家蠶胚胎發育過程

Embryognesis of the silkworm，Bombyx mori

余錫金

一、前言

       家蠶卵休眠期之長短，休眠後之貯存管理，需與養蠶時機密切配合。又包括催青期在內，胚胎各發育階段之環境，對孵化後幼蟲生長及次代蠶之休眠性均有重大影響。各階段處理適當否，為蠶業經營成敗關鍵之一，素為研究人員及業者重視。

       在家蠶微卵管基部的卵子，其卵核已開始第一次成熟分裂，但只進行至中期(metaphase)，染色體排列在赤道板上)即暫停。俟交配後，產卵途中，精子進入卵內，才又刺激其繼續分裂，並緊接著完成第二次成熟分裂。在25℃中，蠶卵產下後約經120~140min卵核與精核始結合，完成受精。以下將以受精卵第一次核分裂開始至孵化期間為探討範圍。

二、胚胎之發育過程

(一)核分裂與胚盤胚帶之形成

       在25℃下，受精卵約經過3小時，開始第一次核分裂。胚胎發生初期，其核為同步分裂，接合子由1個→2個→4個→8個…..，每隔約60分鐘，完成一次分裂。發生初期，細胞數目及分裂次數，可由實體觀察或藉測定卵內DNA含量來估算。同步分裂次數，目前尚無定論。

       產卵後約8小時，多數核漸向卵之周緣原生質(periplasm)移動並整齊排列；產卵後10小時，以分裂核為中心，在周緣原生質間，以分裂核為中心，產生隔膜而形成一個個細胞，約第15小時，即佈滿周緣細胞而形成所謂胚盤(原胚層，Blastoderm)。之後，卵腹區範圍內之細胞，漸次密集增厚，其餘細胞則變為扁平。增厚部份即形成所謂的胚帶(Germ band)。此同時，少數未向周邊移動的細胞核，仍繼續分裂，分散於卵黃間，並生出胞膜，而形成卵黃細胞(rolk cell)。胚帶初期為近方形之薄細胞層，後漸變成長方形，並在前端附近，左右內陷，形成頭葉，其外形著不倒翁，此時約在卵產下後第24小時。

(二)原腸期

       不倒翁期以後，胚帶沿中間內陷而成縱走之原溝(primitive groove)。溝兩側之細胞，繼續生長後左右連接而將內陷部分包圍成縱管。胚帶內陷部份，有兩層細胞發生，外層之細胞稱為外胚層(Ectoderm)，內側新生成的細胞稱為中胚層(Mesoderm)，胚體形成內外兩層時，即稱原腸期(Gastrulation)。內胚層亦由外胚層分化而來。在下節將討論之胚胎短縮期，由外胚層內陷之口陷及肛門陷底部之細胞，分化為內胚層，隨後發育為中腸。中胚層最初沿外胚層之內層發展為細長之細胞層，不久分為厚薄兩部分，而使胚體開始產生分節現象。此時胚帶之胴部伸長，狀似吾人餐具中之瓷湯匙。在此之前，休眠與不休眠卵之發育速度無顯著差異，但此後休眠卵之胚胎發育速度變緩，不休眠卵則跳過胚胎之休眠過程繼續發育。以下將以休眠卵為討論重點。

       當中胚葉塊次第分明，至18體節可識別時，胚之胴部變得更細長，而其後端稍大，稱為尾節，可在外形識別。此時，卵開始進入休眠期。在25℃中，自產卵至此，約經過40小時。

(三)休眠期

       產卵後約二週，胚之細胞完全暫停分裂，真正進入休眠期。休眠期間，胚之外形幾乎未見有任何變化，但從整個卵來看，休眠開始後，胚逐漸向卵之中心移動而包埋在卵黃細胞中；同時，卵黃逐漸向週邊移動，致使卵之中央呈現無卵黃之液腔。休眠初期，解剖蠶卵觀察時，胚很容易與卵黃分開，隨時間的增加，卵中央之液腔逐漸加大，產卵後二個月，液腔比休眠初期大很多，且卵黃呈團粒狀包圍胚，使二者不易分離。產卵後在25℃之環境中時間長者，其休眠期亦較長，但以30~60日為實用之上限，因品種而異；再延長，對其生理有不良影響。

(四)越冬期

       休眠卵經過一段低溫期以後(有效溫度為＜15℃，而以7.5~5℃最佳)，即逐漸活性化。但此時之胚胎，仍需處於低溫狀態，這個需要低溫的時期稱為越冬期或「對寒冷的發育期」。此時期，隨著胚胎外形的演變，又再分為甲A期、甲B期、乙A期、乙B期等。

       甲A、甲B之胚胎，外形難以區別，但後者已完全脫離休眠而前者則否。過了甲期，胸節部分之中胚葉塊逐漸膨大，即乙A期。此時之胚亦比甲期稍長。至乙B期，胸節之中胚葉塊已顯然比其他體節者大，且大部分卵黃細胞已不再是團塊而呈游離狀態。

       已脫離休眠之卵，不能在5℃以上的環境中長久保存，因此需配合使用時期，在適當時機，移置2.5~0℃中。

(五)臨界期

胚胎在低溫中發育到乙B期以後，已無必要再接觸寒冷的溫度，此時，若溫度升高，胚胎即迅速發育。這個溫度轉換的過渡時期稱為臨界期或稱「對溫暖環境的發育期」。又可細分為丙A、丙B兩期。

從丙A期開始，頭葉逐漸擴大，胚體亦愈細長，而中胚葉塊向兩側展延達到胚體側緣。同時，頭褶開始向背面彎曲，黃細胞完全呈游離狀態，在卵內均勻分佈而看不見液腔。

當頭葉更加擴大後，胚周邊之外胚層亦逐漸向背方彎曲，且第二、三體節稍膨大，即為丙B期。

休眠期及越冬期之卵，在0.8%之生理食塩水中取下胚胎時，胚體會呈顯著屈曲、扭轉，至臨界期則不再扭曲。

本期之胚胎形態較易辨識，在實用上亦為蠶卵處理之關鍵時刻。業者常將此時期之卵移置2.5 ~ — 2.5℃之低溫中，一則抑制胚胎繼續發育，二則可隨時取出，令其整齊孵化，供應養蠶之需。

(六)器官形成期

       丙B期之卵，若置於15℃以上之溫度中，胚胎即迅速發育，進入器官形成期。此期以後之胚胎，已不適合處在低溫環境中，尤其是胚胎反轉期與氣管形成期，低溫之害尤其大。本期隨著胚胎形態的變化，可再分為下列各期：

1. 神經溝出現期:丙B期之胚胎，在24℃下，經過12小時，沿胚之正中線，自胸節之中胚葉塊開始，各體節左右分開而出現神經溝，稍後，胸節、顎節之附屬肢突起亦開始出現。

2. 腹肢突起發生期:24℃中，24小時，胸、顎節之突起更加發達，而腹肢突起亦開始顯現。此時期之胚胎為反轉期前長度最長者。

3. 上唇突起出現期:24℃、1日12小時，胚胎頭摺前端之一對上唇突起出現，口陷很明顯，肛門陷亦稍可辨認，胸肢突起亦開始變為二節。

4. 短縮期:24℃、2日，胚體短縮，第5及第7~15體節之氣門陷入；下唇突起基部之絹絲腺出口亦陷入；並可見到大小不等之腹肢突起，其中以第10~13體節者較大，其後逐漸發育為幼蟲之4對腹足，其餘則漸退化消失。

5. 頭胸分節期:24℃、3日，胚體更為短縮，前端第1~4體節變成幼蟲之頭部，原來各一對之上、下唇突起合而為一，對稱安置於口陷之上下部。胸腹體節上各附屬肢突起，除將來成為幼蟲胸足、腹足、尾足者外，其餘均消失不見了。

6. 反轉期:24℃、3日12小時~4日12小時，原來位於卵腹側之胚胎，除頭部外，胸、腹部均逐漸向卵之背側移動。首先，尾部向卵內彎曲，其後胸腹亦隨之移動，最後使原來胚之腹面緊靠卵腹側之情勢轉變為胚胎之背面緊靠卵之背側。此同時，背部皮膚及消化管之形成亦急速進展，而背面僅餘第二、三胸節之臍孔部份尚未癒合。

7. 毛瘤發生期:24℃、5日，胚胎沿亞背線、氣門上線、氣門下線之體表，發生毛瘤突起。

8. 剛毛發生期:24℃、5日12小時，自亞背腺之瘤狀突起處生出剛毛，以臍孔為界，分別向前後伸長。大顎長出鋸齒，胸足之端部長出鈎爪，單眼開始著色。

(七)胚體完成期

       此時期之胚胎，自卵取出，置於生理食塩水中，已可活動。依蠶卵外觀顏色，可細分為下列各期：

1. 點青一期:24℃、7日，頭部表面幾丁質化呈黑褐色，臍孔已完全閉鎖，但胸腹部尚未著色。

2. 點青二期:24℃、7日12小時，頭部顏色更深，胸腹部亦著淡色，肧胎開始吞食漿液膜。從卵面看，在卵門附近之頭部處，呈現青藍色。由於漿液膜破壞，此後卵內水分易散失，故催青室內之相對濕度宜酌予提高。

3. 催青一期:24℃、8日，自卵面看，胸腹部所在處亦開始著青藍色，但頭部處之顏色仍較深。

4. 催青二期:24℃、8日12小時~9日，胚之腹部亦著濃褐色，卵外觀呈均勻之青藍色，蠶體已發育完成，即將孵化。

5. 孵化期:24℃、9日12小時~10日12小時，幼蟲咬破卵殼，爬出，結束胚胎發育期。

       不休眠卵及休眠卵在未達休眠前以人工孵化處理不使其休眠者，在24℃下，其胚胎由前述之匙形期在極短時間內，直接跳到臨界期。其餘各期胚胎發育過程與休眠卵者相似，唯一可區別處，在於18體節尚未完全出現時，頭胸部各體節處之神經溝已出現。

三、蛹期保護及蠶卵人工越夏

       蛹期處理是否適宜對羽化率及產卵量乃至於產下卵的休眠性、次代蠶的飼養成績等均有重要影響。蛹期溫度以23~25℃較佳，各種溫度對產卵粒數及不受精卵率的影響，根據日本各府縣蠶業試驗場共同試驗結果摘列如表一。由表知，過高過低的保護溫度均不適宜，故繁殖雜交卵時，應儘量利用不同收蟻日期來調節品系間的羽化時期，若不得已，一定要以溫度來調節蛹的羽化時期時，仍應以在22~28℃以內為宜，否則將影響產卵量及卵之品質。蛹期濕度以70~80%為宜，若濕度過低，則羽化較困難。

       產卵後亦以23~25℃之溫度保護較適當。30℃以上之高溫會增加死卵率及降低孵化率，並使下代蠶之蟲質較弱及繭質較差。

       產卵後在23~25℃之人工越夏時間與休眠卵活化所需低溫冷藏時間有密切關係。越夏時間長者，休眠卵活化所需冷藏日數亦較長。越夏時間太長時會使死卵率增加，孵化不齊。根據試驗結果，臺灣之蠶品種越夏時間以不超過30日為宜。越夏時間與冷藏、孵化之關係如下表：

表一、蛹期保護溫度與產卵數及不受精卵率之關係

表二、產卵後25℃越夏時間與欲獲得80%以上孵化率所需5℃冷藏日數

(資料來源：日本全國蠶種協會,1977)

四、蠶卵冷藏、浸酸與孵化之關係

       產卵後在25℃中保存40小時，胚胎即逐漸進入休眠期，至第30日，胚胎即完全處於休眠狀態。蠶卵開始休眠以後必需經過一段低溫期，胚胎方能逐漸活化繼續發育。休眠期長短主要是由蠶之品種(遺傳)、蠶卵人工越夏溫度、時間及其前世代催青環境所控制；而前世代養蠶、種繭(蛹)保護環境亦有相當程度的影響。相同品種在不同蠶期、地區所繁殖出來的蠶卵，即使催青、人工越夏條件相同，但其休眠性仍可能有差異。因此，欲完全掌握蠶卵之生理狀況，除必要充分了解品種特性外，養蠶、蠶種繁殖、蠶卵處理等過程，均需控制於預先設定的條件下。

       0~15℃之溫度均能使休眠卵逐漸活化，但以5~7.5℃冷藏者效果最好。休眠中的蠶卵在上述溫度中一段時間後，胚胎即開始活化進入越冬期。越冬期的卵，在10℃以上的溫度中催青，即能陸續孵化。其孵化率及孵化整齊度隨冷藏時間之增長而增加。

       胚胎處在越冬期的卵，如欲使其孵化率提高及孵化整齊，則需施行浸酸。浸酸一般是採用20%(15℃時，比重約1.10)的鹽酸在48℃中浸漬約5~7分鐘，視品種及肧胎發育狀況而定。

       當胚胎進入臨界期時，蠶卵不必浸酸亦能使其孵化整齊；惟若在臨界期早期，卵中混有越冬期及部分臨界後期胚胎時，仍以浸酸3~5分鐘，較能促進蠶卵孵化整齊。此時期之蠶卵已不宜長久保存在5℃中，因此，如短期內無飼養計畫，應移至2.5℃或0℃中，抑制胚胎繼續發育。

       在休眠卵胚胎尚未進入休眠前，亦可藉浸酸方法，使其越過休眠期，讓胚胎繼續發育、孵化，此即所謂的即時浸酸。即時浸酸法可分為加溫及常溫兩種，簡單說明如下：

(一)加溫即時浸酸處理要領：

• 1.卵齡：產卵後在24~25℃中保護20~25小時之卵。
• 2.鹽酸濃度：15.16%(用比重計測量時，46℃下比重為1.064，在15℃下為1.075)。
• 3.鹽酸溶液溫度：46℃。
• 4.浸酸時間：中國系統母本浸漬4~5分鐘，日本系統母本浸漬5~6分鐘。
• 5.浸酸後之卵在流動之清水中，洗滌脫酸30~60分鐘，以完全脫除鹽酸。
• 6.脫酸後之卵在離心機中脫水1.5~2分鐘，脫去卵面附著的水份後，在10小時內陰乾，開始催青。
• 加溫即時浸酸應留意者為鹽酸之液溫不可超過46.5℃以上，否則蠶卵因所受刺激過度，會增加死卵率及影響日後幼蠶的健康。若溫度過低，則蠶卵所受刺激不足，不易孵化或孵化不齊。根據實驗，在46℃至43℃範圍內，溫度每降低0.5℃，浸酸時間應延長1.2分鐘。

(二)常溫即時浸酸處理要領：

• 1.鹽酸濃度：22%(15℃時比重1.11)
• 2.卵齡、溫度與浸酸時間配合如下表：
• 3.蠶卵之脫酸及陰乾處理與加溫即時浸酸處理相同。

表三、各種卵齡及液溫別之適當浸酸時間

        如果即時浸酸、冷藏浸酸均無法提供特定或緊急需要飼養之蠶時，可將冷藏中的休眠卵取出，以較高濃度(22%)鹽酸浸漬15分鐘後再放回5℃中做短期冷藏，然後再施行第二次浸酸，如此可望使其勉強孵化(表四)。

表四、家蠶品種國.富×農.豐及其反交之休眠卵產後以25℃保護及浸酸(22%HCl, 48℃)15min後，於5℃冷藏期間施行第二次浸酸處理(20%HCl,48℃)其實用及前三日孵化率可達80%以上之冷藏日數