笋壳鱼研究论文：笋壳鱼精子结构探究

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本文作者：胡亚丽刘洋朱晓平尹绍武祝斐作者单位：南京师范大学生命科学学院

结果

1扫描电镜下精子形态

在扫描电镜下可见精子由头部和尾部(鞭毛)两部分构成(图版Ⅰ-1)，即圆形的头颈部和细而长的尾部。颈部很短不明显，在圆形头部的后面紧接着是由圆形的线粒体围成的一圈(图版Ⅰ-2)，尾部自头部后端的正中部向后延伸，纤细且长。头部直径1.98～12μm，尾部鞭毛长222～392μm。头部外侧表面凹凸不平，呈波浪状。

2透射电镜下精子形态

在透射电镜下可见精子由头部、中段和尾部三部分组成。头部细胞核呈扁卵圆形(图版Ⅱ-1，3)，细胞核的后端正中部有一凹陷入核内的较浅的植入窝。核膜与质膜间存在间隙，其间分布有细胞质、囊泡、溶酶体。在细胞核后端，核膜与质膜间除细胞质外，还分布有5～7个呈环形单层排列的线粒体(图版Ⅱ-3，4，5，6)。中段较短且不太明显，其主要结构是中心粒复合体和袖套(sleeve)。尾部细长，轴丝具有典型的“9+2”型结构，鞭毛从头部后端凹陷的植入窝伸出(图版Ⅱ-2，4，5)。

1)精子头部

云斑尖塘鳢精子头部的横切面接近圆形，细胞核前方无顶体(acrosome)(图版Ⅱ-1，2)。核膜与质膜间有小间隙，内有细胞质、囊泡、溶酶体。细胞质膜表面不平整，呈凹凸不平状。细胞核呈扁卵圆形，核内的染色质致密，呈颗粒状或短棒状。染色质中可见数量很少的空隙(即核泡)，空隙中有少量电子致密物质(图版Ⅱ-3，7)。细胞核后方正中有一较浅植入窝(图版Ⅱ-4)。

2)精子中段

云斑尖塘鳢精子中段不太明显，只见到头部后端呈单层环状排列的一圈圆形线粒体(图版Ⅱ-4)。中心粒复合体包括近端中心粒和远端中心粒(也称基体)。近端中心粒长轴与远端中心粒垂直，呈“T”字型(图版Ⅱ-2，5，6)。袖套紧接于细胞核的后端，呈圆筒状，两边对称，袖套腔较窄且浅。分为袖套内膜和袖套外膜。袖套中含有线粒体5～7个，呈单层环状排列，线粒体内可见清晰的线粒体嵴。线粒体间观察到少量囊泡，内含一些电子致密物质(图版Ⅱ-4，6)。在袖套的纵切面可见2～3个圆形线粒体(图版Ⅱ-3，4，5)，横切面有5～7个线粒体(图版Ⅱ-6)。

3)精子尾部

云斑尖塘鳢精子的尾部较细长，起始于植入窝。尾部(鞭毛)的中央结构是轴丝，轴丝具有典型的“9+2”型双联管结构(图版Ⅱ-4，5，8)，在尾部鞭毛横切面上，“9+2”型双联管结构及管腔非常清晰。外周是9组二联微管，中央是一组微管对。轴丝的外方有发达的侧鳍。侧鳍基部有囊泡(图版Ⅱ-8)。因发达的侧鳍呈波纹状，所以在鞭毛纵切面上看不到完整的侧鳍，只见到不规则曲线状(图版Ⅱ-9)。

讨论

云斑尖塘鳢的成熟精子未见顶体。其精子的头部和中段连接较为紧密。在扫描电镜下很难将头部和中段区分开来，只见到圆形的头颈部和细长的尾部。在透射电镜下，可明显地观察到头部、中段和尾部三个部分。这和大多数硬骨鱼类精子的结构相同［8］。

1细胞核

扫描电镜下可见云斑尖塘鳢精子圆形头部和细长尾部。颈部很短不明显，只在圆形头部后面紧接着的圆形线粒体围成的一圈。扫描电镜下黄颡鱼［9］的精子头部呈近圆球形且分为头部和鞭毛两部分，头部直径(1.53～1.78μm)比云斑尖塘鳢精子头部直径(1.98～12μm)略小些。而在透射电镜下云斑尖塘鳢精子头部呈扁卵圆形，和大多数体外受精硬骨鱼类的精子头部相近。草鱼和兴国红鲤［10］的精子头部呈圆形或椭圆形，乌苏里拟鲿［11］精子的头部呈球形或椭圆球形，而江黄颡鱼［12］精子的头部则呈马鞍形。云斑尖塘鳢精子头部细胞核的植入窝较浅，约为精子头部的1/5左右。鲤鱼［13］、草鱼［10］、兴国红鲤［10］精子也有一较浅的植入窝;而黄颡鱼［14］、长吻［15］的植入窝都非常发达，黄颡鱼的植入窝呈井状;长吻的植入窝极深，凹入深度约为精子头部长径的5/6。云斑尖塘鳢精子质膜与核膜之间的小空隙间有细胞质、线粒体、溶酶体和少量囊泡。这与已报道的斜带石斑鱼［16］、褐牙鲆［7］等精子类似，但不同于鲤［13］、草鱼和兴国红鲤［10］核膜和质膜之间紧贴。云斑尖塘鳢精子头部核质膜间空间的大小及细胞质的多少有何生理意义尚待进一步研究。推测、这可能与本实验所使用的精子是通过人工催产获得有关。云斑尖塘鳢精子中囊泡、溶酶体等结构的存在，可能是因为精子细胞成形后，某些代谢活动仍在继续，其残留物需要通过核孔转移出细胞核，而囊泡、溶酶体等结构在这一系列代谢活动中需发挥作用。云斑尖塘鳢部分精子浓缩的细胞核中存在空隙，这种空隙在多种鱼类精子中都有发现，如黄鳍东方鲀［17］、红鳍东方魨［18］、鲤鱼［13］、黄颡鱼［14］、斜带石斑鱼［16］等，此结构被多数人称作核泡。Poirier等［19］认为核泡是由于核质部分高度凝聚的结果，赵会宏等［16］则认为这种结构并非核泡，只是浓缩染色质中的间隙，因其周围没有膜的存在。本研究也没有在间隙周围观察到膜结构，因此认为这种结构并非核泡，与赵会宏等的观点一致。刘利平等［12］对江黄颡鱼的研究指出，核空泡随着精子的成熟数量逐渐减少。本研究所用的是人工催熟的云斑尖塘鳢精子，核空泡的存在很可能与精子的成熟程度有关。

2中心粒复合体

云斑尖塘鳢精子的中心粒复合体由近端和远端中心粒组成。和多数硬骨鱼类精子一样，其精子的近端和远端中心粒互相垂直，呈“T”形。平鲷［20］精子的中心粒复合体也呈“T”形;而斜带石斑鱼精子中心粒复合体偏向核的一侧，呈“〉”形;黄颡鱼［14］精子中心粒复合体有中心粒间体存在，近端中心粒和基体首尾相对，呈“一”字形;鲤鱼［13］的则呈倒“L”形;长吻［15］精子的纵切面上，近端中心粒外被环状的中心粒帽包裹，中心粒帽与细胞核之间有微丝相连，近端中心粒后为基体;斑点叉尾［7］精子中心粒复合体是由两个基体组成;体内受精的褐菖鲉［21］的精子中心粒复合体仅由基体和基体帽组成。

3袖套

大多数硬骨鱼类的袖套中线粒体为4个，云斑尖塘鳢精子的袖套中有线粒体5～7个，在扫描电镜下明显可见圆形线粒体单层排列成呈环状。在透射电镜下袖套纵切面可见2～3个圆形线粒体，横切面有6～7个线粒体。长吻［15］、斑点叉尾［7］等鱼类袖套中线粒体为16个，是一般硬骨鱼类的4倍。红鳍东方鲀［18］精子的袖套纵切仅有2个圆形线粒体，横切有7～8个线粒体。各线粒体呈球状环列于袖套腔四周。褐菖鲉［21］精子袖套约为头部全长的1/2，线粒体分3～4层排列，每层10～11个，共约30～40个线粒。鲤鱼［13］精子的袖套一侧含多个线粒体和数个囊泡，另一侧线粒体则较少，而云斑尖塘鳢精子的袖套之中也含有少量的囊泡。

4尾部

云斑尖塘鳢精子具有圆形头颈部和细而长的尾部。这和同为塘鳢科的中华乌塘鳢［22］精子扫描电镜的观察相似，但是云斑尖塘鳢精子的尾部鞭毛(222～392μm)比中华乌塘鳢精子尾部鞭毛(15.5～17.5μm)要长一些。云斑尖塘鳢精子的尾部(鞭毛)轴丝具有典型的“9+2”型双联管结构，而长薄鳅等［23］的尾部则为“9+3”式微管结构。云斑尖塘鳢尾部轴丝两侧有比较发达的侧鳍。有些鱼类精子尾部也有侧鳍，如褐菖鮋、长吻、黄颡鱼、平鲷、红鳍东方鲀等。但有些鱼类则无侧鳍，如鲤鱼、刀鲚［24］等。鞭毛是精子的运动器官，侧鳍的有无能否影响精子的游泳速率，从而影响受精效率，不同学者有不同的看法:Stoss［25］认为侧鳍可能改善精子鞭毛的游泳速率，有利于提高受精率。而Afzelius［26］则认为侧鳍与精子游泳速率的提高无多大关系。云斑尖塘鳢精子鞭毛近末端，轴丝解体，失去典型的“9+2”模式。在尾部偏末端的纵切面上，我们观察到外周的二联微管先消失，只剩下中间的一组微管对，在最末端中间的微管也逐渐消失。鞭毛最末端细而且长。没有见到像大黄鱼［27］精子尾部的篓状结构。