李鳳超李延博呂 昭梅玉明高素偉邵 晨

(1. 河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 河北省動(dòng)物系統(tǒng)學(xué)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 保定 071002; 2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所, 青島 266003; 3. 西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710049)

研究簡(jiǎn)報(bào)

腹毛類纖毛蟲
——桿形戴維蟲的形態(tài)學(xué)和細(xì)胞發(fā)生

李鳳超1, 2李延博1呂 昭3梅玉明1高素偉1邵 晨3

(1. 河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 河北省動(dòng)物系統(tǒng)學(xué)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 保定 071002; 2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所, 青島 266003; 3. 西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710049)

腹毛類纖毛蟲廣泛見(jiàn)于海、淡水及土壤等各種生境中[1—5]。在生態(tài)系統(tǒng)中, 腹毛目纖毛蟲種類多、數(shù)量大、食性廣, 在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程中扮演重要的角色[6—8]。腹毛類纖毛蟲結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形態(tài)多樣, 分類鑒定困難, 而其細(xì)胞發(fā)生學(xué)研究, 不僅可為腹毛類纖毛蟲的分類學(xué)和系統(tǒng)學(xué)提供重要依據(jù), 同時(shí)也可為細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)等領(lǐng)域提供參考資料[9—12]。在土壤中纖毛蟲種類豐富, 據(jù)估計(jì)至少有 2000種[13]; 在已發(fā)現(xiàn)的約 1000種土壤纖毛蟲中, 1/4—1/3的種類為腹毛類[14]。

戴維蟲屬(Deviata)由Eigner于1995年建立[15], 隸屬于腹毛目, 目前其科級(jí)分類地位不明。本屬已見(jiàn)報(bào)道的有9種[15—23], 即收縮戴維蟲 Deviata abbrevescens、桿形戴維蟲D. bacilliformis、巴西戴維蟲D. brasiliensis、埃氏戴維蟲D. estevesi、四核戴維蟲D. quadrinucleata、 羅氏戴維蟲D. rositae、多毛戴維蟲D. polycirrata、旋口戴維蟲D. spirostoma和擬桿形戴維蟲D. parabacilliformis。桿形戴維蟲D. bacilliformis種群在以色列、非洲及阿根廷相繼被發(fā)現(xiàn)[17—19], 但其細(xì)胞發(fā)生過(guò)程尚未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。

在2012年11月自天津郊區(qū)濱保高速小韓莊服務(wù)區(qū)及其周邊的一次采樣中, 獲得了擬桿形戴維蟲 Deviata parabacilliformis和桿形戴維蟲Deviata bacilliformis兩個(gè)種, 并對(duì)擬桿形戴維蟲的形態(tài)發(fā)生以及兩個(gè)種的 18S rDNA進(jìn)行了研究。為積累和補(bǔ)充戴維蟲屬的形態(tài)發(fā)生學(xué)資料, 本文進(jìn)一步對(duì)桿形戴維蟲的細(xì)胞發(fā)生過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道。

1 材料與方法

土壤樣品采自天津市郊濱保高速(G2501)小韓莊服務(wù)區(qū)內(nèi)的草坪, 為沙質(zhì)土壤, 帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后, 采用“非浸沒(méi)培養(yǎng)皿法”培養(yǎng)蟲體, 加入大米粒以富集細(xì)菌, 于室溫下(約25 )℃建立了純培養(yǎng)。蟲體分離、培養(yǎng)、觀察、染色制片等參照宋微波等[24]; 相關(guān)分類術(shù)語(yǔ)參考Berger[16]。

2 結(jié)果

2.1 桿形戴維蟲的形態(tài)特征(圖版Ⅰ-1—6)

蟲體呈長(zhǎng)圓柱形, 前后兩端略尖, 活體大小約(70—160) μm× (20—55) μm, 平均體長(zhǎng) 135 μm, 體寬30 μm。體內(nèi)部充滿(1—3) μm的內(nèi)質(zhì)顆粒, 呈暗灰色(圖版Ⅰ-1—3)。剛分裂的個(gè)體體形較短(圖版Ⅰ-4)。伸縮泡位于蟲體中部偏左緣, 未見(jiàn)收集管。皮層無(wú)色, 不具皮層顆粒?？趨^(qū)約占體長(zhǎng)的 1/6—1/4, 口圍帶由 16—28片小膜組成。額棘毛3根, 口棘毛1根, 口側(cè)棘毛1根。額腹棘毛6列, 右緣棘毛3列, 左緣棘毛4列(其中最外側(cè)的兩列前端分別有兩根觸毛), 背觸毛 1列。無(wú)橫棘毛和尾棘毛(圖版Ⅰ-5、6)。大核2—4枚, 通常2枚, 小核2—6枚。體棘毛長(zhǎng)約(10—15) μm, 背觸毛長(zhǎng)約5 μm。額棘毛通常由9個(gè)毛基粒組成, 口棘毛和口側(cè)棘毛由9個(gè)毛基粒組成,緣棘毛、2列長(zhǎng)額腹棘毛通常由 2個(gè)基粒組成(其中每列的前1—3根棘毛由4個(gè)毛基粒組成)。運(yùn)動(dòng)方式為附底爬行, 偶爾旋游于水中, 并繞身體長(zhǎng)軸不斷翻轉(zhuǎn)。

2.2 細(xì)胞發(fā)生過(guò)程(圖版Ⅰ-7—13、圖版Ⅱ)

口器發(fā)生 桿形戴維蟲的口原基為獨(dú)立發(fā)生, 發(fā)生過(guò)程中沒(méi)有老結(jié)構(gòu)的參與。最初, 位于第V列額腹棘毛列和第 1列左緣棘毛列之間的裸毛斑增殖, 形成一些無(wú)序排列的毛基粒群(圖版Ⅰ-7, 圖版Ⅱ-14、15)。隨后毛基粒不斷增殖, 形成后仔蟲的口原基(圖版Ⅰ-8, 圖版Ⅱ-16、17)。隨著蟲體的進(jìn)一步發(fā)育, 該原基向后延伸、增大, 在右前端逐漸形成新的小膜, 逐漸出現(xiàn)條帶(圖版Ⅰ-8)。口原基繼續(xù)由前向后組裝成規(guī)整排列的小膜, 并最終形成后仔蟲的新口圍帶(圖版Ⅰ-9)。在整個(gè)過(guò)程中老口圍帶被完全保留, 成為前仔蟲的口圍帶。

腹面體棘毛的發(fā)生 第I—III列額腹棘毛原基: 在細(xì)胞分裂中期, 老口側(cè)膜(PM)前端反分化形成前仔蟲的第I列額腹棘毛原基, 口棘毛和口側(cè)棘毛反分化分別形成前仔蟲的第 II和第 III列額腹棘毛原基(圖版Ⅰ-9、圖版Ⅱ-19); 后仔蟲的第I—III列額腹棘毛原基均來(lái)源于口原基(圖版Ⅰ-9、圖版Ⅱ-19)。

第IV列額腹棘毛原基: 前仔蟲的第IV列原基來(lái)源于老結(jié)構(gòu)的第IV列額腹棘毛列; 而后仔蟲的第IV列原基則來(lái)源于老結(jié)構(gòu)的第V列額腹棘毛列(圖版Ⅰ-10)。

第V列額腹棘毛原基: 前仔蟲第V列原基來(lái)源不明(圖版Ⅰ-10、圖版Ⅱ-24), 推測(cè)來(lái)源于第VI列額腹棘毛列,后仔蟲的第V列原基為獨(dú)立發(fā)生(圖版Ⅰ-9, 圖版Ⅱ-19、22)。

第VI列額腹棘毛原基: 前后仔蟲的第VI列額腹棘毛原基起始于老結(jié)構(gòu)中部的一個(gè)棘毛反分化形成的原基(圖版Ⅰ-8、圖版Ⅱ-17), 這個(gè)原基向兩端延伸(圖版Ⅱ-18),在分化中期從中間斷開后, 形成前后仔蟲的第VI列額腹棘毛原基。

最終, 由第I列額腹棘毛原基形成新蟲體的最左側(cè)的額棘毛和波動(dòng)膜, 第 II列額腹棘毛原基形成的中間的額棘毛和口棘毛, 第III列額腹棘毛原基貢獻(xiàn)最右側(cè)的額棘毛和口側(cè)棘毛(圖版Ⅱ-21、23), 第IV—VI列額腹棘毛原基分別形成第IV-VI列額腹棘毛。

緣棘毛發(fā)生 緣棘毛原基均源自于老結(jié)構(gòu)。首先在左、右緣棘毛內(nèi)部出現(xiàn)后仔蟲的緣棘毛原基(圖版Ⅰ-9、圖版Ⅱ-19), 隨后出現(xiàn)前仔蟲的緣棘毛原基。隨著原基的發(fā)育, 將會(huì)向兩端延伸, 新生的緣棘毛列逐漸取代老結(jié)構(gòu)(圖版Ⅰ-12、圖版Ⅱ-25)。

背觸毛發(fā)生 形態(tài)發(fā)生中早期, 在背觸毛列的前后各 1/3 處出現(xiàn)了背觸毛原基(圖20)。隨著發(fā)生的進(jìn)行,原基中的毛基粒不斷增多, 并向兩極延伸。新生背觸毛列逐漸向細(xì)胞兩端延伸, 取代老結(jié)構(gòu)(圖版Ⅰ-11、13, 圖版Ⅱ-26)。

核器的發(fā)生 核器演化遵循一般過(guò)程。在中期階段, 大核融合為橢球形, 隨后伴隨前后仔蟲的相互分離而再次分裂(圖版Ⅰ-11、13, 圖版Ⅱ-27)。小核的發(fā)生過(guò)程不明。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)重組的個(gè)體, 在第VI列額腹棘毛原基的右側(cè)出現(xiàn)一列原基(圖版Ⅱ-28)

3 討論

3.1 桿形戴維蟲天津種群與其他種群的比較在已報(bào)道的桿形戴維蟲種群中, 以色列和阿根廷兩個(gè)種群描述最為詳細(xì), 故本文主要與上述兩個(gè)種群比較。與以色列和阿根廷種群相比, 本種群的纖毛圖式特征與之完全吻合, 各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的波動(dòng)范圍略有差異(表1)。以色列和阿根廷種群都具有收集管, 而本種群不具收集管, 這是與上述兩個(gè)種群的主要差異。同時(shí)本種群和阿根廷種群一樣, 最外緣的兩列右緣棘毛列前端各具兩根剛毛(圖6)。阿根廷種群大核總是2枚, 而天津種群和以色列種群大核2—4枚, 通常2枚。

3.2 與戴維蟲屬其他種發(fā)生特征的比較桿形戴維蟲的主要發(fā)生特征可歸納如下: 后仔蟲口原基來(lái)源于第V列額腹棘毛列和第1列左緣棘毛之間的裸毛斑, 口原基的發(fā)生過(guò)程中沒(méi)有棘毛的參與; 老口圍帶完全保留; 額腹棘毛為6列發(fā)生式, 老結(jié)構(gòu)的第VI列額腹棘毛列中的一個(gè)棘毛反分化成原基, 最終形成前后仔蟲的第VI列額腹棘毛原基; 背觸毛、緣棘毛原基產(chǎn)生于老結(jié)構(gòu)中; 大核在發(fā)生中期完全融合。在已報(bào)道的9種戴維蟲中, 6個(gè)種的個(gè)體發(fā)生過(guò)程已有報(bào)道, 即模式種收縮戴維蟲, 桿形戴維蟲阿根廷種群, 巴西戴維蟲, 多毛戴維蟲, 埃氏戴維蟲和擬桿形戴維蟲[15—23]。據(jù)Küppers & Claps報(bào)道[19], 桿形戴維蟲阿根廷種群的口原基來(lái)源于第V列額腹棘毛列和第1列左緣棘毛列之間的 1—3對(duì)裸毛斑, 在口原基發(fā)生的過(guò)程中, 沒(méi)有老結(jié)構(gòu)的參與, 這與本種群相一致。而收縮戴維蟲和巴西戴維蟲的口原基來(lái)源于老的第IV列額腹棘毛列。桿形戴維蟲與擬桿形戴維蟲的形態(tài)發(fā)生過(guò)程極為相似: 均為 6列原基發(fā)生式, 6列額腹棘毛原基的來(lái)源和貢獻(xiàn)基本相同, 后仔蟲口原基的形成均沒(méi)有老結(jié)構(gòu)的參與, 緣棘毛、背觸毛發(fā)生過(guò)程相同, 為常見(jiàn)的兩組發(fā)生式; 不同之處在于口原基的來(lái)源, 桿形戴維蟲為獨(dú)立發(fā)生, 而擬桿形戴維蟲的口原基來(lái)源于腹面中部的裸毛斑。

表1 不同桿形戴維蟲種群間重要形態(tài)特征的比較Tab. 1 Comparison of Tianjin population of Deviata bacilliformis with other two populations

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ON MORPHOLOGY AND MORPHOGENESIS OF A SOIL HYPOTRICHOUS CILIATE, DEVIATA BACILLIFORMIS (GELEI, 1954) EIGNER, 1995 (PROTOZOA, CILIOPHORA)

LI Feng-Chao1, 2, LI Yan-Bo1, Lü Zhao3, MEI Yu-Ming1, GAO Su-Wei1and SHAO Chen3
(1. The key Laboratory of Zoological Systematics and Application, College of Life Sciences, Hebei University, Baoding 071002, China; 2. Laboratory of Protozoology, Institute of Evolution & Marine Biodiversity, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 3. The Key Laboratory of Biomedical Information Engineering, Ministry of Education, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

腹毛類纖毛蟲; 纖毛圖式; 細(xì)胞發(fā)生; 原生動(dòng)物; 戴維蟲

Hypotrichous ciliate; Infraciliature; Morphogenesis; Protozoa; Deviata

圖版 Ⅰ 桿形戴維蟲的活體形態(tài)、纖毛圖式及發(fā)生過(guò)程PlateⅠ Morphology and morphogenesis of Deviata bacilliformis

圖版 Ⅱ 桿形戴維蟲發(fā)生時(shí)期蛋白銀染后的顯微照片PlateⅡ Micrographs of morphogenetic stages of Deviata bacilliformis after protargol impregnation

Q959.11

A

1000-3207(2015)06-1255-06

10.7541/2015.164

2014-08-28;

2014-12-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(31372148, 31172063); 河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行補(bǔ)助費(fèi)(14967611D); 河北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(2D2015038)資助

李鳳超 (1970—), 男, 河北樂(lè)亭人; 博士; 研究方向?yàn)樵鷦?dòng)物學(xué)。E-mail: lifengchao2000@sina.com

邵晨, E-mail: shaochen@mail.xjtu.edu.cn