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

(山東省海洋科學研究院 山東省海水養(yǎng)殖病害防治重點實驗室 山東省海水健康養(yǎng)殖技術工程技術研究中心 青島 266104)

采用組織學方法, 較系統(tǒng)地觀察研究了雙齒圍沙蠶()主要器官的組織學特點。首次以組織學的形式表現(xiàn)出多毛類剛毛的細微結(jié)構(gòu)——中空的短管狀結(jié)構(gòu), 以及腹腔內(nèi)主要器官組織學特性、位置關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血管網(wǎng)并著生剛毛; 循環(huán)系統(tǒng)發(fā)達, 由背腹大血管、環(huán)體節(jié)血管網(wǎng)和毛細血管網(wǎng)共同構(gòu)成一個發(fā)達的循環(huán)系統(tǒng), 這與其體節(jié)斷裂存活、再生的進化機制相適應; 肌肉組織分為三種不同類型——環(huán)肌、縱肌和斜肌, 在三者協(xié)調(diào)配合下, 疣足、各體節(jié)及整個蟲體的運動功能得以完善; 消化道由前向后的組織學變化, 主要體現(xiàn)為肌肉類型的變化以及腸道褶皺的逐漸豐富, 顯示了形態(tài)與功能的高度適應性。本研究結(jié)果為更加系統(tǒng)掌握雙齒圍沙蠶的生物學特征奠定了基礎, 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依據(jù)。

雙齒圍沙蠶; 組織學特征; 剛毛; 疣足; 腹血管

雙齒圍沙蠶()隸屬于環(huán)節(jié)動物門(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), 分解有機物質(zhì), 釋放營養(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)。由于沙蠶不易遠距離遷徙, 酶活等生理指標較敏感, 可以很好地反映出其生活區(qū)域污染狀況, 故近年來沙蠶等多毛類經(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養(yǎng)成分, 在水產(chǎn)養(yǎng)殖和休閑漁業(yè)中被稱為萬能餌料。研究發(fā)現(xiàn), 沙蠶類是各種對蝦類親體、親魚馴養(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)對蝦()親蝦的絕對產(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()親魚培育和繁殖實驗中, 與紫貽貝()相比, 沙蠶不僅能夠有效地誘導歐鰨親魚成熟, 還具有很好的誘食作用, 可顯著提高親魚的攝食率(Cardinaletti, 2009)。

無論是選擇雙齒圍沙蠶作為環(huán)境健康評價指示種, 通過觀察其生理變化反應污染物情況, 還是進行人工繁育, 用于活體餌料, 這些研究均需建立在雙齒圍沙蠶生物學信息的基礎之上。作為西太平洋區(qū)域的特有種, 雙齒圍沙蠶的形態(tài)學與組織學研究主要集中在國內(nèi)。早在1983年, 范廣鉆等學者針對雙齒圍沙蠶雌性生殖腺發(fā)育開展了組織學觀察(范廣鉆等, 1983), 可惜沒有具體圖片參考; 1992年陳燦忠等介紹了雙齒圍沙蠶繁殖過程中的生態(tài)特征(陳燦忠等, 1992); 柳敏海等(2005)較為詳細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)針對雙齒圍沙蠶配子發(fā)生過程以及消化系統(tǒng)等主要器官進行了組織學研究; 何潤端等(2020)則進一步較為完整地闡述了雙齒圍沙蠶生活史過程及各時期發(fā)育特征。

本文在前人的研究基礎上, 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的結(jié)構(gòu)特點, 尤其是作為多毛類運動的主要附屬結(jié)構(gòu)——剛毛的組織學特征, 以及沙蠶類發(fā)達循環(huán)系統(tǒng)特點與斷裂、再生功能的適應性協(xié)同進化, 為沙蠶等多毛類的進一步研究提供結(jié)構(gòu)和功能偶聯(lián)的參考依據(jù)。同時探討了不同固定方法對組織學觀察的影響, 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養(yǎng)殖基地。采集后進行篩選, 去除斷裂、局部受傷等個體, 進行實驗室暫養(yǎng)。暫養(yǎng)容器為長方形玻璃缸(長×寬×高: 50 cm× 40 cm×30 cm), 缸底鋪細沙, 實驗用水為青島沙子口過濾海水, 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%乙醇長期保存, 以橫切為主進行常規(guī)石蠟切片(厚5—7 μm), H.E染色, 光學顯微鏡NikonYS-100觀察, 使用顯微鏡目微尺測量組織結(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

2.1.1 體色與體壁 雙齒圍沙蠶的體壁相對較薄, 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程中, 薄角質(zhì)層常脫落而無法顯示。角質(zhì)層向內(nèi)連接的表皮層為沙蠶體壁最為復雜的結(jié)構(gòu), 含有多種類型的細胞, 除柱形上皮細胞外(圖1c, 黑框所示), 還包括杯狀細胞(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色, 不具有細胞結(jié)構(gòu)。特殊組織結(jié)構(gòu)類似于雙齒圍沙蠶腹神經(jīng)索結(jié)構(gòu), 但是細胞核形態(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)具有毛原細胞(圖2b, 箭頭所示)。

疣足作為沙蠶運動和呼吸的器官, 富含血管和肌肉。疣足內(nèi)毛細血管發(fā)達(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)和運動的肌肉, 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、疣足和剛毛的運動(圖1a, 黑框所示)。

2.2 內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)組織學

雙齒圍沙蠶的內(nèi)部器官相對較少, 結(jié)構(gòu)簡單。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, 背部縱肌的含量遠遠大于腹部。雙齒圍沙蠶背部縱肌發(fā)達, 其體積為腹部縱肌的二倍以上, 強大的背部肌肉對于機體能夠起到很好的機械保護作用。此外, 背部縱肌在蠕動收縮過程中會對背部血管產(chǎn)生壓力, 這也是沙蠶循環(huán)系統(tǒng)動力的來源(Reiber, 2009)。相對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, 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, 處于體節(jié)最為安全的部位, 同時神經(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養(yǎng)物質(zhì)和氧氣等。

2.2.1 循環(huán)(血管)系統(tǒng)組織學 雙齒圍沙蠶等多毛類具有發(fā)達的開放式循環(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)達的毛細血管網(wǎng)絡。

圖1 雙齒圍沙蠶體壁的組織學結(jié)構(gòu)

注: a. 示疣足內(nèi)斜肌與體壁斜肌、環(huán)肌的關系, 黑框內(nèi)示三者連續(xù)性, 無斷裂; b. 示體壁上皮細胞內(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, 而將上皮細胞擠到周圍, 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)——柱狀上皮細胞, 細胞核中上位, 在靠近肌肉層和角質(zhì)層分布有大量的小黑色素顆粒, 箭頭示杯狀細胞(分泌細胞); 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)類似, 細胞核梭型), 箭頭示角質(zhì)層

圖2 雙齒圍沙蠶疣足的組織學結(jié)構(gòu)

注: a. 示非繁殖態(tài)疣足組織學結(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)毛細血管, 可見縱肌的存在; 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(圖3, 圖4a), 由于血細胞較少且流動性差, 幾乎不含有呼吸色素(即無血紅蛋白), 很難觀察到血細胞, 偶爾集中出現(xiàn)于腹血管內(nèi)(圖4e), 因此組織學表現(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)、肌肉組織間的毛細血管網(wǎng)(圖4d)、圍繞腎臟組織的毛細血管網(wǎng)(圖4i)、疣足內(nèi)毛細血管網(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)亦含有大量的血細胞(圖4g, 4h), 染色后主要表現(xiàn)細胞質(zhì)紅色, 細胞核藍色(圓形, 中位) (圖4h)。消化道的毛細血管網(wǎng)最為發(fā)達, 位于肌肉層與小腸上皮之間(圖6f)。

2.2.2 肌肉組織學 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), 收縮時導致身體變長。向內(nèi)為背腹縱肌(圖3), 縱肌共分四部分, 沿著背中線和腹中線, 分別為背、腹左右縱肌。其中背縱肌較發(fā)達, 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)蟲體及疣足運動。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)達的縱肌(內(nèi)為環(huán)肌)(圖5d), 這可大大增加食道的蠕動能力, 有助于食物向腸道推進。

2.2.3 消化道組織學 雙齒圍沙蠶的消化道包括口、咽、食道、小腸與肛門, 消化腺僅僅具有食道腺, 圖6為其消化道組織學特征。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、咽亦可看成是一個復合體。咽部上皮細胞較薄、無褶皺而環(huán)肌組織發(fā)達, 強大的肌肉組織利于攝食的食物快速沿消化道向腸道推進; 食道前段消化腔處開始出現(xiàn)腸道褶皺(圖6b), 縱行肌肉仍發(fā)達, 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)為吸收的過渡性。在小腸前段消化腔處, 環(huán)肌發(fā)達, 而縱肌幾乎消失, 除了腸道褶皺逐漸豐富外, 大量的腸道杯狀細胞(分泌細胞)開始出現(xiàn)(圖6d), 說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), 在組織學構(gòu)成上與小腸結(jié)構(gòu)類似(圖6h)。功能上推斷, 可能類似于魚類的幽門盲囊, 用于擴大消化吸收面積。

3 討論

3.1 固定方法探討

不同的固定液對于切片后期的染色效果會有一定的影響, 在實驗動物中, 如大鼠(趙玉瓊等, 2014)、小鼠的特定器官——角膜(高洪彬等, 2017)等都會有不同固定液的對比試驗。而水產(chǎn)動物中, 不同固定液對比組織學報道很少, 學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. 展示沙蠶腹部中線處, 腹神經(jīng)索和腹血管的位置關系, 左上角方框示斜肌、環(huán)肌和縱肌的關系(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)索的細微結(jié)構(gòu), 典型的三個; d. 圖4a左上角方框的放大圖, 可見環(huán)、縱肌間的微血管; e. 腹血管內(nèi)偶爾存在的無色具核的血細胞, 細胞核深染為藍色; 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, 可見大量深染藍色的細胞; j. 疣足腹葉(無剛毛分布)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. 展示斜肌的微細結(jié)構(gòu), 可見長橢圓型的細胞核; c. 展示沙蠶背體壁的縱肌的微細結(jié)構(gòu), 細胞核較斜肌的短圓; d. 展示消化道的肌肉層, 詳見圖6

本研究過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程中, 發(fā)現(xiàn)Bouin’s液固定的樣品容易過染, 因此本文所用的照片均為10%甲醛溶液固定樣品, 這與某些魚類組織學觀察中Bouin’s液的效果要好于10%甲醛溶液結(jié)果相反?？赡艿脑蚴? 相對魚類而言, 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的穿透性, 導致最終過染現(xiàn)象。

國內(nèi)很多學者偏好使用體積分數(shù)為30%的酒精對雙齒圍沙蠶、疣吻沙蠶()等進行麻醉處理(宋貞坪等, 2010; 楊威等, 2012; 馬定昌等, 2014)。本研究在使用30%酒精進行麻醉時發(fā)現(xiàn), 沙蠶出現(xiàn)明顯的不適應性, 劇烈扭動, 導致身體呈現(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。

國外文獻報道, 7.5%氯化鎂可以作為無脊椎動物常用的麻醉劑應用于多毛類、刺細胞動物(cnidarians)、苔蘚蟲類(bryozoans)以及其他水生軟體動物上。本研究使用不同濃度氯化鎂進行雙齒圍沙蠶的麻醉實驗, 結(jié)果顯示30%氯化鎂(MgCl2·6H2O)的麻醉效果最好, 2 min內(nèi)所有沙蠶個體均深度麻醉, 加海水15 min內(nèi)沙蠶全部復蘇(待發(fā)表數(shù)據(jù))。故, 在開展沙蠶等生物活體形態(tài)學觀察研究中可采用此類麻醉方法。

3.2 循環(huán)系統(tǒng)

沙蠶的循環(huán)系統(tǒng)十分發(fā)達, 但是缺乏源于中胚層的內(nèi)皮細胞, 不具有真正意義上的血管, 因此, 從組織學的觀點來看, 雙齒圍沙蠶仍然屬于開放式循環(huán)系統(tǒng)(Reiber, 2009)。血漿內(nèi)含有大量游離的血紅蛋白(hemoglobin)(Weber, 1977), 故其組織學結(jié)構(gòu)顯示淡淡的紅色(圖4b, 4d), 同時也是其在自然環(huán)境中能夠耐受低氧的原因之一(Mangum, 1992; Lamont, 2000)。孫瑞平等(2006)在書中也提到沙蠶血漿內(nèi)存在無色具核的血細胞, 與本文觀察的結(jié)果一致(圖4e)。本文觀察發(fā)現(xiàn), 雙齒圍沙蠶同時還具有含血紅蛋白的血細胞(表現(xiàn)為紅色細胞質(zhì)), 且該血細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, 上皮細胞較薄、無褶皺而環(huán)肌組織發(fā)達(黑線部分), 箭頭示咽喉齒; b. 示食道前段處消化腔, 開始出現(xiàn)腸道褶皺(增加吸收面積), 縱行肌肉發(fā)達, 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, 而縱肌幾乎消失, 除了腸道褶皺逐漸豐富外, 大量的腸道杯狀細胞(分泌細胞)開始出現(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, 褶皺無規(guī)則, 肌肉層逐漸消失而消化道內(nèi)微血管開始豐富; g. 示消化腺與食道的位置關系, 黑框內(nèi)為食道腺; h. 示食道腺的細微結(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結(jié)構(gòu)

注: a. 箭頭示腸道上皮中發(fā)現(xiàn)的類血細胞(含有小顆粒物質(zhì)); b. 示神經(jīng)索內(nèi)特殊細胞類型及外部游離的血細胞; 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

沙蠶類作為潮間帶重要的物種, 對于食物網(wǎng)營養(yǎng)的上行傳遞(bottom-up)具有重要的作用, 其循環(huán)系統(tǒng)進化出了幾種適應性機制, 包括為加強體節(jié)內(nèi)部的對流輸送形成發(fā)達復雜的疣足血管循環(huán)系統(tǒng)(圖8)。沙蠶類生物的血液循環(huán)主要是在背血管和腹血管之間進行, 背血管中血液流動方向是由尾部向頭部, 腹血管的血液流動方向則相反, 二者形成閉合回路。此外, 沙蠶類生物每個體節(jié)都擁有獨立的血液循環(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)獨立的血液循環(huán)網(wǎng), 為沙蠶類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)

沙蠶類肌肉分為環(huán)、縱和斜三種類型。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, 例如Aphroditidae、Nephtyidae、Nerillidae、Opheliidae、Spionidae、Oweniidae、Chrysopetalidae等(Tzetlin, 2005)。環(huán)肌對穴居動物十分重要, 但對已經(jīng)進化出疣足或纖毛的穴居動物而言, 這些特定運動器官分擔了環(huán)肌的部分運動功能, 所以會出現(xiàn)非完整的環(huán)肌層現(xiàn)象。有學者推斷這與多毛類長期進化的生態(tài)位相關(Kraan, 2013), 多毛類生物為弱勢物種, 被攝食的風險性極高, 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, 并無任何斷裂(圖2a)。因此, 很多學者認為環(huán)肌與斜肌實際上為一種類型, 應該統(tǒng)稱為支撐肌(bracing muscle)。支撐肌亦可視為疣足肌肉組織復合體(parapodial muscle complex)的一部分, 保證了沙蠶蟲體與疣足肌肉組織之間的連續(xù)性, 使得沙蠶運動功能更加協(xié)調(diào)。不同物種之間的疣足肌肉組織復合體數(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, 疣足肌肉組織復合體數(shù)量并不與機體運動能力成正比, 研究發(fā)現(xiàn)的疣足肌肉組織復合體數(shù)量是sp.的兩倍, 但前者的運動力遠遠低于后者(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。其消化道特點主要體現(xiàn)在肌肉組織結(jié)構(gòu)、上皮層細胞數(shù)量和形態(tài)的變化、尾部血管的密集程度等方面。食道與腸道無明顯的分界線, 前半部分(即食道)主要作為食物的通道, 具有較厚的肌肉層, 以機械消化為主; 后半部分(腸道)褶皺和杯狀細胞豐富, 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, 是營養(yǎng)物質(zhì)的交換場所。由此可見, 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, 這些特征均與機體從攝食、消化向吸收過渡相適應。

解剖發(fā)現(xiàn), 雙齒圍沙蠶食道靠近尾部有一對食道腺, 外部形態(tài)上可觀察到明顯的褶皺。從組織學(H.E)的角度來看, 食道腺上皮的組織學結(jié)構(gòu)與食道上皮類似(圖6h), 其是否具有分泌消化酶的腺細胞, 還需要特殊的染色方法來確定?？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)動物(蚯蚓)的盲道(typhlosole)以及高等生物魚類的幽門盲囊(Patil, 2019)相似。此外, 在腸道上皮中發(fā)現(xiàn)含有小顆粒物質(zhì)的細胞(圖7a), 形態(tài)與血細胞相似。Rodrigo等(2015)研究發(fā)現(xiàn)一種環(huán)節(jié)動物()腸道上皮主要由消化細胞和排泄細胞形成, 前者在消化過程中會發(fā)生顯著變化, 起初會分泌黏液物質(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)的細胞是否具有酶活作用, 仍需要進一步證明。

4 結(jié)論

本研究采用組織學觀察手段, 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。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特點與生理功能進化機制展開分析討論, 發(fā)現(xiàn)并提出了沙蠶類的血液循環(huán)系統(tǒng)組織特征與體節(jié)易斷裂及再生的進化機制、肌肉組織與運動功能、消化系統(tǒng)形態(tài)及其功能之間相適應的有力證據(jù)。為更加系統(tǒng)掌握多毛類生物學特征提供了基礎資料, 同時為其人工繁育、指示環(huán)境污染物情況提供一定的科學依據(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)技術體系蝦蟹類創(chuàng)新團隊項目, 創(chuàng)新團隊SDAIT-13-1號; 山東省2018年度農(nóng)業(yè)重大應用技術創(chuàng)新項目(南非斑節(jié)對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式研究與示范); 煙臺市科技計劃項目, 2018SFBF084號。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