Spawning and management of gametes, fertilized eggs and embryos in Siluroidei

Reproduction contrôlée et gestion des gamètes et des œufs chez les Siluroidei

¹ ORSTOM, GAMET, Groupe aquaculture continentale méditerranéenne et tropicale, BP 5095, 34033 Montpellier Cedex 1, France
² ORSTOM, Installasi Penelitian Perikanan Air Tawar, Jalan Ragunan, Pasar Minggu, P.O. Box 7220/Jkspm, Jakarta 12540, Indonesia E-mail: legendre@idola.net.id
³ Division de Biotechnologie, Reproduction et Génétique des Poissons, Université d'Angers, 49033 Angers Cedex, France
⁴ Laboratoire d'Ichtyologie générale et appliquée, Muséum National d'Histoire Naturelle, 43, rue Cuvier, 75231 Paris Cedex 5, France

Accepted: 17 October 1996

Abstract

The structure of gonads and gametes is highly diversified in siluroid fishes; in some groups the testes are composite with an anterior part formed of spermatogenetic tissues and the posterior part of seminal vesicles which may or may not store spermatozoa. For catfish species of aquacultural interest, ovaries present the same general morphology as in other teleosts with oviducts. Spermatozoa are biflagellated in the Channel catfish (Ictalurus punctatus) and monoflagellated in the European catfish (Silurus glanis) and African catfishes (Clarias gariepinus, Heterobranchus longifilis). The egg size shows considerable intergroup differences, from 0.8–1.2 mm in some Pimelodidae and Clariidae up to 15–20 mm in Ariidae. In numerous cases, the eggs are adhesive and develop either a surrounding sticky layer (Ictalurus, Chrysichthys, Silurus) or an adhesive attachment disc (Clarias, Heterobranchus). Fertilization is in general external but internal fertilization is reported in some species. The annual sperm production was measured in European catfish and Channel catfish as 1.7 × 10¹¹ and 1.8 × 10¹⁰ spermatozoa.kg^-1 body weight, respectively. In females, the fecundity ranges from about 50 eggs per spawn in ariids up to more than 100 000 eggs.kg^-1 body weight, e.g. in pimelodids and clariids. A large variety of controlled reproduction systems are found in the siluroids. In some cases (Ictalurus, Chrysichthys, Hoplosternum), spawning occurs naturally in ponds or tanks provided that adequate spawning substrates are available; fertilized eggs are collected immediately after spawning and placed into incubators until hatching. But for most species, although natural or semi-natural spawning could be achieved in captivity, the tendency at the present time is to develop techniques using hormonal-induced ovulation and artificial insemination in order to control the various steps of reproduction and to allow gamete preservation and manipulation. Oocyte maturation and ovulation or spermiation can be induced in many species by a large variety of hormones (GnRHs, fish gonadotropins, hCG, various steroids etc). Some information is available on gamete biology and preservation. Sperm motility is short-lived, not exceeding 70–80 s of forward movement as in most other freshwater teleosts. A peculiarity of the European catfish sperm is the activation by urine during sampling which could be prevented by direct collection in an immobilizing solution (NaCl 200 mM, Tris HCl 30 mM, pH 7.0). Spermatozoa cryopreservation was successfully attempted in several species. Ova generally survive only a few hours after ovulation and fertilization must be carried out soon after. Methods for gamete collection, insemination and incubation of eggs are described for the most widely cultured siluroid species.

Résumé

La structure des gonades et des gamètes est fortement diversifiée chez les Siluroidei; dans quelques groupes les testicules sont composés d'une partie antérieure incluant les tissus spermatogénétiques et d'une partie postérieure avec des vésicules séminales pouvant ou non stocker les spermatozoïdes. Chez les espèces d'intérêt aquacole, les ovaires présentent une morphologie générale voisine de celle des autres poissons téléostéens possédant un oviducte. Les spermatozoïdes sont billagellés chez le poisson-chat américain (Ictalurus punctatus) et monoflagellés chez le silure européen (Silurus glanis) et les poissons-chats africains (Clarias gariepinus, Heterobranchus longifilis). Les ovules montrent des différences de tailles considérables selon les groupes : de 0,8–1,2 mm chez certains Pimelodidae et Clariidae jusqu'à 15-20 mm chez les Ariidae. Dans de nombreux cas, les œufs sont adhésifs; ils peuvent alors être entièrement enrobés d'une couche collante (Ictalurus, Chrysichthys, Silurus) ou posséder un simple anneau adhésif (Clarias Heterobranchus). En général, la fécondation est externe mais l'existence d'une fécondation interne est signalée chez quelques espèces. La production annuelle de sperme a été mesurée chez le silure européen et le poisson-chat américain pour lesquels elle atteint 1,7 × 10¹¹ et 1,8 × 10¹⁰ spermatozoïdes.kg^-1 de poids corporel, respectivement. Chez les femelles, la fécondité varie entre environ 50 ovules par ponte chez les Ariidés et plus de 100 000 ovules.kg^-1, chez les Pimelodidés et Clariidés par exemple. Une grande diversité de méthodes de reproduction contrôlée ont été développées chez les Siluroidei. Dans quelques cas (Ictalurus, Ictalurus, Chrysichthys, Hoplosternum), la ponte se produit naturellement en étang ou en bac à condition que des substrats de pontes appropriés soient disponibles, les œufs sont collectés immédiatement après la ponte et placés en incubateurs jusqu'à l'éclosion. Pour la plupart des espèces, bien que des pontes naturelles ou semi-naturelles puissent être obtenues, la tendance actuelle est au développement de techniques d'induction hormonale de l'ovulation et de fécondation in in vitro qui permettent un meilleur contrôle des différentes étapes de la reproduction et autorisent la conservation et la manipulation des gamètes. La maturation ovocytaire et l'ovulation ou la spermiation peuvent être induites chez de nombreuses espèces par une grande variété d'hormones (GnRHs, gonadotropines de poissons, hCG, différents stéroïdes ...). Quelques informations sont disponibles sur la biologie des gamètes et leur conservation. La motilité des spermatozoïdes est de courte durée, n'excédant pas 70–80 s de progression comme chez la plupart des autres téléostéens d'eau douce. Une particularité des spermatozoïdes de silure européen est leur activation par de l'urine au moment du prélèvement, cette activation peut toutefois être empêchée par une récolte directe dans une solution d'immobilisation (NaCl 200 mM, Tris HCl 30 mM, pH 7,0). La cryoconservation du sperme a été tentée avec succès chez plusieurs espèces. Les ovules survivent quelques heures après l'ovulation et leur fécondation doit être réalisée rapidement. Les méthodes utilisées pour la récolte,des gamètes, l'insémination et l'incubation des œufs sont décrites pour les espèces de Siluroidei dont l'élevage est le plus répandu.