蘇筱竺 鄒建威

摘要[目的]對雙齒圍沙蠶精子的外觀形態(tài)以及內(nèi)部的超顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。[方法]采用掃描電鏡和透射電鏡技術(shù)對雙齒圍沙蠶精子的超顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。[結(jié)果]雙齒圍沙蠶的精子結(jié)構(gòu)為鞭毛型，精子由頭部、中部和尾部3部分組成，其精子全長為22～23 μm，頭部長度為2.8～2.9 μm，寬度為1.6～1.7 μm，頂體長度為0.9～1.0 μm。雙齒圍沙蠶精子的頭部外形呈倒?fàn)钋壹怃J的“漏斗”形，可見頂體膜，且膜內(nèi)有一根柱狀的亞頂體腔，腔內(nèi)分布著大小不一的絲狀體及一些細(xì)小顆粒。在頂體下方的細(xì)胞核內(nèi)部充滿染色質(zhì)，是整個(gè)精子中密度最高的部分。雙齒圍沙蠶精子中部的線粒體為卵圓形，數(shù)量為5～6個(gè)。尾部呈現(xiàn)鞭毛型，而軸絲為典型的“9+2”結(jié)構(gòu)。[結(jié)論] 該研究可為雙齒圍沙蠶的人工繁育提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞雙齒圍沙蠶;精子;超微結(jié)構(gòu);受精

中圖分類號S963.21+9文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2019）03-0073-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.024

雙齒圍沙蠶（Perinereis aibihitensis）俗稱海蜈蚣、海螞蟥等，在動物學(xué)分類上屬于環(huán)節(jié)動物門（Annelida）多毛綱（Polychaeta）沙蠶科（Neredidae）圍沙蠶屬（Nereis）。其主要分布于中國、韓國、泰國、菲律賓、印度等中、高潮帶海灘。雙齒圍沙蠶不僅是某些地區(qū)的一種保健食品，具有預(yù)防高血壓、腦血栓的作用，而且是魚、蝦、蟹人工育苗和養(yǎng)殖的天然餌料。據(jù)報(bào)道，對蝦每年的產(chǎn)業(yè)總值約為4 000億元，由此可見對蝦在水產(chǎn)業(yè)中占據(jù)很大的比重。雙齒圍沙蠶是構(gòu)成海洋生物食物鏈的成分之一，廣泛用于我國現(xiàn)階段的海水養(yǎng)殖業(yè)中，尤其是作為對蝦的餌料，特別是種蝦促熟時(shí)必要的“營養(yǎng)品”，是其他餌料所無法替代的，其內(nèi)含多種高蛋白物質(zhì)，是一種極具潛在市場且經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的優(yōu)質(zhì)多毛類動物。另外，由于全球海洋污染問題日益嚴(yán)峻，雙齒圍沙蠶作為一種底棲動物在修復(fù)海洋壞境的問題上起著不可缺少的作用。雙齒圍沙蠶以沉積物為食，通過內(nèi)部消化處理之后會降解有機(jī)物質(zhì)的含量，而且雙齒圍沙蠶通過身體的疣足部分進(jìn)行生理活動時(shí)會引起一系列的生物攪動現(xiàn)象，從而增大沉積物與水中存在溶解氧的接觸面積，以此提高海洋環(huán)境當(dāng)中帶有污染性的化學(xué)物的分解及礦化[1]。在國內(nèi)已有多個(gè)學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，以雙齒圍沙蠶作為海洋環(huán)境的“修復(fù)者”與翅堿蓬聯(lián)合作用后，對海洋中的石油烴、苯并芘以及3-甲基菲有著很高的降解作用[2]。近年來，由于人類過度捕撈，野生雙齒圍沙蠶資源趨于貧乏，因此開展沙蠶的人工繁育和養(yǎng)殖是提高沙蠶產(chǎn)量的重要手段。了解沙蠶精子的形態(tài)對沙蠶的受精及其繁殖生產(chǎn)實(shí)踐也具有指導(dǎo)意義。目前，國內(nèi)已對雙齒圍沙蠶的生活史[3-4]、生理能量學(xué)[5]、和人工育苗[6-8]方面有諸多報(bào)道，而雙齒圍沙蠶精子形態(tài)結(jié)構(gòu)也是生物學(xué)研究的一個(gè)重要部分。筆者對雙齒圍沙蠶精子的超顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，旨在為雙齒圍沙蠶受精研究和人工育苗提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)于雙齒圍沙蠶繁殖的7月進(jìn)行，在大連灣潮間帶灘涂進(jìn)行雙齒圍沙蠶的采集。挖取已經(jīng)變異但未群浮的異沙蠶態(tài)[9]，用注射器將成熟精子從雙齒圍沙蠶的疣足腔中抽取出來[10]，并立即用2.5%戊二醛固定后混勻，置于4 ℃冰箱中冷藏。間隔24 h，再抽取混勻靜置的上清液，再置于2.5%戊二醛溶液中。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1掃描。掃描用的樣品取上述試驗(yàn)材料第2次置于2.5%的戊二醛溶液進(jìn)行乙醇梯度脫水并用叔丁醇中置換，臨界點(diǎn)干燥法干燥，使用JFC-1100型離子濺噴射儀噴金，使用JEM-1200EX附件觀察并拍照。

1.2.2透射。透射電鏡用的樣品取上述試驗(yàn)材料第2次置于2.5%戊二醛溶液，再用1%的鋨酸后固定。梯度濃度乙醇脫水，Epon812環(huán)氧樹脂包埋，玻璃刀在奧地利產(chǎn)E型超薄切片機(jī)上切片，醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛雙染色，使用JEM-1200EX透射電鏡觀察并拍照。

2結(jié)果與分析

2.1掃描電鏡觀察掃描電鏡研究結(jié)果表明，雙齒圍沙蠶的精子為典型的原始鞭毛型（圖1a），精子主要是由頭部和尾部2個(gè)部分構(gòu)成。精子全長為22～23 μm，精子頭部長為2.8～2.9 μm，寬為1.6～1.7 μm，精子頭部的輪廓呈現(xiàn)出流線型，而頭部和尾部的外表面光滑。

2.2透射電鏡觀察透射電鏡下，雙齒圍沙蠶的精子分為頭部、中段和尾部3個(gè)部分。

2.2.1頭部。雙齒圍沙蠶精子頭部主要包括頂體和細(xì)胞核2個(gè)部分。①頂體（acrosome）。 位于精子最前端。頂體外觀呈環(huán)狀圓錐體，透射電鏡下，頂體明顯突出，呈倒”V”字形，在精子縱切面中軸方向上，頂體向前突出，為細(xì)胞核長度的1/2（圖1e），頂體外為單層膜結(jié)構(gòu)。頂體膜清晰可見。整個(gè)頂體電子密度高且均勻。頂體內(nèi)面中軸處有一圓柱形的亞頂體腔（subacrosome space），亞頂體腔長度為0.4～0.6 μm，直徑為0.1 μm ，亞頂體腔腔內(nèi)的柱狀部分頂端膨大且為球形（圖1c） 。腔內(nèi)具有與細(xì)胞核軸體相連的絲狀體（filament）。亞頂體腔內(nèi)除具有絲狀體外，還有一些細(xì)小的顆粒狀物質(zhì)。頂體下方為細(xì)胞核。細(xì)胞核橫切面為圓形，直徑為1.74 μm。頂體與細(xì)胞核之間有一個(gè)寬度 0.1～0.2 μm的間隙，二者之間界限清晰，內(nèi)有松散細(xì)小的顆粒狀物質(zhì)。②細(xì)胞核為卵圓形，核膜由前向后逐漸變厚。增厚的核膜得以將細(xì)胞核完整的包裹在里面。細(xì)胞核后端與中心粒相鄰處的凹陷形成核后窩（ posterior nuclear fossa）或中心體窩（centriole fossa）。細(xì)胞核與鞭毛相連的軸體（axoneme）從細(xì)胞中央穿過（圖1d），細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)致密，是整個(gè)精子中電子密度最高的部分，且電子密度分布均勻。在細(xì)胞核內(nèi)有一些形狀不規(guī)則，電子密度較低的囊泡（vesicle），且囊泡的位置并不固定。

2.2.2中段。雙齒圍沙蠶精子的中段，位于細(xì)胞核和鞭毛之間，中段與細(xì)胞核的分界不明顯。精子細(xì)胞核后緣部分的核膜膨大變寬。中段的線粒體處于寬大的核膜中，核膜包裹的線粒體與精子頭部構(gòu)成精子的主體。在掃描電鏡下，頭部和中段的分界難于發(fā)現(xiàn)。線粒體為卵圓形，數(shù)量為5～6個(gè)，在細(xì)胞核正下方處有一線粒體，分布于底部線粒體的左右兩邊，各有2～3個(gè)線粒體。線粒體橫切面的平均長軸長度約為2.5 μm，平均短軸長度約為1.5 μm（圖1f）。線粒體為雙層膜結(jié)構(gòu)（圖1e），內(nèi)膜向腔內(nèi)折疊形成褶皺狀的線粒體嵴。線粒體嵴的電子密度高且分布均勻。

2.2.3尾部。雙齒圍沙蠶精子尾部呈鞭毛型（圖1g），且尾部的縱切面呈長方形，橫切面為卵圓形。橫切面為0.19 μm×0.23 μm，鞭毛外周有質(zhì)膜包被，鞭毛內(nèi)部有軸絲（axoneme），為典型的“9+2”結(jié)構(gòu)。由位于中央兩條纖維狀的軸絲及周圍的9條纖維組成（圖1h）。

3討論

3.1精子的受精方式動物的受精方式可分為2種類型：①體內(nèi)受精。如石灰蟲[11-12]。②體外受精。如沙蠶屬[13]。采用體內(nèi)受精方式的精子大多為修飾型。例如，Petitia amphophthalama的精子是延長型的精子，其精子頭部、中段和尾部直徑幾乎相等。Calamyzas amphictonicala （Syllid）的精子無鞭毛結(jié)構(gòu)[14]。同時(shí)，修飾型精子還分為內(nèi)生型精子（Introsperm）（如Sphaerosyllis .liystrix[12]、S.hermaphrodita[13]）和外源型精子（entaquasperm）。如Typosyllis pulchra 和 T.hyalina.[14]。體外受精的動物精子為原生型精子，比如Nephtys hombergii[15-16]。雙齒圍沙蠶在繁殖季節(jié)完成變態(tài)后，通過群浮和混游，將精、卵排放于水中，進(jìn)行體外受精[17]。其精子為典型的原生型具鞭毛型精子。大多數(shù)具鞭毛形態(tài)的精子運(yùn)動時(shí)主要依靠尾部鞭毛進(jìn)行擺動，且有些物種在擺動時(shí)鞭毛會進(jìn)行蜷縮，這種運(yùn)動方式會使得絕大部分被激活的精子同一時(shí)間朝同一個(gè)方向運(yùn)動。此類運(yùn)動不僅包括向前運(yùn)動，而且會與精子縱軸的方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使得精子的運(yùn)動速度加快，更容易進(jìn)行受精[18]。

3.2精子形態(tài)精子形態(tài)主要取決于精子頭部精核和頂體部分以及亞頂體腔的結(jié)構(gòu)。多毛類動物精子由于其類型不同，因此其精子也形態(tài)各異：體內(nèi)受精的具修飾型精子動物的精子形態(tài)變化差異較大，如Petitia amphophthalama的精子為細(xì)線型，精子頭部、中段和尾部直徑相同。Autolytousp的精子有一個(gè)細(xì)長的細(xì)胞核，頂體不位于精核頂端，卻附著于精核側(cè)面。體外受精的種類和精子結(jié)構(gòu)基本相同。與修飾型精子相比，形態(tài)差異較小。精子為鞭毛型，但精子長度各不相同，如Hamothoe imbsuat精子長度為30～32 μm[10]。C.amphictonicala的精子長度為38～41 μm[19]，Nephtys hombergii的精子長度為35～38 μm[20]。雙齒圍沙蠶精子長度為22～23 μm，與以上種類的精子相比屬于相對較短的精子。受精運(yùn)動發(fā)生后會迅速排出少量皮層小泡，這會使得精孔管口堵塞或者精孔管外口縮小，妨礙多精入卵，影響受精效率[9]。但雙齒圍沙蠶的受精方式卻是多精入卵，因此較短的精子在受精后有利于更多且快速的進(jìn)入受精卵。

3.3精子的線粒體線粒體是精子能量的中心，不同精子中線粒體數(shù)目有顯著差異。體內(nèi)受精的多毛類動物線粒體數(shù)量相對較少。線粒體通常與核膜和鞭毛軸絲形成復(fù)合體。Petiita amphophthalama的精子中段線粒體數(shù)量為2個(gè)，Grubea davata （Exogoninae）的精子僅有一個(gè)線粒體[12]。體外受精的多毛類動物線粒體數(shù)量較多，一般為4～6個(gè)，如Nephtys hombergii具有2對線粒體[21]，而Hamothoe imbsuata? 的線粒體數(shù)量為6個(gè)[10]。雙齒圍沙蠶屬于體外受精的多毛類動物，其精子具有4～6個(gè)線粒體，可以為受精時(shí)精子運(yùn)動提供充足的能量。董迎輝等[22]在文蛤精子超微結(jié)構(gòu)及精子入卵過程中研究發(fā)現(xiàn)，線粒體的形態(tài)、數(shù)目以及排列方式也是作為區(qū)別種屬的特征之一。線粒體的活力也影響精子的運(yùn)動能力，因此線粒體也是評價(jià)精子質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)[23]。

3.4精子的頂體Fischer[21]認(rèn)為 Phragmatopoma lapidosa的卵子具有厚厚的卵膜，因此其精子需要一個(gè)長的頂體，來穿透卵膜。在寡毛綱動物中，頂體的長度與卵膜的厚度呈線性相關(guān)[24]。但是，這種線性相關(guān)并不適用于多毛類動物[25]。雙齒圍沙蠶精子頂體占整個(gè)頭部的1/3，而其成熟卵子的卵膜（ 5～8 μm）。因此，雙齒圍沙蠶精子的頂體屬于較長的，在進(jìn)行受精時(shí)更容易穿透卵膜，獲得較高的受精效率。不同頂體的形態(tài)對精卵結(jié)合的難易程度也有較大的影響[24]。

47卷3期蘇筱竺等雙齒圍沙蠶精子的超顯微結(jié)構(gòu)研究

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