蚕在胚胎发育前期暂时停滞细胞分裂、分化和生长的一种生理现象。它一方面是为下一步发育作生理准备,使自身的生活周期与取得食物的季节变化相一致,另一方面也是度过严冬低温的手段。滞育与休眠不同,休眠是昆虫在不良环境下发育临时停止的现象,当抑制生命活动正常进行的环境条件解除后, 很快会苏醒;而滞育则是周期性地出现的比休眠更深的新陈代谢受抑制的生理状态,是对于有节奏重复到来的不良环境条件历史性的反应,是蚕对环境条件长期适应的结果。在自然情况下,滞育的解除要求一定的时间和一定的条件,并由激素控制。
桑蚕在发生滞育以前,往往有一个或几个不滞育的世代,在自然状态下,一年内发生的世代数称化性。有一年内只发生1次的1化性,发生2代的2化性和发生3代以上的多化性,甚至有无滞育的品种。不同化性蚕的发育经过、体质、茧丝质量等均有差异。1化性蚕体大,食桑多,经过长,体质弱,抗逆力差; 2化性蚕较1化性蚕经过短,发育齐,食桑少,抗逆力强,全茧重和茧层重略低; 多化性蚕体小,食桑少,发育快,较耐高温,但茧小,丝少,且丝胶多。
滞育的机制 桑蚕产下的卵是否滞育,决定于咽下神经节的神经分泌细胞分泌滞育激素量的多少,同时心侧体的分泌起辅助作用。而这种分泌,部分地决定于遗传基因的差异,部分地决定于环境条件特别是温度和光线。环境刺激作为一种信息贮存在脑内,在一定时候指令内分泌器官释放有关激素。基因作为一种遗传信息,其表现依赖于合成一系列的酶和激素等活性物质,从而影响到蚕的生长和发育。而酶和激素又可反过来通过一系列生理生化过程制约着基因的表达,它们之间是相互联系又相互制约的。日本学者诸星静次郎等(1956)确认在第6染色体±21.5座位上的滞育主要基因,直接支配着咽下神经节分泌滞育激素的机能,其作用是V1(支配1化性基因)>V2 (支配2化性基因)>V3(支配多化性基因)。又咽下神经节的分泌机能,很大程度上受到控制脑机能的Z染色体2座位上的伴性成熟基因的影响,成熟基因有早熟基因(Lme),中熟基因(+Lm)和晚熟基因(Lm)。具有晚熟基因(Lm)的脑对咽下神经节刺激促进分泌滞育激素的作用最强,具有中熟基因(+Lm)的次之,具有早熟基因的最弱。通常Lm基因主要为1化性系统具有,若多化性(V3)具有此基因易向2化性(V2)方向变化,2化性具有此基因则易向1化性(V1)方向变化。Lme基因主要为多化性系统具有,因对咽下神经节激素分泌量的刺激最弱,对化性的变化不具那样程度的影响力,以V3基因支配的咽下神经节虽分泌滞育激素,但因量少,故产非滞育卵; 以V1基因支配的咽下神经节,因分泌激素量多,故产滞育卵。+V基因支配的咽下神经节分泌滞育激素的机能因环境而异,低温暗催青时,脑的机能由+Lm向Lme方向变化,产非滞育卵; 高温明催青时,+Lm向Lm方向变化,产滞育卵。
咽下神经节神经分泌细胞分布于神经节的背腹两面及连接神经索的部分,数目和大小因蚕品种而异。滞育激素从5龄开始生成,在化蛹蜕皮后生成量显著增加,化蛹第3日以后盛行分泌活动,其分泌方式是直接释放到血液中。滞育激素的靶器官为卵巢。滞育激素对卵细胞的作用限于一定时期,只有当卵细胞发育到500微克左右时,才能接受滞育激素的作用,但是卵巢中的各个卵细胞是相继发育的,所以要使所有的卵都成为滞育卵,必须在整个卵巢发育的蛹期都有滞育激素分泌。
滞育中的生理生化 蚕在胚胎发育早期进入滞育,而卵在蛹期急剧发育,同时滞育激素也此时盛行分泌,所以卵的生理生化特性应在卵巢发育中基本决定。滞育激素对于卵巢和卵的物质代谢有密切的关系,刚产下的卵内含有大量糖原,滞育卵约为非滞育卵的1.7倍,血糖量则作相反的变化。滞育激素作用于卵巢,并具有促使利用血液海藻糖合成卵巢糖原的作用,又从海藻糖合成糖原的酶系中,以海藻糖酶活性受滞育激素的影响最大,其它几种酶的活性几乎不受影响。滞育性卵产下后的第2天,卵内的糖原含量显著减少,两周后减少到最初含量的1/10以下,此后一直保持在这样低的水平,其去向是转变成山梨醇和甘油,这种山梨醇和甘油的混合物具有防冻作用,所以滞育卵内糖原含量的减少和转变,是桑蚕对冬季严寒获得抵抗性的一种适应现象。
滞育激素除影响卵的碳水化合物代谢外,它和色素代谢,脂质代谢以及蛋白质代谢等都有一定关系,滞育性卵的着色,是由于滞育性卵巢内积累多量3-羟犬尿素,使产下的卵中合成奥敏、奥马丁等眼色素所致,而滞育激素则有促进3-羟犬尿素渗入卵巢的作用。滞育卵内脂质含量比非滞育卵多,滞育激素在蛹中期能促进卵巢内积累脂质,特别是提高甘油三酯的含量。卵巢和卵内的蛋白质含量虽未发现因滞育性而有明显变动,但不溶于三氯乙酸而可溶于酸性乙醇的某种蛋白质,以非滞育卵的含量显著增多(为滞育卵的1.5~4倍)滞育激素具有降低卵巢和卵内这种特殊蛋白质的作用,已知这种蛋白质是一种分子量较小的清蛋白,主要是酯酶A,滞育激素不但抑制酯酶A的合成,还抑制酯酶A的活性。
滞育激素还影响母体成熟卵内一系列生理生化特点:耗氧强度降低50.18%,滞育卵受精后48小时(24~25℃)DNA合成过程非常微弱,在胚胎尚未进入滞育状态以前,蚕卵DNA的合成实际上已难以检测。DNA与RNA的含量各降低25%左右,但DNA/RNA比例却与不滞育卵一样,都保持在较低的水平,(0.046)。蚕卵核酸代谢水平的降低,直接影响到细胞分裂的进行,并成为胚胎滞育的发生原因。与滞育卵不同,被摘除咽下神经节的母蛾所产的非滞育卵,受精后DNA的增长几乎成直线上升,没有中止或降低的倾向。强烈的DNA合成过程,是细胞分裂和蚕卵胚胎不断发育的先决条件。咽下神经节分泌的滞育激素并不直接抑制胚胎发育,而主要是通过改变卵的代谢系统,特别是通过核酸代谢系统,控制细胞分裂与胚胎形态建立的过程,从而决定着桑蚕卵态滞育的发生。
滞育的解除 桑蚕胚胎一旦进入滞育,即使给予合适的生活条件也不立即解除。在终止滞育前,为恢复胚胎形态发生需进行一系列的生理准备,称滞育发育。一定时间的低温接触是滞育发育的必要条件,解除滞育的有效温度是15℃以下,5~7.5℃效果最好。另外,滞育性卵在产下后的适当时期,给予人为的物理或化学刺激,也能解除滞育,生产上称为人工孵化法。
桑蚕卵在滞育时,卵内糖原突然消失而出现山梨醇和甘油,在解除滞育时再从这些糖醇合成糖原。日本学者甲斐英则(1978)通过对卵内的酯酶A溶解卵黄细胞活性的调查,认为酯酶A活性上升与胚胎发育有密切关系。若将产卵后20小时酯酶A活性极低的滞育性卵用盐酸处理,半小时后即显现酯酶A的活性,2小时后活性上升到非滞育卵同等程度。另一方面,低温也能使酯酶A的活性上升。滞育卵冷藏后不久,酯酶A的活性开始上升,50日后达到活性高峰,这和滞育卵在5℃中冷藏时逐渐活化,两个月左右后充分活化的情况相一致。
此外,日本仓田启而等(1977)发现蚕卵滞育前后的核仁大小和数目显著不同,进入滞育后的卵内不再增加rRNA,而非滞育卵则rRNA的合成活性急剧上升,核仁的行动与rRNA的合成活性相适应,即滞育胚胎的核仁较小。滞育的rRNA基因在形成核仁和合成rRNA二个方面的机能都受到了抑制,这种基因表现的被抑制,认为是开始滞育的原因。经低温或其它条件处理后,恢复其rRNA的合成活性,而达到与非滞育卵同样的水平。
化性的变化 化性不是固定不变,决定化性的原因除了内因即遗传性外,温度、光线等外因也能引起化性的变化。在胚胎发育中影响特别显著。1化性种无论催青中温度高低,一般化性不起变化。而2化性种在催青后期保护在25℃以上的高温时,发育成1化性蚕,产越年卵;若保护在15℃左右的低温时,发育成2化性蚕,产不越年卵;若保护在20℃的中间温度时,则越年卵和不越年卵混合产出。光线和湿度的影响比温度次要,即在中间温度催青的情况下,每天有17~18小时的普通光线照射时,可促使产越年卵。湿度高时也有产越年卵的倾向。因此,利用这种特性,人为地可使2化性种的蚕卵产生1化性蚕或2化性蚕。
除胚胎发育中温度等环境条件对化性变化的影响外,在卵期尚未决定其化性的条件下,幼虫期和蛹期的温度和光线等对化性也有一定影响,即小蚕期高温、明亮,大蚕期低温(25℃以下)、黑暗时,多产越年性卵,反之易产不越年性卵。饲育中桑叶叶质好坏,对产下卵的化性也有影响,一般营养条件不良时,有多产不越年性卵的倾向。营养条件对化性的影响,不但影响到下一代卵的化性,而且还延续到下一代蚕所产卵的化性。