黃洪龍，駱 軒，柯才煥

(1.福建省水產(chǎn)技術(shù)推廣總站，福建 福州 350002；2.廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院， 福建 廈門 361100；3.福建省海洋經(jīng)濟(jì)生物遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361100)

腹足類是軟體動(dòng)物中最大的一綱，約有9×104種，分為3個(gè)亞綱，包括前鰓亞綱(Prosobranchia)、后鰓亞綱(Opisthobranchia)及肺螺亞綱(Pulmonata)，其中有很多種類為主要的經(jīng)濟(jì)貝類，其精子發(fā)生及超微結(jié)構(gòu)受到研究者們的廣泛關(guān)注[1]。一般認(rèn)為，精子的結(jié)構(gòu)影響其受精生物學(xué)過程，反映了屬種的生殖進(jìn)化地位，其細(xì)微結(jié)構(gòu)特征是一些生態(tài)相似種形態(tài)分類的基礎(chǔ)[2-4]。本文就國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對(duì)腹足類精子的頂體、精核、尾部等超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行概括，闡述它們的異同點(diǎn)，以期為我國(guó)腹足類人工育苗研究提供基礎(chǔ)資料。

1 腹足類精子形態(tài)

腹足類成熟的精子由頭部和尾部組成，頭部由頂體和精核構(gòu)成，尾部可分為中段、主段和末段3部分。不同類群間頭部頂體和精核的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及尾部中段線粒體的排列方式及其演化產(chǎn)物具有很大的差異。腹足類精子超微結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，見表1和圖1 。

表1 腹足類精子超微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

續(xù)表1

2 “原始型”和“進(jìn)化型”精子

貝類精子超微結(jié)構(gòu)在分類和系統(tǒng)發(fā)生上被廣泛認(rèn)可[5]。鑒于比較精子形態(tài)方面的困難，關(guān)于貝類精子超微結(jié)構(gòu)有兩種假說：將其歸納為兩大類，“原始型”和“進(jìn)化型”[10]?！霸夹汀本右妶D2和圖3，屬體外受精的種類，精子頭部錐形，中段短、無(wú)線粒體鞘結(jié)構(gòu)，包含4～5個(gè)線粒體，原始腹足目的精子屬此類型；進(jìn)化型精子見圖4，出現(xiàn)在體內(nèi)受精的種類，精子頭部呈線狀，中段加長(zhǎng)，線粒體包繞中心粒，有線粒體鞘結(jié)構(gòu)，新腹足目、后鰓類、肺螺類的精子屬此類型[11-15]。

注：A1.西氏鮑；A2.角蠑螺[16]；A3.雜色鮑[8]；A4.皺紋盤鮑[8]。

注：A5-1：盤鮑(縱切面)；A5-2：盤鮑(橫切面)。av.頂體泡； ar.頂體棒；pm.細(xì)胞膜；n.細(xì)胞核；r.細(xì)根；m.線粒體；sf.衛(wèi)星纖維；sam.亞頂體物質(zhì)；nl.細(xì)胞核缺刻；pc.近端中心粒；dc.遠(yuǎn)端中心粒；f.鞭毛。比例尺=1 μm。

角蠑螺精子(圖2 A2)由頭部及尾部組成，尾部分中段與末段，中段很短，由5個(gè)線粒體包繞中心粒，屬原始型，屬體外受精的種類[16]。

雜色鮑與皺紋盤鮑的精子形態(tài)有顯著性差別，主要表現(xiàn)在：雜色鮑精子(圖2 A3)頭部和中段長(zhǎng)約為3.6 μm，皺紋盤鮑精子(圖2 A4)頭部和中段長(zhǎng)約為6.2 μm，精子頭部與中段長(zhǎng)度比值差別較大；雜色鮑精子頭部外形為圓錐狀，而皺紋盤鮑為圓柱狀；雜色鮑精子核前內(nèi)凹陷較淺，而皺紋盤鮑的較深；雜色鮑精子橫切面有5～6個(gè)精子包繞中心粒，而皺紋盤鮑精子橫切面有5個(gè)線粒體包繞中心粒(圖3 A5-2)。

注：B1.東風(fēng)螺[15]；B2.瘤背石磺[17]；B3.平疣桑椹石磺[18]；B4.香螺[6]。

臺(tái)灣東風(fēng)螺精子(圖4 B1)呈發(fā)絲狀，全長(zhǎng)約131.8 μm，由頭部和尾鞭兩大部分組成，屬于進(jìn)化型精子。在腹足綱貝類中，原始腹足目等營(yíng)體外受精的種類，其精子的軸絲一般不包括線粒體鞘，而新腹足目、后鰓類和肺螺類等營(yíng)體內(nèi)受精的種類都有此結(jié)構(gòu)。

瘤背石磺精子(圖4 B2)屬于“進(jìn)化型”，其超微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在生理生態(tài)上具有一定的適應(yīng)性，具體表現(xiàn)在：相對(duì)簡(jiǎn)單的頂體結(jié)構(gòu)與體內(nèi)受精的環(huán)境相適應(yīng)；中段結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，具有數(shù)量較多的糖原質(zhì)螺旋體，中后段具有典型結(jié)構(gòu)的線粒體；末段結(jié)構(gòu)比基眼目種類簡(jiǎn)單，無(wú)糖原顆粒和致密環(huán)。這些結(jié)構(gòu)可能與泥涂高潮區(qū)環(huán)境中周期性缺氧、缺水的生態(tài)條件相適應(yīng)。因此，應(yīng)雪萍等認(rèn)為在腹足綱的進(jìn)化地位中，瘤背石磺是一類比基眼目高等的動(dòng)物[17]。

平疣桑椹石磺精子(圖4 B3)為進(jìn)化型，屬雌雄同體貝類，兩性腺濾泡既可產(chǎn)生精子也可產(chǎn)生卵子，屬于濾泡混合型，精卵發(fā)育不同時(shí)[18]。

香螺精子(圖4 B4)沒有頂體，在精子發(fā)生過程中，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)未見有高爾基復(fù)合體和前頂體池存在，對(duì)頂體的酸性磷酸酶細(xì)胞化學(xué)測(cè)定也沒有發(fā)現(xiàn)陽(yáng)性信號(hào)。因此，侯林等推測(cè)香螺精子的頂體已退化[6]。

中國(guó)圓田螺精子發(fā)生過程中，僅在初級(jí)精母細(xì)胞期看到高爾基體，而在精細(xì)胞的各期均未見到前頂體囊泡和大量泡狀體產(chǎn)生。頂體復(fù)合體多來源于高爾基體，但也有些腹足類的頂體泡不是來自于高爾基體，而是形成于細(xì)胞質(zhì)中的大量前頂體顆粒。同時(shí)，在細(xì)胞質(zhì)中也未觀察到前頂體顆粒物質(zhì)的產(chǎn)生。因此，嚴(yán)云志等認(rèn)為中國(guó)圓田螺精子可能無(wú)頂體復(fù)合體結(jié)構(gòu)[19]。

塔形馬蹄螺精子發(fā)生過程中，高爾基體發(fā)現(xiàn)較少，在精細(xì)胞期也未觀察到前頂體囊泡和大量泡狀體的產(chǎn)生，但在細(xì)胞質(zhì)中觀察到前頂體顆粒物質(zhì)的產(chǎn)生。因此，吳洪流等認(rèn)為塔形馬蹄螺精子頂體的形成不是來自高爾基體，而可能形成于胞質(zhì)中的前頂體顆粒[20]。疣荔枝螺精子頭部呈線形、尾部具有線粒體鞘及糖元顆粒鞘結(jié)構(gòu)，具備了進(jìn)化型精子的結(jié)構(gòu)特征[21]。已研究的12種腹足類精子超微結(jié)構(gòu)比較，見表2。

表2 已研究的12種腹足類精子超微結(jié)構(gòu)比較

3 腹足類精子形態(tài)參數(shù)

開展腹足綱貝類精子形態(tài)參數(shù)的測(cè)量，可為以后進(jìn)行單因素方差分析、主成分分析等提供數(shù)據(jù)，進(jìn)而為屬種差異提供定量分析。精子形態(tài)參數(shù)見圖5，在透射電鏡下挑選形態(tài)完整的精子測(cè)量精子全長(zhǎng)(Sperm length，SL)、頭部長(zhǎng)度(Head length，HL)、頂體長(zhǎng)度(Length of acrosome，AL)、頂體基部寬度(Width of acrosome，AW)、細(xì)胞核長(zhǎng)度(Length of nucleus，NL)和細(xì)胞核寬度(Width of nucleus，NW)。在透射電鏡下測(cè)量頂體凹陷深度(Length of acrosome fossa，AFL)和核前凹陷(Length of posterior nucleus fossa，PNFL)，并統(tǒng)計(jì)線粒體數(shù)量(Number of mitochondria，M)。

注：HL.精子頭部長(zhǎng)度；AL.頂體長(zhǎng)度；NL.細(xì)胞核長(zhǎng)度；AW.頂體寬度；NW.細(xì)胞核寬度；AFL.頂體凹陷深度；PNFL.核前凹陷深度；CM.中心粒中心到線粒體的距離。av.頂體泡；ar.頂體棒；pm.細(xì)胞膜；n.細(xì)胞核；m.線粒體；sf.衛(wèi)星纖維；sam.亞頂體物質(zhì)；nl.細(xì)胞核缺刻；pc.近端中心粒；dc.遠(yuǎn)端中心粒；f.鞭毛。在A、B的比例尺=1 μm。

4 結(jié)論與展望

腹足綱貝類從體外受精發(fā)展到體內(nèi)受精正好是從原始腹足目到中腹足目、新腹足目進(jìn)化的過程，并與原始型精子發(fā)展到進(jìn)化型精子相對(duì)應(yīng)，對(duì)腹足綱貝類精子的超微結(jié)構(gòu)開展分析為腹足綱的系統(tǒng)進(jìn)化進(jìn)程提供了細(xì)胞學(xué)方面的證據(jù)[8]。腹足綱貝類中原始型精子進(jìn)行了研究得出結(jié)論，原始型精子的物種屬于體外受精的較低等種類，進(jìn)化型精子屬于體內(nèi)受精的較高等種類，精子頭部呈線形，中段加長(zhǎng)，線粒體包繞中心粒排列，具有線粒體鞘[10]。

Hodgson等通過對(duì)貽貝科動(dòng)物精子超微結(jié)構(gòu)的比較，認(rèn)為精子的頂體結(jié)構(gòu)作為瓣鰓綱的分類依據(jù)是可靠的，還對(duì)帽貝科軟體動(dòng)物的精子發(fā)生及精子超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較研究，分析了不同屬之間帽貝的產(chǎn)緣關(guān)系[22]。此外，海洋動(dòng)物精子的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化和鞭毛運(yùn)動(dòng)性的變異可以作為監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境污染的指標(biāo)[23]。腹足類軟體動(dòng)物精子發(fā)生過程中精細(xì)胞分化具有種、屬特異性，精細(xì)胞分化的細(xì)節(jié)是區(qū)別個(gè)體外部形態(tài)很近的物種的依據(jù)。因此，腹足類軟體動(dòng)物的精子發(fā)生及超微結(jié)構(gòu)的研究一直受到學(xué)者們的重視。如“進(jìn)化型”精子線粒體鞘在精子生理上的作用、尾鞭的運(yùn)動(dòng)機(jī)制、中心粒和頸部的精子細(xì)結(jié)構(gòu)等都是讓科學(xué)家們感興趣的問題。

動(dòng)物精子形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究作為生殖細(xì)胞的重要組成部分，其形態(tài)結(jié)構(gòu)不僅是動(dòng)物分類的依據(jù)，也是不同動(dòng)物類群之間親緣關(guān)系的重要依據(jù)[24-26]。此外，精子生理學(xué)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于硬骨魚類精子發(fā)生及形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究，并成為受精生物學(xué)、遺傳發(fā)育研究的重要方法[27-28]。目前，關(guān)于腹足類精子超微結(jié)構(gòu)研究相對(duì)集中于精子外觀形態(tài)的定性探討。因此，今后的研究工作中，在頂體演變、精核形態(tài)、尾部中段線粒體演化等精子超微結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，開展腹足類精子受精發(fā)育、超微結(jié)構(gòu)定量探討等方面的研究顯得十分迫切。