爪鯢端腦胚后發育的組織學研究

王　維，王歡歡，鄧昕旸，梁傳成，2，王麗文，2*

(1.沈陽師范大學化學與生命科學學院，中國 沈陽　110034；2.遼寧省高校生物系統進化與農業生態實驗室，中國 沈陽　110034)

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爪鯢端腦胚后發育的組織學研究

王維1，王歡歡1，鄧昕旸1，梁傳成1，2，王麗文1，2*

(1.沈陽師范大學化學與生命科學學院，中國 沈陽110034；2.遼寧省高校生物系統進化與農業生態實驗室，中國 沈陽110034)

為探討爪鯢端腦胚后發育的特征，及其在系統進化中的地位，采用脊椎動物神經標本制作技術和HE染色方法，對爪鯢胚后6個年齡組端腦的形態學與組織學進行研究.發現爪鯢端腦由嗅球和大腦半球組成，從幼體Ⅰ齡開始，爪鯢已具備了和成體端腦相似的結構.隨發育的進行，爪鯢的端腦長和整個腦長都是逐漸增加的，端腦占整個腦的比例逐步加大.爪鯢的原始大腦皮質不發達，與原始海馬和原始梨狀區之間的界限不明顯；原始海馬是爪鯢大腦半球中最發達的結構，發育至Ⅱ齡時，出現內側界溝將其與隔區分開；外側界溝在Ⅰ齡時就將原始梨狀區和紋狀體分開，但發育至Ⅲ齡時，外側界溝變得不明顯，紋狀體突增大.而東北小鯢沒有明顯的外側界溝，這表明爪鯢的大腦半球雖然比較原始，但高于同類的東北小鯢.但與其他兩棲動物相比，爪鯢的端腦結構還較為原始，在兩棲類中屬于較低等的類群.

爪鯢；端腦；胚后發育；組織學

爪鯢(Onychodactylusfischeri)隸屬于兩棲綱，有尾目，小鯢科，爪鯢屬[1].由于爪鯢成體肺完全退化消失，指、趾具角質的爪，尾部形態更接近于爬行動物蜥蜴，因此爪鯢在進化地位上具有一定的特殊性.其分布范圍狹窄，數量有限，先后被世界自然資源保護聯盟紅皮書、前蘇聯紅皮書、中國瀕危動物紅皮書列為重點保護的瀕危物種[2].有關爪鯢神經系統結構和發育的研究，僅限于對亞成體和成體爪鯢端腦組織學的描述[3-4].本文對爪鯢端腦的形態學與組織學的胚后發育進行了較為系統的研究，以期探討爪鯢大腦半球發育的特征及進化地位，豐富有尾兩棲動物發育的資料.對于神經系統發育的研究有助于我們更好地掌握爪鯢發育的特點，對拓寬爪鯢的生存環境、更好地對其進行保護有重要意義.

神經系統的發育是生物個體發育中的重要組成部分，而端腦作為中樞神經系統重要的組成部分，它的發育程度在一定程度上表明了物種的進化程度[5].目前對端腦的形態結構、細胞分化、基因表達和神經網絡特定功能等的研究都取得了豐富成果[6-9].研究者應用HE和Nissl染色法、Golgi-Ⅱ eHHeke 浸銀法，對有尾兩棲類的大鯢[10]、北方山溪鯢[11]和東北小鯢[12-13]的端腦進行了組織學研究，認為有尾兩棲類最發達的部位是原始海馬，原始大腦皮層很不發達，只在背側有少數的幾層細胞，且難以與原始梨狀區相區分，而爬行類的原始大腦皮質已經分化出3個明顯的區域[14-15].但同魚類端腦表皮相比，兩棲類端腦表皮更為發達，非洲肺魚的端腦則與兩棲類動物相類似[16-18].

1　材料與方法

1.1實驗材料

實驗用處于3個不同發育階段共6個年齡組的爪鯢49只[19]，均在不同的季節采自遼寧省鞍山市岫巖縣三家子鎮華山村.于實驗室飼養在6～10 ℃的恒低溫雙層養殖箱中[20].

1.2實驗方法

常規方法解剖分離爪鯢完整的腦，常規石蠟切片，HE染色，用Olympus CX21光學顯微鏡觀察， Moticam1300數碼顯微圖象系統拍照，Illustrator軟件對端腦區域進行重構并繪圖.區域的命名參照Hoffman和張育輝的研究[9-10].用測微尺測量各年齡組爪鯢原始大腦皮層、原始海馬和原始梨狀區神經元分布區域的厚度.

實驗結果用SPSS統計軟件進行統計分析，繪制柱形圖.數據用均數±標準差(X±SD)表示.P<0.05即認為差異極顯著.

2　結果

爪鯢從幼體Ⅰ齡開始，已具備了和成體端腦相似的結構.隨發育的進行，爪鯢的端腦長和整個腦長均是逐漸增加，端腦占整個腦的比例逐步加大.

2.1嗅球

Ⅰ齡和Ⅱ齡爪鯢嗅球的細胞分層現象不明顯，Ⅲ～Ⅵ齡，嗅球細胞的分層逐步清晰，但各層細胞并無明確的界限.整體上看，嗅球腹外側部細胞分布稀疏，向內逐漸緊密(圖1).

2.2大腦半球

爪鯢的大腦半球由原始大腦皮層、原始海馬、隔區、原始梨狀區、紋狀體等區域以及側腦室和存在于側腦室內的脈絡叢等構成.爪鯢不同的發育階段，大腦半球的各區域都有著不同的變化.

原始大腦皮層位于側腦室的背側部，其神經細胞在Ⅰ～Ⅲ齡爪鯢大腦半球內分布比較均勻，幾乎占據側腦室背側的整個區域.Ⅳ～Ⅵ齡爪鯢的原始大腦皮層細胞聚集于側腦室背側相對狹窄的區域，上層細胞相對分散(圖1，彩圖見封三).就其細胞分布區域的厚度而言，隨著發育的進行其皮層厚度增加，Ⅳ齡和Ⅴ齡的皮層厚度雖然較Ⅲ齡減小，但仍高于Ⅰ齡和Ⅱ齡，Ⅵ齡皮層厚度最高約197 μm(圖2).

圖1　爪鯢胚后發育各階段大腦半球橫切(HE染色)(o,嗅球;pal,原始大腦皮層;ph,原始海馬;pr,原始梨狀區; se,隔區;sp,紋狀體;mls,內側界溝;lls,外側界溝)Fig.1　Transverse sections through the cerebral hemisphere of Onychodactylus fischeri in each age groups after embryo (HE-staining)( o, olfactory bulb; pal, primordial pallium; ph, primordial hippocampus; pr, primordial piriform; se, septum; sp, striatal complex; mls, medial limit sulcus; lls, lateral limit sulcus)

圖2　爪鯢胚后發育各階段端腦各細胞分布區域厚度變化比較(a, b, c, d表示差異顯著)Fig.2　Comparison of cell distributing thickness changes of telencephalon of Onychodactylus fischeri in each age groups after embryo(a, b, c, d show significant difference)

原始海馬位于側腦室內側壁的上部，背側與原始大腦皮層相連.隔區則位于原始海馬的下方.Ⅰ～Ⅵ齡爪鯢端腦的前端，原始海馬與隔區無明顯的分界(圖1)，隨著側腦室加寬加長,側腦室內出現內側界溝將原始海馬和隔區分割開來.Ⅰ齡爪鯢的內側界溝不甚明顯(圖1)，從Ⅱ齡開始，在大腦半球的中段，側腦室出現明顯的內側界溝(圖1).從Ⅲ齡開始，內側界溝逐漸移向中下部.在大腦半球的尾端，兩腦室將要連通的部位，內側界溝消失.原始海馬的細胞分布區域厚度在各個年齡組的變化趨勢與大腦皮層大致相似(圖2).

原始梨狀區位于側腦室的外側，其細胞分布區域厚度，Ⅲ齡大于Ⅰ齡和Ⅱ齡，Ⅳ齡和Ⅴ齡又減小，Ⅵ齡略增加，但仍不及Ⅲ齡(圖2).紋狀體是位于原始梨狀區下方和側腦室底部比較大的核團.Ⅰ齡和Ⅱ齡爪鯢的大腦半球上可見有外側界溝將原始梨狀區和紋狀體分開(圖1)，在Ⅲ～Ⅵ齡，外側界溝不明顯，由紋狀體突區分二者.幼體的紋狀體突大于成體，Ⅱ齡爪鯢的紋狀體突較為明顯(圖1)，細胞厚度明顯大于梨狀區.

3　討論

3.1嗅球

嗅球是低等動物感知外界環境的重要器官之一.爪鯢的嗅球與大腦半球并無明顯分界，沒有發現副嗅球.而一些無尾兩棲類的嗅球與大腦半球界限清晰，且存在副嗅球[21].這說明爪鯢的端腦在進化上較無尾兩棲類原始，沒有分化出獨立的嗅覺中樞[3].從系統進化的關系來看，魚類較兩棲類原始，但在魚類的端腦中，嗅球以嗅莖和大腦半球相連，有獨立的嗅覺器官[22]，由此來看爪鯢的嗅覺器官甚至比魚類原始.

3.2大腦半球

同大鯢、山溪鯢、東北小鯢以及無尾兩棲類的原始大腦皮質相似[10-13]，爪鯢的原始大腦皮質并不發達，與原始海馬和原始梨狀區之間的界限并不明顯，細胞層較薄.而爬行類鱷魚的大腦皮質已屬于新皮層[23-24]，皮層較厚，可細分為外網狀層、細胞層和內網狀層.草原沙蜥和敏麻蜥的皮質區更為發達[25]，分為內皮層、背皮層和側皮層三部分.由此可見爪鯢的皮質區仍處于較為原始的階段.

爪鯢大腦半球中最發達的結構是原始海馬，與山溪鯢[11]和東北小鯢[12-13]相似.原始海馬區屬于原腦皮，從大腦半球前端側腦室位置出現，到第三腦室處逐漸消失.無尾兩棲類的原始海馬可以區分為兩個細胞群，背側群和背內側群，分別包含不同類型的細胞.爪鯢的原始海馬細胞很難區分為兩部分，這也說明了爪鯢端腦的原始性.

原始海馬和隔區及原始梨狀區和紋狀體的分界分別為內側界溝和外側界溝.無尾兩棲類的兩界溝清晰可見，隔區分為內側隔核和外側隔核兩個核團[24].爪鯢的兩個界溝不及無尾類清晰，隔區也沒有再分成兩個核團.而東北小鯢沒有明顯的外側界溝，這表明爪鯢的大腦半球雖然比較原始，但就隔區與紋狀體的分界上高于同類的東北小鯢.

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(編輯WJ)

Histology Research on Postembryonic Development of Telencephalon in SalamanderOnychodactylusFischeri

WANG Wei1, WANG Huan-huan1, DENG Xin-yang1, LIANG Chuan-cheng1,2, WANG Li-wen1,2*

(1.College of Chemistry and Life Science, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China;2.Key Laboratory of Biological Evolution and Agricultural Ecology,Liaoning Provincial Department of Education, Shenyang 110034, China)

Objective: The characteristics of postembryonic development of the telencephalon in the salamanderOnychodactylusfischeriand its status in the evolution was discussed. Methods: The morphological and histological investigation on telencephalon ofOnychodactylusfischeriat six age groups were conducted using the vertebrate neural specimen making technology and HE-staining. Results: The telencephalon ofOnychodactylusfischericonsists of an olfactory bulb and cerebral hemisphere, from the GroupⅠ. It has a similar structure with the adult. With the development of the telencephalon, the whole length of brain and the length of telencephalon are gradually increased, and the proportion of the length of telencephalon in the whole length of brain increases gradually as well. The primordial cerebral cortex of theOnychodactylusfischeriis not developed, and the boundaries with primordial hippocampus and primordial piriform regions are not visible. The primordial hippocampus is the most developed structure in the cerebral hemisphere of theOnychodactylusfischerito the development of Group Ⅱ, and the medial limit sulcus appeared and separated it from the septal area. In the Group I, the primordial piriform region and striatum were separated by the lateral limit sulcus, but for the development to the Group Ⅲ, the lateral limit sulcus was not obvious as striatal complex projections were increased. While the Hynobius leechii does not have a clear lateral limit sulcus, which indicates that although the telencephalon of theOnychodactylusfischeriis relatively primitive, but higher than similar Hynobius leechii. When compared with other amphibians, the telencephalon structure of theOnychodactylusfischeriis relatively primitive, suggesting that theOnychodactylusfischeriin amphibians belongs to lower taxa.

salamander; telencephalon; postembryonic development; histology

10.7612/j.issn.1000-2537.2016.03.004

2015-11-29基金項目：遼寧省教育廳資助項目(2011196)*通訊作者,E-mail：wangliwen1956@163.com

Q959.5

A

1000-2537(2016)03-0018-04