爪鯢端腦胚后發(fā)育的組織學(xué)研究

王　維，王歡歡，鄧昕旸，梁傳成，2，王麗文，2*

(1.沈陽師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，中國 沈陽　110034；2.遼寧省高校生物系統(tǒng)進化與農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗室，中國 沈陽　110034)

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爪鯢端腦胚后發(fā)育的組織學(xué)研究

王維1，王歡歡1，鄧昕旸1，梁傳成1，2，王麗文1，2*

(1.沈陽師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，中國 沈陽110034；2.遼寧省高校生物系統(tǒng)進化與農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗室，中國 沈陽110034)

為探討爪鯢端腦胚后發(fā)育的特征，及其在系統(tǒng)進化中的地位，采用脊椎動物神經(jīng)標(biāo)本制作技術(shù)和HE染色方法，對爪鯢胚后6個年齡組端腦的形態(tài)學(xué)與組織學(xué)進行研究.發(fā)現(xiàn)爪鯢端腦由嗅球和大腦半球組成，從幼體Ⅰ齡開始，爪鯢已具備了和成體端腦相似的結(jié)構(gòu).隨發(fā)育的進行，爪鯢的端腦長和整個腦長都是逐漸增加的，端腦占整個腦的比例逐步加大.爪鯢的原始大腦皮質(zhì)不發(fā)達，與原始海馬和原始梨狀區(qū)之間的界限不明顯；原始海馬是爪鯢大腦半球中最發(fā)達的結(jié)構(gòu)，發(fā)育至Ⅱ齡時，出現(xiàn)內(nèi)側(cè)界溝將其與隔區(qū)分開；外側(cè)界溝在Ⅰ齡時就將原始梨狀區(qū)和紋狀體分開，但發(fā)育至Ⅲ齡時，外側(cè)界溝變得不明顯，紋狀體突增大.而東北小鯢沒有明顯的外側(cè)界溝，這表明爪鯢的大腦半球雖然比較原始，但高于同類的東北小鯢.但與其他兩棲動物相比，爪鯢的端腦結(jié)構(gòu)還較為原始，在兩棲類中屬于較低等的類群.

爪鯢；端腦；胚后發(fā)育；組織學(xué)

爪鯢(Onychodactylusfischeri)隸屬于兩棲綱，有尾目，小鯢科，爪鯢屬[1].由于爪鯢成體肺完全退化消失，指、趾具角質(zhì)的爪，尾部形態(tài)更接近于爬行動物蜥蜴，因此爪鯢在進化地位上具有一定的特殊性.其分布范圍狹窄，數(shù)量有限，先后被世界自然資源保護聯(lián)盟紅皮書、前蘇聯(lián)紅皮書、中國瀕危動物紅皮書列為重點保護的瀕危物種[2].有關(guān)爪鯢神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和發(fā)育的研究，僅限于對亞成體和成體爪鯢端腦組織學(xué)的描述[3-4].本文對爪鯢端腦的形態(tài)學(xué)與組織學(xué)的胚后發(fā)育進行了較為系統(tǒng)的研究，以期探討爪鯢大腦半球發(fā)育的特征及進化地位，豐富有尾兩棲動物發(fā)育的資料.對于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的研究有助于我們更好地掌握爪鯢發(fā)育的特點，對拓寬爪鯢的生存環(huán)境、更好地對其進行保護有重要意義.

神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是生物個體發(fā)育中的重要組成部分，而端腦作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的組成部分，它的發(fā)育程度在一定程度上表明了物種的進化程度[5].目前對端腦的形態(tài)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞分化、基因表達和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特定功能等的研究都取得了豐富成果[6-9].研究者應(yīng)用HE和Nissl染色法、Golgi-Ⅱ eHHeke 浸銀法，對有尾兩棲類的大鯢[10]、北方山溪鯢[11]和東北小鯢[12-13]的端腦進行了組織學(xué)研究，認(rèn)為有尾兩棲類最發(fā)達的部位是原始海馬，原始大腦皮層很不發(fā)達，只在背側(cè)有少數(shù)的幾層細(xì)胞，且難以與原始梨狀區(qū)相區(qū)分，而爬行類的原始大腦皮質(zhì)已經(jīng)分化出3個明顯的區(qū)域[14-15].但同魚類端腦表皮相比，兩棲類端腦表皮更為發(fā)達，非洲肺魚的端腦則與兩棲類動物相類似[16-18].

1　材料與方法

1.1實驗材料

實驗用處于3個不同發(fā)育階段共6個年齡組的爪鯢49只[19]，均在不同的季節(jié)采自遼寧省鞍山市岫巖縣三家子鎮(zhèn)華山村.于實驗室飼養(yǎng)在6～10 ℃的恒低溫雙層養(yǎng)殖箱中[20].

1.2實驗方法

常規(guī)方法解剖分離爪鯢完整的腦，常規(guī)石蠟切片，HE染色，用Olympus CX21光學(xué)顯微鏡觀察， Moticam1300數(shù)碼顯微圖象系統(tǒng)拍照，Illustrator軟件對端腦區(qū)域進行重構(gòu)并繪圖.區(qū)域的命名參照Hoffman和張育輝的研究[9-10].用測微尺測量各年齡組爪鯢原始大腦皮層、原始海馬和原始梨狀區(qū)神經(jīng)元分布區(qū)域的厚度.

實驗結(jié)果用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，繪制柱形圖.數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(X±SD)表示.P<0.05即認(rèn)為差異極顯著.

2　結(jié)果

爪鯢從幼體Ⅰ齡開始，已具備了和成體端腦相似的結(jié)構(gòu).隨發(fā)育的進行，爪鯢的端腦長和整個腦長均是逐漸增加，端腦占整個腦的比例逐步加大.

2.1嗅球

Ⅰ齡和Ⅱ齡爪鯢嗅球的細(xì)胞分層現(xiàn)象不明顯，Ⅲ～Ⅵ齡，嗅球細(xì)胞的分層逐步清晰，但各層細(xì)胞并無明確的界限.整體上看，嗅球腹外側(cè)部細(xì)胞分布稀疏，向內(nèi)逐漸緊密(圖1).

2.2大腦半球

爪鯢的大腦半球由原始大腦皮層、原始海馬、隔區(qū)、原始梨狀區(qū)、紋狀體等區(qū)域以及側(cè)腦室和存在于側(cè)腦室內(nèi)的脈絡(luò)叢等構(gòu)成.爪鯢不同的發(fā)育階段，大腦半球的各區(qū)域都有著不同的變化.

原始大腦皮層位于側(cè)腦室的背側(cè)部，其神經(jīng)細(xì)胞在Ⅰ～Ⅲ齡爪鯢大腦半球內(nèi)分布比較均勻，幾乎占據(jù)側(cè)腦室背側(cè)的整個區(qū)域.Ⅳ～Ⅵ齡爪鯢的原始大腦皮層細(xì)胞聚集于側(cè)腦室背側(cè)相對狹窄的區(qū)域，上層細(xì)胞相對分散(圖1，彩圖見封三).就其細(xì)胞分布區(qū)域的厚度而言，隨著發(fā)育的進行其皮層厚度增加，Ⅳ齡和Ⅴ齡的皮層厚度雖然較Ⅲ齡減小，但仍高于Ⅰ齡和Ⅱ齡，Ⅵ齡皮層厚度最高約197 μm(圖2).

圖1　爪鯢胚后發(fā)育各階段大腦半球橫切(HE染色)(o,嗅球;pal,原始大腦皮層;ph,原始海馬;pr,原始梨狀區(qū); se,隔區(qū);sp,紋狀體;mls,內(nèi)側(cè)界溝;lls,外側(cè)界溝)Fig.1　Transverse sections through the cerebral hemisphere of Onychodactylus fischeri in each age groups after embryo (HE-staining)( o, olfactory bulb; pal, primordial pallium; ph, primordial hippocampus; pr, primordial piriform; se, septum; sp, striatal complex; mls, medial limit sulcus; lls, lateral limit sulcus)

圖2　爪鯢胚后發(fā)育各階段端腦各細(xì)胞分布區(qū)域厚度變化比較(a, b, c, d表示差異顯著)Fig.2　Comparison of cell distributing thickness changes of telencephalon of Onychodactylus fischeri in each age groups after embryo(a, b, c, d show significant difference)

原始海馬位于側(cè)腦室內(nèi)側(cè)壁的上部，背側(cè)與原始大腦皮層相連.隔區(qū)則位于原始海馬的下方.Ⅰ～Ⅵ齡爪鯢端腦的前端，原始海馬與隔區(qū)無明顯的分界(圖1)，隨著側(cè)腦室加寬加長,側(cè)腦室內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)側(cè)界溝將原始海馬和隔區(qū)分割開來.Ⅰ齡爪鯢的內(nèi)側(cè)界溝不甚明顯(圖1)，從Ⅱ齡開始，在大腦半球的中段，側(cè)腦室出現(xiàn)明顯的內(nèi)側(cè)界溝(圖1).從Ⅲ齡開始，內(nèi)側(cè)界溝逐漸移向中下部.在大腦半球的尾端，兩腦室將要連通的部位，內(nèi)側(cè)界溝消失.原始海馬的細(xì)胞分布區(qū)域厚度在各個年齡組的變化趨勢與大腦皮層大致相似(圖2).

原始梨狀區(qū)位于側(cè)腦室的外側(cè)，其細(xì)胞分布區(qū)域厚度，Ⅲ齡大于Ⅰ齡和Ⅱ齡，Ⅳ齡和Ⅴ齡又減小，Ⅵ齡略增加，但仍不及Ⅲ齡(圖2).紋狀體是位于原始梨狀區(qū)下方和側(cè)腦室底部比較大的核團.Ⅰ齡和Ⅱ齡爪鯢的大腦半球上可見有外側(cè)界溝將原始梨狀區(qū)和紋狀體分開(圖1)，在Ⅲ～Ⅵ齡，外側(cè)界溝不明顯，由紋狀體突區(qū)分二者.幼體的紋狀體突大于成體，Ⅱ齡爪鯢的紋狀體突較為明顯(圖1)，細(xì)胞厚度明顯大于梨狀區(qū).

3　討論

3.1嗅球

嗅球是低等動物感知外界環(huán)境的重要器官之一.爪鯢的嗅球與大腦半球并無明顯分界，沒有發(fā)現(xiàn)副嗅球.而一些無尾兩棲類的嗅球與大腦半球界限清晰，且存在副嗅球[21].這說明爪鯢的端腦在進化上較無尾兩棲類原始，沒有分化出獨立的嗅覺中樞[3].從系統(tǒng)進化的關(guān)系來看，魚類較兩棲類原始，但在魚類的端腦中，嗅球以嗅莖和大腦半球相連，有獨立的嗅覺器官[22]，由此來看爪鯢的嗅覺器官甚至比魚類原始.

3.2大腦半球

同大鯢、山溪鯢、東北小鯢以及無尾兩棲類的原始大腦皮質(zhì)相似[10-13]，爪鯢的原始大腦皮質(zhì)并不發(fā)達，與原始海馬和原始梨狀區(qū)之間的界限并不明顯，細(xì)胞層較薄.而爬行類鱷魚的大腦皮質(zhì)已屬于新皮層[23-24]，皮層較厚，可細(xì)分為外網(wǎng)狀層、細(xì)胞層和內(nèi)網(wǎng)狀層.草原沙蜥和敏麻蜥的皮質(zhì)區(qū)更為發(fā)達[25]，分為內(nèi)皮層、背皮層和側(cè)皮層三部分.由此可見爪鯢的皮質(zhì)區(qū)仍處于較為原始的階段.

爪鯢大腦半球中最發(fā)達的結(jié)構(gòu)是原始海馬，與山溪鯢[11]和東北小鯢[12-13]相似.原始海馬區(qū)屬于原腦皮，從大腦半球前端側(cè)腦室位置出現(xiàn)，到第三腦室處逐漸消失.無尾兩棲類的原始海馬可以區(qū)分為兩個細(xì)胞群，背側(cè)群和背內(nèi)側(cè)群，分別包含不同類型的細(xì)胞.爪鯢的原始海馬細(xì)胞很難區(qū)分為兩部分，這也說明了爪鯢端腦的原始性.

原始海馬和隔區(qū)及原始梨狀區(qū)和紋狀體的分界分別為內(nèi)側(cè)界溝和外側(cè)界溝.無尾兩棲類的兩界溝清晰可見，隔區(qū)分為內(nèi)側(cè)隔核和外側(cè)隔核兩個核團[24].爪鯢的兩個界溝不及無尾類清晰，隔區(qū)也沒有再分成兩個核團.而東北小鯢沒有明顯的外側(cè)界溝，這表明爪鯢的大腦半球雖然比較原始，但就隔區(qū)與紋狀體的分界上高于同類的東北小鯢.

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(編輯WJ)

Histology Research on Postembryonic Development of Telencephalon in SalamanderOnychodactylusFischeri

WANG Wei1, WANG Huan-huan1, DENG Xin-yang1, LIANG Chuan-cheng1,2, WANG Li-wen1,2*

(1.College of Chemistry and Life Science, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China;2.Key Laboratory of Biological Evolution and Agricultural Ecology,Liaoning Provincial Department of Education, Shenyang 110034, China)

Objective: The characteristics of postembryonic development of the telencephalon in the salamanderOnychodactylusfischeriand its status in the evolution was discussed. Methods: The morphological and histological investigation on telencephalon ofOnychodactylusfischeriat six age groups were conducted using the vertebrate neural specimen making technology and HE-staining. Results: The telencephalon ofOnychodactylusfischericonsists of an olfactory bulb and cerebral hemisphere, from the GroupⅠ. It has a similar structure with the adult. With the development of the telencephalon, the whole length of brain and the length of telencephalon are gradually increased, and the proportion of the length of telencephalon in the whole length of brain increases gradually as well. The primordial cerebral cortex of theOnychodactylusfischeriis not developed, and the boundaries with primordial hippocampus and primordial piriform regions are not visible. The primordial hippocampus is the most developed structure in the cerebral hemisphere of theOnychodactylusfischerito the development of Group Ⅱ, and the medial limit sulcus appeared and separated it from the septal area. In the Group I, the primordial piriform region and striatum were separated by the lateral limit sulcus, but for the development to the Group Ⅲ, the lateral limit sulcus was not obvious as striatal complex projections were increased. While the Hynobius leechii does not have a clear lateral limit sulcus, which indicates that although the telencephalon of theOnychodactylusfischeriis relatively primitive, but higher than similar Hynobius leechii. When compared with other amphibians, the telencephalon structure of theOnychodactylusfischeriis relatively primitive, suggesting that theOnychodactylusfischeriin amphibians belongs to lower taxa.

salamander; telencephalon; postembryonic development; histology

10.7612/j.issn.1000-2537.2016.03.004

2015-11-29基金項目：遼寧省教育廳資助項目(2011196)*通訊作者,E-mail：wangliwen1956@163.com

Q959.5

A

1000-2537(2016)03-0018-04