宋靜靜 劉天紅 劉洪軍 遲雯丹 劉凱凱 于道德

雙齒圍沙蠶()主要器官的組織學(xué)觀察及其生理功能研究*

宋靜靜 劉天紅 劉洪軍 遲雯丹 劉凱凱 于道德①

(山東省海洋科學(xué)研究院 山東省海水養(yǎng)殖病害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省海水健康養(yǎng)殖技術(shù)工程技術(shù)研究中心 青島 266104)

采用組織學(xué)方法, 較系統(tǒng)地觀察研究了雙齒圍沙蠶()主要器官的組織學(xué)特點(diǎn)。首次以組織學(xué)的形式表現(xiàn)出多毛類(lèi)剛毛的細(xì)微結(jié)構(gòu)——中空的短管狀結(jié)構(gòu), 以及腹腔內(nèi)主要器官組織學(xué)特性、位置關(guān)系及其可能的生理功能。結(jié)果表明: 雙齒圍沙蠶疣足擁有豐富的毛細(xì)血管網(wǎng)并著生剛毛; 循環(huán)系統(tǒng)發(fā)達(dá), 由背腹大血管、環(huán)體節(jié)血管網(wǎng)和毛細(xì)血管網(wǎng)共同構(gòu)成一個(gè)發(fā)達(dá)的循環(huán)系統(tǒng), 這與其體節(jié)斷裂存活、再生的進(jìn)化機(jī)制相適應(yīng); 肌肉組織分為三種不同類(lèi)型——環(huán)肌、縱肌和斜肌, 在三者協(xié)調(diào)配合下, 疣足、各體節(jié)及整個(gè)蟲(chóng)體的運(yùn)動(dòng)功能得以完善; 消化道由前向后的組織學(xué)變化, 主要體現(xiàn)為肌肉類(lèi)型的變化以及腸道褶皺的逐漸豐富, 顯示了形態(tài)與功能的高度適應(yīng)性。本研究結(jié)果為更加系統(tǒng)掌握雙齒圍沙蠶的生物學(xué)特征奠定了基礎(chǔ), 并為其人工繁育、指示環(huán)境污染物情況提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

雙齒圍沙蠶; 組織學(xué)特征; 剛毛; 疣足; 腹血管

雙齒圍沙蠶()隸屬于環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)(Annelida)、多毛綱(Polychaeta)、游走目(Errantia)、沙蠶科(Nereidae)、圍沙蠶屬(), 是海洋底棲生物類(lèi)群的主要物種之一。作為食物鏈中重要的一環(huán), 沙蠶等多毛類(lèi)發(fā)揮著重要的生態(tài)功能, 例如生物干擾作用(sediment bioturbation)(Scaps, 2002), 降解大型海藻碎屑(Kristensen, 2003), 分解有機(jī)物質(zhì), 釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)回至環(huán)境中(Kristensen, 2001; Scaps, 2002; Batista, 2003), 疏松底質(zhì), 提高含氧量(Beesley, 2000)。由于沙蠶不易遠(yuǎn)距離遷徙, 酶活等生理指標(biāo)較敏感, 可以很好地反映出其生活區(qū)域污染狀況, 故近年來(lái)沙蠶等多毛類(lèi)經(jīng)常被用作反映環(huán)境健康程度的指示種(Bat, 2005; Dean, 2008; Bat, 2019)。

此外, 雙齒圍沙蠶具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分, 在水產(chǎn)養(yǎng)殖和休閑漁業(yè)中被稱(chēng)為萬(wàn)能餌料。研究發(fā)現(xiàn), 沙蠶類(lèi)是各種對(duì)蝦類(lèi)親體、親魚(yú)馴養(yǎng)和促熟不可缺少的餌料成分(Bray, 1992; Luis, 1995)。例如, 利用雜色刺沙蠶()作為生物餌料, 不僅能提高斑節(jié)對(duì)蝦()親蝦的絕對(duì)產(chǎn)卵量, 還可大大提高卵子的質(zhì)量和幼體的成活率(Briggs, 1994)。在歐鰨()親魚(yú)培育和繁殖實(shí)驗(yàn)中, 與紫貽貝()相比, 沙蠶不僅能夠有效地誘導(dǎo)歐鰨親魚(yú)成熟, 還具有很好的誘食作用, 可顯著提高親魚(yú)的攝食率(Cardinaletti, 2009)。

無(wú)論是選擇雙齒圍沙蠶作為環(huán)境健康評(píng)價(jià)指示種, 通過(guò)觀察其生理變化反應(yīng)污染物情況, 還是進(jìn)行人工繁育, 用于活體餌料, 這些研究均需建立在雙齒圍沙蠶生物學(xué)信息的基礎(chǔ)之上。作為西太平洋區(qū)域的特有種, 雙齒圍沙蠶的形態(tài)學(xué)與組織學(xué)研究主要集中在國(guó)內(nèi)。早在1983年, 范廣鉆等學(xué)者針對(duì)雙齒圍沙蠶雌性生殖腺發(fā)育開(kāi)展了組織學(xué)觀察(范廣鉆等, 1983), 可惜沒(méi)有具體圖片參考; 1992年陳燦忠等介紹了雙齒圍沙蠶繁殖過(guò)程中的生態(tài)特征(陳燦忠等, 1992); 柳敏海等(2005)較為詳細(xì)地分析了雙齒圍沙蠶正常態(tài)形態(tài)參數(shù); 直至2010年, 楊大佐等(2010)和宋貞坪等(2010)針對(duì)雙齒圍沙蠶配子發(fā)生過(guò)程以及消化系統(tǒng)等主要器官進(jìn)行了組織學(xué)研究; 何潤(rùn)端等(2020)則進(jìn)一步較為完整地闡述了雙齒圍沙蠶生活史過(guò)程及各時(shí)期發(fā)育特征。

本文在前人的研究基礎(chǔ)上, 更加系統(tǒng)完善地從器官水平及系統(tǒng)水平分析了雙齒圍沙蠶組織學(xué)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 尤其是作為多毛類(lèi)運(yùn)動(dòng)的主要附屬結(jié)構(gòu)——?jiǎng)偯慕M織學(xué)特征, 以及沙蠶類(lèi)發(fā)達(dá)循環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn)與斷裂、再生功能的適應(yīng)性協(xié)同進(jìn)化, 為沙蠶等多毛類(lèi)的進(jìn)一步研究提供結(jié)構(gòu)和功能偶聯(lián)的參考依據(jù)。同時(shí)探討了不同固定方法對(duì)組織學(xué)觀察的影響, 并圍繞沙蠶的循環(huán)系統(tǒng)、肌肉組織、消化系統(tǒng)等器官的功能性展開(kāi)討論。

1 材料與方法

1.1 材料

本文所用雙齒圍沙蠶取自東營(yíng)養(yǎng)殖基地。采集后進(jìn)行篩選, 去除斷裂、局部受傷等個(gè)體, 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室暫養(yǎng)。暫養(yǎng)容器為長(zhǎng)方形玻璃缸(長(zhǎng)×寬×高: 50 cm× 40 cm×30 cm), 缸底鋪細(xì)沙, 實(shí)驗(yàn)用水為青島沙子口過(guò)濾海水, 鹽度為31, 溫度為(27±1) °C, 水體積為16 L。光暗周期為14 h : 10 h。

1.2 方法

挑選活力好的健康沙蠶個(gè)體, 分別利用Bouin’s液或10%中性甲醛兩種方法固定48 h后, 流水沖洗10 min, 70%乙醇長(zhǎng)期保存, 以橫切為主進(jìn)行常規(guī)石蠟切片(厚5—7 μm), H.E染色, 光學(xué)顯微鏡NikonYS-100觀察, 使用顯微鏡目微尺測(cè)量組織結(jié)構(gòu)大小, 并拍照存檔。

2 結(jié)果與分析

2.1 外部器官結(jié)構(gòu)組織學(xué)

2.1.1 體色與體壁 雙齒圍沙蠶的體壁相對(duì)較薄, 不透明, 表皮層含有黑色素顆粒(圖1c, 黑框所示), 是構(gòu)成沙蠶體色的主要色素物質(zhì)之一。體壁由外及內(nèi)分別為角質(zhì)層、表皮層、肌肉層和壁體腔膜。

薄角質(zhì)層與表皮層連接不緊密(圖1d, 箭頭所示), 在組織切片脫水及透明等處理過(guò)程中, 薄角質(zhì)層常脫落而無(wú)法顯示。角質(zhì)層向內(nèi)連接的表皮層為沙蠶體壁最為復(fù)雜的結(jié)構(gòu), 含有多種類(lèi)型的細(xì)胞, 除柱形上皮細(xì)胞外(圖1c, 黑框所示), 還包括杯狀細(xì)胞(圖1c, 箭頭所示)、大量嗜堿性顆粒(圖1b, 箭頭所示)和特殊組織結(jié)構(gòu)(圖1d, 黑框所示)。其中, 嗜堿性顆粒深染為藍(lán)色, 不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)。特殊組織結(jié)構(gòu)類(lèi)似于雙齒圍沙蠶腹神經(jīng)索結(jié)構(gòu), 但是細(xì)胞核形態(tài)與腹神經(jīng)索內(nèi)不同, 目前二者具體作用尚不清楚, 亟待進(jìn)一步研究。

2.1.2 疣足(parapodium) 除了第一、第二體節(jié)屬于單葉型疣足外, 雙齒圍沙蠶的疣足屬于典型的雙葉型疣足(biramous parapodium): 即具有背足刺和腹足刺(圖2a, 箭頭所示)支持的, 背(足)葉(圖2a, ④—⑥所示)和腹(足)葉結(jié)構(gòu)(圖2a, ①—③所示)的疣足。如圖2a, 背足刺和腹足刺為較粗的實(shí)心幾丁質(zhì)結(jié)構(gòu), 位于剛毛葉內(nèi)部的剛毛囊形態(tài)為中空的短管狀結(jié)構(gòu), 彼此分離、排列均一, 內(nèi)具有毛原細(xì)胞(圖2b, 箭頭所示)。

疣足作為沙蠶運(yùn)動(dòng)和呼吸的器官, 富含血管和肌肉。疣足內(nèi)毛細(xì)血管發(fā)達(dá)(圖2c, 箭頭所示)。肌肉主要以足刺肌為主, 作為支持疣足形態(tài)和運(yùn)動(dòng)的肌肉, 疣足肌主要分布于含有剛毛的背腹葉內(nèi), 在橫切條件下, 疣足肌顯示為環(huán)肌(圖2d, 箭頭所示), 與體壁的環(huán)肌相連接, 支持著足刺、疣足和剛毛的運(yùn)動(dòng)(圖1a, 黑框所示)。

2.2 內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)組織學(xué)

雙齒圍沙蠶的內(nèi)部器官相對(duì)較少, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。從圖3可以看到幾乎所有的組織器官, 該圖左側(cè)為背部, 右側(cè)為腹部。從圖中可以看出, 背部縱肌的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于腹部。雙齒圍沙蠶背部縱肌發(fā)達(dá), 其體積為腹部縱肌的二倍以上, 強(qiáng)大的背部肌肉對(duì)于機(jī)體能夠起到很好的機(jī)械保護(hù)作用。此外, 背部縱肌在蠕動(dòng)收縮過(guò)程中會(huì)對(duì)背部血管產(chǎn)生壓力, 這也是沙蠶循環(huán)系統(tǒng)動(dòng)力的來(lái)源(Reiber, 2009)。相對(duì)小體積的腹部縱肌則為其他內(nèi)部組織器官, 如消化道、腹血管以及神經(jīng)索留有足夠的空間。背血管位于背部縱肌的中間, 受縱肌保護(hù), 避免了受傷后大量失血; 腹血管下面緊貼著的是神經(jīng)索, 二者受到腹部縱肌的保護(hù), 處于體節(jié)最為安全的部位, 同時(shí)神經(jīng)索能與腹血管以最快最近的方式發(fā)生聯(lián)系, 后者為前者供給充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣等。

2.2.1 循環(huán)(血管)系統(tǒng)組織學(xué) 雙齒圍沙蠶等多毛類(lèi)具有發(fā)達(dá)的開(kāi)放式循環(huán)系統(tǒng), 主要包括背血管、腹血管(圖3)和連接兩者的環(huán)狀血管。在疣足以及其他組織器官中(包括腸道、腎管、神經(jīng)索)還存在發(fā)達(dá)的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)。

圖1 雙齒圍沙蠶體壁的組織學(xué)結(jié)構(gòu)

注: a. 示疣足內(nèi)斜肌與體壁斜肌、環(huán)肌的關(guān)系, 黑框內(nèi)示三者連續(xù)性, 無(wú)斷裂; b. 示體壁上皮細(xì)胞內(nèi)含有的嗜堿性顆粒(具體作用尚不清楚), 占據(jù)上皮層的大部分, 而將上皮細(xì)胞擠到周?chē)? LM: 縱肌(longitudinal muscle), CM: 環(huán)肌(circular muscle); c. 黑框內(nèi)示典型的體壁上皮結(jié)構(gòu)——柱狀上皮細(xì)胞, 細(xì)胞核中上位, 在靠近肌肉層和角質(zhì)層分布有大量的小黑色素顆粒, 箭頭示杯狀細(xì)胞(分泌細(xì)胞); d. 黑框內(nèi)示體壁上皮層中的特殊結(jié)構(gòu)物質(zhì)(與神經(jīng)索結(jié)構(gòu)類(lèi)似, 細(xì)胞核梭型), 箭頭示角質(zhì)層

圖2 雙齒圍沙蠶疣足的組織學(xué)結(jié)構(gòu)

注: a. 示非繁殖態(tài)疣足組織學(xué)結(jié)構(gòu), ①—③為腹葉, ④—⑥為背葉, 箭頭所指為足刺; b. 示疣足剛毛囊及內(nèi)剛毛結(jié)構(gòu), 典型的圓環(huán)連接的管狀; c. 示疣足內(nèi)毛細(xì)血管, 可見(jiàn)縱肌的存在; d. 示疣足內(nèi)斜肌, 為足刺肌

圖3 雙齒圍沙蠶的內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)

注: 箭頭: 薄角質(zhì)層; 橢圓: 內(nèi)為背血管; VBL: 腹血管; 黑框: 內(nèi)為腹神經(jīng)索; 五角星: 為斜肌所在的位置; LM: 縱肌肉

雙齒圍沙蠶的腹血管最為發(fā)達(dá)(圖3, 圖4a), 由于血細(xì)胞較少且流動(dòng)性差, 幾乎不含有呼吸色素(即無(wú)血紅蛋白), 很難觀察到血細(xì)胞, 偶爾集中出現(xiàn)于腹血管內(nèi)(圖4e), 因此組織學(xué)表現(xiàn)多為均一性的淡紅色(源于血管內(nèi)游離的血紅蛋白)(圖3, 圖4a, 4b)。在腹血管與腹神經(jīng)索間有系膜連接(圖4b), 同時(shí)神經(jīng)索的外圍由一薄層的縱行肌肉組織包裹(圖4c)。循環(huán)(血管)系統(tǒng)還包括腹神經(jīng)索下血管(圖4c, 4f)、肌肉組織間的毛細(xì)血管網(wǎng)(圖4d)、圍繞腎臟組織的毛細(xì)血管網(wǎng)(圖4i)、疣足內(nèi)毛細(xì)血管網(wǎng)(圖4j)。在腎臟附近不僅具有環(huán)狀血管網(wǎng), 腎間組織內(nèi)亦含有大量的血細(xì)胞(圖4g, 4h), 染色后主要表現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)紅色, 細(xì)胞核藍(lán)色(圓形, 中位) (圖4h)。消化道的毛細(xì)血管網(wǎng)最為發(fā)達(dá), 位于肌肉層與小腸上皮之間(圖6f)。

2.2.2 肌肉組織學(xué) 雙齒圍沙蠶大部分肌肉組織分布在體壁的肌肉層, 最外側(cè)為環(huán)肌、較薄, 位于表皮層下方(圖5a), 收縮時(shí)導(dǎo)致身體變長(zhǎng)。向內(nèi)為背腹縱肌(圖3), 縱肌共分四部分, 沿著背中線(xiàn)和腹中線(xiàn), 分別為背、腹左右縱肌。其中背縱肌較發(fā)達(dá), 背、腹縱肌之間分布有大量斜肌, 斜肌延伸至疣足內(nèi), 可統(tǒng)一協(xié)調(diào)蟲(chóng)體及疣足運(yùn)動(dòng)。消化道外層亦分布有肌肉層, 尤其是食道附近肌肉層含有發(fā)達(dá)的縱肌(內(nèi)為環(huán)肌)(圖5d), 這可大大增加食道的蠕動(dòng)能力, 有助于食物向腸道推進(jìn)。

2.2.3 消化道組織學(xué) 雙齒圍沙蠶的消化道包括口、咽、食道、小腸與肛門(mén), 消化腺僅僅具有食道腺, 圖6為其消化道組織學(xué)特征。雙齒圍沙蠶吻部的顎齒多為圓錐狀(圖6a), 利于快速殺死大型獵物。由于平時(shí)不攝食狀態(tài)下, 吻部及內(nèi)卷顎齒藏在咽部, 口、咽亦可看成是一個(gè)復(fù)合體。咽部上皮細(xì)胞較薄、無(wú)褶皺而環(huán)肌組織發(fā)達(dá), 強(qiáng)大的肌肉組織利于攝食的食物快速沿消化道向腸道推進(jìn); 食道前段消化腔處開(kāi)始出現(xiàn)腸道褶皺(圖6b), 縱行肌肉仍發(fā)達(dá), 而環(huán)肌較薄; 至食道后段消化腔處, 環(huán)肌逐漸加厚, 而縱肌逐漸變薄。食道縱肌、環(huán)肌的變化以及褶皺的出現(xiàn)體現(xiàn)了其磨碎、消化、吸收的多功能性和由消化逐步轉(zhuǎn)為吸收的過(guò)渡性。在小腸前段消化腔處, 環(huán)肌發(fā)達(dá), 而縱肌幾乎消失, 除了腸道褶皺逐漸豐富外, 大量的腸道杯狀細(xì)胞(分泌細(xì)胞)開(kāi)始出現(xiàn)(圖6d), 說(shuō)明腸道是以消化吸收為主要功能; 近尾部前段消化腔處, 褶皺變平緩, 肌肉層逐漸消失(圖6e), 但消化道內(nèi)微血管開(kāi)始豐富(圖6f)。雙齒圍沙蠶的食道腺在靠近食道的位置(圖6g), 在組織學(xué)構(gòu)成上與小腸結(jié)構(gòu)類(lèi)似(圖6h)。功能上推斷, 可能類(lèi)似于魚(yú)類(lèi)的幽門(mén)盲囊, 用于擴(kuò)大消化吸收面積。

3 討論

3.1 固定方法探討

不同的固定液對(duì)于切片后期的染色效果會(huì)有一定的影響, 在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中, 如大鼠(趙玉瓊等, 2014)、小鼠的特定器官——角膜(高洪彬等, 2017)等都會(huì)有不同固定液的對(duì)比試驗(yàn)。而水產(chǎn)動(dòng)物中, 不同固定液對(duì)比組織學(xué)報(bào)道很少, 學(xué)者們一般僅使用一種固定液, 如Bouin’s液, 尤其是用于早期發(fā)育過(guò)程的連續(xù)切片觀察, 例如條斑星鰈()(肖志忠等, 2008)。在早期雙齒圍沙蠶的組織學(xué)觀察中, 宋貞坪等(2010)同樣是使用的Bouin’s固定液。

注: a. 展示沙蠶腹部中線(xiàn)處, 腹神經(jīng)索和腹血管的位置關(guān)系, 左上角方框示斜肌、環(huán)肌和縱肌的關(guān)系(放大圖為4d), 右下角方框內(nèi)為腹神經(jīng)索, 箭頭示腎臟組織; b. 展示腹血管的均一性質(zhì), 以及與腹神經(jīng)索的系膜聯(lián)系; c. 示腹神經(jīng)索的細(xì)微結(jié)構(gòu), 典型的三個(gè); d. 圖4a左上角方框的放大圖, 可見(jiàn)環(huán)、縱肌間的微血管; e. 腹血管內(nèi)偶爾存在的無(wú)色具核的血細(xì)胞, 細(xì)胞核深染為藍(lán)色; f. 腎臟組織間的豐富的微血管; g. 腎臟與腹血管距離較近; h. 腎臟組織內(nèi)的血細(xì)胞, 形態(tài)多以圓形為主; i. 近疣足處腎臟組織內(nèi)的微血管, 可見(jiàn)大量深染藍(lán)色的細(xì)胞; j. 疣足腹葉(無(wú)剛毛分布)的微血管

圖5 雙齒圍沙蠶的肌肉組織

注: a. 展示沙蠶背體壁的縱肌, 體壁的多層上皮以及外部的角質(zhì)層; b. 展示斜肌的微細(xì)結(jié)構(gòu), 可見(jiàn)長(zhǎng)橢圓型的細(xì)胞核; c. 展示沙蠶背體壁的縱肌的微細(xì)結(jié)構(gòu), 細(xì)胞核較斜肌的短圓; d. 展示消化道的肌肉層, 詳見(jiàn)圖6

本研究過(guò)程中沙蠶的固定采用了兩種傳統(tǒng)的方式, 即10%甲醛溶液和Bouin’s液。在后期切片和染色過(guò)程中, 發(fā)現(xiàn)Bouin’s液固定的樣品容易過(guò)染, 因此本文所用的照片均為10%甲醛溶液固定樣品, 這與某些魚(yú)類(lèi)組織學(xué)觀察中Bouin’s液的效果要好于10%甲醛溶液結(jié)果相反?？赡艿脑蚴? 相對(duì)魚(yú)類(lèi)而言, 沙蠶結(jié)締組織和肌肉組織較少, Bouin’s液中的醋酸具有較強(qiáng)的穿透性, 導(dǎo)致最終過(guò)染現(xiàn)象。

國(guó)內(nèi)很多學(xué)者偏好使用體積分?jǐn)?shù)為30%的酒精對(duì)雙齒圍沙蠶、疣吻沙蠶()等進(jìn)行麻醉處理(宋貞坪等, 2010; 楊威等, 2012; 馬定昌等, 2014)。本研究在使用30%酒精進(jìn)行麻醉時(shí)發(fā)現(xiàn), 沙蠶出現(xiàn)明顯的不適應(yīng)性, 劇烈扭動(dòng), 導(dǎo)致身體呈現(xiàn)S型, 影響后期的切片觀察, 因此本研究并未進(jìn)行前期麻醉處理, 而是直接快速投入固定液中, 并在10 min內(nèi), 沙蠶已死亡后更換一次固定液, 此方法更有利于后期組織切片操作。

國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道, 7.5%氯化鎂可以作為無(wú)脊椎動(dòng)物常用的麻醉劑應(yīng)用于多毛類(lèi)、刺細(xì)胞動(dòng)物(cnidarians)、苔蘚蟲(chóng)類(lèi)(bryozoans)以及其他水生軟體動(dòng)物上。本研究使用不同濃度氯化鎂進(jìn)行雙齒圍沙蠶的麻醉實(shí)驗(yàn), 結(jié)果顯示30%氯化鎂(MgCl2·6H2O)的麻醉效果最好, 2 min內(nèi)所有沙蠶個(gè)體均深度麻醉, 加海水15 min內(nèi)沙蠶全部復(fù)蘇(待發(fā)表數(shù)據(jù))。故, 在開(kāi)展沙蠶等生物活體形態(tài)學(xué)觀察研究中可采用此類(lèi)麻醉方法。

3.2 循環(huán)系統(tǒng)

沙蠶的循環(huán)系統(tǒng)十分發(fā)達(dá), 但是缺乏源于中胚層的內(nèi)皮細(xì)胞, 不具有真正意義上的血管, 因此, 從組織學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看, 雙齒圍沙蠶仍然屬于開(kāi)放式循環(huán)系統(tǒng)(Reiber, 2009)。血漿內(nèi)含有大量游離的血紅蛋白(hemoglobin)(Weber, 1977), 故其組織學(xué)結(jié)構(gòu)顯示淡淡的紅色(圖4b, 4d), 同時(shí)也是其在自然環(huán)境中能夠耐受低氧的原因之一(Mangum, 1992; Lamont, 2000)。孫瑞平等(2006)在書(shū)中也提到沙蠶血漿內(nèi)存在無(wú)色具核的血細(xì)胞, 與本文觀察的結(jié)果一致(圖4e)。本文觀察發(fā)現(xiàn), 雙齒圍沙蠶同時(shí)還具有含血紅蛋白的血細(xì)胞(表現(xiàn)為紅色細(xì)胞質(zhì)), 且該血細(xì)胞大部分游離于循環(huán)系統(tǒng), 主要存在于體腔內(nèi), 亦可分布在腎臟、神經(jīng)索等組織中或附近(圖4h, 圖7b)。

注: a. 為咽部組織學(xué), 上皮細(xì)胞較薄、無(wú)褶皺而環(huán)肌組織發(fā)達(dá)(黑線(xiàn)部分), 箭頭示咽喉齒; b. 示食道前段處消化腔, 開(kāi)始出現(xiàn)腸道褶皺(增加吸收面積), 縱行肌肉發(fā)達(dá), 而環(huán)肌較薄; c. 示食道后段處消化腔, 環(huán)肌逐漸加厚, 而縱肌逐漸變薄; d. 示小腸前段處消化腔, 環(huán)肌發(fā)達(dá), 而縱肌幾乎消失, 除了腸道褶皺逐漸豐富外, 大量的腸道杯狀細(xì)胞(分泌細(xì)胞)開(kāi)始出現(xiàn), 核基底位; e. 近尾部前段處消化腔, 褶皺變平緩, 肌肉層逐漸消失; f. 近尾部后段處消化腔, 褶皺無(wú)規(guī)則, 肌肉層逐漸消失而消化道內(nèi)微血管開(kāi)始豐富; g. 示消化腺與食道的位置關(guān)系, 黑框內(nèi)為食道腺; h. 示食道腺的細(xì)微結(jié)構(gòu), 薄層肌肉組織, 核基底位, 內(nèi)褶皺豐富

圖7 雙齒圍沙蠶特殊組織學(xué)結(jié)構(gòu)

注: a. 箭頭示腸道上皮中發(fā)現(xiàn)的類(lèi)血細(xì)胞(含有小顆粒物質(zhì)); b. 示神經(jīng)索內(nèi)特殊細(xì)胞類(lèi)型及外部游離的血細(xì)胞; c. 示疣足腹葉內(nèi)特殊結(jié)構(gòu)及嗜堿性顆粒物; d. 示疣足背葉內(nèi)特殊結(jié)構(gòu)及嗜堿性顆粒物

沙蠶類(lèi)作為潮間帶重要的物種, 對(duì)于食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)的上行傳遞(bottom-up)具有重要的作用, 其循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)化出了幾種適應(yīng)性機(jī)制, 包括為加強(qiáng)體節(jié)內(nèi)部的對(duì)流輸送形成發(fā)達(dá)復(fù)雜的疣足血管循環(huán)系統(tǒng)(圖8)。沙蠶類(lèi)生物的血液循環(huán)主要是在背血管和腹血管之間進(jìn)行, 背血管中血液流動(dòng)方向是由尾部向頭部, 腹血管的血液流動(dòng)方向則相反, 二者形成閉合回路。此外, 沙蠶類(lèi)生物每個(gè)體節(jié)都擁有獨(dú)立的血液循環(huán)網(wǎng), 血液從腹血管流向體側(cè)的疣足血管網(wǎng), 經(jīng)疣足腹葉到疣足背葉, 最終回到背血管(Reiber, 2009)。體節(jié)獨(dú)立的血液循環(huán)網(wǎng), 為沙蠶類(lèi)生物斷裂存活提供了充足的可能性(Lindsay, 2007; Bakalenko, 2017)。

圖8 雙齒圍沙蠶背腹血管

注: a. 腹部血管網(wǎng); b. 背部血管網(wǎng)

3.3 肌肉系統(tǒng)

沙蠶類(lèi)肌肉分為環(huán)、縱和斜三種類(lèi)型。本文研究發(fā)現(xiàn), 雙齒圍齒沙蠶的環(huán)肌層并非完整的環(huán)繞體節(jié)肌肉層, 在背腹中線(xiàn)兩側(cè), 背腹縱肌與上皮層緊密連接處缺乏環(huán)肌肉(圖3), 這一特征與疣吻沙蠶類(lèi)似(馬定昌等, 2014)。非完整的環(huán)肌層現(xiàn)象在大型底棲生物、小型底棲生物中十分常見(jiàn), 例如Aphroditidae、Nephtyidae、Nerillidae、Opheliidae、Spionidae、Oweniidae、Chrysopetalidae等(Tzetlin, 2005)。環(huán)肌對(duì)穴居動(dòng)物十分重要, 但對(duì)已經(jīng)進(jìn)化出疣足或纖毛的穴居動(dòng)物而言, 這些特定運(yùn)動(dòng)器官分擔(dān)了環(huán)肌的部分運(yùn)動(dòng)功能, 所以會(huì)出現(xiàn)非完整的環(huán)肌層現(xiàn)象。有學(xué)者推斷這與多毛類(lèi)長(zhǎng)期進(jìn)化的生態(tài)位相關(guān)(Kraan, 2013), 多毛類(lèi)生物為弱勢(shì)物種, 被攝食的風(fēng)險(xiǎn)性極高, 非完整的環(huán)肌層更有利于其體節(jié)的斷裂與逃生(Bely, 2006; Brockes, 2008)。

此外, 環(huán)肌、斜肌在與疣足肌肉連接處, 并無(wú)任何斷裂(圖2a)。因此, 很多學(xué)者認(rèn)為環(huán)肌與斜肌實(shí)際上為一種類(lèi)型, 應(yīng)該統(tǒng)稱(chēng)為支撐肌(bracing muscle)。支撐肌亦可視為疣足肌肉組織復(fù)合體(parapodial muscle complex)的一部分, 保證了沙蠶蟲(chóng)體與疣足肌肉組織之間的連續(xù)性, 使得沙蠶運(yùn)動(dòng)功能更加協(xié)調(diào)。不同物種之間的疣足肌肉組織復(fù)合體數(shù)量和大小差異很大, 可作為物種鑒定的依據(jù)之一。有趣的是, 疣足肌肉組織復(fù)合體數(shù)量并不與機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力成正比, 研究發(fā)現(xiàn)的疣足肌肉組織復(fù)合體數(shù)量是sp.的兩倍, 但前者的運(yùn)動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者(Mettam, 1967, 1971)。

3.4 消化系統(tǒng)

雙齒圍沙蠶的消化系統(tǒng)貫穿整個(gè)身體, 與其并行的還包括有背腹血管以及腹神經(jīng)索。其消化道特點(diǎn)主要體現(xiàn)在肌肉組織結(jié)構(gòu)、上皮層細(xì)胞數(shù)量和形態(tài)的變化、尾部血管的密集程度等方面。食道與腸道無(wú)明顯的分界線(xiàn), 前半部分(即食道)主要作為食物的通道, 具有較厚的肌肉層, 以機(jī)械消化為主; 后半部分(腸道)褶皺和杯狀細(xì)胞豐富, 主要以消化和吸收為主; 腸道最后段具有大量豐富的腸道血管, 是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換場(chǎng)所。由此可見(jiàn), 沙蠶的消化系統(tǒng)由頭部向尾部肌肉組織逐漸減少, 微血管逐漸豐富, 前腸厚且多褶皺, 利于碾磨食物, 后腸薄且富含腺體, 這些特征均與機(jī)體從攝食、消化向吸收過(guò)渡相適應(yīng)。

解剖發(fā)現(xiàn), 雙齒圍沙蠶食道靠近尾部有一對(duì)食道腺, 外部形態(tài)上可觀察到明顯的褶皺。從組織學(xué)(H.E)的角度來(lái)看, 食道腺上皮的組織學(xué)結(jié)構(gòu)與食道上皮類(lèi)似(圖6h), 其是否具有分泌消化酶的腺細(xì)胞, 還需要特殊的染色方法來(lái)確定?？梢源_定的是, 食道腺的出現(xiàn)首先增加了吸收面積, 其作用與其他環(huán)節(jié)動(dòng)物(蚯蚓)的盲道(typhlosole)以及高等生物魚(yú)類(lèi)的幽門(mén)盲囊(Patil, 2019)相似。此外, 在腸道上皮中發(fā)現(xiàn)含有小顆粒物質(zhì)的細(xì)胞(圖7a), 形態(tài)與血細(xì)胞相似。Rodrigo等(2015)研究發(fā)現(xiàn)一種環(huán)節(jié)動(dòng)物()腸道上皮主要由消化細(xì)胞和排泄細(xì)胞形成, 前者在消化過(guò)程中會(huì)發(fā)生顯著變化, 起初會(huì)分泌黏液物質(zhì), 隨后分泌合成酶。而本研究所發(fā)現(xiàn)的含有小顆粒物質(zhì)的細(xì)胞是否具有酶活作用, 仍需要進(jìn)一步證明。

4 結(jié)論

本研究采用組織學(xué)觀察手段, 較系統(tǒng)完善地展現(xiàn)了雙齒圍沙蠶主要器官和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。首次以組織切片的形式展示了其剛毛的中空短管狀形態(tài)。圍繞雙齒圍沙蠶的組織學(xué)特點(diǎn)與生理功能進(jìn)化機(jī)制展開(kāi)分析討論, 發(fā)現(xiàn)并提出了沙蠶類(lèi)的血液循環(huán)系統(tǒng)組織特征與體節(jié)易斷裂及再生的進(jìn)化機(jī)制、肌肉組織與運(yùn)動(dòng)功能、消化系統(tǒng)形態(tài)及其功能之間相適應(yīng)的有力證據(jù)。為更加系統(tǒng)掌握多毛類(lèi)生物學(xué)特征提供了基礎(chǔ)資料, 同時(shí)為其人工繁育、指示環(huán)境污染物情況提供一定的科學(xué)依據(jù)。

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HISTOLOGICAL OBSERVATION ON PHYSIOLOGIC FUNCTION OF

SONG Jing-Jing, LIU Tian-Hong, LIU Hong-Jun, CHI Wen-Dan, LIU Kai-Kai, YU Dao-De

(Key Laboratory of Disease Control for Aquaculture in Shandong Province, Marine Aquaculture Technology Engineering Research Center in Shandong Province, Marine Science Research Institute of Shandong Province, Qingdao 266104, China)

The main organs ofwas observed in histology using dissection under light microscope. For the first time, the fine structure of chaeta, the histological characteristics of main organs, and the spatial arrangement in the abdomen cavity were studied. By histological staining, abundant capillaries in each pair of parapodia with several setae were revealed. The circulatory system is well-developed, containing a dorsal vessel, ventral vessel, and circular vessel, which is consistent with its evolutionary mechanism. Three types of muscle tissue (ring muscle, longitudinal muscle and oblique muscle) were classified and they cooperated with each other to realize the movement among wart feet, various body segments, and the entire body. The histological characteristics of digestive tract from front to back show the changes of muscle tissue and intestinal folds, indicating its evolutionary adaption in structure and function. The results of this study laid a foundation for more detail and systematic understanding of the biological characteristics of., and provided a certain scientific basis for its artificial breeding and for environmental pollution monitoring.

; histological characteristics; chatea; parapodium; ventral vessel

* 山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蝦蟹類(lèi)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目, 創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)SDAIT-13-1號(hào); 山東省2018年度農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(南非斑節(jié)對(duì)蝦綠色健康養(yǎng)殖模式研究與示范); 煙臺(tái)市科技計(jì)劃項(xiàng)目, 2018SFBF084號(hào)。宋靜靜, 博士, E-mail: songjjiocas@163.com

于道德, 博士, E-mail: wensentte@163.com

2020-07-31,

2020-11-11

Q174

10.11693/hyhz20200700223