周歡, 林崗, 饒小珍

海洋生物學

刺巨藤壺精子的發(fā)生及其超微結(jié)構(gòu)

周歡, 林崗, 饒小珍

福建師范大學生命科學學院, 福建 福州 350117; 福建省特色海洋生物資源可持續(xù)利用重點實驗室(福建師范大學), 福建 福州 350117

采用掃描和透射電鏡技術(shù), 觀察刺巨藤壺()精子發(fā)生和精子的超微結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果顯示, 刺巨藤壺精子發(fā)生經(jīng)歷精原細胞、初級精母細胞、次級精母細胞、精細胞和精子等5個階段。在精子形成期間, 圓形或橢圓形的細胞核在微管的作用下沿軸絲延長并在胞質(zhì)內(nèi)彎曲, 核和軸絲隨著精細胞的縱向伸長而延長, 細胞核最終成為線狀; 斑塊狀的染色質(zhì)逐漸解體, 呈細小顆粒狀和粗顆粒狀, 最后濃縮成高密度的均質(zhì)物; 高爾基體分泌的囊泡不斷融合, 形成大小不一的附屬小滴前體, 最后融合并延伸成一個紡錘形的附屬小滴; 許多小的線粒體不斷融合成一個細長的線粒體, 移至核的后端。精子為前部帶有附屬小滴的長線狀, 全長約58.39μm, 可分為頂體、頸部、中段和尾部四部分。長錐形的頂體位于精子最前端, 其后為基體; 頸部由基體產(chǎn)生的“9+2”型軸絲和與之并行的線狀核組成; 頂體和頸部兩者長共約6.65μm。中部長約42.95μm, 紡錘形的附屬小滴(長約9.33μm, 最寬處約2.13μm)緊靠核和軸絲, 其后為顆粒狀糖原及一個細長的線粒體; 尾部長約8.79μm, 只有軸絲貫穿。

刺巨藤壺; 精子發(fā)生; 精子; 超微結(jié)構(gòu); 附屬小滴

魚類、貝類和甲殼類的精子發(fā)生和精子超微結(jié)構(gòu)研究是這些經(jīng)濟動物繁殖學和遺傳育種的基礎(chǔ), 也是進行動物分類和種系發(fā)生分析的重要依據(jù)(Barnes et al, 1971; Kubo et al, 1979; 王藝磊等, 1998; 許星鴻等, 2012; 鄭學斌等, 2018; 陳奇成等, 2019)。Brown (1970) 根據(jù)有無鞭毛把甲殼動物的精子分為鞭毛型和非鞭毛型兩類, 其中鰓尾亞綱(Branchiua)、須蝦亞綱(Mystacocarida)和蔓足下綱(Cirripedia)為鞭毛型, 能運動; 鰓足綱(Branchiopoda)、軟甲綱(Malacostraca)、橈足亞綱(Copepoda)等為非鞭毛型, 缺乏運動能力。

國外對軟甲綱十足目(Decapoda)蝦、蟹的無鞭毛類型精子(Poljaroen et al, 2010; Bento et al, 2019)和蔓足下綱的圍胸總目(Thoracica)動物的鞭毛型精子形態(tài)結(jié)構(gòu)(Kubo et al, 1979; Healy et al, 1990)均有較多研究, 但國內(nèi)絕大部分研究都集中在軟甲綱十足目經(jīng)濟種類精子結(jié)構(gòu)的探究, 如中國明對蝦() (葛少欽等, 2008)、羅氏沼蝦() (王玉鳳等, 2003)、三疣梭子蟹() (管衛(wèi)兵等, 2009)、中華絨螯蟹()和長江華溪蟹() (堵南山等, 1999; 王蘭等, 2000)等, 有關(guān)蔓足下綱種類的研究僅見于圍胸總目的龜足() (林崗等, 2003)和紋藤壺() (王藝磊等, 1999)。

無柄蔓足類中巨藤壺屬的種類個體大, 閉殼肌和卵巢可食用, 具較高的經(jīng)濟價值(Lo?pez et al, 2010), 近年來人們還對其中某些種類開展了繁育研究(Nunes et al, 2017)。刺巨藤壺()屬于節(jié)肢動物門(Arthropoda)甲殼亞門(Crustacea)蔓足下綱(Cirripedia)圍胸總目(Thoracica), 棲息于熱帶和亞熱帶海域低潮帶或潮下帶, 在我國主要分布于東海和南海(劉瑞玉等, 2007), 往往是沿海污損生物的重要組成(嚴濤等, 2012; 韓帥帥等, 2018), 同時也是我國沿海居民常采集食用的海鮮。本研究通過掃描和透射電鏡技術(shù), 對刺巨藤壺精子發(fā)生和精子的超微結(jié)構(gòu)進行了詳細觀察, 以期為蔓足類精子發(fā)生、精子形態(tài)與親緣關(guān)系、人工繁育以及污損生物防治等研究積累基礎(chǔ)資料。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

刺巨藤壺采自福建省平潭綜合實驗區(qū)蘆洋鄉(xiāng)馬腿村海區(qū)的泡沫浮標?；铙w解剖, 取出精巢、貯精囊, 切成小塊。

1.2 實驗方法

1.2.1 掃描電鏡

將刺巨藤壺小塊貯精囊置于3%戊二醛-1.5%多聚甲醛液中固定(保存于4℃環(huán)境下)。將解剖出的精子涂在蓋玻片上, 用0.1mol?L–1的磷酸緩沖液漂洗3次后吸干。加入叔丁醇覆蓋樣品, 用冷凍干燥儀進行干燥。離子濺射儀噴金, 日立6308-LV型掃描電鏡觀察并拍照。

1.2.2 透射電鏡

將刺巨藤壺小塊精巢和小塊貯精囊加入到3%戊二醛-1.5%多聚甲醛液中固定幾天(保存于4℃環(huán)境下)。用0.1mol?L–1的磷酸緩沖液充分漂洗, 再用1%的鋨酸-1.5%亞鐵氰化鉀液固定1.5h。漂洗, 鈾塊染色, 酒精丙酮梯度脫水后, 環(huán)氧樹脂滲透、包埋, LKB-II型超薄切片機切片, 切片用醋酸鈾和檸檬酸鉛雙染色。日立HT7700型透射電鏡觀察并拍照。

2 結(jié)果

刺巨藤壺精子的發(fā)生不同步, 從精細管基底膜朝管腔方向, 依次排列著精原細胞、初級精母細胞、次級精母細胞、精細胞和精子等不同階段的細胞。

2.1 精原細胞

精原細胞緊靠基底膜, 多不規(guī)則, 是生精細胞中體積最大的(圖1a)。其細胞核較大, 呈不規(guī)則形, 核內(nèi)染色質(zhì)呈小團塊, 大多附于核內(nèi)膜、少量松散分布于核質(zhì)中, 核膜界限明顯。細胞質(zhì)電子密度低, 胞質(zhì)中含有較多近圓形的小線粒體, 多分布于細胞一側(cè), 線粒體基質(zhì)電子密度較低, 嵴不發(fā)達。早期精原細胞經(jīng)一次有絲分裂形成晚期精原細胞, 其明顯變化是染色質(zhì)小團塊稍增多。圖1b顯示精原細胞的細胞核將一分為二而胞質(zhì)未分開的狀態(tài)。

2.2 初級精母細胞

初級精母細胞經(jīng)精原細胞轉(zhuǎn)化而來(圖1c)。其胞體呈多邊形, 體積較精原細胞略小。細胞核較大, 核膜完整, 染色質(zhì)小團塊較精原細胞明顯增加, 且部分染色質(zhì)連在一起, 不均勻分散于核質(zhì)中。較多橢圓形線粒體分布于細胞一側(cè); 細胞質(zhì)無明顯變化。圖1d為正在分裂的初級精母細胞, 其核已分裂而胞質(zhì)仍在一起。

2.3 次級精母細胞

次級精母細胞由初級精母細胞經(jīng)減數(shù)第一次分裂而成(圖1e)。胞體近橢圓形, 大小約為6.20μm×4.20μm。細胞核占據(jù)細胞大部分空間, 雙層核膜清晰完整, 核質(zhì)比明顯增大。核中可見一個核仁, 染色質(zhì)團塊增大, 大部分連在一起, 密度增加。細胞質(zhì)電子密度變大。胞質(zhì)中橢圓形或圓形線粒體密度增加, 分布于細胞一側(cè), 極性明顯; 高爾基體發(fā)育良好, 由數(shù)層扁平囊泡構(gòu)成(圖1e)。正在進行減數(shù)第二次分裂的次級精母細胞胞體呈橢圓形或圓形, 核內(nèi)染色質(zhì)團塊逐漸解體, 常出現(xiàn)細胞核已分裂而胞質(zhì)尚未分開、兩個核同在一個細胞中的現(xiàn)象(圖1f)。

圖1 刺巨藤壺精原細胞和精母細胞的超微結(jié)構(gòu)

a. 精原細胞; b. 正在分裂的精原細胞; c. 初級精母細胞; d. 正在分裂的初級精母細胞; e. 次級精母細胞; f. 正在分裂的次級精母細胞。CM: 質(zhì)膜; Cp: 胞質(zhì); GC: 高爾基體; Ch: 染色質(zhì); Mi: 線粒體; N: 細胞核; Nu: 核仁; NE: 核膜

Fig. 1 Ultrastructure of spermatogonium and spermatocyte of(a) Spermatogonium; (b) splitting spermatogonium; (c) primary spermatocyte; (d) splitting primary spermatocyte; (e) secondary spermatocyte; (f) splitting secondary spermatocyte. CM: Cell membrane; Cp: cytoplasm; GC: Golgi complex; Ch: chromatin; Mi: mitochondrion; N: nucleus; Nu: nucleolus; NE: nuclear envelope

2.4 精細胞

精細胞由次級精母細胞經(jīng)減數(shù)第二次分裂而成, 并進一步發(fā)育形成精子。根據(jù)精細胞形狀、細胞核的形態(tài)、染色質(zhì)的變化、軸絲和附屬小滴的出現(xiàn), 將精細胞階段劃分為三個時期: 前期精細胞、中期精細胞、后期精細胞。

2.4.1 前期精細胞

剛由次級精母細胞分裂而來的精細胞, 胞體圓形或近橢圓形, 大小約為5.92μm×5.32μm(=10)(圖2a)。細胞核較大, 橢圓形或圓形, 大小約為4.12μm×3.84μm(=10), 占據(jù)胞體大部分空間; 斑塊狀染色質(zhì)逐漸解體、密度變小, 不均勻分布于核質(zhì)中。隨著精細胞的發(fā)育, 胞體多變?yōu)椴灰?guī)則, 染色質(zhì)呈細小顆粒較均勻分布于核質(zhì)中; 線粒體開始融合, 基質(zhì)密度增加, 體積增大, 嵴增長(圖2b)。軸絲開始出現(xiàn), 緊靠在核一側(cè), 為典型的“9+2”型結(jié)構(gòu)。細胞核靠近軸絲處凹陷, 核膜靠近軸絲的區(qū)域電子密度增加, 雙層核膜間隙消失, 其他區(qū)域的雙層核膜仍清晰可見(圖2c)。軸絲緊靠細胞核而逐漸彎曲, 因而有的切面可見兩個軸絲緊靠細胞核(圖2d)。胞質(zhì)中可見電子密度高的高爾基體囊泡(圖2d)。

2.4.2 中期精細胞

胞體不規(guī)則。細胞核仍較大, 開始沿軸絲伸長; 染色質(zhì)呈粗顆粒狀且密度增高、分布更均勻(圖2e)。以軸絲為中心在核膜的周緣出現(xiàn)均勻分布的微管(圖2e—g)。胞質(zhì)中可見高爾基體分泌的許多高爾基體囊泡, 囊泡逐漸融合形成多個大小不一的附屬小滴前體。附屬小滴前體呈圓形或橢圓形, 內(nèi)含高電子密度的物質(zhì), 由雙層膜包被(圖2h、i)。胞質(zhì)中可見膨大的線粒體, 嵴發(fā)達(圖2i); 微管在核膜的周緣逐漸擴大分布, 但未見其圍繞整個核周(圖2g)。在微管的作用下, 細胞核沿著軸絲進一步伸長變細, 并在胞質(zhì)中彎曲(圖2f)。因細胞核靠近軸絲處凹陷, 最終形成橫切面呈“三角形”的核。由于核緊靠軸絲在胞質(zhì)中伸長彎曲, 因而有的切面往往可見幾個胞核, 最多可見4對核與軸絲的組合(圖2i)。

2.4.3 后期精細胞

胞體逐漸沿縱向伸長。染色質(zhì)不斷濃縮, 形成高電子密度的均質(zhì)物, 伸長的細胞核緊貼軸絲同時沿細胞縱軸延伸; 在此期間微管逐漸消失; 高爾基體仍繼續(xù)分泌高爾基體囊泡, 囊泡不斷融合進入附屬小滴前體, 多個附屬小滴前體也相互融合成一個大的附屬小滴前體(圖2j)。細胞核的后端可見一個細而長的線粒體(圖2k)。最后, 高電子密度的附屬小滴前體緊靠核和軸絲, 沿著精細胞縱軸方向延伸成紡錘形的附屬小滴, 橫切面可見附屬小滴直徑是核的數(shù)倍(圖2l)。細長的細胞核緊靠軸絲繼續(xù)橫向收縮、縱向拉長, 精細胞丟棄多余的細胞質(zhì)形成線形成熟精子。

圖2 刺巨藤壺精細胞的超微結(jié)構(gòu)

a—d. 逐步發(fā)育的早期精細胞; e. 中期精細胞示伸長的細胞核; f. 中期精細胞示核膜周緣微管和伸長彎曲的細胞核; g. 中期精細胞示核膜周緣微管; h. 中期精細胞示高爾基體; i. 中期精細胞橫切; j. 后期精細胞縱切; k. 后期精細胞縱切示一個線粒體; l. 后期精細胞橫切。AD: 附屬小滴; AF: 軸絲; GV: 高爾基體囊泡; Mi: 線粒體; Mt: 微管; N: 細胞核; PAD: 附屬小滴前體

Fig. 2 Spermatid ultrastructure of(a-d) Developing early spermatid; e) mid-spermatid showing elongated nucleus; f) mid-spermatid showing perinuclear microtubules, elongated and curved nucleus; g) mid-spermatid showing perinuclear microtubules; h) mid-spermatid showing Golgi complex; i) cross section of mid-spermatid; j) longitudinal section of late spermatid; k) longitudinal section of late spermatid showing a single mitochondrion; l) cross section of late spermatid. AD: Accessory droplet; AF: axial filament; GV: Golgi vesicle; Mi: mitochondrion; Mt: microtubules; N: nucleus; PAD: precursor of accessory droplet

2.5 成熟精子

掃描電鏡下可見刺巨藤壺精子為前部帶有一紡錘形附屬小滴的長線形結(jié)構(gòu)(圖3a)。精子全長約為58.39μm(=10), 可分為頂體、頸部、中段和尾部四部分, 由頂體、基體、線狀的核、與核并行并貫穿末端的軸絲、核后一細長的線粒體及糖原顆粒組成。

頂體呈長錐形, 位于精子最前端, 其電子密度中等, 較核和附屬小滴低(圖3b)。從橫切面可見頂體內(nèi)含物的分布不均勻, 較高密度的頂體物質(zhì)圍繞外周, 中央為密度較低的呈絮狀的頂體物質(zhì)(圖3c)。頂體正后方為基體, 軸絲由基體產(chǎn)生并延伸至精子末端, 縱貫整個精子(圖3d)。縱切面可見高電子密度的線狀核與軸絲并行延伸; 橫切面可見線狀核呈“三角形”, 長約0.36μm、寬約0.23μm(圖3e、f)。附屬小滴位于中段的前端, 緊靠核和軸絲, 由雙層膜構(gòu)成, 電子密度高且均勻; 縱切面可見附屬小滴呈紡錘形, 長約9.33μm, 最寬處約2.13μm(圖3g); 橫切面的附屬小滴呈大小不一有個小缺口的圓形(圖3j)。核后方是一細長的線粒體, 縱切面可見其電子密度比核和附屬小滴低(圖3h)。附屬小滴近末端開始出現(xiàn)大量顆粒狀糖原直至線粒體近前端, 糖原分布于核和軸絲的外側(cè)(圖3h、i)。線粒體之后只有“9+2”型軸絲延伸至精子末端。

頸部從基體前端至附屬小滴之前, 較短, 主要由軸絲和核組成, 橫切面可見呈“三角形”的核緊靠著“9+2”型的軸絲(圖3f)。頂體和頸部兩者長約6.65μm。中段從附屬小滴前端起一直到線粒體末端為止, 長約42.95μm, 除軸絲始終縱貫外, 依次有與軸絲伴行的線狀核、附屬小滴、糖原顆粒及核后細長的線粒體。不同位置的中段橫切面結(jié)構(gòu)不同: 過附屬小滴的橫切面可見“三角形”的核、“9+2”型軸絲及圓形的附屬小滴, 附屬小滴直徑是核的數(shù)倍(圖3j); 過附屬小滴末端的橫切面可見“三角形”的核、軸絲、圓形的附屬小滴及糖原顆粒(圖3k); 過糖原的橫切面可見“三角形”的核、軸絲及糖原顆粒(圖3l中①); 過線粒體前端的橫切面可見橢圓形線粒體、軸絲和糖原顆粒(圖3l中②); 過線粒體中部以后的橫切面可見橢圓形線粒體和軸絲(圖3m)。尾部從線粒體末端一直到精子末端為止, 長約8.79μm, 細線形, 主要由軸絲和質(zhì)膜組成, 橫切面只能觀察到典型的“9+2”型結(jié)構(gòu)的軸絲(圖3n)。

圖3 刺巨藤壺精子形態(tài)及超微結(jié)構(gòu)

a. 成熟精子; b. 頂體縱切; c. 頂體橫切; d. 過基體縱切; e. 精子縱切; f. 過頸部橫切; g. 過附屬小滴縱切; h. 中段過線粒體縱切; i. 中段過糖原顆?？v切; j. 中段過附屬小滴橫切; k. 中段過附屬小滴末端橫切; l. ①中段過糖原顆粒橫切, ②中段過線粒體前端橫切; m. 中段過線粒體橫切; n. 尾部橫切。Ac: 頂體; AD: 附屬小滴; AF: 軸絲; BB: 基體; G: 糖原顆粒; Mi: 線粒體; N: 細胞核

Fig. 3 Spermatozoon morphology and ultrastructure of. a) Whole spermatozoon; b) longitudinal section of acrosome; c) cross section of acrosome; d) longitudinal section of basal body; e) longitudinal section of sperm; f) cross section of neck; g) longitudinal section of accessory droplet; h) longitudinal section of mitochondrion in middle piece; i) longitudinal section of glycogenosome in middle piece; j) cross section of accessory droplet in middle piece; k) cross section of accessory droplet posterior in middle piece; l) ① Cross section of glycogenosome in middle piece; ②cross section of mitochondrion anterior in middle piece; m) cross section of mitochondrion in middle piece; n) cross section of tail. Ac: Acrosome; AD: accessory droplet; AF: axial filament; BB: basal body; G: glycogenosome; Mi: mitochondrion; N: nucleus

3 討論

刺巨藤壺精子發(fā)生由精原細胞形成初級精母細胞, 初級精母細胞經(jīng)減數(shù)分裂形成次級精母細胞和精細胞, 精細胞再經(jīng)過一系列形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化形成成熟精子, 這與Dionisio 等(2007)觀察到巨藤壺()精巢的精細管中依次排列著精原細胞、精母細胞、精細胞和精子等不同階段細胞的結(jié)果相對應。另外, 類似于蔓足類其他成員(Kubo et al, 1979; Healy et al, 1990), 刺巨藤壺的精子同樣具有典型的有鞭毛精子的結(jié)構(gòu)特征, 即為前部帶有附屬小滴的線形結(jié)構(gòu), 可分為頂體、頸部、中段和尾部四部分, 由頂體、頂體覆蓋著的基體、軸絲與線狀的核并行貫穿始終、核后一細長的線粒體及糖原顆粒組成。

3.1 細胞核

在刺巨藤壺精子發(fā)生過程中, 細胞核的變化顯著, 形狀由最初的多邊形或橢圓形逐漸變?yōu)榫€形; 斑塊狀的染色質(zhì)逐漸解體, 密度減小, 呈小顆粒狀較均勻分布, 接著呈粗顆粒狀均勻分布, 最后濃縮成高密度的均質(zhì)物。刺巨藤壺染色質(zhì)的這一變化過程與有柄類的龜足相類似(林崗等, 2003)。細胞核沿軸絲伸長變細, 橫切面可見多對核與軸絲的組合, 且精子中并行的核和軸絲的長度是精細胞直徑的數(shù)倍, 由此可推測在精細胞整體未延伸之前, 伸長的核和軸絲在精細胞內(nèi)部是彎曲的, 最后才隨著精細胞的縱向伸長而伸長。

雖然在無脊椎動物的精子發(fā)生中核質(zhì)濃縮是普遍現(xiàn)象, 但核周微管分布狀態(tài)與核延伸的關(guān)聯(lián)性僅在某些種類中可觀察到, 其中除了與刺巨藤壺親緣關(guān)系較近的圍胸總目無柄目(Sessilia)中的白脊管藤壺() (Kubo et al, 1979)、有柄目(Pedunculata)中的龜足(林崗等, 2003)和(Azevedo et al, 1982)外, 也可在親緣關(guān)系較遠的節(jié)肢動物昆蟲綱(Insecta)的蜂()、黑腹果蠅() (Adiyodi et al, 1983)和軟體動物中的虎斑烏賊() (陳奇成等, 2019)等種類中觀察到。

刺巨藤壺在精子發(fā)生過程中, 微管雖在以軸絲為中心的核膜周緣出現(xiàn), 但始終未圍繞整個核周, 伸長的核及并行的軸絲在精細胞內(nèi)部是彎曲的, 最后才隨著精細胞的縱向伸長而伸長。這與同為無柄類的白脊管藤壺的精子發(fā)生明顯不同, 后者整個核膜周緣均出現(xiàn)微管, 細胞核緊靠軸絲隨著胞體的伸長而直接伸長, 且沒有在精細胞內(nèi)部彎曲的過程(Kubo et al, 1979)。至于有柄類龜足, 其后期精細胞的軸絲、核及附屬小滴均在中段彎曲成U形, 精子在儲精囊成熟后才彈開呈長線狀, 核周微管呈V型排列并出現(xiàn)核囊結(jié)構(gòu)(林崗等, 2003)。

核周微管的出現(xiàn)可能與精子細胞核的形成存在著某種密切聯(lián)系, Mclntoshr和Porter認為, 核的形狀是由于核周微管施加壓力產(chǎn)生的結(jié)果(丁漢波等, 1987)。Martínez-Soler 等(2007) 提出, 細胞核的彎曲同樣與核周微管分布有關(guān), 微管通過與染色質(zhì)發(fā)生連接影響了細胞核的形變。刺巨藤壺中期精細胞的核周出現(xiàn)微管但分布不均勻, 后期精細胞染色質(zhì)濃縮形成致密核時微管消失, 細胞核經(jīng)歷由彎曲到直線的變化, 說明微管可能對核施加大小不同的力以矯正彎曲的精核。因此, 刺巨藤壺精子發(fā)生過程中出現(xiàn)的核周微管, 進一步說明了核周微管在精子細胞核形成過程中的作用。

蔓足類成熟精子過細胞核的橫切面形態(tài)是分類的重要依據(jù), 在圍胸總目中呈“三角形”(triangular), 尖胸總目(Acrothoracica)中呈“啞鈴形”(dumb-bell shaped), 根頭總目(Rhizocephala)中呈“新月形”(crescentic) (Healy et al, 1990)。刺巨藤壺成熟精子的細胞核呈典型的線狀, 與其他蔓足類的精子形狀一致, 但其過細胞核的橫切面呈“三角形”, 體現(xiàn)了圍胸總目精子細胞核的形態(tài)特征。

3.2 附屬小滴

蔓足類精子的最主要特征之一是具有附屬小滴, 但從本研究結(jié)果和以往報道(Kubo et al, 1979; Healy et al, 1990; 王藝磊等, 1999)可以看出, 附屬小滴在巨藤壺屬3個種之間的大小相差不多, 形狀也較類似, 且內(nèi)部結(jié)構(gòu)均呈致密均勻狀; 然而, 對于藤壺科不同屬之間的成員而言, 附屬小滴的差異則較大, 不僅表現(xiàn)出形狀多樣化, 而且大小也差異顯著(如紋藤壺附屬小滴長度可達巨藤壺屬的2~3倍), 甚至內(nèi)部結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出不同狀態(tài)(表1)。因此, 附屬小滴的形狀、位置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在蔓足類系統(tǒng)分類和演化上有重要意義。

有關(guān)附屬小滴的形成, Kubo 等 (1979) 認為其是白脊管藤壺精子發(fā)生過程中形成的一種獨特的高爾基體產(chǎn)物。然而, 王藝磊等 (1999) 并未在附屬小滴上檢測到高爾基體產(chǎn)物所含的酸性磷酸酶和多糖, 但觀察到其膜表面布滿核糖體, 由此推測紋藤壺的附屬小滴可能由粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成。基于在刺巨藤壺的中期和后期精細胞中可觀察到高爾基體周圍出現(xiàn)許多高爾基體囊泡, 逐漸融合形成大小不一的高密度附屬小滴前體, 并最終融合成一個附屬小滴, 因此, 刺巨藤壺的附屬小滴可能同樣是由高爾基體形成的。

3.3 線粒體

線粒體是細胞中供應能量的主要細胞器, 其數(shù)量、大小的變化反映了精子發(fā)生過程中對能量需求的變化。在刺巨藤壺精子發(fā)生的前期, 線粒體數(shù)量多而小, 隨后內(nèi)部嵴增多、密度增大、數(shù)量變少, 說明精子發(fā)生前期對能量的需求是不斷增加的; 后期線粒體數(shù)量逐漸減少, 直至形成成熟精子后只余一個位于細胞核后的細長線粒體, 這應與其在體外的運動時間較短相適應, 同時與中段具有大量糖原顆粒能提供能量相關(guān)聯(lián)。

表1 刺巨藤壺等6種藤壺精子附屬小滴的比較

精子尾部運動需依靠線粒體提供能量, 大多數(shù)能運動的精子均具有大量的線粒體或由一些小的線粒體融合形成相當大的線粒體(Munn et al, 1970)。刺巨藤壺成熟精子只余一個位于細胞核后的細長線粒體的現(xiàn)象, 在白脊管藤壺(Kubo et al, 1979)、紋藤壺(王藝磊等, 1999)、(Azevedo et al, 1982)和龜足(林崗等, 2003)等種類中也可觀察到, 應是蔓足類精子的一個特征。

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Ultrastructure of spermatogenesis and spermatozoon of

ZHOU Huan, LIN Gang, RAO Xiaozhen

College of Life Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350117, China;Fujian Key Laboratory of Special Marine Bio-resources Sustainable Utilization, Fujian Normal University, Fuzhou 350117, China

The ultrastructural characteristics of spermatogenesis and spermatozoon of the barnaclewere observed by scanning and transmission electron microscopy. The results showed that its spermatogenesis included five developmental stages, i.e., spermatogonium, primary spermatocyte, secondary spermatocyte, spermatid, and mature spermatozoon. During spermatogenesis, a circular or oval nucleus extended along with an axial filament and bent in cytoplasm under the action of microtubules. The nucleus further elongated with longitudinal extension of a spermatid, and finally became filiform. Massive chromatin of nucleus underwent disintegration, fine granules, coarse granules, and eventually condensed into a high electron density homogenizer.The vesicles secreted by the Golgi complexcoalesced to different sizes of precursors of accessory droplet, and finally fused into an accessory droplet of high electron density. Many small mitochondria fused to a slender one that was eventually positioned behind the nucleus. The spermatozoon (about 58.39 μm in length), which was divided into acrosome, neck, middle piece, and tail, was long filiform with an accessory droplet. The conical acrosome was located at the spermatozoon anterior, followed by a basal body. The neck was composed of a "9+2" type axial filament, and the filiform nucleus was parallel to the axial filament. The length of acrosome and neck was about 6.65 μm. The middle piece was about 42.95 μm in length. The spindle-shaped accessory droplet (about 9.33 μm long and 2.13 μm wide) was adjacent to the nucleus and axial filament, followed by a mass of glycogenosomes and a slender mitochondrion. The tail (about 8.79 μm in length) only had a typical "9+2" axial filament.

; spermatogenesis; spermatozoon; ultrastructure; accessory droplet

Q492.4; Q959.223+.41

A

1009-5470(2020)03-0098-08

10.11978/2019082

http://www.jto.ac.cn

2019-09-01;

2019-12-29。

林強編輯

福建省高校產(chǎn)學合作項目(2018N5007)

周歡(1994—), 女, 重慶市開州區(qū)人, 研究生, 研究方向甲殼動物生理生態(tài)。E-mail:18396111485@163.com

饒小珍(1966—), 教授。E-mail: xzrao@fjnu.edu.cn

2019-09-01;

2019-12-29.

Editor: LIN Qiang

Cooperative Project on production and education of University in Fujian Province (2018N5007)

RAO Xiaozhen. E-mail: xzrao@fjnu.edu.cn