不同殼色蝦夷扇貝外套膜形態(tài)學(xué)及顯微結(jié)構(gòu)的研究

趙樂，丁君，王俊杰，郝振林，常亞青

(大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116023)

蝦夷扇貝Patinopecten yessoensis原產(chǎn)于俄羅斯、日本和朝鮮等海域，為冷水性雙殼貝類，20世紀(jì)80年代初由日本引入中國(guó)，經(jīng)多年規(guī)?；B(yǎng)殖，現(xiàn)已成為中國(guó)北方沿海地區(qū)主要經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖貝類。普通蝦夷扇貝左殼呈褐色，右殼呈白色，且左殼較右殼稍小。大連海洋大學(xué)科研人員經(jīng)過長(zhǎng)期研究，選育出雙白殼蝦夷扇貝品系［1］(俗稱“象牙白”品系)，該品系蝦夷扇貝具有外形美觀、出柱率高、抗逆性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)［2-3］。

外套膜是雙殼貝類的重要組織器官，研究外套膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，對(duì)探討蝦夷扇貝不同殼色的形成機(jī)制具有重要意義。目前，關(guān)于雙殼貝類殼色形成機(jī)理的研究報(bào)道極少，僅見張安國(guó)等［4］推測(cè)，文蛤在生長(zhǎng)發(fā)育過程中，外套膜外表皮細(xì)胞中色素細(xì)胞分泌的色素顆粒會(huì)對(duì)貝殼表面花紋的形成產(chǎn)生影響，而對(duì)不同殼色蝦夷扇貝外套膜的組織學(xué)研究至今尚未見報(bào)道。本研究中，選取2齡普通右殼褐色蝦夷扇貝、“象牙白”品系蝦夷扇貝外套膜進(jìn)行形態(tài)學(xué)和組織學(xué)研究，首次從形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)水平描述不同殼色蝦夷扇貝外套膜的特性，通過對(duì)外套膜上皮細(xì)胞中色素顆粒的分布進(jìn)行分析，以期為研究蝦夷扇貝不同殼色的形成機(jī)理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用蝦夷扇貝取自大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育的普通褐色蝦夷扇貝和“象牙白”品系蝦夷扇貝2齡個(gè)體，殼高平均為4．82 cm，濕體質(zhì)量平均為 12．64 g。

1.2 方法

1．2．1 形態(tài)學(xué)觀察 隨機(jī)選取普通蝦夷扇貝和“象牙白”品系蝦夷扇貝各30枚，置于盛滿海水的透明水族缸中，觀察外套膜充分伸展?fàn)顟B(tài)下的形態(tài)特征，并對(duì)其活體進(jìn)行解剖，進(jìn)一步觀察外套膜的形態(tài)特征。

1．2．2 顯微結(jié)構(gòu)觀察 活體解剖樣品，分別取普通褐色蝦夷扇貝和“象牙白”品系蝦夷扇貝左、右殼外套膜具黑色條斑部位，以及無黑色條斑部位的組織塊，置于卡諾氏液中固定，用常規(guī)石蠟進(jìn)行包埋，切片、H．E染色后，對(duì)其進(jìn)行組織學(xué)觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 蝦夷扇貝外套膜的形態(tài)學(xué)特征

蝦夷扇貝外套膜是緊貼左右貝殼內(nèi)面的兩片薄膜，除靠近貝殼邊緣部位呈游離狀外，其余部位與貝殼緊密相連，與文蛤Meretrix meretrix、縊蟶Sinonovacula constricta、菲律賓蛤仔Ruditapes philippinarum等不同，蝦夷扇貝無完整的水管。

蝦夷扇貝外套膜主要由邊緣膜和中央膜組成，中央膜是一層緊貼貝殼內(nèi)面的透明薄膜，具有伸縮能力。邊緣膜為一層由肌肉和感覺器官組成的較厚且呈游離狀的膜，其上包含3種突起，分別為生殼突起、感覺突起和緣膜突起。生殼突起為一層白色、短小的觸手，位于邊緣膜最靠近貝殼一側(cè);感覺突起具發(fā)達(dá)的觸手，位于邊緣膜的中層，觸手之間夾有發(fā)達(dá)的外套眼;緣膜突起 (也稱帆狀物)靠近內(nèi)臟團(tuán)，部分緣膜突起呈黑色。通過比較發(fā)現(xiàn)，帆狀物呈黑色的部位所對(duì)應(yīng)的貝殼表面顏色較其余部位所對(duì)應(yīng)的貝殼表面顏色深，不同殼色蝦夷扇貝左殼帆狀物上的黑色條斑普遍多于右殼外套膜，90%以上普通蝦夷扇貝外套膜的帆狀物上均存在黑色條斑，而“象牙白”品系蝦夷扇貝外套膜的帆狀物上存在黑色條斑的個(gè)體較少 (圖1)。

2.2 蝦夷扇貝外套膜的顯微結(jié)構(gòu)特征

H．E染色結(jié)果顯示，兩種蝦夷扇貝外套膜組織學(xué)結(jié)構(gòu)相似，主要由內(nèi)外上皮層、肌纖維、結(jié)締組織和分泌細(xì)胞組成。蝦夷扇貝外套膜顯微結(jié)構(gòu)概覽如圖2-A、B所示。

2．2．1 邊緣膜 蝦夷扇貝外套膜的邊緣膜 (圖2-C)由靠近內(nèi)臟團(tuán)一側(cè)的內(nèi)表皮、靠近貝殼一側(cè)的外表皮、結(jié)締組織和肌纖維組成，在表皮細(xì)胞間夾有分泌腺細(xì)胞。

邊緣膜內(nèi)表皮由高5～13 μm的單層柱狀纖毛細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞緊密排列呈嵴狀突起，核呈圓形，位于細(xì)胞基部，上皮細(xì)胞之間分布有中性空泡狀分泌腺細(xì)胞。部分內(nèi)表皮上皮細(xì)胞的游離端可觀察到一排分泌小泡，脫離表皮細(xì)胞形成圓形或塊狀的分泌物 (圖2-D);部分內(nèi)表皮上皮細(xì)胞游離端呈明顯破損狀態(tài)，破損缺口周圍分布有少量細(xì)胞質(zhì)和分泌物 (圖2-E)，表明蝦夷扇貝邊緣膜內(nèi)表皮主要以局部分泌和頂漿分泌為主。

邊緣膜外表皮由高13～22 μm的單層柱狀細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞折疊隆起呈指狀突起物排列，核呈圓形，位于細(xì)胞基部，上皮細(xì)胞之間分布有大量中性空泡狀分泌腺細(xì)胞。部分外表皮上皮細(xì)胞排列整齊為未分泌區(qū)域;部分外表皮上皮細(xì)胞排列松散且不整齊為分泌區(qū)域，可觀察到細(xì)胞脫離上皮組織后留下的空隙 (圖2-F)，表明蝦夷扇貝邊緣膜外表皮主要以全漿分泌為主。

邊緣膜內(nèi)外表皮之間存在著豐富的結(jié)締組織填充于肌纖維之間，內(nèi)含較多的血腔隙、血細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)等。神經(jīng)節(jié)呈圓形或橢圓形，位于邊緣膜近緣膜突起處 (圖2-G)，個(gè)體較大，周圍分布有神經(jīng)細(xì)胞。外套膜邊緣膜上的肌纖維十分發(fā)達(dá)，特別是靠近內(nèi)表皮的部位含量最多，主要為排列不規(guī)則的平滑肌，越靠近中央膜，肌纖維越多，結(jié)締組織越少。

通過比較發(fā)現(xiàn)，不同殼色蝦夷扇貝外套膜的邊緣膜在組織學(xué)結(jié)構(gòu)上無明顯差別，僅在個(gè)別取自不同殼色蝦夷扇貝黑色條斑部位的外套膜組織塊切片中，觀察到內(nèi)表皮上有少量色素顆粒存在 (圖2-H)。

2．2．2 生殼突起 貼近貝殼的第一個(gè)呈葉片狀或指狀的突起為生殼突起，與感覺突起相隔的外溝處具有一團(tuán)不規(guī)則的細(xì)胞團(tuán) (圖2-I)。生殼突起外表皮 (近殼側(cè))由17～51 μm的單層柱狀細(xì)胞構(gòu)成，沿著生殼突起基部向頂端逐漸由矮柱狀細(xì)胞變?yōu)轫敹烁咧鶢罴?xì)胞。內(nèi)表皮 (近感覺突起側(cè))由18～23 μm的單層柱狀細(xì)胞排列成柵欄狀。大量中性分泌腺細(xì)胞分布在生殼突起表皮細(xì)胞中，內(nèi)外表皮下填充著豐富的疏松結(jié)締組織，肌纖維呈細(xì)絲狀分散在結(jié)締組織中且數(shù)量較少 (圖2-J)。

通過比較發(fā)現(xiàn)，不同殼色蝦夷扇貝的生殼突起在組織學(xué)結(jié)構(gòu)上無明顯差別，也無色素顆粒存在。

2．2．3 感覺突起 蝦夷扇貝的感覺突起十分發(fā)達(dá)，與緣膜突起之間以內(nèi)溝相隔。感覺突起通常由1個(gè)主突和3～6個(gè)次突組成。最靠近生殼突起一側(cè)，感覺突起上皮細(xì)胞的游離端具纖毛，為單層柱狀纖毛細(xì)胞呈柵欄狀排列，其余部位的感覺突起的上皮細(xì)胞均為單層柱狀細(xì)胞，緊密排列呈嵴狀突起，且上皮細(xì)胞間有嗜中性分泌腺細(xì)胞分布。感覺突起表皮下為結(jié)締組織，發(fā)達(dá)的神經(jīng)節(jié)呈長(zhǎng)條狀貫穿每一個(gè)次突分支中，周圍分布著神經(jīng)細(xì)胞體，肌纖維主要為縱肌和少量的環(huán)肌，掌管著感覺突起的伸縮(圖2-K)。外套眼有規(guī)律地分布在次突之間，且靠近緣膜突起側(cè)，眼基部以短柄與外套膜連接，主要由外角膜、色素細(xì)胞層、水晶體、血腔隙、網(wǎng)膜、色素層等組織構(gòu)成 (圖2-L)。

通過比較發(fā)現(xiàn):不同殼色蝦夷扇貝的感覺突起在組織學(xué)結(jié)構(gòu)上無明顯差別，取自不同殼色蝦夷扇貝無黑色條斑部位的外套膜組織切片中，除少數(shù)個(gè)體的感覺突起表皮細(xì)胞內(nèi)分布有少量色素顆粒外(圖2-M)，其余個(gè)體的感覺突起均無色素顆粒存在 (圖2-N);而取自不同殼色蝦夷扇貝具黑色條斑部位外套膜組織，感覺突起表皮細(xì)胞的頂端胞質(zhì)中分布有大量棕褐色色素顆粒(圖2-O、K)。

2．2．4 緣膜突起 蝦夷扇貝的緣膜突起十分發(fā)達(dá)，向外翻折形成帆狀物 (圖2-A)。緣膜突起的外表皮由10～18 μm的單層柱狀細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞折疊隆起呈嵴狀排列，內(nèi)表皮由5～12 μm的單層柱狀細(xì)胞排列成柵欄狀，未觀察到分泌腺細(xì)胞。緣膜突起基部的結(jié)締組織較為豐富，肌纖維含量較少，結(jié)締組織含量由緣膜突起的基部到頂端逐漸減少，肌纖維含量逐漸增多且結(jié)構(gòu)致密。

通過比較發(fā)現(xiàn):不同殼色蝦夷扇貝的緣膜突起在組織學(xué)結(jié)構(gòu)上無明顯差別，但取自具黑色條斑部位的外套膜，緣膜突起外表皮細(xì)胞的頂端胞質(zhì)中分布有大量棕褐色色素顆粒 (圖2-P)，個(gè)別內(nèi)表皮細(xì)胞中分布有色素顆粒 (圖2-Q);而取自無黑色條斑部位的外套膜，緣膜突起內(nèi)外表皮細(xì)胞均無色素顆粒分布 (圖2-R、S)。

2．2．5 中央膜 蝦夷扇貝的中央膜為緊貼貝殼的一層薄膜 (圖2-T)，厚度為48～135 μm，外表皮(靠近殼一側(cè))由9～15 μm的單層柱狀纖毛細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞緊密排列成柵欄狀，上皮細(xì)胞間分布有大量黏液細(xì)胞。內(nèi)表皮 (近內(nèi)臟團(tuán)一側(cè))由19～36 μm的單層柱狀纖毛細(xì)胞構(gòu)成，纖毛較長(zhǎng)，上皮細(xì)胞間分布有少量黏液細(xì)胞。中央膜內(nèi)外表皮之間含有疏松的結(jié)締組織，在結(jié)締組織中夾雜血細(xì)胞、血腔隙、極少的肌纖維和部分成束的神經(jīng)纖維。

3 討論

在自然界中，貝殼的顏色十分豐富，比較常見的有白色、黃色、紅色、紫色、黑色、橙色和藍(lán)色等。貝殼殼色所呈現(xiàn)出的多態(tài)性，一是受到遺傳基因的影響，例如貽貝［5］、福壽螺［6］、海灣扇貝［7］等存在殼色多態(tài)性的貝類都已證實(shí)殼色可以遺傳;二是殼色的多態(tài)性與環(huán)境的影響密切相關(guān)，如溫度、光照強(qiáng)度、鹽度、生存區(qū)域 (沙層或水層)、生存深度 (水深深度)、代謝水平、背景值、耗氧率，甚至餌料等都會(huì)在一定程度上影響殼色的形成。Sokolova等［8］認(rèn)為，俄羅斯白海海域鹽度的突變導(dǎo)致該地區(qū)貝殼殼色發(fā)生多態(tài)性變化;Gonzales等［9］認(rèn)為，貝殼殼色的變化受到生存環(huán)境背景值的影響;Ekendahl等［10-11］認(rèn)為，濱螺不同殼色的形成與光照、生存區(qū)域和深度相關(guān);Mitton［12］發(fā)現(xiàn)，殼色較深的貝類個(gè)體多分布于溫度較低的水域中，而殼色較淺的個(gè)體多分布于光照充足、溫度較高的水域中，深色殼色可以更多地吸收光照以用來維持自身溫度，并提供運(yùn)動(dòng)所需能量，相反，淺色的貝殼可以反射太陽光，避免體溫過熱導(dǎo)致死亡。據(jù)此推測(cè)，“象牙白”品系所具有的高抗逆性，特別是抗高溫的優(yōu)點(diǎn)，與其貝殼顏色有著直接的關(guān)系。

圖2 蝦夷扇貝外套膜顯微結(jié)構(gòu)Fig.2 Microstructure of mantle in yesso scallop Patinopecten yessoensis

雙殼類動(dòng)物的貝殼分為角質(zhì)層、棱柱層和珍珠層三層。最外側(cè)的角質(zhì)層由生殼突起分泌的一層富含賴氨酸殘基的膠蛋白質(zhì)構(gòu)成，這些硬化蛋白從生殼突起與感覺突起之間的不規(guī)則細(xì)胞團(tuán)開始，緊貼感覺突起外側(cè)走向該突起的頂部，然后包向生殼突起表面［13］，角質(zhì)層薄且透明，覆蓋于貝殼外表面，可防止外界環(huán)境對(duì)貝殼中碳酸鈣的腐蝕。對(duì)不同花色文蛤［4］外套膜的研究結(jié)果顯示，有花紋文蛤個(gè)體外套膜的生殼突起外表皮細(xì)胞質(zhì)中含有豐富的色素顆粒，無花紋文蛤個(gè)體外套膜的生殼突起外表皮細(xì)胞質(zhì)中色素顆粒含量較少且小。但與對(duì)不同花紋文蛤的研究結(jié)論不同，本研究中并未在不同殼色蝦夷扇貝的生殼突起中觀察到色素顆粒，推測(cè)蝦夷扇貝貝殼殼色的色素富集并未發(fā)生在生殼突起內(nèi)。貝殼最中間的一層棱柱層由邊緣膜外表皮分泌形成，珍珠層由中央膜外表皮分泌形成［14］，而本研究中不同殼色蝦夷扇貝外套膜的邊緣膜外表皮和中央膜表皮細(xì)胞中均未觀察到色素顆粒分布，僅個(gè)別具黑色條斑的外套膜內(nèi)表皮細(xì)胞中分布有少量色素顆粒，而內(nèi)表皮為靠近內(nèi)臟團(tuán)側(cè)，故推測(cè)蝦夷扇貝貝殼殼色的色素沉積與邊緣膜和中央膜沒有直接關(guān)系;不同殼色蝦夷扇貝在具黑色條斑外套膜和無黑色條斑外套膜之間存在明顯差異，具黑色條斑外套膜的感覺突起表皮細(xì)胞、緣膜突起外表皮細(xì)胞和個(gè)別緣膜突起內(nèi)表皮細(xì)胞中均分布有大量色素顆粒，僅極少數(shù)無黑色條斑外套的感覺突起分布有少量色素顆粒，同時(shí)通過形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，具黑色條斑外套膜所對(duì)應(yīng)的貝殼表面顏色較無黑色條斑對(duì)應(yīng)貝殼表面顏色深，推測(cè)蝦夷扇貝感覺突起和緣膜突起上色素顆粒的分泌和富集，在一定程度上影響扇貝表面色素沉積，從而影響貝殼表面顏色的形成。

本研究結(jié)果為貝殼顏色形成機(jī)制提供一定的線索，但僅僅通過組織學(xué)對(duì)蝦夷扇貝不同殼色形成機(jī)制進(jìn)行研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在以后的研究中，課題組將從轉(zhuǎn)錄組水平對(duì)蝦夷扇貝殼長(zhǎng)形成機(jī)制進(jìn)行深入探討。

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