栉孔扇贝精子超微结构的研究

栉孔扇贝精子超微结构的研究 第 28 卷 第 3 期 V o l. 28, N o. 3 青 岛 海 洋 大 学 学 报1998 年 7 月 J u ly, 1998 JOU RN A L O F O C EA N U N IV ER S IT Y O F Q IN GDA O Ξ 栉孔扇贝精子超微结构的研究 任素莲 王如才 王德秀 ( )青岛海洋大学水产学院养殖系, 青岛, 266003 摘 要 利用电镜研究栉孔扇贝精子的超微结构。精子包括头部、中段与末段三部分。头部由顶体 和细胞核组成。 锥形顶体位于细胞核的前端; 亚顶体腔内包含疏松的低电子密度物质; 细胞核致 密, 有不规则的囊泡位于其中。4 个卵圆形的线粒体围绕着中心粒复合体形成了精子的中段。末段 细长, 轴丝为典型的“9+ 2”结构。 关键词 栉孔扇贝; 精子; 超微结构 2336 中图法分类号Q 随着苗种生产的进一步发展, 动物受精机理的研究越来越显得迫切与重要, 而生殖细胞又 与受精过程紧密相关, 因此, 弄清生殖细胞的形态结构, 对正确了解动物的受精机理尤为必要。 1 () (目前, 关于双壳贝类精子超微结构, 已见缢蛏 , 合浦珠母贝 S in on ov a cu la con s t ric ta P in c ta 2 2 3 4 () ( ) ) , 青蛤 , 大珠母贝 , d a m a r ten sa D u n k e rCy c l in a s in en s is P in c ta d a m a x im a J am e san 5, 6 7, 8 () () 贻贝 , 美洲牡蛎 . 等十几种动物中有报道。本项研究对 M y t ilu s ed u l isO s t reav irg in ica () 栉孔扇贝 精子的超微结构进行了详细的观察, 以获取更多的基础知识, 为扇C h lam y s f a r re r i 贝苗种培育提供理论依据。 1 材料与方法 本实验于 1996 年 5, 6 月进行。 将性腺成熟的亲贝通过解剖的方式获取成熟的精子, 用2. 5% 的戊二醛固定。 供透射电镜观察的样品经 2. 5% 的戊二醛固定后, 1% 锇酸后固定, 乙醇 梯度脱水, 812 环氧树脂包埋, 超薄切片机切片, 醋酸铀柠檬酸双重染色, 日立 —Epo n L KB H 7000 型透射电镜下观察。 供扫描电镜样品 2. 5% 戊二醛固定后, 乙醇梯度脱水, 醋酸异戊脂中置换, 日立 —2 型临干燥仪干燥, —3 型离子溅射仪喷金, 剑桥 —2503 型扫描电镜 H C P IB SM K 观察。 2 实验结果 ()栉孔扇贝精子为鞭毛型精子, 长约 60, 70, 由头部、中段与末段三部分组成 图 1。 Λm Ξ ( )国家攀登 项目子专题部分内容 专题编号: 22321 6B PD B 收稿日期: 1997211220; 修订日期: 1998204217 任素莲, 女, 1964 年 10 月出生, 硕士, 讲师。 ()2. 1 头部 长约 4. 2, 5. 0呈锥形, 主要结构包括顶体与细胞核。 , H eadΛm ()()2. 1. 1 顶体 长约 0. 7圆锥状, 位于头部最前端 图 2。顶体内含顶体颗粒, , A c ro som eΛm 由高密度电子物质构成, 结构均匀。顶体颗粒外包一连续的单层薄膜, 按所在位置不同, 可分为 顶体外膜与顶体内膜。 顶体内膜毗邻亚顶体腔, 顶体外膜以薄层胞质与质膜相间隔, 胞质内有 ( ) 小囊泡存在。 顶体与细胞核之间为亚顶体腔 , 其内含有低电子密度的亚 su b ac ro som a l sp ace 顶体物质, 较为疏松。 () 2. 1. 2 细胞核 呈长柱状, 上端稍窄, 下端较宽, 长约 3. 6。核内染色质致密; 在 N u c leu sΛm 一些切面上, 可见不规则的泡状结构, 其内染色质松散。核前端有一较大马蹄形凹陷, 与亚顶体 () ( 腔相连, 为核前窝 ; 核后端有一 字形浅沟, 为核后窝或植入窝 N u c lea r po ck e t V Im p lan ta23 6 ) 对核的边缘具有缺刻。 核膜为双层膜, 呈小波纹状, 这与曾志南对青蛤、 , t io n fo ssaF ran k 贻贝精子的观察结果不同。 据他们报道, 核膜虽为双层, 不呈波纹状。 顶体并不直接覆盖在细胞核上, 二者之间有较大的腔隙, 靠近质膜处空隙最小, 为 0. 06, 0. 07, 被疏松的物质填充。Λm ()2. 2 中段 中段较短, 长约 0. 9, 1. 0。由线粒体围绕中心粒复合体形成主 M idd le p ieceΛm 9 要结构。中心粒复合体包括相互垂直的近、远端两个中心粒。近端中心粒位于核后端的植入 窝内, 其长轴走向与精子长轴走向垂直。 在精子中段纵切面上, 近端中心粒的横截面是由 9 组 微管排列成的圆形结构, 径长 0.27远端中心粒又称基粒, 位于其下端, 长约 0. 5长轴 ; , Λm Λm () 走向与精子长轴走向一致, 纵切面上仅看到与精子边缘平行的微管壁 图 3。远端中心粒向精 线粒体是精子运动的能量供应中心。栉孔扇贝子末端伸出轴丝, 形成精子运动的主要器官。 精子中段的线粒体卵园形, 径长约 0. 8,Λm () 由内外两层膜组成, 内膜向腔内折叠形成线粒体嵴明显可见 图 3。中段纵切面上仅见两个线 ( )粒体小球, 横切面上 4 个卵圆形线粒体围绕在中心粒周围 图 4。 因此, 中段仅由 4 个线粒体 小球组成, 包于中心粒周围。 此结构与其它双壳贝类精子中段结构相似。 () 213 末段 末段细长, 由轴丝和质膜组成。E n d ta il ( ) 轴丝由远端中心粒伸出, 为典型“9+ 2”型结构 图 5。 但在轴丝的起始端, 并不是“9+ 2” () 型结构, 仅有周缘的 9 对微管与远端中心粒小管连接, 缺乏中央一对微管 图 3。 () () 在有些精子末段的横切面上, 轴丝一侧可见囊泡 存在 图 6; 也有 2, 4 根轴丝包 ve sic le () 于同一质膜内的结构现象 图 6, 图 7; 整个精子的质膜呈波纹状态。 3 讨论 () 1大多数动物的鞭毛型精子可分为头部、颈部与尾部 3 部分, 近、远端中心粒之间的结构 9 10 称为颈部, 线粒体所在的部位为精子中段。 根据栉孔扇贝精子结构的特点, 我们将顶体与 细胞核所在的部位为头部, 而线粒体、中心粒复合体所在的部位称为中段, 因此栉孔扇贝精子 10() 没有颈部, 这种划分与 , 也与前人对其它双壳贝1975对哺乳类精子的划分相一致F aw ce t t 2 , 7 类精子的划分相符合。 ( ) ( ) 2细胞核与顶体之间有较大的腔隙, 为亚顶体腔 或顶体下腔, 其内含有不定型的亚顶 6 体 物质, 通过对贻贝的研究认为, 亚顶体物质是高尔基体分泌的产物。 和F ran k Ga lt so ff 7 () () 称在亚顶体腔内还有轴体 存在, 但栉孔扇贝精子中并未发现轴1960P h ilpo t t A x ia l bo dy 390 青 岛 海 洋 大 学 学 报1 9 9 8 年 附图: 图 1 扫描电镜下精子外观, 示头部及部分尾部 × × : 10: 5. 2ak bk × × : 10: 5. 2F ig. 1 SEM o b se rva t io n o n app ea rance o f a sp e rm a tazo a, o n ly p a r t o f th e ta il in show. ak bk 图 2 精子头部纵切面, 示顶体、细胞核和亚顶体腔 30×k F ig. 2 T h e lo ng itud ina l sec t io n o f th e sp e rm h ead, show ing th e ac ro som e, nuc leu s and subac ro som a l sp ace. 30×k 20× 图 3 精子头部及中段纵切面, 示植入窝, 中心粒复合体和线粒体k F ig. 3 T h e lo ng itud ina l sec t io n o f th e sp e rm h ead and m idd le p iece, show ing th e im p lan ta t io n fo ssa, cen t r io la r 20×com p lex and m ito cho nd r ia k 图 4 精子中段横切面, 示线粒体及中心粒复合体10. 5× k × . 4 , 10. 5F igT h e c ro ss sec t io n o f th e m idd le p ieceshow ing th e cen t r io la r com p lex and m ito cho nd r ia k 图 5 精子末段纵切面, 示轴丝、质膜25. 5× k × . 5 , 10. 5F igT h e lo ng itud ina l sec t io n o f th e end p ieceshow ing th e cen t r io la r com p lex and m ito cho nd r ia k 22. 5× 图 6 精子末段横切面, 示末段结构k × . 6 22. 5F igT h e st ruc tu re o f th e end p iece in a c ro ss sec t io n k 图 7 精子末段纵切面, 示被包于同一质膜内的 2 根轴丝 45×k . 7 , F igT h e lo ng itud ina l sec t io n o f th e end p ieceshow ing p a ir o f axo nem e revo lved a ro und by a p la sm a 45×m em b rane k () () () (精子头部 , : 精子末段 , : 顶体 , : 亚顶体腔 : H H ead o f th e sp e rm E Pend p ieceA CA c ro som eSSSubac ro so2 () ( ) () () ) 核 , : 质 膜 , : 囊 泡 , : 线 粒 体 , , : m a l sp aceN N uc leu sPM P la sm a m em eb raneV V e sic leM M ito cho nd r ia ( ) () () : 近 端 中 心 粒 , : 远 端 中 心 粒 , : 轴 丝 , : 鞭 毛PCP ro x im a l cen t r io le D CD ista l cen t r io le A A xo nem e F () () ( ) ( , : 顶体颗粒 , : 植入窝 , : 顶体外膜 F lagum A GA c ro som a l g ranu leIFIm p lan ta t io n fo ssaEM ex te rna l m em 2( ) ( ) () ) 顶体内膜 , : 轴丝起始端 , : 缺刻 , : 核前窝, b rane M I in te rna l m em eb raneIA In it ia l axo nem eSS ink ingN P () (), : 核膜 N uc lea r po ck e tNM N uc lea r m em b rane () 体存在。 据 等 1973, 1976研究, 亚顶体腔内的物质, 实际上是没有聚合的球状肌动蛋 T iln ey (() 白 2其作用与 等 描 述 一 致, 即 在 顶 体 反 应 中 能 够 形 成 顶 体 突 , G ac t in Ga lt so ff A c ro som a l 11 , 13 ) , 起协精入卵的作用。p ro t ru t io n 9 () 3动物精子的轴丝由远端中心粒伸出,“9+ 2”型结构, 外包质膜形成鞭毛状尾部。在栉孔扇贝精子尾部横切及纵切面上, 不仅可以看到典型“9+ 2”结构, 同时也有 2, 4 个“9+ 2”型 的结构位于同一质膜的现象, 后者所占比例为 15, 20% 。 在牡蛎精子尾部也发现过两根轴丝 Ξ 位于同一质膜内的结构现象。 有报道动物精子的细微结构和尾鞭运动的变化程度是检测海 14 洋环境污染的指标。栉孔扇贝这种多轴丝的精子是否因环境污染形成的一种畸形精子? 还 是一种正常的精子? 能否正常受精? 对将来的胚胎发育及苗种生产有什么影响? 目前尚不能 肯定, 需进一步研究。 ( ) ( 4在精子的扫描电镜观察过程中, 我们发现许多精子质膜沿轴丝缠绕呈波动膜状态 图 3 7 8( ))1、美洲牡蛎b 。透射电镜观察结构时, 其质膜也呈波纹状 图 5, 图 6。这种形态在青蛤 Ξ 王如才, 包振民, 等 1 几种经济贝类精子的超微结构。 国家攀登计划 B“海水增养殖生物优良种质和抗病力的基础研 究”年报, 1994, 81, 82 等多种贝类的精子中都有发现, 因此, 栉孔扇贝精子的质膜在一定程度上呈波动膜状, 但不排 除实验条件、精子成熟度对精子质膜形态的影响。 ( ) 5细胞核中可见明显有泡状结构存在。 这种囊泡在人类精子、大珠母贝中被称为核 4 101715 16 17 泡中也都有这种结构存在。 , 黄腹角雉精子, 红鲤精子, 家鸡精子描述, 泡状X ia 15 的原因是因精子的轻度损伤引起; 温战强等则倾向属自然结构。 栉孔扇贝核内的囊泡及核 边缘的缺刻是属于正常结构还是人为因素形成, 目前尚不明确。 致谢: 测试中心电镜室刘晓云、姜明、范瑞青, 高澜等同志给予大力协助, 在此表示真诚感 谢。 参考文献 ( ) ( ) 刘正琮, 上官步敏, 许振祖 1 缢蛏精子发生超微结构的研究 1 厦门大学学报 自然科学版, 1990, 29 1: 81, 84 1 ( ) ( ) 2 沈亦平, 张锡元 1 合浦珠母贝精子发生过程的超微结构观察 1 武汉大学学报 自然科学版, 1993 6: 123, 129 ( ) 曾志南, 李复雪 1 青蛤精细胞分化的超微结构研究 1 海洋学报, 1991, 13 4: 547, 5513 ( ) ( ) 杜晓东 1 大珠母贝精子发生超微结构变化的研究 1 武汉大学学报 自然科学版, 1996, 42 2: 219, 2244 5 . . , 1970, 2: 90, 127F aw ce t t D W A com p a ra t ive v iew o f sp e rm u lt ra st ruc tu reB io lo R ep ro d . , . L o ngo F J and D o rnfe ld E JT h e f ine st ruc tu re o f sp e rm a t id d iffe ren t ia t io n in th e m u ssleM y tilu s ed u l isJ u lt ra2 6 st r R e s, 1967, 20: 275, 282 , . , . 7 Ga lt so ff P Sp h ilpo t t D EU lt ra st ruc tu re o f th e sp e rm a to zoo n o f th e o y ste rC rassostrea V irg in icaJ U lt ra st ruc t , 1960, 3: 241, 253R e s , , , . ,8 D a ine ls E W e t a lU lt ra st ruc tu re o f th e sp e rm a to zoo n o f th e o y ste rc ra sso st rea v irg in icaT ran s A m M ic ro s So c 1971, 90: 275, 282 上海水产学院主编 1 线织胚胎学 1 北京: 农业出版社, 1981. 23, 329 丁汉波 1 仝允栩, 黄 浙 1 发育生物学 1 北京: 高等教育出版社, 1987147, 14710 . . : , 1985. 42, 4711 Sco t tf GD eve lopm en t b io lo gySunde r land M a ssach u se t t sS inaue r A sso c ia te s P ub lish e r s , , : . 12 T ilney L Ge t a lT H e po ly m e r iza t io n o f ac t inIt s in th e gene ra t io n o f th e ac ro som a l p ro ce sd s o f ce r ta in sp e rm J C e ll B io l, 1973, 59: 109, 126 . : . , 1976, 69:13 T ilney L GA gg rega te s o f no nf ilam en to u s ac t in and a sso c ia ted p ro te inA sto rage fo r ac t inJ ce ll B io l 73, 89 . . , 1974,14 B roJ aw C JC a lc ium and f lage lla r re spo n se du r ing ch em o tax is o f b rak en sp e rm a to d sJ C e ll Com p P h y sio l 22: 1, 12 ( ) 温战强, 郑光美, 宋祥芬, 等 1 黄腹角雉精子超微结构的研究 1 动物学报, 3 2: 127, 13215 林光华, 等 1 红鲤精子精细结构的研究 1 中国生殖生物学第二次学术议论文摘要选编, 1982, 2016 , 1 , . 217 X ia L uo jun Geo rge F M ich ae l A A e t a lU lt ra st ruc tu re o f f re sh and f ro zenth aw ed sp e rm a to zo a o f h igh and . , 1988, 67: 819, 825low fe r t ility line s o f ch ick enPo u l Sc i 392 青 岛 海 洋 大 学 学 报1 9 9 8 年 U lt ra s t ruc tu re o f S p e rm a to zo o n o f T he C h lam y s fa r re r i R en Su lian W an g R u ca i W an g D ex iu (, , ,A qu a cu l tu re D ep a rtm en tF ish e ry C ol leg eO cea n U n iv e rs ity of Q in g d a o )Q in g d a o, 266003 ) ( A b s t ra c t T h e u lt ra st ru c tu re o f sp e rm a to zoo n o f sca llop ch lamy s f a rre ri w a s stu d ied . : , w ith e lec t ro n m ic ro scop eT h e sp e rm co n sist s o f th ree p a r t sth e h ead th e m idd le p iece . . an d th e en d p ieceT h e h ead is com po sed o f ac ro som e an d n u c leu sT h e co n ica l ac ro som e . is lo ca ted in f ro n t o f th e n u c leu sT h e su b ac ro som ea l sp ace is f illed w ith loo se m a te r ia l . 2o f a low e lec t ro n den sityT h e n u c leu s is co n den se an d h a s ir regu la r lysh ap ed vacuo le s . 2in itT h e cen t r io la r com p lex revo lved a ro u n d b y fo u r o va lsh ap ed m ito cho n d r ia s fo rm s . “9+ 2”。 th e m idd le p ieceT h e en d p iece h a s a typ ica l st ru c tu re o f th e ; ; Ke y w o rd C h lamy s f a rre risp e rm a to zoo nu lt ra st rac tu re 海 洋 人 物 ()美国发明家、工程师。 1765 年 11富尔顿 211214, 1815202224 , 1765R R o b e r t F u lto n 月 14 日生于宾夕法尼亚州的兰克斯特的农民家庭。1815 年 2 月 24 日逝世于纽约。早年到伦敦学习绘画, 未获成就, 后有志于船舶推进的技术, 致力于运河工程。 1800 年设计了 一艘类似潜艇的《鹦鹉螺》号, 用齿轮手动操作, 具有潜水翼和折叠式翼板、观察窗和指挥 塔。但由于没有动力驱动, 不能实用化。1807 年制成用单缸凝汽式蒸汽机驱动的汽船, 由 () 纽约驶往奥尔巴尼仅用 32用帆船需 4 昼夜, 这是航海史上划时代的事件。他生活在蒸 h 汽机应用的时代, 但他却使汽船由实验阶段发展为实用化和商业应用, 为海上交通史开僻 新的篇章。此外, 1814 年他还建造了世界上第一艘蒸汽驱动军舰。在运河工程方面, 1796 年提出内陆河道系统的全面整修规划。 此外, 还发明亚麻纺织机等。 主著有《论运河航行 ()的改进》1796。 () 刘安国