花斑副沙鳅精子超微结构观察

2020年12月第35卷第12期
内江师范学院学报
J o u r n a l o fN e i j i a n g N o r m a lU n i v e r s i t y
D e c .2020
V o l .35N o .12
花斑副沙鳅精子超微结构观察
沙小宇, 陈红军, 刘 旭, 李 芹, 王永明*, 谢碧文
*
(内江师范学院生命科学学院, 四川 内江 641100
) 摘 要:用扫描电镜和透射电镜观察了花斑副沙鳅(P a r a b o t i a f a s c i a t a )精子的外部形态和超微结构,并对精子各部分长度进行测量.结果显示:花斑副沙鳅精子由头部㊁中片和尾部构成.精子全长(34.61ʃ0.48)μm ;头部呈圆球状,无顶体,长(1.38ʃ0.31)μm ,宽(1.21ʃ0.27)μm ;细胞核后端向前凹陷形成 U 形植入窝,凹陷深度为细胞核长径的1/3.中片中心粒复合体分为基体和近端中心粒,呈 L 形排列,袖套两端呈不对称分布,一侧较狭长,一侧较肥厚;鞭毛起始于基体,由轴丝及外面的质膜构成,轴丝为典型的 9+2 结构,起始端无侧鳍,但随着鞭毛的延长,质膜向外扩展形成对称分布的侧鳍.
关键词:花斑副沙鳅;精子;超微结构D O I :10.13603/j
.c n k i .51-1621/z .2020.12.011中图分类号:Q 248
文献标志码:A
文章编号:1671-1785(2020)12-0053-05
0 引言
精子的超微结构是繁育生物学重要的研究内容之一
[1]
.
对精子超微结构的详细研究不仅有助于鱼类受精机制㊁人工繁殖优化及精子低温保存技术的深入研究,而且可为鱼类分类㊁进化及种间系统关系
研究提供重要的信息[2-3
].
硬骨鱼种类繁多,其生殖特点不尽相同,精子结
构也略有差异,主要表现在线粒体数量㊁位置㊁形状,
鞭毛长度及结构等方面[4].
迄今为止,对鳅科鱼类精子超微结构的研究主要集中在泥鳅(M i s g
u r n u s a n -g u i l l i c a u d a t u s )[5]
㊁长薄鳅(L e p
t o b o t i a e l o n -g a t e )[6
]㊁大鳞副泥鳅(P a r a m i s g u r n u sd a r y
a n u s )[7]及宽体沙鳅(S i n i
b o t i a r e e v e s a e )
[8]
等中.花斑副沙鳅(P a r a b o t i a f
a s c i a t a )隶属于鲤形目(C y p r i n i f o r m e s )鳅科(C o
b i t i d a e )沙鳅亚科(B o t i i -n a e )副沙鳅属(P a r a b o t i a ),主要广泛分布于黑龙江至珠江各水系,在长江中上游亦有分布,为我国特有
物种,具有较高的经济价值和观赏价值[9-10].
近年来,由于环境污染㊁拦河筑坝及过度捕捞等因素,使花斑副沙鳅原有生境受到破坏,尤其是繁殖
环境遭到不同程度破坏,使得其野生数量锐减[11]
.
因此,开展花斑副沙鳅种质资源保护的相关研究意义重大.目前关于花斑副沙鳅的研究主要集中在年
龄与生长[11]㊁胚胎发育[12]㊁形态分类学[13]
㊁繁殖生态学[14]㊁肌肉营养[15
]等方面,但未见其精子结构的
研究.本研究以花斑副沙鳅为研究对象,观察了其精子的形态和超微结构,旨在了解该鱼精子的结构特点,积累其繁殖生物学研究资料,为其人工繁育及养
殖提供理论依据.
1 材料与方法
试验鱼为长江上游鱼类资源保护与利用四川省重点实验室人工养殖的健康㊁性成熟花斑副沙鳅雄鱼.由腹部向生殖孔方向轻压鱼体两侧挤出精液,收集精液于洁净离心管中,用2.5%戊二醛固定并于
4ħ保存过夜用于后续试验.
收稿日期:2020-04-29
基金项目:内江师范学院成果转化重大培育项目(17C Z 02);长江上游鱼类资源保护与利用四川省重点实验室开放课题项目(N J S Y K F -003);内江师范学院大学生创新创业计划项目(X 2019094
)*通信作者:王永明(1985 )
,男,山西太原人,副教授,硕士,研究方向:水产养殖
内江师范学院学报第35卷
1.1扫描电镜样品制备及观察
用0.1m o l/LP B S漂洗固定的精子样品三次,然后进行梯度乙醇脱水,叔丁醇置换,C O2临界点干燥,J E O LJ E C-3000F C喷镀,J S M6510L V型扫描电镜观察拍照,以观察精子的外部形态.
1.2透射电镜样品制备及观察
用0.1m o l/LP B S漂洗固定的精子样品三次,经1%锇酸固定,0.1m o l/LP B S漂洗三次后进行梯度乙醇脱水,环氧树脂650-聚合包埋,L K B-5型超薄切片机切片,醋酸双氧铀和柠檬酸铅双染, H-7500型透射电镜观察㊁拍照,观察精子的超微结构.
2结果
2.1扫描电镜观察
花斑副沙鳅精子由头部㊁中片和尾部三部分组成(图1).精子全长(34.61ʃ0.48)μm,头部圆球形或椭球形,长(1.38ʃ0.31)μm,宽(1.21ʃ0.27)μm,无顶体;中片较短,近似圆锥形,长(0.51ʃ0.09)μm;尾部为一条细长的鞭毛,长(31.69ʃ0.17)μm.
H:头部;M:中片;F:鞭毛.
图1花斑副沙鳅精子外部形态
2.2透射电镜观察
2.2.1头部
花斑副沙鳅精子头部由质膜包裹,质膜表面不光滑,有少量褶皱,整体呈现微波浪状(见图2(a)).头部被细胞核占据,细胞质较少,无顶体(见图2 (b)).细胞核呈椭圆形,染色质高度致密存在核内,致密程度分布不均匀,无核空泡,内含颗粒状致密电子物质,核膜与质膜紧密相连(见图2(c)).核尾从后向前有一较深的 U 形凹陷,为植入窝,凹陷深度为头长的1/3,偏于一侧(见图2(a)).
2.2.2
中片NM:核膜;P M:细胞质膜;N:细胞核;I F:植入窝;B B:基体; M T:线粒体;P C:近端中心粒;S:袖套腔;F:鞭毛;V:囊泡.
图2花斑副沙鳅精子头部纵切
花斑副沙鳅中片较短,紧贴在细胞核的后端,主要由中心粒复合体和袖套组成.中心粒复合体包括基体和近端中心粒,基体位于近端中心粒后端,与近端中心粒呈 L 形排列(见图2(b)).在横切面上,可见基体由 9+2 型双联微管结构组成(见图3).袖套位于细胞核后端,呈不对称分布于鞭毛两侧,一侧狭长,一侧肥厚,中间的空腔为袖套腔(见图2(b)).
㊃45㊃
第12期沙小宇,等:花斑副沙鳅精子超微结构观察
袖套狭长的一侧有1 2个线粒体分布,线粒体嵴清晰可见,囊泡较少(见图2(c)).肥厚的一侧,内含多个囊泡和线粒体,囊泡较大,分为含有电子致密物质和不含电子致密物质两种类型.根据质膜位置分布的不同,可将袖套质膜分为位于内侧的袖套内膜与位于外侧的袖套外膜(见图3).
C M:中央微管;P D:外周二联管;L F:侧鳍.
图3花斑副沙鳅精子袖套横切
2.2.3尾部
花斑副沙鳅精子尾部起始于袖套腔并由基体向外延伸而形成,为一条细长的鞭毛,主要由轴丝及外面的质膜构成(见图4(a)).尾部横切显示,花斑副沙鳅精子尾部为典型的 9+2 型双联微管结构(见图4(b)).在鞭毛起始段未发现侧鳍(见图3),随着鞭毛的延长,质膜向外扩展形成对称分布的侧鳍(见图4(b)).
3讨论
3.1花斑副沙鳅精子的分型
鱼类是脊椎动物中最大的类群.不同生殖方式的鱼类,其精子结构存在较大的差异,很难用统一的标准来定义精子类型[2].M a t t e i[16]依据硬骨鱼类精子在形成过程中细胞核是否移动,将精子分成Ⅰ型和Ⅱ型2种基本类型,即当细胞核发生旋转时,鞭毛与细胞核垂直并延伸到细胞核,为Ⅰ型精子;当细胞核不发生旋转时,细胞核与鞭毛平行,为Ⅱ型精子.花斑副沙鳅精子细胞核与鞭毛垂直,符合硬骨鱼类Ⅰ型精子特征,与鲈形目中太阳鱼科描述的精子类型一致[17].
3.2花斑副沙鳅精子头部的超微结构
不同鱼类精子头部形态结构差异较大,按精子头部形态结构的不同分为有顶体类和无顶体类[18].鲟类的精子具顶体[19],硬骨鱼类精子一般无顶体[20].花斑副沙鳅头部无顶体,与泥鳅[5]㊁长
薄
A:轴丝;C M:中央微管;P D:外周二联管;L F:侧鳍.
图4花斑副沙鳅精子鞭毛结构
鳅[6]㊁大鳞副泥鳅[7]和宽体沙鳅[8]相同,符合硬骨鱼类精子头部的结构特点(见表1).已有研究表明,硬骨鱼类精子卵膜表面受精孔大小与其头部直径有关,是鱼类保证单精受精的重要结构[21].花斑副沙鳅精子头部长径1.38μm,短径1.21μm,较泥鳅[5] (长径2.20μm,短径1.60μm)㊁大鳞副泥鳅[7]1.79μm㊁宽体沙鳅[8](长径2.53μm;短径2.18μm)精子头部短;较长薄鳅[6](直径0.90~1.10μm)精子头部长.
硬骨鱼类精子头部主要结构是细胞核[20].花斑副沙鳅头部被细胞核占据,细胞核膜与质膜彼此分离,与大鳞副泥鳅[7]和宽体沙鳅[8]相同,而与江黄颡鱼(P s e u d o b a g r u s v a c h e l l i)[22]不同.不同鱼类其精子细胞核后端植入窝的凹陷深度不一[23-24].大鳞副泥鳅精子植入窝为头长的5/6[7],宽体沙鳅精子植入窝为头长的1/6[8],花斑副沙鳅细胞核后端植入窝较深,为头长1/3,呈 U 形,较发达,符合体外受精鱼类的特征[26].鱼类精子头部细胞核内核空泡的有无及其结构具有种的特异性[27].花斑副沙鳅无核空泡,有别于泥鳅[5]㊁长薄鳅[6]和宽体沙鳅[8].
㊃55㊃
内江师范学院学报
第35卷
表1 几种鳅科鱼类精子头部结构特征比较
种类
形状顶体细胞核植入窝头部直径/μ
m 泥鳅
[5]
M i s g u r n u s a n g
u i l l i c a u d a t u s 圆形无圆形-长径2.20;短径1.60长薄鳅[6]
L e p t o b o t i a e l o n g
a t e 圆形
无圆形-
0.90~1.10
大鳞副泥鳅[7]
P a r a m i s g u r n u s d a r y
a n u s 近圆形无马蹄形不发达1.79ʃ0.28宽体沙鳅[8]
S i n i b o t i a r e e v e s a e
圆形无圆形不发达长径2.53;短径2.18花斑副沙鳅P a r a b o t i a f
a s c i a t a 椭圆形
无
椭圆形
发达长径1.38;短径1.21
3.3 花斑副沙鳅精子中片的超微结构
鱼类精子中片一般由中心粒复合体和袖套组成.不同硬骨鱼类中心粒复合体结构及形态略有差异,主要表现在基体和近端中心粒的排列方式上.花
斑副沙鳅基体与近端中心粒平行呈 L
形排列,与黄颡鱼(P e l t e o b a g r u s f
u l v i d r a c o )[26]呈 一 字形及大鳞副泥鳅[7
]呈一定 钝角 形结构不同,与宽体沙
鳅
[8]
结构排列相同.
袖套为鱼类精子的储能仓库,可为精子运动提
供能量.不同硬骨鱼类袖套的结构及形态差异颇
大[20
],可以作为硬骨鱼类分类的特征.已有研究表明,硬骨鱼类精子袖套呈对称或不对称分布.如七带石斑鱼(H y p o r t h o d u s s e p t e m f
a s c i a t u s )[27
]精子袖套结构对称分布,尼罗罗非鱼(O r e o c h r o m i s n i l o t i c -
u s )[28]
精子袖套分上下两段,
上段含较多线粒体㊁囊泡,下段仅含有多的核膜.泥鳅[5]㊁长薄鳅[6]㊁大鳞副
泥鳅
[7]
㊁宽体沙鳅[8]
精子袖套两侧呈不对称分布,花
斑副沙鳅精子袖套分布与其一致,可能与其种属的特异性有关.
3.4 花斑副沙鳅精子尾部的超微结构硬骨鱼类精子尾部鞭毛结构在种属间具有一定
的差异性[29].花斑副沙鳅精子尾部具有典型的 9+
2 型轴丝结构,与泥鳅[5]和长薄鳅[6]
的 9+3
型结构不同,与大鳞副泥鳅[7]和宽体沙鳅[8]
结构一致.
绝大多数硬骨鱼类精子鞭毛细胞质膜可向两侧
扩展形成侧鳍
[29]
.花斑副沙鳅精子鞭毛起始段无侧鳍,鞭毛后段质膜向外扩展形成对称分布的侧鳍,与哲罗鱼(H u c h ot a i m e n s )[30]
㊁川峡哲罗鲑(H .
b l e e k e r i )[31]一致.S t o s s [32]认为侧鳍会影响精子游泳速率和卵子受精率,而A f z e l i u s [3
3]
认为侧鳍对精子游泳速率影响不大.有关侧鳍的功能还有待进一步研究.
4 结论
花斑副沙鳅精子由头部㊁中片和尾部三部分组成.头部呈圆形或椭圆形,主要被细胞核占据,植入窝较深,凹陷深度为头长的1/3;
中片含中心粒复合体和袖套,中心粒复合体包括基体和近端中心粒,基体与近端中心粒呈 L 形排列,袖套呈左右不对称分布;尾部鞭毛细长,轴丝为典型的 9+2 微管结构,鞭毛起始段无侧鳍,鞭毛后段质膜向外扩展形成
对称分布的侧鳍.
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K e y w o r d s:P a r a b o t i a f a s c i a t a;s p e r m;u l t r a s t r u c t u r e
(责任编辑:谢玉华)
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