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小龙虾常年均可繁殖，其中以5-9月为高峰期。小龙虾雌雄异体，并且具有较显著的第二性征。可从腹部游泳肢形状加以区分，雄虾腹部第一游泳肢特化为交合刺，而雌虾第一游泳肢特化为纳精孔；其次，二者螯足具明显差别，雄性螯足粗大，螯足两端外侧有一明亮的红色疣状突起，而雌虾螯足比较小，疣状突起不明显；第三，雄虾螯足较雌虾粗大，个体也大于雌虾。
小龙虾的卵巢发育持续时间较长，通常在交配以后，视水温不同，卵巢需再发育2-5个月方可成熟。在生产上，可从头胸甲与腹部的连接处进行观察，根据卵巢的颜色判断性腺成熟程度，把卵巢发育分为苍白、黄色、橙色、棕色（茶色）和深棕色（豆沙色）等阶段。其中苍白色是未成熟幼虾的性腺，细小，需数月方可达到成熟；橙色是基本成熟的卵巢，交配后需3个月左右可以排卵；茶色和棕黑色是成熟的卵巢，是选育亲虾的理想类型。精巢较小，在养殖池塘中，一般同卵巢同步成熟。在美国各主要的螯虾生产区域，一般采用逐步排干池水的方法，来刺激螯虾的性腺成熟，促进亲虾交配产卵。
小龙虾几乎可常年交配，但以每年春季为高峰。交配一般在水中的开阔区域进行，交配水温幅度较大，从15℃到31℃均可进行。在交配时，雄虾通过交合刺将精子注入雌蟹（虾）的纳精囊中，精子在纳精囊中贮存2-8个月，仍可使卵子受精。雌虾在交配以后，便陆续掘穴进洞，当卵成熟以后，在洞穴内完成排卵、受精和幼体发育的过程。
小龙虾的繁殖比较特殊，繁殖的大部分过程在洞穴中完成，故在平常的生产中难以见到抱卵虾。卵巢在交配后需2-5个月方最后成熟，并进行排卵受精。受精卵为紫酱色，粘附于腹部游泳肢的刚毛上，抱卵虾经常将腹部贴近洞内积水，以保持卵处于湿润状态。小龙虾的怀卵量较小，根据规格不同，怀卵量一般在100-700粒，平均为300粒。卵的孵化时间约为14-24天，但低温条件下，孵化期可长达4-5个月。小龙虾幼体在发育期间，不需要任何外来营养供给，刚孵出的仔虾需在亲虾腹部停留几个月左右，方脱离母体。若条件不适宜，可在洞穴中不吃不喝数周，当池塘灌水以后，仔虾和亲虾陆续从洞穴中爬出，自然分布在池塘中，有时亲虾会携带幼体进入水体之中，然后释放幼体。克氏螯虾虽然抱卵量较少，但幼体孵化的成活率很高。由于克氏螯虾分散的繁殖习性限制了苗种的规模化生产，给集约性生产带来不利影响。
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