精原細(xì)胞發(fā)育過程中精細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)演變的透射電鏡觀察

精原細(xì)胞發(fā)育過程中精細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)演變的透射電鏡觀察

動物精子的出現(xiàn)是生物學(xué)的一個重要問題之一。動物精子的形態(tài)和結(jié)構(gòu)可以作為分類的基礎(chǔ)之一。同時,海洋動物精子的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化和鞭毛運(yùn)動性的變異可以作為監(jiān)測海洋環(huán)境污染的指標(biāo)。軟體動物雙殼類精子超微結(jié)構(gòu)及精子發(fā)生,國外已有較多的研究,國內(nèi)近年來也做了一些工作。西施舌(Coelomactraantiquata)俗稱“海蚌”,其足部肌肉發(fā)達(dá),滋味鮮美,為海產(chǎn)中之珍品。有關(guān)西施舌生活史和性腺周期等已有報(bào)道,但其精子發(fā)生過程和精子的超微結(jié)構(gòu)研究,迄今國內(nèi)外未見報(bào)道。本文應(yīng)用透射電鏡研究其精子發(fā)生和成熟精子的超微結(jié)構(gòu),為更好地進(jìn)行人工育苗提供理論依據(jù)。1lhp-型超導(dǎo)體切片西施舌于2000年5月-6月其繁殖季節(jié)購自福州市和平市場。將活體西施舌迅速解剖取出精巢組織,用3%戊二醛-1.5%多聚甲醛液于4℃固定幾天,充分漂洗后,再用1%鋨酸-1.5%亞鐵氰化鉀液固定1.5h,漂洗;鈾塊染,乙醇-丙酮梯度脫水,環(huán)氧樹脂618包埋。LKB-Ⅴ型超薄切片機(jī)切片,切片用醋酸鈾檸檬酸鉛雙重染色;日立Hu-12A透射電鏡觀察與攝影。2生殖鞣胞的排列西施舌的精巢屬濾泡型,精子的發(fā)生不同步,可見從生殖上皮向管腔中央排列著從精原細(xì)胞到成熟精子的不同發(fā)育階段的各級生殖細(xì)胞(圖版Ⅰ-1)。2.1高爾基體核型這類細(xì)胞數(shù)目較少,位于濾泡壁四周的基底膜上。早期的胞體呈長條狀,長徑約為6.5μm,緊貼基底膜,短徑約為2.5μm。細(xì)胞核大,其形狀與胞體一致,大小約為4.5μm×1.8μm,核膜清晰,核周腔明顯。異染色質(zhì)少,凝集成小塊狀附在核內(nèi)膜及不均勻分散在核質(zhì)中。細(xì)胞質(zhì)較少,電子密度較低。線粒體較少,散布于細(xì)胞的兩端,嵴稀短,基質(zhì)電子密度低。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)較小,呈囊泡或小管狀,但未見高爾基體等細(xì)胞器(圖版Ⅰ-2)。早期精原細(xì)胞經(jīng)一次有絲分裂,細(xì)胞形狀變?yōu)榻品叫?仍與基底膜結(jié)合,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稍增大變長,異染色質(zhì)形態(tài)與早期精原細(xì)胞一樣(圖版Ⅰ-3)。2.2異染色質(zhì)核近圓形核精原細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長成為初級精母細(xì)胞。胞體近方形,大小為2.5~3.5μm×4~5μm。核近橢圓形,核內(nèi)異染色質(zhì)增多,呈塊狀分布。胞質(zhì)電子密度增高,較多較小的線粒體分布在細(xì)胞核四周,線粒體嵴稍增長增多(圖版Ⅰ-4)。2.3基性型精母細(xì)胞由初級精母細(xì)胞經(jīng)第一次成熟分裂形成,這時期常見核分裂為二,而胞質(zhì)未分開的現(xiàn)象,形成雙核細(xì)胞(圖版Ⅰ-5)。細(xì)胞呈橢圓形,大小約為3μm×5μm。核也呈橢圓形,大小約為2.5μm×3μm,呈塊狀的異染色質(zhì)比初級精母細(xì)胞稍大些,且部分連在一起。胞質(zhì)電子致密度較高。線粒體逐漸移至細(xì)胞的一端,并相互融合,數(shù)目開始減少(圖版Ⅰ-6)。高爾基體發(fā)育較好,呈數(shù)層扁平囊狀或環(huán)狀,其附近或周圍分泌有一些嗜鋨的大小約0.08μm×0.1μm的高爾基液泡。這些較高電子密度顆粒狀液泡將成為前頂體顆粒并有相互融合的趨勢(圖版Ⅰ-7)。2.4電子致密度的發(fā)育由次級精母細(xì)胞經(jīng)第二次成熟分裂產(chǎn)生,體積小,根據(jù)發(fā)育過程中形態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化,可分為6個時期。精細(xì)胞Ⅰ期:胞體呈長橢圓形,大小約為3.2μm×2μm。核形與胞體一致,大小為2.8μm×1.8μm,異染色質(zhì)濃縮呈較大的塊狀。線粒體逐漸融合,數(shù)目減少,體積增大。前頂體顆粒繼續(xù)融合發(fā)育形成囊狀的前頂體囊,內(nèi)含電子密度中等的均勻絮狀物。前頂體囊與線粒體共同分布于細(xì)胞的一端(圖版Ⅰ-8)。精細(xì)胞Ⅱ期:胞體呈圓形或橢圓形,大小約為2.8μm×2.5μm。核呈扁圓形,長約1.2μm、寬約1.8μm,位于細(xì)胞的中央。核內(nèi)細(xì)顆粒狀的染色質(zhì)濃縮呈粗塊,并大部分連成片,電子致密度明顯增大。細(xì)胞質(zhì)含量較多,電子密度較低。線粒體逐漸移至核的后端,相互融合,最終剩下4個大的線粒體形成中段。線粒體呈圓形或橢圓形,嵴較長且密集。同時中心體也往核后端移至線粒體之間。兩個中心粒相互垂直排列,一個橫切面為橢圓形,另一個為短棒狀,并發(fā)出尾鞭(圖版Ⅱ-1)。前頂體囊不斷增大,逐漸遷移至核的前端,呈橢圓形,寬約1μm、長約0.7μm(圖版Ⅱ-2)。精細(xì)胞Ⅲ期:細(xì)胞形狀大小與Ⅱ期相似。核變得較圓,長約1.2μm、寬約1.4μm。異染色質(zhì)進(jìn)一步濃縮,呈粗顆粒狀。前頂體囊臨核面中央先內(nèi)凹,形成淺錐狀的亞頂體腔,內(nèi)含密度較低的均勻物質(zhì)。然后,前頂體囊的內(nèi)含物開始逐漸沉積于前頂體囊基部的四周,呈現(xiàn)為高密度的均質(zhì)物,其它區(qū)域仍含有一些密度較低的未沉積內(nèi)含物(圖版Ⅱ-3)。這樣前頂體形成。精細(xì)胞Ⅳ期:由于細(xì)胞質(zhì)大量減少,細(xì)胞體積顯著減小,長約2.5μm、寬約1.5μm。核形態(tài)大小與Ⅲ期相似,呈圓形,長約1.3μm、寬約1.5μm。但粗顆粒狀異染色質(zhì)完全連為一體,且較均勻,因此密度下降。含少量細(xì)胞質(zhì)。前頂體和亞頂體腔不斷向前伸展,由囊狀變?yōu)閳A錐狀,前頂體的內(nèi)含物幾乎完全沉積于前頂體基部的四周(圖版Ⅱ-4)。精細(xì)胞Ⅴ期:與Ⅳ期相比,主要變化是細(xì)胞延長,形態(tài)與精子相似,長約3.1μm、寬約1.3μm。核延長呈橢圓形,長約1.6μm,寬約1.3μm。粗顆粒狀的染色質(zhì)均勻分布于核中,電子密度有所提高,核前溝明顯。仍有少量的細(xì)胞質(zhì)。線粒體增大,前頂體繼續(xù)發(fā)育(圖版Ⅱ-5)。精細(xì)胞Ⅵ期:形態(tài)大小與精子基本一致,長約3.0μm、寬約1.1μm。核進(jìn)一步縮小,長約1.4μm,寬約1.1μm。核內(nèi)粗顆粒狀染色質(zhì)不斷濃縮,電子致密度顯著增高,逐漸向高電子密度均質(zhì)化轉(zhuǎn)變,但有一些核泡。前頂體和亞頂體腔進(jìn)一步向前延伸,形成頂體(圖版Ⅱ-6)。精細(xì)胞丟棄多余的細(xì)胞質(zhì)而演變?yōu)槌墒斓木印?.5頂體及其他亞頂體西施舌精子為鞭毛型精子,全長約45μm,由頭部、中段和尾部三部分構(gòu)成(圖版Ⅱ-7)。頭部長約2.2μm,包括頂體與細(xì)胞核兩部分。頂體位于頭部最前端,結(jié)構(gòu)獨(dú)特,呈圓錐狀,長約1μm,最寬處約0.6μm(圖版Ⅱ-8)。頂體內(nèi)含物的分布不均勻,集中位于頂體基部周圍,呈燈罩狀,長度約為0.3μm。頂體物質(zhì)由均勻的高密度物質(zhì)組成,其致密度與細(xì)胞核的一樣。頂體的其它空間無頂體物質(zhì),但往往含有一些小囊泡。頂體外包一層連續(xù)的單層膜,按所在位置的不同,可分為頂體外膜與頂體內(nèi)膜。頂體外膜以薄層胞質(zhì)與質(zhì)膜相間隔,胞質(zhì)內(nèi)也含有小囊泡,頂體內(nèi)膜毗鄰亞頂體腔。亞頂體腔呈尖錐狀,位于頂體基部正中,長約0.6μm,內(nèi)含均勻的電子密度較低的亞頂體物質(zhì)。從過頂體基部的橫切面清晰可見(圖版Ⅱ-9),頂體最外包被一層質(zhì)膜,高密度的頂體物質(zhì)呈一環(huán),其外被頂體外膜;中央為密度較低的亞頂體物質(zhì),其外被頂體內(nèi)膜;兩者間為頂體的空腔。細(xì)胞核近橢圓形,長1.2μm~1.3μm,寬約1μm。顆粒狀染色質(zhì)高度凝聚使核成一致密物,可見一些電子透明的核泡。在亞頂體腔處核稍許凹陷,形成一淺的V字形核前窩。中段較短,長約0.8μm,最大寬度為1.1μm,包括線粒體環(huán)和中心粒復(fù)合體。中心粒復(fù)合體含有互相垂直的近、遠(yuǎn)端兩個中心粒,橫切面顯示為“9+0”結(jié)構(gòu)。線粒體環(huán)由4個橢圓形的線粒體圍繞在中心粒周圍構(gòu)成(圖版Ⅱ-10)。線粒體徑長約為0.8μm×0.6μm,嵴發(fā)達(dá),清晰可見,但整個線粒體的電子密度較低。尾部細(xì)長,長約42μm,由軸絲和質(zhì)膜組成。軸絲由遠(yuǎn)端中心粒發(fā)出,為典型的“9+2”型結(jié)構(gòu),由中央的兩個單根微管和周圍的9個成對微管組成。3頂體的形態(tài)及發(fā)育分期動物精子的形態(tài)主要與其受精方式相關(guān),在軟體動物中根據(jù)受精方式的不同大體分原生型和修飾型精子兩大類。雙殼類軟體動物的精子大部分屬原生型精子。西施舌的精子具典型的原生型結(jié)構(gòu),由頭部、中段和尾部三部分組成。雙殼類精子形態(tài)的差異主要表現(xiàn)在頭部的外形構(gòu)造上,例如青蛤的精子頭部呈稍彎的圓柱狀;櫛孔扇貝和波紋巴非蛤呈錐形;合浦珠母貝精子頂體呈奶嘴狀,核近圓桶狀;中國淡水蟶精子頂體呈⊥形,核近圓形。西施舌精子頂體呈圓錐狀,核近橢圓形,中段較短,與頭部緊密結(jié)合。這與齊秋貞等在光鏡下描述頂體為圓球狀有所不同。西施舌精子結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之處在于頂體物質(zhì)呈不均勻分布,集中位于頂體基部四周呈燈罩狀,其橫切面與縱切面顯示頗有特色。由于頂體含有很大的空腔,在濾泡腔中往往受到其它細(xì)胞的擠壓,形態(tài)有所改變。至于部分頂體空腔中的小囊泡有何功能,是正常結(jié)構(gòu)還是受污染引起的異?，F(xiàn)象,還需作進(jìn)一步的探討。西施舌精子頂體形成過程與貽貝、青蛤和波紋巴非蛤等相似,由高爾基體分泌的前頂體顆粒融合,體積增大形成前頂體囊,由前頂體囊逐漸發(fā)育形成頂體。但形成過程與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有些差異,西施舌前頂體囊內(nèi)的物質(zhì)為均勻、密度中等的絮狀物,前頂體囊臨核面先內(nèi)凹形成亞頂體腔,然后絮狀物逐漸沉積在前頂體囊基部四周,電子密度加大,形成前頂體。雙殼類軟體動物的頂體屬簡單頂體,一般頂體內(nèi)含物的電子密度均勻,沒有分化的結(jié)構(gòu)如櫛孔扇貝,或是前后端內(nèi)外區(qū)電子密度有所不同如合浦珠母貝、大珠母貝和青蛤。但西施舌精子的高密度頂體物質(zhì)呈不均勻分布,集中位于基部四周,象西施舌頂體物質(zhì)的不均勻分布在其它雙殼類中還未見報(bào)道,這種分布有何生物學(xué)意義還需作進(jìn)一步的研究。此外,在頂體與核之間有一尖錐形的腔隙,為亞頂體腔,內(nèi)含均勻的低電子密度的亞頂體物質(zhì)。Longo和Dornfeld通過對貽貝的研究認(rèn)為,亞頂體物質(zhì)是高爾基體分泌的產(chǎn)物。本文沒有觀察到由高爾基體分泌的亞頂體物質(zhì),亞頂體物質(zhì)的來源尚需進(jìn)一步研究。某些雙殼類亞頂體腔內(nèi)有稱為軸體或軸棒的復(fù)雜結(jié)構(gòu),但西施舌的亞頂體腔內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)軸體結(jié)構(gòu),內(nèi)含的亞頂體物質(zhì)可能會起到與軸體相同的作用。關(guān)于精細(xì)胞分化過程的分期問題,不同的學(xué)者根據(jù)所觀察的結(jié)果有各自的分期法。李太武等把貽貝精細(xì)胞分化分為5個時期,主要根據(jù)頂體的發(fā)育。曾志南和李復(fù)雪把青蛤的精細(xì)胞分為早、中、晚三期,主要依據(jù)頂體的演化,細(xì)胞核及染色質(zhì)的變化和線粒體的演化特點(diǎn)。本文依照曾志南等的分期根據(jù),在詳細(xì)觀察頂體形成的基礎(chǔ)上,把精細(xì)胞的分化劃分為6期。在西施舌精細(xì)胞分化過程中,線粒體的演變規(guī)律與其它雙殼類一致,但線粒體的