ядра (фаза «D₃»). Диаметр вакуолей почти такой же, как в фазе «D₂».

Располагаются вакуоли в толще цитоплазмы равномерно. Диаметр ооцитов - 435 - 460 мкм. Вакуолей по окружности около 40. Желточная оболочка постепенно утолщается. Между внутренними и наружными вакуолями начинает образовываться желток (фаза «E₁»). Диаметр наружных вакуолей остается без изменений. Диаметр ооцитов в фазе «E₁» достигает 470 - 505 мкм. Желток начинает заполнять внутреннюю зону ооцита, а также межвакуолярные пространства наружных рядов вакуолей, которые оттесняются к периферии яйцеклетки. Это фаза «Е₂». Диаметр ооцитов 570 - 590 мкм. Далее желток заполняет весь ооцит (фаза «Е₃»). Диаметр ооцитов - 740 - 760 мкм. По завершении процесса накопления желтка отмечено слияние глыбок желтка в более крупные образования, яйцеклетки достигают дефинитивных размеров, появляется в ооцитах микропиле с замыкающей клеткой. В дальнейшем происходит слияние желтка, образование единой капли и яйцеклетки могут быть овулированы при наличии благоприятных условиях нереста.

Рис. 2. Строение яйцеклетки воблы на различных фазах трофоплазматического роста:

а) фаза «D₁» ( ув. об. 7х ок. 10х) по периферии ооцита один ряд вакуоля;

б) фаза «D₂» ( ув. об. 7х ок. 10х) по периферии ооцита два ряда вакуоля;

в) фаза «D₃» ( ув. об. 7х ок. 10х) наружная половина ооцита заполнена вакуолями;

г)фаза «Е₂» ( ув. об. 7х ок. 10х) между внутренними и наружными вакуолями накоплен желток;

д) фаза «Е₃» ( ув. об. 7х ок. 16х) желток заполняет весь ооцит, кроме кортикального слоя, где располагаются 3 - 4 ряда альвеол.

Сазан - Cyhrinus carpio (рис. 3.) В фазе начала вакуолизации (фаза «D₁») по периферии ооцита расположен один ряд вакуолей, диаметр которых равен 19 (9,8 - 33,3) мкм. Появляется вторичная оболочка, толщина которой равна 0,35 мкм. Диаметр ооцитов в фазе «D₁» равен 310 - 343 мкм. В фазе «D₂» равномерно расположенные в наружной части цитоплазмы, вакуоли диаметром 35,8 (28-49,9) мкм, расположены в 2 - 3 ряда. Диаметр ооцитов равен 425- 440 мкм. В фазе «D₃», когда вакуоли заполняют всю цитоплазму, они расположены в 507 рядов, уменьшаются в размерах, их диаметр равен 23,8 (18-33) мкм. Диаметр ооцита равен 605 - 625 мкм. В фазе «E₁» желточные гранулы появляются первоначально на участках цитоплазмы между вакуолями. По длине радиуса насчитывается 6 - 8, по длине окружности - до 100 вакуолей. Желточные гранулы овальные и небольших размеров. Диаметр ооцита равен 690 - 705 мкм. В фазе «Е₂» желток занимает половину ооцита, вакуоли смешаны по периферии и располагаются в 3 - 4 слоя. Диаметр ооцита равен 775 - 788 мкм. В фазе «Е₃», когда ооцит полностью заполнен желтком, диаметр гранул которого колеблется от 3 до 5,3 мкм, в центре до 15,5 мкм по периферии, остаются 2 - 3 ряда кортикальных альвеол. Диаметр ооцита равен 1035 - 1045 мкм, толщина оболочки - 2 мкм.

Рис. 3. Строение яйцеклетки сазана на различных фазах трофоплазматического роста:

а) фаза «D₁» ( ув. об. 7х ок. 10х) по периферии овоцита один ряд вакуоля;

б) фаза «D₂» ( ув. об. 7х ок. 10х) по периферии овоцита два - три ряда вакуоля;

в) фаза «D₃» ( ув. об. 7х ок .10х) вся цитоплазма заполнена вакуолями они расположены 6 - 8 рядов;

г)фаза «Е₂»( ув. об. 7х ок. 10х) желток занимает всю цитоплазму вакуоля смещены к периферии овоцита;

д) фаза «Е₃» ( ув. Об .7х ок. 16х) желток заполняет весь овоцит, кроме кортикального слоя.

Лещ - Abramis brama orientalis (рис. 4). Первые вакуоли в овоцитах леща появляются по периферии ооцита, в количестве от 26 до 32. К моменту формирования одного ряда вакуолей (диаметр их равен 8 - 23 мкм) диаметр ооцитов достигает 270 - 290 мкм. (фаза «D₁»). Вакуоли расположены цепочкой в кортикальном слое. Количество их почти такое же, как у воблы. Далее вакуоли занимают 2 и более рядов, ооциты находятся в фазе «D₂». Диаметр вакуоли несколько увеличивается (8 - 15 мкм). К моменту, когда вакуоли заполнят всю цитоплазму, ооциты переходят в фазу «D₃», диаметр их составляет 380 - 400мкм. В ооцитах, кроме первоначально образовавшихся крупных вакуолей, расположенных в наружной части ооцитов, появляется зона мелких вакуолей, расположенных во внутренней части вокруг ядра. Между наружной и внутренней зонами вакуолей начинает появляться глыбковидный желток. Далее желток становится более плотным. Незначительно увеличивается диаметр ооцитов, равный 410 - 425 мкм (фаза «E₁»). В фазе «Е₂», когда желтком занята половина ооцита, вакуоли сдвигаются в кортикальную зону. Их диаметр уменьшается (в среднем на 10 мкм). Диаметр ооцитов равен 420 - 450мкм. ко времени, когда ооцит полностью заполнен желтком (фаза «Е₃») и остается лишь 2 - 3 слоя кортикальных вакуолей без изменений в диаметре. Вакуоли по наружной окружности увеличились в количественном отношении более чем в 2 раза. Диаметр ооцитов достигает максимальных размеров (620 - 680 мкм), ооциты готовы к овуляции.

Рис. 4. Строение яйцеклетки леща на различных фазах трофоплазматического роста:

а) фаза «D₁» ( ув. об. 7х ок. 10х) по периферии32 - 45 вакуолей расположены цепочкой в один ряд;

б) фаза «D₂» ( ув. об. 7х ок. 10х) - наружная половина овоцита заполнена вакуолями в 4 - 5 рядов;

в) фаза «D₃» ( ув. об. 7х ок. 10х) - наружная часть овоцита заполнена вакуолями и они занимают зону до ядра;

г) фаза «Е₁» ( ув. об. 7х ок. 10х) желток начинает заполнять внутреннюю зону, а также межвакуолярные пространства наружных рядов, оттесняющих к периферии яйцеклеток;

д) фаза «Е₃» ( ув. об.7х ок.16х) желток заполняет весь овоцит. Идет слияние глыбок желтка. Кортикальные альвеолы уменьшаются в размерах.

Карась серебряный - Carassius auratus gibelio (рис. 5). В фазе начала вакуолизации (фаза «D₁») диаметр ооцита равен 290 - 310 мкм, по окружности ооцита появляется один ряд вакуолей, насчитывающих 30 - 31 шт. с диаметром каждой вакуоли 20,8 мкм с колебаниями 14,5 - 27 мкм, в следующей фазе («D₂») вакуоли расположены в 2 - 3 ряда. Диаметр их равен 19,6 (12,5 - 34) мкм. Диаметр ооцита увеличен и составляет 330 - 350 мкм, по длине окружности вакуолей насчитывается 36 - 40 шт. в фазе «D₃» вся цитоплазма занята вакуолями, диаметр которых достигает 33,6 мкм с колебаниями 25 - 42. Толщина вторичной оболочки - 1,6, желточной - 7,5 мкм, диаметр ооцитов равен 470 - 490 мкм.

В фазе «E₁» начинается желткообразование, между вакуолями появляются первые гранулы желтка. Они возникают почти одновременно, по всей толщине ооцита. Желточные гранулы по форме округлые. Вторичная оболочка, состоящая из 3-х слоев, радиально исчерчена. Диаметр ооцитов равен 620 - 640 мкм.

Ооциты в фазе «Е₂» имеют диаметр 660 - 680 мкм. Диаметр вакуолей уменьшается и равен 29,9 (25 - 34) мкм. Отдельные части ооцита заняты желтком.

Овоцит в фазе «Е₃» полностью заполнен желтком. Диаметр овоцита равен 1000 - 1100 мкм, вакуоли располагаются в кортикальном слое, они уменьшились в размерах - диаметр их составляет 9 - 20 мкм.

А Б В

Г Д Е

Рис. 5. Строение яйцеклетки серебряного карася в различных фазах трофоплазматического роста:

а) фаза Д₁- вакуоли расположены в один ряд, их 40 - 45 шт.;

б) фаза Д₂, - вакуоли расположены в 2 - 3 ряда:

в) фаза Д₃ - цитоплазма ооцита полностью занята вакуолями;

г) фаза Е₁ - появились первые гранулы желтка между вакуолями;

д) фаза Е₂ - Е₃-ооцит в основном занят желтком:

е) фаза Е₃ - ооцит полностью заполнен желтком (в разных увеличениях: 10,7*20.7*16)

Красноперка - Scardinius erithrophthalmus (рис. 6). При достижении овоцитами размеров 300 - 320 мкм, в фазе вакуолизации («D₁») в них обнаруживается расположенный цепочкой по периферии один ряд вакуолей диаметром 8 - 26 (в среднем 16,5) мкм.

В фазе «D₂» вокруг первоначально появившихся вакуолей возникают значительно более мелкие. Если диаметр первых в этой фазе равен 27,4 (19,6 - 36,4) мкм, то вторых - всего 7 (5,6 - 7,8) мкм, крупные расположены в 1 - 2 ряда, а мелкие - в 4 - 7 рядов. По окружности овоцита насчитывается всего 22 - 23 вакуоли, что в 2 раза меньше, чем в фазе «D₁». В фазе «D₃» мелкие вакуоли диаметром 6,4 (5,6 -8,4) мкм заполняют почти весь овоцит. Их диаметр в это время равен 18 (14 - 24) мкм.

А Б

В Г

Рис. 6. Строение яйцеклетки красноперки в различных фазах трофоплазматического роста:

а) фаза Д₁;

б) фаза Д₂, - видна широкая зона вакуолей в нарушенной части ооцита;

в) фаза Е₁ - между вакуолями появились желточные гранулы;

г) фаза Е₂,-желток занимает почти половину цитоплазмы ооцита

(ув. 7*20)

По мере роста овоцитов между вакуолями появляются округлые глыбки желтка, что характерно для овоцитов в фазе «E₁». В фазе «Е₂» желток располагается не только между крупными, но и на месте мелких вакуолей. Диаметр овоцита равен 430 - 450 мкм, диаметр крупных вакуолей - 16,9 (11,2 - 22,4) мкм. В фазе «Е₃» желток заполняет весь овоцит, остается лишь 1-2 ряда кортикальных вакуолей, диаметр которых равен 11,4 (5,6 - 22,4) мкм.

В фазе «F» отмечается округление гранул желтка и их слияние. Вторичная оболочка довольно мощная (7 мкм) и образует студенистый слой. Желточная оболочка дольки исчерпана. Диаметр овоцитов равен 760 - 800 мкм.

Сом обыкновенный - Silurus glanis (рис.7). При достижении овоцитами диаметра 400 - 440 мкм начинается трофоплазматический рост, то есть переход овоцитов в фазу начала мелких бесцветных вакуолей, диаметр которых равен 6,4 (3,8 - 9,0) мкм, что значительно меньше, чем у карповых. Вакуоли располагаются в цепочку по окружности овоцита и насчитывают около 120 шт.

В фазе «D₂» в цитоплазме овоцита появляется 5 - 6 рядов вакуолей, диаметр которых составляет 9,6 (7,7 - 11,5) мкм, фолликулярная оболочка начинает трансформироваться во вторичную, которая достигает толщины 35,8 мкм.

Рис. 7. Строение яйцеклетки сома в различных фазах трофоплазматического роста:

а) фаза Д₁ - 1 -2 ряда мелких вакуолей в кортикальной зоне ооцита:

б) фаэаД₂ и Д₃;

в) фаза Е₁ - между вакуолями появляется желток;

г) фаза Е₂ и Е₃- желток занял большую часть ооцита;

д) фаза Е₄ - желток заполняет весь ооцит (ув. 1- 6,7*20)

Вакуолей по окружности овоцита - 170 шт. Диаметр овоцита - 560 - 635 мкм. Далее, когда в цитоплазме обнаруживается 7 - 8 рядов вакуолей, в пограничной зоне (между вакуолями) появляются глыбки желтка, что характерно для овоцитов фазы «E₁». Как видно, у сома фаза «D₃» отсутствует, и поэтому наблюдается переход овоцита из фазы «D₂» сразу же в фазу «E₁». Диаметр овоцита - 600 - 700.

В фазе «Е₂» больше половины овоцита заполнено желтком. Вакуоли оттесняются по оболочке; они мелкие (6,4 мкм), по окружности их количество уменьшается - 400 - 410 шт., диаметр овоцитов равен 900 - 925. В дальнейшем желток занимает весь овоцит, ядро смещено к анимальному полюсу. Вакуоли встречаются лишь отдельными экземплярами под желточной оболочкой.

...