雙齒圍沙蠶精子的超顯微結構研究

蘇筱竺 鄒建威

摘要[目的]對雙齒圍沙蠶精子的外觀形態以及內部的超顯微結構進行觀察。[方法]采用掃描電鏡和透射電鏡技術對雙齒圍沙蠶精子的超顯微結構進行觀察。[結果]雙齒圍沙蠶的精子結構為鞭毛型，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狀且尖銳的“漏斗”形，可見頂體膜，且膜內有一根柱狀的亞頂體腔，腔內分布著大小不一的絲狀體及一些細小顆粒。在頂體下方的細胞核內部充滿染色質，是整個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，數量為5～6個。尾部呈現鞭毛型，而軸絲為典型的“9+2”結構。[結論] 該研究可為雙齒圍沙蠶的人工繁育提供理論依據。

關鍵詞雙齒圍沙蠶;精子;超微結構;受精

中圖分類號S963.21+9文獻標識碼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，在動物學分類上屬于環節動物門（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的一種保健食品，具有預防高血壓、腦血栓的作用，而且是魚、蝦、蟹人工育苗和養殖的天然餌料。據報道，對蝦每年的產業總值約為4 000億元，由此可見對蝦在水產業中占據很大的比重。雙齒圍沙蠶是構成海洋生物食物鏈的成分之一，廣泛用于我國現階段的海水養殖業中，尤其是作為對蝦的餌料，特別是種蝦促熟時必要的“營養品”，是其他餌料所無法替代的，其內含多種高蛋白物質，是一種極具潛在市場且經濟價值較高的優質多毛類動物。另外，由于全球海洋污染問題日益嚴峻，雙齒圍沙蠶作為一種底棲動物在修復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，通過內部消化處理之后會降解有機物質的含量，而且雙齒圍沙蠶通過身體的疣足部分進行生理活動時會引起一系列的生物攪動現象，從而增大沉積物與水中存在溶解氧的接觸面積，以此提高海洋環境當中帶有污染性的化學物的分解及礦化[1]。在國內已有多個學者通過研究發現，以雙齒圍沙蠶作為海洋環境的“修復者”與翅堿蓬聯合作用后，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殖是提高沙蠶產量的重要手段。了解沙蠶精子的形態對沙蠶的受精及其繁殖生產實踐也具有指導意義。目前，國內已對雙齒圍沙蠶的生活史[3-4]、生理能量學[5]、和人工育苗[6-8]方面有諸多報道，而雙齒圍沙蠶精子形態結構也是生物學研究的一個重要部分。筆者對雙齒圍沙蠶精子的超顯微結構進行了觀察，旨在為雙齒圍沙蠶受精研究和人工育苗提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料試驗于雙齒圍沙蠶繁殖的7月進行，在大連灣潮間帶灘涂進行雙齒圍沙蠶的采集。挖取已經變異但未群浮的異沙蠶態[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試驗方法

1.2.1掃描。掃描用的樣品取上述試驗材料第2次置于2.5%的戊二醛溶液進行乙醇梯度脫水并用叔丁醇中置換，臨界點干燥法干燥，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環氧樹脂包埋，玻璃刀在奧地利產E型超薄切片機上切片，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結果與分析

2.1掃描電鏡觀察掃描電鏡研究結果表明，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個部分構成。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個部分。

2.2.1頭部。雙齒圍沙蠶精子頭部主要包括頂體和細胞核2個部分。①頂體（acrosome）。 位于精子最前端。頂體外觀呈環狀圓錐體，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，為細胞核長度的1/2（圖1e），頂體外為單層膜結構。頂體膜清晰可見。整個頂體電子密度高且均勻。頂體內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 ，亞頂體腔腔內的柱狀部分頂端膨大且為球形（圖1c） 。腔內具有與細胞核軸體相連的絲狀體（filament）。亞頂體腔內除具有絲狀體外，還有一些細小的顆粒狀物質。頂體下方為細胞核。細胞核橫切面為圓形，直徑為1.74 μm。頂體與細胞核之間有一個寬度 0.1～0.2 μm的間隙，二者之間界限清晰，內有松散細小的顆粒狀物質。②細胞核為卵圓形，核膜由前向后逐漸變厚。增厚的核膜得以將細胞核完整的包裹在里面。細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）。細胞核與鞭毛相連的軸體（axoneme）從細胞中央穿過（圖1d），細胞核內染色質致密，是整個精子中電子密度最高的部分，且電子密度分布均勻。在細胞核內有一些形狀不規則，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，位于細胞核和鞭毛之間，中段與細胞核的分界不明顯。精子細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成精子的主體。在掃描電鏡下，頭部和中段的分界難于發現。線粒體為卵圓形，數量為5～6個，在細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）。線粒體為雙層膜結構（圖1e），內膜向腔內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，鞭毛外周有質膜包被，鞭毛內部有軸絲（axoneme），為典型的“9+2”結構。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體內受精。如石灰蟲[11-12]。②體外受精。如沙蠶屬[13]。采用體內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）的精子無鞭毛結構[14]。同時，修飾型精子還分為內生型精子（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完成變態后，通過群浮和混游，將精、卵排放于水中，進行體外受精[17]。其精子為典型的原生型具鞭毛型精子。大多數具鞭毛形態的精子運動時主要依靠尾部鞭毛進行擺動，且有些物種在擺動時鞭毛會進行蜷縮，這種運動方式會使得絕大部分被激活的精子同一時間朝同一個方向運動。此類運動不僅包括向前運動，而且會與精子縱軸的方向做旋轉運動，使得精子的運動速度加快，更容易進行受精[18]。

3.2精子形態精子形態主要取決于精子頭部精核和頂體部分以及亞頂體腔的結構。多毛類動物精子由于其類型不同，因此其精子也形態各異：體內受精的具修飾型精子動物的精子形態變化差異較大，如Petitia amphophthalama的精子為細線型，精子頭部、中段和尾部直徑相同。Autolytousp的精子有一個細長的細胞核，頂體不位于精核頂端，卻附著于精核側面。體外受精的種類和精子結構基本相同。與修飾型精子相比，形態差異較小。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。受精運動發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目有顯著差異。體內受精的多毛類動物線粒體數量相對較少。線粒體通常與核膜和鞭毛軸絲形成復合體。Petiita amphophthalama的精子中段線粒體數量為2個，Grubea davata （Exogoninae）的精子僅有一個線粒體[12]。體外受精的多毛類動物線粒體數量較多，一般為4～6個，如Nephtys hombergii具有2對線粒體[21]，而Hamothoe imbsuata? 的線粒體數量為6個[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個線粒體，可以為受精時精子運動提供充足的能量。董迎輝等[22]在文蛤精子超微結構及精子入卵過程中研究發現，線粒體的形態、數目以及排列方式也是作為區別種屬的特征之一。線粒體的活力也影響精子的運動能力，因此線粒體也是評價精子質量的一個重要指標[23]。

3.4精子的頂體Fischer[21]認為 Phragmatopoma lapidosa的卵子具有厚厚的卵膜，因此其精子需要一個長的頂體，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[24]。但是，這種線性相關并不適用于多毛類動物[25]。雙齒圍沙蠶精子頂體占整個頭部的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，在進行受精時更容易穿透卵膜，獲得較高的受精效率。不同頂體的形態對精卵結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構研究

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