双齿围沙蚕精子的超显微结构研究

苏筱竺 邹建威

摘要[目的]对双齿围沙蚕精子的外观形态以及内部的超显微结构进行观察。[方法]采用扫描电镜和透射电镜技术对双齿围沙蚕精子的超显微结构进行观察。[结果]双齿围沙蚕的精子结构为鞭毛型，精子由头部、中部和尾部3部分组成，其精子全长为22～23 μm，头部长度为2.8～2.9 μm，宽度为1.6～1.7 μm，顶体长度为0.9～1.0 μm。双齿围沙蚕精子的头部外形呈倒状且尖锐的“漏斗”形，可见顶体膜，且膜内有一根柱状的亚顶体腔，腔内分布着大小不一的丝状体及一些细小颗粒。在顶体下方的细胞核内部充满染色质，是整个精子中密度最高的部分。双齿围沙蚕精子中部的线粒体为卵圆形，数量为5～6个。尾部呈现鞭毛型，而轴丝为典型的“9+2”结构。[结论] 该研究可为双齿围沙蚕的人工繁育提供理论依据。

关键词双齿围沙蚕;精子;超微结构;受精

中图分类号S963.21+9文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）03-0073-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.024

雙齿围沙蚕（Perinereis aibihitensis）俗称海蜈蚣、海蚂蟥等，在动物学分类上属于环节动物门（Annelida）多毛纲（Polychaeta）沙蚕科（Neredidae）围沙蚕属（Nereis）。其主要分布于中国、韩国、泰国、菲律宾、印度等中、高潮带海滩。双齿围沙蚕不仅是某些地区的一种保健食品，具有预防高血压、脑血栓的作用，而且是鱼、虾、蟹人工育苗和养殖的天然饵料。据报道，对虾每年的产业总值约为4 000亿元，由此可见对虾在水产业中占据很大的比重。双齿围沙蚕是构成海洋生物食物链的成分之一，广泛用于我国现阶段的海水养殖业中，尤其是作为对虾的饵料，特别是种虾促熟时必要的“营养品”，是其他饵料所无法替代的，其内含多种高蛋白物质，是一种极具潜在市场且经济价值较高的优质多毛类动物。另外，由于全球海洋污染问题日益严峻，双齿围沙蚕作为一种底栖动物在修复海洋坏境的问题上起着不可缺少的作用。双齿围沙蚕以沉积物为食，通过内部消化处理之后会降解有机物质的含量，而且双齿围沙蚕通过身体的疣足部分进行生理活动时会引起一系列的生物搅动现象，从而增大沉积物与水中存在溶解氧的接触面积，以此提高海洋环境当中带有污染性的化学物的分解及矿化[1]。在国内已有多个学者通过研究发现，以双齿围沙蚕作为海洋环境的“修复者”与翅碱蓬联合作用后，对海洋中的石油烃、苯并芘以及3-甲基菲有着很高的降解作用[2]。近年来，由于人类过度捕捞，野生双齿围沙蚕资源趋于贫乏，因此开展沙蚕的人工繁育和养殖是提高沙蚕产量的重要手段。了解沙蚕精子的形态对沙蚕的受精及其繁殖生产实践也具有指导意义。目前，国内已对双齿围沙蚕的生活史[3-4]、生理能量学[5]、和人工育苗[6-8]方面有诸多报道，而双齿围沙蚕精子形态结构也是生物学研究的一个重要部分。笔者对双齿围沙蚕精子的超显微结构进行了观察，旨在为双齿围沙蚕受精研究和人工育苗提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料试验于双齿围沙蚕繁殖的7月进行，在大连湾潮间带滩涂进行双齿围沙蚕的采集。挖取已经变异但未群浮的异沙蚕态[9]，用注射器将成熟精子从双齿围沙蚕的疣足腔中抽取出来[10]，并立即用2.5%戊二醛固定后混匀，置于4 ℃冰箱中冷藏。间隔24 h，再抽取混匀静置的上清液，再置于2.5%戊二醛溶液中。

1.2试验方法

1.2.1扫描。扫描用的样品取上述试验材料第2次置于2.5%的戊二醛溶液进行乙醇梯度脱水并用叔丁醇中置换，临界点干燥法干燥，使用JFC-1100型离子溅喷射仪喷金，使用JEM-1200EX附件观察并拍照。

1.2.2透射。透射电镜用的样品取上述试验材料第2次置于2.5%戊二醛溶液，再用1%的锇酸后固定。梯度浓度乙醇脱水，Epon812环氧树脂包埋，玻璃刀在奥地利产E型超薄切片机上切片，醋酸双氧铀和柠檬酸铅双染色，使用JEM-1200EX透射电镜观察并拍照。

2结果与分析

2.1扫描电镜观察扫描电镜研究结果表明，双齿围沙蚕的精子为典型的原始鞭毛型（图1a），精子主要是由头部和尾部2个部分构成。精子全长为22～23 μm，精子头部长为2.8～2.9 μm，宽为1.6～1.7 μm，精子头部的轮廓呈现出流线型，而头部和尾部的外表面光滑。

2.2透射电镜观察透射电镜下，双齿围沙蚕的精子分为头部、中段和尾部3个部分。

2.2.1头部。双齿围沙蚕精子头部主要包括顶体和细胞核2个部分。①顶体（acrosome）。 位于精子最前端。顶体外观呈环状圆锥体，透射电镜下，顶体明显突出，呈倒”V”字形，在精子纵切面中轴方向上，顶体向前突出，为细胞核长度的1/2（图1e），顶体外为单层膜结构。顶体膜清晰可见。整个顶体电子密度高且均匀。顶体内面中轴处有一圆柱形的亚顶体腔（subacrosome space），亚顶体腔长度为0.4～0.6 μm，直径为0.1 μm ，亚顶体腔腔内的柱状部分顶端膨大且为球形（图1c） 。腔内具有与细胞核轴体相连的丝状体（filament）。亚顶体腔内除具有丝状体外，还有一些细小的颗粒状物质。顶体下方为细胞核。细胞核横切面为圆形，直径为1.74 μm。顶体与细胞核之间有一个宽度 0.1～0.2 μm的间隙，二者之间界限清晰，内有松散细小的颗粒状物质。②细胞核为卵圆形，核膜由前向后逐渐变厚。增厚的核膜得以将细胞核完整的包裹在里面。细胞核后端与中心粒相邻处的凹陷形成核后窝（ posterior nuclear fossa）或中心体窝（centriole fossa）。细胞核与鞭毛相连的轴体（axoneme）从细胞中央穿过（图1d），细胞核内染色质致密，是整个精子中电子密度最高的部分，且电子密度分布均匀。在细胞核内有一些形状不规则，电子密度较低的囊泡（vesicle），且囊泡的位置并不固定。

2.2.2中段。双齿围沙蚕精子的中段，位于细胞核和鞭毛之间，中段与细胞核的分界不明显。精子细胞核后缘部分的核膜膨大变宽。中段的线粒体处于宽大的核膜中，核膜包裹的线粒体与精子头部构成精子的主体。在扫描电镜下，头部和中段的分界难于发现。线粒体为卵圆形，数量为5～6个，在细胞核正下方处有一线粒体，分布于底部线粒体的左右两边，各有2～3个线粒体。线粒体横切面的平均长轴长度约为2.5 μm，平均短轴长度约为1.5 μm（图1f）。线粒体为双层膜结构（图1e），内膜向腔内折叠形成褶皱状的线粒体嵴。线粒体嵴的电子密度高且分布均匀。

2.2.3尾部。双齿围沙蚕精子尾部呈鞭毛型（图1g），且尾部的纵切面呈长方形，横切面为卵圆形。横切面为0.19 μm×0.23 μm，鞭毛外周有质膜包被，鞭毛内部有轴丝（axoneme），为典型的“9+2”结构。由位于中央两条纤维状的轴丝及周围的9条纤维组成（图1h）。

3讨论

3.1精子的受精方式動物的受精方式可分为2种类型：①体内受精。如石灰虫[11-12]。②体外受精。如沙蚕属[13]。采用体内受精方式的精子大多为修饰型。例如，Petitia amphophthalama的精子是延长型的精子，其精子头部、中段和尾部直径几乎相等。Calamyzas amphictonicala （Syllid）的精子无鞭毛结构[14]。同时，修饰型精子还分为内生型精子（Introsperm）（如Sphaerosyllis .liystrix[12]、S.hermaphrodita[13]）和外源型精子（entaquasperm）。如Typosyllis pulchra 和 T.hyalina.[14]。体外受精的动物精子为原生型精子，比如Nephtys hombergii[15-16]。双齿围沙蚕在繁殖季节完成变态后，通过群浮和混游，将精、卵排放于水中，进行体外受精[17]。其精子为典型的原生型具鞭毛型精子。大多数具鞭毛形态的精子运动时主要依靠尾部鞭毛进行摆动，且有些物种在摆动时鞭毛会进行蜷缩，这种运动方式会使得绝大部分被激活的精子同一时间朝同一个方向运动。此类运动不仅包括向前运动，而且会与精子纵轴的方向做旋转运动，使得精子的运动速度加快，更容易进行受精[18]。

3.2精子形态精子形态主要取决于精子头部精核和顶体部分以及亚顶体腔的结构。多毛类动物精子由于其类型不同，因此其精子也形态各异：体内受精的具修饰型精子动物的精子形态变化差异较大，如Petitia amphophthalama的精子为细线型，精子头部、中段和尾部直径相同。Autolytousp的精子有一个细长的细胞核，顶体不位于精核顶端，却附着于精核侧面。体外受精的种类和精子结构基本相同。与修饰型精子相比，形态差异较小。精子为鞭毛型，但精子长度各不相同，如Hamothoe imbsuat精子长度为30～32 μm[10]。C.amphictonicala的精子长度为38～41 μm[19]，Nephtys hombergii的精子长度为35～38 μm[20]。双齿围沙蚕精子长度为22～23 μm，与以上种类的精子相比属于相对较短的精子。受精运动发生后会迅速排出少量皮层小泡，这会使得精孔管口堵塞或者精孔管外口缩小，妨碍多精入卵，影响受精效率[9]。但双齿围沙蚕的受精方式却是多精入卵，因此较短的精子在受精后有利于更多且快速的进入受精卵。

3.3精子的线粒体线粒体是精子能量的中心，不同精子中线粒体数目有显著差异。体内受精的多毛类动物线粒体数量相对较少。线粒体通常与核膜和鞭毛轴丝形成复合体。Petiita amphophthalama的精子中段线粒体数量为2个，Grubea davata （Exogoninae）的精子仅有一个线粒体[12]。体外受精的多毛类动物线粒体数量较多，一般为4～6个，如Nephtys hombergii具有2对线粒体[21]，而Hamothoe imbsuata  的线粒体数量为6个[10]。双齿围沙蚕属于体外受精的多毛类动物，其精子具有4～6个线粒体，可以为受精时精子运动提供充足的能量。董迎辉等[22]在文蛤精子超微结构及精子入卵过程中研究发现，线粒体的形态、数目以及排列方式也是作为区别种属的特征之一。线粒体的活力也影响精子的运动能力，因此线粒体也是评价精子质量的一个重要指标[23]。

3.4精子的顶体Fischer[21]认为 Phragmatopoma lapidosa的卵子具有厚厚的卵膜，因此其精子需要一个长的顶体，来穿透卵膜。在寡毛纲动物中，顶体的长度与卵膜的厚度呈线性相关[24]。但是，这种线性相关并不适用于多毛类动物[25]。双齿围沙蚕精子顶体占整个头部的1/3，而其成熟卵子的卵膜（ 5～8 μm）。因此，双齿围沙蚕精子的顶体属于较长的，在进行受精时更容易穿透卵膜，获得较高的受精效率。不同顶体的形态对精卵结合的难易程度也有较大的影响[24]。

47卷3期苏筱竺等双齿围沙蚕精子的超显微结构研究

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