长毛对虾卵子皮层反应的研究

长毛对虾卵子皮层反应的研究 () 动物学报 47 1: 112 ,115 , 2001 A ct a Zoologica S i nica 3 长毛对虾卵子皮层反应的研究 ?? ? ? 王艺磊 张子帄 常李少菁 林 ( )? 集美大学水产生物技术研究所 , 福建厦门 361021 ( ) ? 香港城市大学生物与化学系 , 香港九龙 ( )? 厦门大学海洋学系 , 福建厦门 361005 关键词 长毛对虾 卵子 皮层反应 形态学 许多动物卵子的皮层有很多由膜包围的小而 2 结 果 圆的细胞器称为皮层颗粒或小泡 。受精或人工激动 从雌虾体内排入海水但没有精子激活的卵子 , 时 , 皮层颗粒膜与质膜融合 , 导致皮层颗粒发生胞 与有精子激活的卵子相同 , 都能完成皮层反应 。光 吐作用 , 这种现象称为皮层反应 。同样地 , 在对虾 镜和电镜观察结果显示 , 长毛对虾卵子皮层反应可 类的卵膜边缘也存在着很多与上述类似的皮层颗 分为 4 期 : 未反应期 , 反应早期 , 冠期和消散期 。 粒 , 由于其形态呈棒状 , 故称为皮质棒 。但是 , 由 图版 ?: 1 , 9 从光镜水帄显示了长毛对虾卵子皮 于对虾产卵不易控制 , 受精瞬间材料极难获得 , 且 层反应的全过程 。对虾卵子小又富含卵黄不易制片 , 因此对虾卵子的 ( 211 未反应期皮层反应报道极少 。70 年代开始 Clar k 等 1974 , ) ( ) μ1977 , 1980 , 1983对 褐 对 虾 Pen aeus A z tecus 刚排入海水 中 的 卵 子 近 圆 形 , 直 径 约 250m ( ) () 和锐脊单肢虾 S icyoni a i n gen t is 卵 子 的 皮 层 反 图版 ?: 1, 扫描电镜下卵子有许多微微的隆起 , ( ) ( ) 应进行了较详细的报道 。最近蔡难儿等 1997、 此处的卵膜下覆盖着皮质棒 图版 ?: 10。透射 ( ) ( ) 张岩等 1998 研 究 了 中 国 对 虾 P. Chi nensis 电镜下可见卵子细胞质内含有大量卵黄颗粒 , 且着 ( 卵子激活过程的形态学变化 , 关于长毛对虾 P. 色深 , 在卵黄颗粒周围紧贴卵膜下方呈辐射状排列) penici l l at us 卵子皮层反应的形态 、显微和超微结 着一圈皮质棒 , 其外有薄膜包绕 , 内含物均匀 、着 构的变化 , 在国内外均未见研究报道 。( ) 色 较 深 图 版 ?: 11 , 12 。这 些 皮 质 棒 长 约 μμ 20m , 其朝向胞外的一端较粗 , 直径约 8m , 朝1 材料和方法 μ( ) , 直 径 约 6m 图 版 ?: 11 。 向胞 内 的 一 端 较 细 研究用亲虾于 1996,1998 年分别取自厦门大 ( 此外 , 在卵子内还分布着大量多嵴的线粒体 图版 ) , 共 10 批 。取 ?: 12。学海洋系养殖实验场及同安刘五店 部分待产亲虾将其纳精囊内的精荚去除 , 这样产出 212 反应早期 从此期开 始 , 卵 子 遇 水 略 有 膨 大 , 直 径 约 为的卵子就不受精子的影响 , 另一部分亲虾未去除精 μ300m 。扫描 电 镜 下 卵 子 表 面 布 满 了 椭 圆 形 突 起 荚 。开始产卵时将亲虾移到直径约 30 cm 的脸盆内 (μ) 图版 ?: 13 , 但突起高度只 大 约 415m , 接 着 使其继续产卵 , 用滴管分别取其产卵瞬间及不同时 间的未受精卵和受精卵 , 置于 215 % 戊二醛固定液( ) 突起处的卵膜破损 图版 ?: 14, 各突起伸出卵 ( 中 。一部分材料立即观察并摄影 。另取一部分进行 外 。随着皮层反应的进行 , 突起不断增高 图版 ) 常规电镜处理 , 用 S2520 扫 描 电 镜 和 J EM2100CX ?: 2,4。 ?透射电镜观察摄影 。其余材料进行常规组织学处 213 冠期 理 。 扫描电镜下卵子表面布满了已完全伸出的皮质 1999207219 收稿 , 1999211218 修回 。 ( )3 福建省自然科学基金资助项目 C97036 第一作者简介 王艺磊 , 女 , 36 岁 , 理学博士 , 副教授 。研究方向 : 甲壳动物生殖细胞和受精生物学 。E2mail : ylwang @jmu. edu. cn 棒 , 只剩皮质棒的基部与卵子有少许相连 。在皮质 长毛对虾的卵子在未反应时 , 皮质棒紧贴卵膜 μμμ棒基部 , 卵子表面留有一个个直径约 8m 的孔洞 , 呈辐射状排列 , 长约 20m , 直径帄 均 约 为 7m 。 (μ) ( )图版 ?: 15 , 16皮质棒长度较均一 , 都在 30m 在爬行亚目短尾派中华绒螯蟹 Eriochei r si nensis μμ( () , 头 部 直 径 约 8m , 基 部 直 径 约 4m 图 版 左右 堵南山等 , 1997的卵子中 , 皮层颗粒排列不规 ) μ?: 17。从 整 体 看 , 整 个 卵 子 象 长 满 棘 的 海 胆 则 , 且小得 多 , 直 径 只 有 014m 。而 在 爬 行 亚 目 () ( ) ( 图版 ?: 15。长尾 派 海 喇 蛄 Hom a r us ga m m a r us Tablot et ) 214 消散期al . , 1988的卵 内 , 含 有 4 种 类 型 的 小 泡 , 高 电 卵子 子密度小泡 , 低电子密度小泡 , 中等电子密度小泡 由于电镜标本制备过程中机械性的影响 , 外周完全释出的皮质棒和凝胶层基本上无法保留 , 和环状小泡 。 ( 只能 观 察 到 卵 子 表 面 留 下 的 孔 洞 图 版 ?: 18 ,长毛对虾在皮质棒排出的过程中 , 皮质棒没有 ) ( 19。皮质棒已完全释出的卵子呈锯齿状 图版 ?:破裂 , 而是一直保持着比较固定的形态 , 这说明释 ) ( 20。光镜下能更清楚地看到消散期 图版 ?: 6 ,出的皮质棒仍包有一层膜状结构 , 皮质棒内含物的 ) 7 , 8 , 9, 排放是随着皮质棒外膜由基部开始的逐渐融连而逐 从卵子 内 释 放 出 的 皮 质 棒 并 未 马 上 消 渐排放的 。在中华绒螯蟹的皮层反应中 , 皮层颗粒 失 , 而是通过基部的膜相互融连 , 包绕在卵子的外 () 周 图版 ?: 21。皮质棒基部着色浅 , 顶端着色 发生胞吐作用而破裂 , 其内的椭圆形小体随即释放 深 , 与卵膜之间有一间隙 。在冠期几乎整个皮质棒 出来 , 这与长毛对虾显然不同 。长毛对虾皮质棒的 ( ) 都着色很深 图版 ?: 17, 但此时着色深的部分 释出几乎是同步的 , 而海喇蛄皮层颗粒的释出按顺 序进行 , 高电子密度和低电子密度的小泡首先排 只集中于皮质棒头部 。说明皮质棒的内含物正在不 断释放 。随着皮质棒内含物不断释放 , 以及皮质棒 出 , 环状小泡和中等电子密度的小泡随后排出 。 ( ) 膜的融连不断进行 图版 ?: 21, 凝胶层从最大 长毛对虾卵子内部在皮层反应前后总是分布着(() ) 图版 ?: 7逐渐消散 图版 ?: 8 , 22。在消散 众多的线粒体 , 这与卵子在皮层反应过程及之后的 () 期卵子内仍可见到大量的线粒体 图版 ?: 23。 极体排放 、原核迁移和成熟分裂等一系列变化相适 至此 , 长毛对虾卵子的皮层反应已基本完成 , 应 。 通过对长毛对虾卵子皮层反应过程的了解 , 可 虽然皮层反应是一个很短暂的过程 , 但皮层反应所 形成的覆盖在卵子表面的胶状物将存在很长时间 , 以对其功能做初步的探讨 。从电镜的结果可以观察 (( ) 到在某些皮质棒上粘着一个或数个精子 一直到第一次卵裂结束后仍存在 图版 ?: 9。图版 ?: ) 16, 这些附着于皮质棒的精子 , 随着皮质棒从卵 3 讨 论 内的排出而排出 , 一定程度上阻止了多精受精 。长 本研究表明长毛对虾卵子的皮层反应与褐对虾 毛对虾卵子皮层反应所形成的覆盖在卵子表面的胶 ( 的皮层反应基本相似 , 分为未反应期 , 反应期 , 冠 状物一 直 到 第 一 次 卵 裂 结 束 后 仍 存 在 图 版 ?: ) 期和消散期 。与其它甲壳动物相比有其独特性 , 许 9, 这就为长毛对虾受精卵内部一系列的生物学变 化创造了一个良好的环境 , 起到了保护的作用 。 多形态结构是对虾属以外的甲壳动物所没有的 。 参 考 文献 ( Ref erences) Cai , N . E , F. Lin , B. N . Chen , Y. F. Ke and B. F. To ng 1997 Biology of fertilizatio n in Penaeus chi nensis . Ocea nologi a et L i m nologi a S i nica ( ) ( ) 28 3:271,279 . 蔡难儿 ,林 峰 ,陈本楠 ,柯亚夫 ,童保福 1997 中国对虾受精生物学的研究. 海洋与湖沼 28 3:271,279 . Clar k , W. H. J r . 1974 I n v i t ro fertilizatio n wit h no n2motile sper matozoa of t he brown shrimp Penaeus az tecus . M a r . B iol . 22 :353,354 . 2 + Clar k , W. H. J r . and J . W. L ynn 1977 A Mgdependent co rtical reactio n in t he sho re crab , Penaeid shrimp . J . Ex p . Zool . 200 :177,183 . Clar k , W. H. J r . , J . W. L ynn ,A. I. Yudin and H. O . Persyn 1980 Mo rp hology of t he co rtical reactio n in t he eggs of Penaeus az tecus . B iol . ( ) B ul l . 158 2:175,186 . Clar k , W. H. J r . and F. J . Griffin 1983 Acquisitio n and manip ulatio n of penaeoidean gametes. I n : McVey , J . P. ed. Handboo k of Maricult ure , Vol . 1 , Crustacean Aquacult ure . Boca Rto n : CRC Press , FL . 133,151 . Du , N . S , W. L ai and H. W. J iang B riochei r si nesis . A ct a Zoologica S i nica 1997 Preliminary st udy of t he co rtical reactio n of t he egg in t he crab , ( ) ( ) 43 4:337,343 . 堵南山 ,赖 伟 ,姜焕伟 1997 中华绒螯蟹卵子皮层反应的初步研究. 动物学报 43 4:337,343 . Tablot , P. and M . Go udteau 1988 A co mplex co rtical reactio n leads to fo r matio n of t he fertilizatio n envelope in t he lo bster , Hom a r us . Ga mete Res . 1,18 . 动 物 学 报 47 卷 114 Zhang , Y. , Q . Y. Wang , J . Li , X. T. Sun and L . J . Zhang 1998 Mo rp hological st udies of t he co rtical reactio n in t he egg of Penaeus chi nensis . ( ) Jou r nal of Fisheries of Chi na 22 3:204,210 . 张 岩 ,王清印 ,李 健 ,孙修涛 ,张立敬 1998 中国对虾卵子激活过程的形态学研究. ( ) 水产学报 22 3:204,210 . 外 文 摘 要( Abstract) MO RP HOLO GY OF THE CO RTICAL REACTIO N I N THE EGGS OF P EN A EUS P EN I C IL L A TUS ? ? ? ? WAN G Yi2L ei ZHAN G Zi2Ping CHAN G Lin L I Shao2J ing ( )? I nst i t ute of A quacul t u re B iotech nology , J i mei U ni versi t y , X i a men 361021 , Fuji a n , Chi na( ) ? Depa rt ment of B iology a n d Che m ist ry , Ci t y U ni versi t y of Hon g Kon g , Kow loon , Hon g Kon g ( )? Ocea nog rap hy Depa rt ment , X i a men U ni versi t y , X i a men 361005 , Fuji a n , Chi na Mo rp hology of t he co rtical reactio n in t he eggs of Pen aeus penici l l at us was st udied wit h t he light mi2 cro scop y ,scanning elect ro n micro scop y and t ransmissio n elect ro n micro scop y. The co rtical reactio n is divided into fo ur stages. These stages are unreacted stages , early stages , co ro na stages and dissipatio n stage . The co rtical ro ds were released and fo r med a jelly coating aro und t he surf ace of t he egg. The jelly coating remained until t he first cleavage had finished. In t he end , t he hatching membrane appeared aro und t he egg. It is believed t hat t hese co rtical reactio n are respo nsible fo r t he p reventio n of polysper my by bot h a chemical and p hysical block and t hat also may establish a microenviro nment inside a to uch cho rio nic membrane fo r t he developing embryo . Key words Pen aeus penici l l at us , Egg , Co rtical reactio n , Mo rp hology 图 版 说 明 图 版 ( )?Plate ? ( ) 1 . 光镜下成熟的 、未反应的卵子 A mat ure , unreacted egg in light micro scop y×32 ( ) 2,4 . 光镜下皮层反应早期 Early stages of co rtical reactio n in light micro scopy×32 ( ) 5 . 光镜下皮层反应冠期 Co ro na stages of co rtical reactio n in light micro scopy×32 () 6,7 . 光镜下皮层反应消散期 Dissipatio n stages of co rtical reactio n in light micro scop y×32 ( 8 ,9 . 光镜下可见皮层反应所形成的覆盖在卵子表面的胶状物一直到第一次卵裂结束后仍存在 A jelly coating aro und t he surface of t he egg re2 ) mained until t he first cleavage had finished in light micro scop y×32 ( ) 10 . 扫描电镜下卵子皮层反应未反应期 A unreacted egg in scanning elect ro n micro scop y×690 ( ) 11 . 透射电镜下皮层反应未反应期 A unreacted egg in t ransmissio n elect ro n micro scop y×2 000 ( ) 12 . 透射电镜下皮层反应未反应期 ,示线粒体众多 A unreacted egg in t ransmissio n elect ro n micro scop y , showing a lot of mitocho ndria×4 000 ( ) 13,14 . 扫描电镜下卵子皮层反应早期 Early stages of co rtical reactio n in scanning elect ro n micro scopy×660 ( ) 15 . 扫描电镜下卵子皮层反应冠期 Co ro na stages of co rtical reactio n in scanning elect ro n micro scopy×150 ( ) 16 . 扫描电镜下卵子皮层反应冠期放大 A magnificatio n of co ro na stages of co rtical reactio n in scanning elect ro n micro scop y×1 200 ( ) 17 . 光镜下卵子皮层反应冠期 , H. E. 染色 Co ro na stages of co rtical reactio n in light micro scop y , H. E. staining×250 () 18 . 扫描电镜下皮层反应消散期 Dissipatio n stages of co rtical reactio n in scanning elect ro n micro scop y×350 ( ) 19 . 扫描电镜下皮层反应消期放大 A magnificatio n dissipatio n stages of co rtical reactio n in scanning elect ro n micro scop y×2 000 () 20 . 透射电镜下皮层反应消散期 Dissipatio n stages of co rtical reactio n in t ransmissio n elect ro n micro scopy×500 ( 21 . 光镜下皮层反应消散期 ,示皮质棒相互融连 , H. E. 染色 Dissipatio n stages of co rtical reactio n in light micro scopy , showing co rtical ro ds f use ) toget her×200 ( ) 22 . 孵化膜形成 , H. E. 染色 The fo r matio n of hatching membrane , H. E. staining×200 (23 . 透射电镜下皮层反应消散期 ,示线粒体仍然众多 Dissipatio n stages of co rtical reactio n t ransmissio n elect ro n micro scop y , showing a lot of mito2 ) cho ndria still×1 500 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )CR : 皮质棒 Co rticol Ro dFM :受精膜 Fertilizatio n MembraneM :线粒体 Mitocho ndriaS :精子 Sper mV :卵黄颗粒 Vitelline granule 图版 ? 王艺磊等 :长毛对虾卵子皮层反应的研究 WAN G Yi2L ei et al . : Mo rp hology of t he co rtical reactio n in t he eggs of Plate ? Pen aeus penici l l at us ( )图版说明见文后 Explanatio n at t he end of t he text