Strategie oplozování u ryb s vnějším oplozením

MSc. Mohammad Abdul Momin SIDDIQUE

Doctoral thesis

Fertilization strategies for externally fertilizing fishes

Abstract:

Morfologické vlastnosti, druhově specifické rozdíly, vývoj a funkce obalů jikry hrají významnou roli v porozumění oplozovacím strategiím u ryb stejně jako jejich umělé reprodukci. Zhodnotili jsme morfologii a vývojová stádia obalů jiker, mechanismus blokování polyspermie a také úlohu mikropyle a kortikálních granulí při eliminaci polyspermie jeseterovitých ryb. Struktury obalů jiker jsou u této čeledi velmi podobné. Skládají se z vnějšího obalu (thekální buňky, bazální lamina, folikulární epitel), pětivrstevného obalu oocytu (adhesivní vrstva, alveolární vrstva, epitelární vrstva a zona radiata externa a interna) a vrstvy matrixu oocytu a kortikálních granulí. Vývoj obalů jiker jeseterovitých ryb uvnitř ovárií se skládá z pěti fází s dalšími změnami následovanými po oplození. Navíc jsme standardizovali terminologii používanou pro popis membrán jiker, což může minimalizovat zmatky a být nápomocné pro budoucí práce zaměřené na jikry jeseterovitých ryb stejně jako další rybí druhy. Dále se tato práce zabývá poměrem množství spermií vůči jikře (vyžadovaným k oplodnění jikry) a vlivem před inkubace jiker u sladkovodních druhů před jejich oplozením, což poslouží u jesetera malého (Acipenser ruthenus) k standardizaci reprodukčních protokolů. Před inkubační doba neměla žádný vliv na úspěch při oplození ve vztahu k poměru spermie vůči vajíčku u hodnot 430 000:1 a 43 000:1 (počet spermií : na jikru). Na druhou stranu tato doba před inkubace byla důležitá (signifikantní) v případě použití nízkého počtu spermií 4300:1 a 430:1. Použitím experimentálního sub optimálního poměru spermie-jikra jsme odhalili pozitivní vliv před inkubační doby a to u poměru 430:1 s tím, že 0,5 minuty před inkubace zvýšilo míru oplození, oproti před inkubace v délce 10 min. Transmisní elektronová mikroskopie odhalila, že před inkubace jiker ve vodě po dobu méně než 10 min nespouští kortikální reakci. Což logicky naznačuje, že při nízkém poměru spermie-jikra s před inkubací v rozmezí 0,5 - 1 min ve sladké vodě před oplozením může zvýšit fertilizační úspěch u jesetera malého (minimálně oplozenost nesníží). Vliv před inkubace v mořské vodě a délka trvání vnímavosti k oplození (receptivity) jiker byla určována pro čerstvě vytřené i přezrálé jikry u morčáka evropského. Naše výsledky odhalily signifikantní vliv před inkubační doby u čerstvě vytřených (P < 0,01) i přezrálých jiker (P < 0.01). Čerstvá jikra měla vyšší oplozenost než přezrálá jikra. Oplozenost signifikantně klesala v obou příkladech po 3 min před inkubace. Což ukazuje, že jikry morčáka evropského si zachovávají schopnost oplodnění spermatem do 3 minut po jejich uvolnění do mořské vody. Dále byl určován vliv před inkubace jiker a aktivačních medií na procento embryí v očním embryonálním stádiu vývoje u jelce jesena (Leuciscus idus). U embryí v očním stádiu vývoje, před inkubační doba měla signifikantní vliv na procento embryí při užití sladkovodního aktivačního media (P < 0.001). Procento embryí v tomto stádiu vývoje postupně klesalo s prodlužováním před inkubační doby. Druh aktivačního media měl signifikantní vliv na procento embryí v očním stádiu vývoje pro každou před inkubační dobu (P < 0,05). Přesněji řečeno, sladká voda produkovala nižší procento embryí v očním stádiu vývoje pro každou před inkubační dobou, zatímco slaná voda a Woynarovichův roztok produkovaly vyšší procento embryí v očním stádiu vývoje v čase 0 s a 30 s před inkubací. Analýza parametrů spermií pomocí CASA softwaru, neukázal vliv aktivačního media na jejich parametry. Naše výsledky ukazují, že slaná voda a Woynarovichův roztok zlepšují míru oplození u jelce během op

Abstract:

Morphological properties, species specific differences, development, and function of egg envelopes are of importance for a better understanding of fertilization strategies as well as for captive reproduction. We reviewed morphology and the developmental stages of egg envelopes, mechanism of polyspermy block, and also the role of micropyle and cortical granules in polyspermy block for acipenserid eggs. The structure of the egg envelope is similar among the acipenserids, comprising an external envelope (thecal cells, basal lamina, and follicular epithelium), a five-layered oocyte envelope (adhesive layer, alveolar layer, epilayer, and zona radiata externa and interna) and a layer of oocyte matrix and cortical granules. The development of acipenserid egg envelope within the ovary comprises five stages, with further changes following fertilization. Moreover, we standardized the terminology used to describe the egg membranes which can minimize the confusions and be helpful for future work on acipenserids eggs as well as for other fish species. The sperm to egg ratio (required to fertilize eggs) and effects of pre-incubation of eggs in freshwater before fertilization were studied to standardized fertilization protocols for sterlet Acipenser ruthenus. Pre-incubation time had no effect on fertilization success at 430,000:1 and 43,000:1 sperm to egg ratios, while it was significant at the 4300:1 and 430:1 ratios. The use of adequate experimental suboptimal sperm to egg ratio revealed a positive effect of pre-incubation time, such that at the 430:1 ratio, 0.5 min pre-incubation increased the fertilization rate than 10 min. Transmission electron microscopy showed that pre-incubation of eggs in water for <10 min did not trigger a cortical reaction, suggesting that a low sperm to egg ratio 0.5 to 1 min pre-incubation of eggs in freshwater prior to fertilization can enhance fertilization rate of sterlet (minimally do not change fertilization). The effects of pre-incubation in seawater and the duration of egg receptivity were determined for fresh and over-ripe sea bass eggs. Our results revealed a significant effect of pre-incubation time for both the fresh (P < 0.01) and over-ripe eggs (P < 0.01). The fresh eggs had a higher fertilization success than over-ripe eggs. Fertilization success of eggs significantly declined for both of these treatments after 3 min of pre-incubation clearly indicated that sea bass eggs are able to be fertilized by sperm for up to 3 min after release into seawater. Effects of pre-incubation of eggs and activation medium on the percentage of eyed embryos for Ide Leuciscus idus were examined. At the eyed-egg stage, pre-incubation time was significant for the freshwater activation medium (P < 0.001), such that the percentage of eyed embryos declined across the pre-incubation time gradient. Activating medium had a significant effect on the percentage of eyed embryos for each pre-incubation time (P < 0.05). More precisely, freshwater produced the lowest percentage of eyed embryos at all pre-incubation times, whereas saline water and Woynarovich solution produced the highest percentage of eyed embryos at 0 s and 30 s before incubation. Examination of sperm traits showed no impact of activating medium on computer assisted sperm analysis parameters. Our results suggested that saline water or Woynarovich solution improve fertilization rate in Ide during fertilization. In conclusion, this thesis provides basic knowledge on gamete biology, role of egg receptivity period, effects of pre-incubation of eggs and different activating medium which can be useful to understand the fertilization strategies of different externally fertilizing fishes as well as standardize their fertilization protocol for captive reproduction.

Abstract:

lozování. Závěrem, tato dizertační práce poskytuje základní znalosti biologie gamet, role periody receptivity jiker, vliv před inkubace jiker a různých aktivačních médií, které mohou být užitečné pro pochopení oplozovací strategií u několika druhů ryb s vnějším oplozením, stejně tak jako pro standardizaci jejich oplodňovacích protokolů při umělé reprodukci.

Keywords

strategie oplození, receptivita jiker, aktivační médium, řízená reprodukce

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 9. 2016

Thesis defence

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery