殷明焱, 胡曉燕

(中國科學(xué)院 海洋研究所, 山東 青島 266071)

中國海鞭毛藻新紀(jì)錄目柄鐘藻目一新紀(jì)錄梨形假柄鐘藻

殷明焱, 胡曉燕

(中國科學(xué)院 海洋研究所, 山東 青島 266071)

對從青島沿海分離的一株鞭毛藻進(jìn)行了顯微和超微結(jié)構(gòu)研究, 發(fā)現(xiàn)其為中國海一新紀(jì)錄種——梨形柄鐘藻(Pseudopedinella pyriformeCarter)。該藻細(xì)胞為輻射對稱結(jié)構(gòu); 具6個(gè)色素體, 色素體內(nèi)側(cè)具蛋白核, 與細(xì)胞核相鄰; 線粒體具管狀嵴; 細(xì)胞前端具一根鞭毛, 鞭毛向一側(cè)加寬形成翼; 尾部具一與液泡相連的柄。這是中國柄鐘藻目種類的首次報(bào)道。文中還對假柄鐘藻屬種類的分類狀況和特征進(jìn)行了評價(jià)。

梨形柄鐘藻(Pseudopedinella pyriformeCarter); 柄鐘藻目; 超微結(jié)構(gòu); 分類

柄鐘藻類(Pedinelliod)的自養(yǎng)種類最初歸在金藻類(Chrysophytes)的單鞭金藻目(Chromulinales)中[1]。隨著研究的深入, 人們發(fā)現(xiàn)該類群的種類在形態(tài)結(jié)構(gòu)上與典型的金藻類赭球藻型(Ochromonastype)有著明顯的區(qū)別。如具輻射對稱的細(xì)胞結(jié)構(gòu), 鞭毛向一側(cè)延伸形成具有加固帶的翼, 鞭毛過渡區(qū)不具有螺旋紋, 有些種類前端具有觸絲, 可營吞噬營養(yǎng), 具有三聚體微管等。因此, 許多研究者對其分類地位及與其他類群的關(guān)系進(jìn)行了探討[2-5]。Zimmermann等[6]基于上述特征將自養(yǎng)的柄鐘藻屬(Pedinella), 假柄鐘藻屬(Pseduopedinella), 無柄鐘藻屬(Apedinella)和被劃分在原生動(dòng)物中的 3屬異養(yǎng)類群毛幅蟲屬(Ciliophrys), 蕨球蟲屬(Pteridomonas), 光滴蟲屬(Actinomonas)歸結(jié)一起建立了柄鐘藻目(Pedinellales)。隨后的研究者將該目和根單鞭金藻目(Rhizochromulinales), 硅鞭藻目(Dictyochales)等結(jié)合建立了硅鞭藻綱(Dictyochophyceae)[7]。而該分類系統(tǒng)也得到了隨后的形態(tài)學(xué)研究[8]和分子生物學(xué)數(shù)據(jù)[9]的支持。

作者在對山東近海的微型鞭毛藻進(jìn)行的分離和培養(yǎng)過程中, 多次觀察到一柄鐘藻類生物的存在,并于2005年建立了單藻培養(yǎng)。經(jīng)過顯微和超微結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn), 其為中國海洋鞭毛藻的一個(gè)新紀(jì)錄梨形假柄鐘藻(Pseudopedinella pyriformeCarter), 這也是中國柄鐘藻目種類的首次報(bào)道。

1 材料和方法

1.1 藻種的獲得和培養(yǎng)

藻種采集于2005年12月15日青島沿岸的水樣中, 經(jīng)毛細(xì)管挑取法分離純化至單藻, 用 PES培養(yǎng)基, 在水溫 15℃, 光照 3000lx光暗周期為 12h/12h條件下培養(yǎng)。

1.2 顯微觀察

將活體或經(jīng) Lugol固定液固定的純培養(yǎng)樣品在顯微鏡下觀察。

1.3 掃描電鏡觀察

樣品用 50%的戊二醇固定至最終濃度 2.5%, 離心后涂抹于載玻片上, 二氧化碳臨界點(diǎn)干燥, 離子濺射噴金鍍膜, 然后在JM-840掃描電鏡下觀察。

1.4 投射電鏡觀察

細(xì)胞經(jīng)5%戊二醛固定12 h, 離心后用0.2 mol/L磷酸緩沖液(pH7.2)沖洗, 然后按系列濃度丙酮脫水,Epon-812樹脂包埋, 聚合后切片, 醋酸鈾和檸檬酸鉛雙染色后, 在JM-1200EX投射電鏡下觀察。

2 結(jié)果

在光學(xué)顯微鏡下, 藻細(xì)胞通常為桶形至梨形,長 6～8 μm, 寬 8～10 μm。前端具一長約 25～40 μm 甚至可達(dá)60 μm的鞭毛, 后端具一拖曳柄。該藻為單細(xì)胞自由游泳的種類, 不固著于任何物體上, 尾柄不作為固著器官。鞭毛在一個(gè)平面上做波浪運(yùn)動(dòng), 細(xì)胞圍繞長軸旋轉(zhuǎn), 柄呈伸直狀態(tài), 從而推動(dòng)細(xì)胞作勻速前進(jìn)。有時(shí)細(xì)胞會(huì)突然加速, 鞭毛快速運(yùn)動(dòng)而正弦波不可見。

在掃描電鏡下可見細(xì)胞具有 6個(gè)色素體, 分列于細(xì)胞周邊, 與細(xì)胞近似等長。葉綠體向細(xì)胞表面一側(cè)突出, 相互之間形成較深的溝槽, 從而使整個(gè)細(xì)胞呈現(xiàn)特征性的輻射對稱結(jié)構(gòu)(圖1a、圖1b)。超薄切片顯示, 色素體片層沿縱向排列成4～6層, 每層由3層類囊體組成。在每個(gè)色素體的內(nèi)側(cè)具有一個(gè)突起的蛋白核, 向內(nèi)與細(xì)胞核相鄰。細(xì)胞核位于細(xì)胞正中,大而圓。線粒體通常位于兩個(gè)相鄰的蛋白核和細(xì)胞核之間的三角地帶, 嵴為管狀(圖1c)。在這些細(xì)胞器中間?？捎^察到成束的微管存在(圖1g)。

該藻僅具一根可見的鞭毛, 鞭毛從細(xì)胞的前端正中的一個(gè)凹陷中央伸出(圖1a、圖1d-f)。鞭毛為9+2微管結(jié)構(gòu), 其一側(cè)向外擴(kuò)展為特征性的翼結(jié)構(gòu),翼由一個(gè)電鏡下染色較深的桿(加固帶)支撐著(圖1d、圖1e)。鞭毛通過過渡區(qū)與基體相連。過渡區(qū)不具螺旋紋, 具有一個(gè)中央加厚的橫隔板。橫隔板位于鞭毛與細(xì)胞膜連接處略靠上的位置, 與基體及鞭毛的周邊微管相連?；w位于過渡區(qū)下方, 為9組微管結(jié)構(gòu)圖(圖1e)。除鞭毛基體外, 細(xì)胞還具另外一個(gè)基體, 其長度約為鞭毛基體的一半。兩個(gè)基體的基部均位于細(xì)胞核前端的一個(gè)凹陷中, 相互之間成一定的角度(圖1e、圖1i、圖1j)。在基體和鞭毛基部兩側(cè)的細(xì)胞質(zhì)中, 可觀察到具有許多充滿基質(zhì)的小泡。此外, 還可觀察到三聯(lián)體微管的存在(圖1d)。

高爾基體位于細(xì)胞核的正下方, 其外側(cè)由呈啞鈴狀的囊泡垛堞而成, 中間則包圍著復(fù)雜的液泡系統(tǒng)(圖1i- l)。其中有一大的液泡與細(xì)胞尾部的拖曳柄相連(圖1l)。拖曳柄在活體時(shí)為線狀, 有時(shí)有分枝,長度可達(dá)200 μm, 而在電鏡下常因固定等原因變形或萎縮。該柄由兩層膜組成, 其外膜與細(xì)胞膜相連,內(nèi)膜與大液泡相通(圖1l)。液泡和拖曳柄的管狀過渡部分由電子染色較深的物質(zhì)包圍著, 向外則與一些絲狀結(jié)構(gòu)相連。Zimmermann等[6]稱其為括約結(jié)構(gòu)(sphincter), 認(rèn)為它們可能在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)中起到調(diào)節(jié)細(xì)胞后部所受壓力的作用。

3 討論

基于以下幾點(diǎn), 本文報(bào)道的種類可確認(rèn)為梨形假柄鐘藻。首先, 該種為海水種, 且無論從細(xì)胞大小,形態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式等特征均與 Carter[10]的初始報(bào)道一致。其次, 其超微結(jié)構(gòu)與 Ostroff等[5]的觀察結(jié)果基本吻合。需要指出的是, 作者在青島沿海連續(xù)多年秋冬季的海水樣品中, 均觀察到了該種的存在。2005年12月在山東威海沿海也采集到了該種, 因此該種應(yīng)為中國黃海海域的一個(gè)常見種。

圖1 梨形柄鐘藻的電鏡超微結(jié)構(gòu)Fig. 1 The electron microscopic ultrastrastures of Pseudopedinella pyriforme

假柄鐘藻屬是 Carter[10]建立的, 其模式種便為梨形假柄鐘藻。迄今該屬已描述了 9個(gè)不同物種。但是超過半數(shù)的物種僅見于初次描述中, 且分類依據(jù)主要為細(xì)胞的形狀和大小, 鞭毛的長短, 觸絲的有無, 拖曳柄的長短等光鏡下形態(tài)特征[2]。Zimmermann等[6]在建立柄鐘藻目時(shí), 就指出上述特征往往隨培養(yǎng)條件(培養(yǎng)時(shí)間、鹽度等)變化而改變,已鑒定種類中許多種很可能為同一種類的不同生長狀態(tài)或生態(tài)型。作者在培養(yǎng)梨形假柄鐘藻過程中, 也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。例如, 在培養(yǎng)后期常可觀察到一些圓形個(gè)體, 大小是正常細(xì)胞的2～3倍, 鞭毛和拖曳柄均可消失。此外, 觸絲也不是一個(gè)穩(wěn)定的種類劃分特征。例如, 在最初的報(bào)道中, 彈性假柄鐘藻(P. elastica)不具觸絲的存在[11]。但是Zimmermann等[6]觀察發(fā)現(xiàn)該藻有時(shí)也可產(chǎn)生觸絲。Thomsen[12]甚至認(rèn)為所有的柄鐘藻都具有產(chǎn)生觸絲的潛力。因此, 已鑒定的許多假柄鐘藻屬的種類的形態(tài)描述并不準(zhǔn)確, 有必要對其進(jìn)行從新劃分和界定[6]。但是同上所述, 由于多數(shù)種類僅見于初次報(bào)道中, 這就給該項(xiàng)工作帶來了很大的難度。

目前, 假柄鐘藻屬種類中有超微結(jié)構(gòu)研究的有3種, 分別為梨形假柄鐘藻、彈性假柄鐘藻和湯氏假柄鐘藻(P. thomsenii)。其中, 湯氏假柄鐘藻具有3個(gè)色素體。而梨形假柄鐘藻彈性和彈性假柄鐘藻則除生活環(huán)境和細(xì)胞大小不同外(彈性假柄鐘藻為淡水種,細(xì)胞大小為梨形假柄鐘藻的 1.5～2倍), 超微結(jié)構(gòu)十分相似。Sekiguchi等[9]總結(jié)了柄鐘藻目的33項(xiàng)超微結(jié)構(gòu)特征作為系統(tǒng)分析的依據(jù), 其中除少數(shù)幾項(xiàng)未觀察的特征外, 梨形假柄鐘藻的其他特征均與彈性假柄鐘藻一致。而作者的觀察進(jìn)一步證實(shí)了上述結(jié)果, 如本文觀察到的鞭毛過渡區(qū)與彈性假柄鐘藻基本一致, 同時(shí)尾部也具有類似的括約結(jié)構(gòu)等。Zimmermann等[6]基于上述超微結(jié)構(gòu)的類似提出這兩個(gè)種可能為同一個(gè)種的不同生態(tài)型。但是考慮到它們之間細(xì)胞大小的顯著差異和生活環(huán)境的明顯不同,上述結(jié)論顯然還需要對不同生境和地域的培養(yǎng)株系進(jìn)行進(jìn)一步的形態(tài)、生理和分子生物學(xué)研究來驗(yàn)證。

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First report of a species of Pedinellales,Pseudopedinella pyriformefrom China Sea

YIN Ming-yan, HU Xiao-yan
(Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Jan., 15, 2011

Pseudopedinella pyriforme; Pedinellales; ultrastructure; taxonomy

A StrainPseudopedinella pyriformewas isolated from coast of Qingdao and its microanatomy was studied by light microscope and electronic microscope. The cells are radially symmetrical and possess six chloroplasts, each with a bulging pyrenoid that is connected with the nucleus. The mitochondrial cristae are tubular. Cells possess one emergent flagellum carrying a wing. A trailing stalk is present at the posterior end of cells and connected to the vacuole system. This is the first species of Pedinellales reported in China. The taxonomic status and characteristics ofPseudopedinellaare also discussed.

Q949.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1000-3096(2011)11-0069-04

2011-01-15;

2011-03-22

中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程項(xiàng)目(KSCX2-3-04-09)

殷明焱(1973-), 男, 山東威海人, 博士, 助理研究員, 主要從事微型鞭毛藻分類研究, E-mail: yinmy@yahoo.com.cn; 胡曉燕,通信作者, 電話: 0532-82898856, E-mail: xyhu@ qdio.ac.cn

梁德海)