腹毛類纖毛蟲
——桿形戴維蟲的形態學和細胞發生

李鳳超李延博呂 昭梅玉明高素偉邵 晨

(1. 河北大學生命科學學院, 河北省動物系統學與應用重點實驗室, 保定 071002; 2. 中國海洋大學海洋生物多樣性與進化研究所, 青島 266003; 3. 西安交通大學生命科學與技術學院, 生物醫學信息工程教育部重點實驗室, 西安 710049)

研究簡報

腹毛類纖毛蟲
——桿形戴維蟲的形態學和細胞發生

李鳳超1, 2李延博1呂 昭3梅玉明1高素偉1邵 晨3

(1. 河北大學生命科學學院, 河北省動物系統學與應用重點實驗室, 保定 071002; 2. 中國海洋大學海洋生物多樣性與進化研究所, 青島 266003; 3. 西安交通大學生命科學與技術學院, 生物醫學信息工程教育部重點實驗室, 西安 710049)

腹毛類纖毛蟲廣泛見于海、淡水及土壤等各種生境中[1—5]。在生態系統中, 腹毛目纖毛蟲種類多、數量大、食性廣, 在物質循環和能量流動過程中扮演重要的角色[6—8]。腹毛類纖毛蟲結構復雜、形態多樣, 分類鑒定困難, 而其細胞發生學研究, 不僅可為腹毛類纖毛蟲的分類學和系統學提供重要依據, 同時也可為細胞生物學、遺傳學等領域提供參考資料[9—12]。在土壤中纖毛蟲種類豐富, 據估計至少有 2000種[13]; 在已發現的約 1000種土壤纖毛蟲中, 1/4—1/3的種類為腹毛類[14]。

戴維蟲屬(Deviata)由Eigner于1995年建立[15], 隸屬于腹毛目, 目前其科級分類地位不明。本屬已見報道的有9種[15—23], 即收縮戴維蟲 Deviata abbrevescens、桿形戴維蟲D. bacilliformis、巴西戴維蟲D. brasiliensis、埃氏戴維蟲D. estevesi、四核戴維蟲D. quadrinucleata、 羅氏戴維蟲D. rositae、多毛戴維蟲D. polycirrata、旋口戴維蟲D. spirostoma和擬桿形戴維蟲D. parabacilliformis。桿形戴維蟲D. bacilliformis種群在以色列、非洲及阿根廷相繼被發現[17—19], 但其細胞發生過程尚未見詳細報道。

在2012年11月自天津郊區濱保高速小韓莊服務區及其周邊的一次采樣中, 獲得了擬桿形戴維蟲 Deviata parabacilliformis和桿形戴維蟲Deviata bacilliformis兩個種, 并對擬桿形戴維蟲的形態發生以及兩個種的 18S rDNA進行了研究。為積累和補充戴維蟲屬的形態發生學資料, 本文進一步對桿形戴維蟲的細胞發生過程進行了詳細報道。

1 材料與方法

土壤樣品采自天津市郊濱保高速(G2501)小韓莊服務區內的草坪, 為沙質土壤, 帶回實驗室風干后, 采用“非浸沒培養皿法”培養蟲體, 加入大米粒以富集細菌, 于室溫下(約25 )℃建立了純培養。蟲體分離、培養、觀察、染色制片等參照宋微波等[24]; 相關分類術語參考Berger[16]。

2 結果

2.1 桿形戴維蟲的形態特征(圖版Ⅰ-1—6)

蟲體呈長圓柱形, 前后兩端略尖, 活體大小約(70—160) μm× (20—55) μm, 平均體長 135 μm, 體寬30 μm。體內部充滿(1—3) μm的內質顆粒, 呈暗灰色(圖版Ⅰ-1—3)。剛分裂的個體體形較短(圖版Ⅰ-4)。伸縮泡位于蟲體中部偏左緣, 未見收集管。皮層無色, 不具皮層顆粒?？趨^約占體長的 1/6—1/4, 口圍帶由 16—28片小膜組成。額棘毛3根, 口棘毛1根, 口側棘毛1根。額腹棘毛6列, 右緣棘毛3列, 左緣棘毛4列(其中最外側的兩列前端分別有兩根觸毛), 背觸毛 1列。無橫棘毛和尾棘毛(圖版Ⅰ-5、6)。大核2—4枚, 通常2枚, 小核2—6枚。體棘毛長約(10—15) μm, 背觸毛長約5 μm。額棘毛通常由9個毛基粒組成, 口棘毛和口側棘毛由9個毛基粒組成,緣棘毛、2列長額腹棘毛通常由 2個基粒組成(其中每列的前1—3根棘毛由4個毛基粒組成)。運動方式為附底爬行, 偶爾旋游于水中, 并繞身體長軸不斷翻轉。

2.2 細胞發生過程(圖版Ⅰ-7—13、圖版Ⅱ)

口器發生 桿形戴維蟲的口原基為獨立發生, 發生過程中沒有老結構的參與。最初, 位于第V列額腹棘毛列和第 1列左緣棘毛列之間的裸毛斑增殖, 形成一些無序排列的毛基粒群(圖版Ⅰ-7, 圖版Ⅱ-14、15)。隨后毛基粒不斷增殖, 形成后仔蟲的口原基(圖版Ⅰ-8, 圖版Ⅱ-16、17)。隨著蟲體的進一步發育, 該原基向后延伸、增大, 在右前端逐漸形成新的小膜, 逐漸出現條帶(圖版Ⅰ-8)?？谠^續由前向后組裝成規整排列的小膜, 并最終形成后仔蟲的新口圍帶(圖版Ⅰ-9)。在整個過程中老口圍帶被完全保留, 成為前仔蟲的口圍帶。

腹面體棘毛的發生 第I—III列額腹棘毛原基: 在細胞分裂中期, 老口側膜(PM)前端反分化形成前仔蟲的第I列額腹棘毛原基, 口棘毛和口側棘毛反分化分別形成前仔蟲的第 II和第 III列額腹棘毛原基(圖版Ⅰ-9、圖版Ⅱ-19); 后仔蟲的第I—III列額腹棘毛原基均來源于口原基(圖版Ⅰ-9、圖版Ⅱ-19)。

第IV列額腹棘毛原基: 前仔蟲的第IV列原基來源于老結構的第IV列額腹棘毛列; 而后仔蟲的第IV列原基則來源于老結構的第V列額腹棘毛列(圖版Ⅰ-10)。

第V列額腹棘毛原基: 前仔蟲第V列原基來源不明(圖版Ⅰ-10、圖版Ⅱ-24), 推測來源于第VI列額腹棘毛列,后仔蟲的第V列原基為獨立發生(圖版Ⅰ-9, 圖版Ⅱ-19、22)。

第VI列額腹棘毛原基: 前后仔蟲的第VI列額腹棘毛原基起始于老結構中部的一個棘毛反分化形成的原基(圖版Ⅰ-8、圖版Ⅱ-17), 這個原基向兩端延伸(圖版Ⅱ-18),在分化中期從中間斷開后, 形成前后仔蟲的第VI列額腹棘毛原基。

最終, 由第I列額腹棘毛原基形成新蟲體的最左側的額棘毛和波動膜, 第 II列額腹棘毛原基形成的中間的額棘毛和口棘毛, 第III列額腹棘毛原基貢獻最右側的額棘毛和口側棘毛(圖版Ⅱ-21、23), 第IV—VI列額腹棘毛原基分別形成第IV-VI列額腹棘毛。

緣棘毛發生 緣棘毛原基均源自于老結構。首先在左、右緣棘毛內部出現后仔蟲的緣棘毛原基(圖版Ⅰ-9、圖版Ⅱ-19), 隨后出現前仔蟲的緣棘毛原基。隨著原基的發育, 將會向兩端延伸, 新生的緣棘毛列逐漸取代老結構(圖版Ⅰ-12、圖版Ⅱ-25)。

背觸毛發生 形態發生中早期, 在背觸毛列的前后各 1/3 處出現了背觸毛原基(圖20)。隨著發生的進行,原基中的毛基粒不斷增多, 并向兩極延伸。新生背觸毛列逐漸向細胞兩端延伸, 取代老結構(圖版Ⅰ-11、13, 圖版Ⅱ-26)。

核器的發生 核器演化遵循一般過程。在中期階段, 大核融合為橢球形, 隨后伴隨前后仔蟲的相互分離而再次分裂(圖版Ⅰ-11、13, 圖版Ⅱ-27)。小核的發生過程不明。

實驗中發現一個重組的個體, 在第VI列額腹棘毛原基的右側出現一列原基(圖版Ⅱ-28)

3 討論

3.1 桿形戴維蟲天津種群與其他種群的比較在已報道的桿形戴維蟲種群中, 以色列和阿根廷兩個種群描述最為詳細, 故本文主要與上述兩個種群比較。與以色列和阿根廷種群相比, 本種群的纖毛圖式特征與之完全吻合, 各項指標統計數據的波動范圍略有差異(表1)。以色列和阿根廷種群都具有收集管, 而本種群不具收集管, 這是與上述兩個種群的主要差異。同時本種群和阿根廷種群一樣, 最外緣的兩列右緣棘毛列前端各具兩根剛毛(圖6)。阿根廷種群大核總是2枚, 而天津種群和以色列種群大核2—4枚, 通常2枚。

3.2 與戴維蟲屬其他種發生特征的比較桿形戴維蟲的主要發生特征可歸納如下: 后仔蟲口原基來源于第V列額腹棘毛列和第1列左緣棘毛之間的裸毛斑, 口原基的發生過程中沒有棘毛的參與; 老口圍帶完全保留; 額腹棘毛為6列發生式, 老結構的第VI列額腹棘毛列中的一個棘毛反分化成原基, 最終形成前后仔蟲的第VI列額腹棘毛原基; 背觸毛、緣棘毛原基產生于老結構中; 大核在發生中期完全融合。在已報道的9種戴維蟲中, 6個種的個體發生過程已有報道, 即模式種收縮戴維蟲, 桿形戴維蟲阿根廷種群, 巴西戴維蟲, 多毛戴維蟲, 埃氏戴維蟲和擬桿形戴維蟲[15—23]。據Küppers & Claps報道[19], 桿形戴維蟲阿根廷種群的口原基來源于第V列額腹棘毛列和第1列左緣棘毛列之間的 1—3對裸毛斑, 在口原基發生的過程中, 沒有老結構的參與, 這與本種群相一致。而收縮戴維蟲和巴西戴維蟲的口原基來源于老的第IV列額腹棘毛列。桿形戴維蟲與擬桿形戴維蟲的形態發生過程極為相似: 均為 6列原基發生式, 6列額腹棘毛原基的來源和貢獻基本相同, 后仔蟲口原基的形成均沒有老結構的參與, 緣棘毛、背觸毛發生過程相同, 為常見的兩組發生式; 不同之處在于口原基的來源, 桿形戴維蟲為獨立發生, 而擬桿形戴維蟲的口原基來源于腹面中部的裸毛斑。

表1 不同桿形戴維蟲種群間重要形態特征的比較Tab. 1 Comparison of Tianjin population of Deviata bacilliformis with other two populations

[1] Jiang J M, Ma H G, Shao C. Morphology and morphogenesis of Sterkiella histriomuscorum (Ciliophora, Hypotricha) [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2013, 37(2): 227—234 [姜佳枚,馬洪鋼, 邵晨. 變蘚棘毛蟲的形態學重描述及細胞發生學研究. 水生生物學報, 2013, 37(2): 227—234]

[2] Chen L Y, Liu W W, Liu A, et al. Morphology and molecular phylogeny of a new marine hypotrichous ciliate, Hypotrichidium paraconicum n. sp. (Ciliophora, Hypotrichia) [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2013, 60(6): 588—600

[3] Chen X M, Miao M, Ma H G, et al. Morphology, morphogenesis and small subunit (SSU) rRNA gene sequence of the new brackish water ciliate Strongylidium orientale sp. nov. (Ciliophora, Stichotrichia) from Hong Kong, southern China [J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2013, 63(3): 1155—1164

[4] Jiang J M, Xing Y, Miao M, et al. Two new marine ciliates, Caryotricha rariseta n. sp. and Discocephalus pararotatorius n. sp. (Ciliophora, Spirotrichea), with phylogenetic analyses inferred from the small-subunit rRNA gene sequences [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2013, 60(4): 388—398

[5] Shao C, Li L Q, Zhang Q Q, et al. Molecular phylogeny and ontogeny of a new ciliate genus, Paracladotricha salina n. g., n. sp. (Ciliophora, Hypotrichia) [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2014, 61(4): 371—380

[6] Dai R H, Xu K D, He Y Y. Morphological, physiological, and molecular evidences suggest that Euplotes parawoodruffi is a junior synonym of Euplotes woodruffi (Ciliophora, Euplotida) [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2013, 60(1): 70—78

[7] Fan Y B, Chen X M, Hu X Z, et al. Morphology and morphogenesis of Apoholosticha sinica n. g., n. sp. (Ciliophora, Hypotrichia), with consideration of its systematic position among urostylids [J]. European Journal of Protistology, 2014, 50(1): 78—88

[8] Shao C, Lü Z, Jin L, et al. Morphogenesis of a unique pseudourostylid ciliate, Trichototaxis songi (Ciliophora, Urostylida) [J]. European Journal of Protistology, 2014, 50(1): 68—77

[9] Li F C, Xing Y, Li J M, et al. Morphology, morphogenesis and small subunit rRNA gene sequence of a soil hypotrichous Ciliate, Perisincirra paucicirrata (Ciliophora, Kahliellidae), from the shoreline of the Yellow River, north China [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2013, 60(3): 247—256

[10] Modeo L, Petroni G, Lobban C S, et al. Morphological, ultrastructural, and molecular characterization of Euplotidium rosati n. sp. (Ciliophora, Euplotida) from Guam [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2013, 60(1): 25—36

[11] Park K M, Jung J H, Min G S. Morphology, morphogenesis, and molecular phylogeny of Anteholosticha multicirrata n. sp. (Ciliophora, Spirotrichea) with a note on morphogenesis of A. pulchra (Kahl, 1932) Berger, 2003 [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2013, 60(6): 564—577

[12] Singh J, Kamra K, Sapra G R. Morphology, ontogenesis, and molecular phylogeny of an Indian population of Cyrtohymena (Cyrtohymenides) shii, including remarks on the subgenus [J]. European Journal of Protistology, 2013, 49(2): 283—297

[13] Chao A, Li P C, Agatha S, et al. A statistical approach to estimate soil ciliate diversity and distribution based on data from five continents [J]. Oikos, 2006, 114(3): 479—493

[14] Foissner W, Agatha S, Berger H. Soil ciliates (Protozoa, Ciliophora) from Namibia (Southwest Africa), with emphasis on two contrasting environments, the Etosha region and the Namib Desert [J]. Denisia, 2002, 5: 1—1459

[15] Eigner P. Divisional morphogenesis in Deviata abbrevescens nov. gen., nov. spec., Neogeneia hortualis nov. gen., nov. spec., and Kahliella simplex (Horváth) Corliss andredefinition of the Kahliellidae (Ciliophora, Hypotrichida) [J]. European Journal of Protistology, 1995, 31(3): 341—366

[16] Berger H. Monograph of the Gonostomatidae and Kahliellidae (Ciliophora, Hypotricha) (Monographiae Biologicae, vol. 90) [M]. Springer, Berlin. 2011, 1—742

[17] Berger H, Foissner W. Morphology and biometry of some soil hypotrichs (Protozoa: Ciliophora) [J]. Zoologisches Jahrbuch, Systematik, 1987, 114(2): 193—239

[18] Dragesco J. Infaciliature et morphometrie de vingt espèces de ciliés hypotriches recoltés au Rwanda et Burundi, comprenant Kahliella quadrinucleata n. sp. Pleurotricha multinucleata n. sp. et Laurentiella bergeri n. sp. [J]. Travaux du Museum d'Histoire Naturelle “Grigore Antipa”, 2003, 45(1): 7—59

[19] Küppers G C, Claps M C. Morphology and notes on morphogenesis during cell division of Deviata polycirrata n. sp. and of Deviata bacilliformis (Ciliophora: Kahliellidae) from Argentina [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2010, 57(3): 273—284

[20] Küppers G C, Lopretto E C, Claps M C. Description of Deviata rositae n. sp., a new ciliate species (Ciliophora, Stichotrichia) from Argentina [J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2007, 54(5): 443—447

[21] Paiva T S, Silva-Neto Idda. Deviata estevesi sp. n. (Ciliophora: Spirotrichea), a new ciliate protist from a restinga lagoon in Rio de Janeiro, Brazil [J]. Acta Protozoologica, 2005, 44(4): 351—362

[22] Li F C, Lü Z, Yi Z Z, et al. Taxonomy and phylogeny of two Deviata-species (Protista, Ciliophora) from China, with description of a new soil form, D. parabacilliformis spec. nov [J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2014, 64(11): 3775—3785

[23] Siqueira-Castro ICV, Paiva T S, Silva-Neto Idda. Morphology of Parastrongylidium estevesi comb. nov. and Deviata brasiliensis sp. nov. (Ciliophora: Stichotrichia) from a sewage treatment plant in Rio de Janeiro, Brazil [J]. Zoologia, 2009, 26(4): 774—786

[24] Song W B, Xu K D, Shi X L, et al. Progress in Protozoology [M]. Qingdao: Qingdao Ocean University Press. 1999, 362[宋微波, 徐奎棟, 施心路, 等. 原生動物學專論. 青島:青島海洋大學出版社. 1999, 362]

ON MORPHOLOGY AND MORPHOGENESIS OF A SOIL HYPOTRICHOUS CILIATE, DEVIATA BACILLIFORMIS (GELEI, 1954) EIGNER, 1995 (PROTOZOA, CILIOPHORA)

LI Feng-Chao1, 2, LI Yan-Bo1, Lü Zhao3, MEI Yu-Ming1, GAO Su-Wei1and SHAO Chen3
(1. The key Laboratory of Zoological Systematics and Application, College of Life Sciences, Hebei University, Baoding 071002, China; 2. Laboratory of Protozoology, Institute of Evolution & Marine Biodiversity, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 3. The Key Laboratory of Biomedical Information Engineering, Ministry of Education, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

腹毛類纖毛蟲; 纖毛圖式; 細胞發生; 原生動物; 戴維蟲

Hypotrichous ciliate; Infraciliature; Morphogenesis; Protozoa; Deviata

圖版 Ⅰ 桿形戴維蟲的活體形態、纖毛圖式及發生過程PlateⅠ Morphology and morphogenesis of Deviata bacilliformis

圖版 Ⅱ 桿形戴維蟲發生時期蛋白銀染后的顯微照片PlateⅡ Micrographs of morphogenetic stages of Deviata bacilliformis after protargol impregnation

Q959.11

A

1000-3207(2015)06-1255-06

10.7541/2015.164

2014-08-28;

2014-12-20

國家自然科學基金(31372148, 31172063); 河北省重點實驗室運行補助費(14967611D); 河北省教育廳重點項目(2D2015038)資助

李鳳超 (1970—), 男, 河北樂亭人; 博士; 研究方向為原生動物學。E-mail: lifengchao2000@sina.com

邵晨, E-mail: shaochen@mail.xjtu.edu.cn