鑿貝才女蟲(chóng)形態(tài)與結(jié)構(gòu)觀察

高 燕,張 濤,楊紅生,張曉芳

(1.中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所,山東 青島,266071; 2.中國(guó)科學(xué)院 研究生院,北京,100049; 3.獐子島漁業(yè)集團(tuán)股份有限公司,遼寧 大連,116001)

底播是中國(guó)貝類(lèi)灘涂和淺海增養(yǎng)殖的重要方式之一,具有成本低、貝類(lèi)生長(zhǎng)快、效益高,產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。但是底播增養(yǎng)殖的貝類(lèi)常常受到才女蟲(chóng)(Polydora ciliata)病的困擾。才女蟲(chóng)分泌腐蝕貝殼的酸性物質(zhì)在貝殼上穿鑿管道,使殼內(nèi)面接近中心部位形成黑褐色的痂皮,俗稱(chēng)“黑殼”病或“黑心肝”病。病貝生長(zhǎng)緩慢,由于管道的形成,使貝殼受損,特別使閉殼肌周?chē)臍ぷ兊么嗳?在養(yǎng)殖操作過(guò)程中容易破裂。當(dāng)蟲(chóng)體鉆穿貝殼達(dá)到軟體部時(shí),則直接侵害軟體部,被侵組織周?chē)l(fā)生炎癥,局部形成膿腫和潰瘍,引起細(xì)菌繼發(fā)性膿瘍,并產(chǎn)生一種特殊的臭味,大大降低了貝類(lèi)的品質(zhì)和價(jià)值,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致貝類(lèi)死亡。才女蟲(chóng)是貝類(lèi)增養(yǎng)殖業(yè)最重要的病害生物之一,在世界范圍內(nèi)廣泛分布,但至今尚未找到有效的防控措施[1-4]。

鑿貝才女蟲(chóng)屬于環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)(Annelida),多毛綱(Polychaeta),海稚蟲(chóng)科(Spionidae),才女蟲(chóng)屬(Polydora)。鑿貝才女蟲(chóng)在含有大量碳酸鈣的基質(zhì)中筑造管道,營(yíng)管棲生活,在歐洲、美洲、亞洲、新西蘭等地都有廣泛分布,嚴(yán)重危害貝類(lèi)養(yǎng)殖業(yè)及珊瑚礁的生長(zhǎng),并致大規(guī)模死亡[5-7]。在國(guó)內(nèi),關(guān)于鑿貝才女蟲(chóng)對(duì)扇貝、珍珠貝、鮑等的危害已有報(bào)道[8-10],但是對(duì)本種乃至本屬的研究,一直未得到應(yīng)有的重視,長(zhǎng)期以來(lái)一直停留在分類(lèi)學(xué)的初始階段。為了更深入地開(kāi)展對(duì)該類(lèi)群的研究,本實(shí)驗(yàn)選擇了遼寧獐子島底播蝦夷扇貝養(yǎng)殖區(qū)作為研究基地,對(duì)嚴(yán)重感染鑿貝才女蟲(chóng)的病貝的癥狀、蟲(chóng)體外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究,旨在豐富多毛類(lèi)形態(tài)和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí),為科學(xué)防控才女蟲(chóng)病提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用扇貝來(lái)源

于 2007年 10月在遼寧大連獐子島海域(水深>30 m)通過(guò)底拖網(wǎng)收集感染有鑿貝才女蟲(chóng)的蝦夷扇貝,帶回實(shí)驗(yàn)室后放入 20℃海水中暫養(yǎng),每天投喂兩次混合單胞藻。

1.2 光鏡觀察

1.2.1 活體觀察

用鉗子將貝殼掰碎后將鑿貝才女蟲(chóng)從管道中取出,放入加有少量海水的培養(yǎng)皿中,置于解剖鏡下觀察。為方便觀察,逐滴加入7%的MgCl2海水溶液至蟲(chóng)體麻醉。

1.2.2 組織學(xué)切片觀察

取鑿貝才女蟲(chóng)活體,用波恩氏液(Bouin’s)固定18~24 h。采用石蠟整體包埋切片法。主要步驟包括:固定、沖洗、脫水、透明、浸蠟、包埋、切片、染色(H.E.染色)、封片等。全部觀察、測(cè)量、拍照均使用日本尼康顯微成像系統(tǒng)Nikon80i完成。

1.3 掃描電鏡觀察

鑿貝才女蟲(chóng)成蟲(chóng)用4%的戊二醛(0.1 mol/L PBS,pH 7.2-7.4)溶液于 4℃下固定。乙醇梯度脫水后入100%醋酸異戊酯中置換,臨界點(diǎn)干燥儀干燥,IB-3型離子濺射儀噴金,在 KYKY2800B掃描電鏡下觀察。

1.4 透射電鏡觀察

取表皮、肌肉層和腸組織塊各1 mm3,用2.5%戊二醛和1%鋨酸雙重固定,梯度乙醇脫水,Epon812環(huán)氧樹(shù)脂包埋。切片厚0.05 μm,醋酸鈾和檸檬酸鉛雙重染色,日立H-7000 透射電鏡觀察并拍照。

2 結(jié)果

2.1 病貝的癥狀

被鑿貝才女蟲(chóng)感染的蝦夷扇貝上殼的外表面有針尖大小的小孔,一般兩個(gè)一組,為鑿貝才女蟲(chóng)在貝殼中筑造管道的入口和出口。將病貝放入潔凈的海水中靜止片刻,肉眼可見(jiàn)有鑿貝才女蟲(chóng)長(zhǎng)長(zhǎng)的觸手從孔中鉆出,受刺激馬上縮回到管道中。將病貝肉體去除,可見(jiàn)其上殼的內(nèi)表面有彎彎曲曲隆起的管道,呈黃褐色,用鑷子掰開(kāi)后可見(jiàn)管道內(nèi)有大量絮狀碎屑(圖1)。

圖1 被鑿貝才女蟲(chóng)感染的蝦夷扇貝上殼的外表面和內(nèi)表面Fig.1 The left shell of Patinopecten yessoensis(1-1)showing the mud tubes on the outer surface of the shell,(1-2) showing the prominent knobs on the inner surface of the shell

2.2 鑿貝才女蟲(chóng)形態(tài)特征

鑿貝才女蟲(chóng)成蟲(chóng)蟲(chóng)體長(zhǎng)一般為 10～40 mm,體寬0.7～1 mm,頭部有1對(duì)觸手,可以自由收縮,觸手邊緣有黑色波紋帶。身體分節(jié),但是沒(méi)有明顯的分區(qū)。在解剖鏡下,可清楚地看見(jiàn)其背面中央充滿紅色血液的血管貫穿身體前后端,并有分支血管將血液輸向各疣足部分。從顏色上區(qū)分,成蟲(chóng)有橙黃色,草綠色,棕褐色,身體前端為橙黃色,后部為棕褐色等4 種(圖 2)。

鑿貝才女蟲(chóng)圍口節(jié)前端有口前葉,前端圓鈍且分叉,攝食時(shí)通過(guò)纖毛的擺動(dòng),使食物順著食物溝送入消化道中(圖 3-1)。第二至第四剛節(jié)每一節(jié)兩側(cè)都生有運(yùn)動(dòng)性的長(zhǎng)剛毛,對(duì)才女蟲(chóng)的身體起支撐作用,背部有分泌腺囊,可以分泌大量黏液(圖3-2)。第五剛節(jié)大且變形、僅具一種變形粗足刺剛毛,且排成一直排或稍彎曲,通常伴隨剛毛(圖 3-3)。從第七剛節(jié)開(kāi)始身體兩側(cè)有疣足和伴隨運(yùn)動(dòng)性剛毛,背部生有一排約5~7個(gè)棘狀剛毛,疣足向腹部彎曲,腹部每個(gè)剛節(jié)都有一條纖毛帶(圖3-4,3-5)。尾部呈吸盤(pán)狀,肛部為收縮或擴(kuò)張的袖口狀、茶碟狀或分葉,表面有大量纖毛,中間有肛門(mén)孔(圖3-6)。觸手長(zhǎng)約1~2 mm,生有一條淺淺的食物溝,溝內(nèi)布滿纖毛,擺動(dòng)時(shí)可以濾取海水中的食物顆粒,觸手表面有大量乳突(圖3-7,3-8)。

圖2 鑿貝才女蟲(chóng)成蟲(chóng)Fig.2 Photograph of Polydora ciliate

2.3 鑿貝才女蟲(chóng)結(jié)構(gòu)特征

鑿貝才女蟲(chóng)身體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,主要由表皮、肌肉層、消化系統(tǒng)組成。體腔內(nèi)充滿體腔液,腸壁外附有肌肉。肌肉層發(fā)達(dá),每一體節(jié)具一對(duì)疣足,疣足上生有剛毛,運(yùn)動(dòng)能力比較強(qiáng)。肌肉組織為平滑肌,呈梭型,分為環(huán)肌、縱肌和斜肌。個(gè)體被橫切時(shí),環(huán)肌為外側(cè)環(huán)生,在疣足處間斷腸壁上附生的肌肉亦為環(huán)肌; 內(nèi)層縱肌發(fā)達(dá),橫切呈多邊形; 每個(gè)體節(jié)內(nèi),還有一對(duì)斜肌。表皮層主要由柱狀上皮細(xì)胞和許多散在的腺細(xì)胞組成。柱狀上皮細(xì)胞呈柱狀,細(xì)胞核近圓形,位于細(xì)胞基底。柱狀細(xì)胞間有許多散在的腺細(xì)胞,腹側(cè)面和疣足葉基部腺細(xì)胞較多。腺細(xì)胞呈空泡狀,表明在細(xì)胞中含有很多囊泡,胞核位于基部,為扁圓形; 表皮下的基膜不明顯(圖 4-1,4-2,4-3)。身體縱切顯示消化道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,由柱狀上皮細(xì)胞組成,細(xì)胞排列緊密,外面包裹著肌層,內(nèi)環(huán)外縱。疣足為每節(jié)體壁向兩側(cè)垂直伸出的肉質(zhì)扁平葉。疣足壁結(jié)構(gòu)和體壁一樣,在疣足基部有剛毛囊,其內(nèi)的細(xì)胞能分泌幾丁質(zhì)性質(zhì)的剛毛(圖4-4,4-5,4-6)。

圖3 鑿貝才女蟲(chóng)掃描電鏡觀察Fig.3 Scanning electron micrographs of Polydora ciliata

鑿貝才女蟲(chóng)表皮細(xì)胞外層著生有大量的微絨毛;在透射電鏡下皮膚表層有細(xì)小的顆粒,表明皮膚外有黏液層,比較潤(rùn)滑(圖 5-1); 腺細(xì)胞向表皮分泌的黏液(圖 5-2)。鑿貝才女蟲(chóng)的肌肉層透射電鏡照片顯示肌漿網(wǎng)內(nèi)有大量的脂肪顆粒; 肌肉的橫紋是因?yàn)榻M成肌纖維的原纖維上具有規(guī)則的、相間排列的明帶和暗帶的原故,電鏡顯示,每一條肌原纖維還含有許多稱(chēng)為肌絲的結(jié)構(gòu),一類(lèi)為肌動(dòng)蛋白肌絲,一類(lèi)為肌球蛋白肌絲,這些肌絲在肌肉組織中的排列是很有規(guī)則的,因而產(chǎn)生肌原纖維的橫紋樣式。長(zhǎng)度相等的肌原纖維也作規(guī)則的排列,當(dāng)肌原纖維的橫紋均等的隔開(kāi)時(shí),便使整根肌纖維具有規(guī)則的橫紋。才女蟲(chóng)的 Z線呈斷裂狀,肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白連接不緊密(圖 5-3)。鑿貝才女蟲(chóng)的消化道內(nèi)有大量的微絨毛,消化能力強(qiáng)(圖 5-4)。消化道的腺細(xì)胞內(nèi)含有很大的溶酶體顆粒,向消化內(nèi)分泌消化酶(圖 5-5)。在消化道內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量單細(xì)胞藻類(lèi),為鑿貝才女蟲(chóng)與扇貝爭(zhēng)食奪餌提供了證據(jù)(圖5-6)。

圖4 鑿貝才女蟲(chóng)組織學(xué)觀察Fig.4 Histological observation of Polydora ciliata

3 討論

3.1 鑿貝才女蟲(chóng)對(duì)蝦夷扇貝貝殼的損害

鑿貝才女蟲(chóng)在貝殼內(nèi)鉆鑿,分泌黏液黏附周?chē)念w粒碎屑鑄造向上泥管,這些泥管的開(kāi)口處高出貝殼表面1~2 cm(圖1-1)。在貝殼的內(nèi)表面可以觀察到褐色或深褐色的彎彎曲曲的突起(圖 1-2)。這些突起的形成是由于鑿貝才女蟲(chóng)鉆鑿刺激扇貝不斷分泌碳酸鈣,包裹住蟲(chóng)體,阻止其向里面進(jìn)一步鉆鑿。這些突起的形狀是不規(guī)則的,在被才女蟲(chóng)侵蝕嚴(yán)重的貝殼上,這些突起往往連成一片,觀察到的最大的一個(gè)突起直徑約 4 cm。位于貝殼邊緣的突起,阻礙扇貝上下殼合攏,嚴(yán)重影響了扇貝正常生活。這些管道使得貝殼變脆,容易破碎,減弱了其對(duì)軟體部位的保護(hù)功能。

圖5 鑿貝才女蟲(chóng)透射電鏡照片F(xiàn)ig.5 Transmission electron micrographs of Polydora ciliata

3.2 鑿貝才女蟲(chóng)的體壁結(jié)構(gòu)

就體壁的結(jié)構(gòu)組成而言,鑿貝才女蟲(chóng)與環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)多毛綱常見(jiàn)生物相似,體壁從外向內(nèi)分4層: 角質(zhì)層、表皮、肌肉層和壁體腔膜[11]。鑿貝才女蟲(chóng)體壁表皮為單層柱狀上皮細(xì)胞,其中夾有腺細(xì)胞和感覺(jué)細(xì)胞,尤以腹面和疣足葉基部的腺細(xì)胞較多。表皮細(xì)胞內(nèi)含有大量的線粒體表明表皮細(xì)胞代謝旺盛(圖5-1)。在其他多毛類(lèi)表皮結(jié)構(gòu)中也常常出現(xiàn)含有大量液泡的腺細(xì)胞[12]。

在大部分多毛類(lèi)中,剛毛經(jīng)常橫向排列為帶狀或縱向排列為束狀。在體型較小的種類(lèi)中剛毛用來(lái)移動(dòng)身體,在體型較大的種類(lèi)中,剛毛的擺動(dòng)還可以促進(jìn)周?chē)鞯牧鲃?dòng)[13]。鑿貝才女蟲(chóng)背剛毛、腹剛毛和疣足上的剛毛圍繞身體形成一個(gè)剛毛環(huán); 第五剛節(jié)剛毛變形,形成爪狀結(jié)構(gòu)。推測(cè)這些剛毛的運(yùn)動(dòng)可以把貝殼碎屑摩擦下來(lái),從而形成光滑彎曲的管道。Okoshi[14]描述了蝦夷扇貝和長(zhǎng)牡蠣被才女蟲(chóng)Polydora variegate,P.websteri,P.converxa和P.concharum侵蝕貝殼的超顯微結(jié)構(gòu)。在4種才女蟲(chóng)侵蝕貝殼形成的管道表面都發(fā)現(xiàn)同心的孔,在管道的側(cè)面有與管道方向平行的抓損的刮痕。Haigler[15]認(rèn)為才女蟲(chóng)鑿貝鉆孔的機(jī)制包括兩個(gè)過(guò)程: 分泌黏液化學(xué)腐蝕和剛毛機(jī)械磨損。

疣足為體節(jié)體壁向兩側(cè)垂直伸出的肉質(zhì)扁平葉,有觸覺(jué)和運(yùn)動(dòng)功能。疣足內(nèi)充滿毛細(xì)血管,在疣足的頂部形成了毛細(xì)血管網(wǎng)。才女蟲(chóng)沒(méi)有特殊的呼吸器官,微血管網(wǎng)則成為氣體交換的主要場(chǎng)所。在疣足基部有剛毛囊,其內(nèi)的形成細(xì)胞能分泌幾丁質(zhì)性質(zhì)的剛毛。剛毛和疣足是環(huán)節(jié)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)器官。大多數(shù)環(huán)節(jié)動(dòng)物都具有剛毛,海產(chǎn)種類(lèi)一般有疣足[11]。

3.3 鑿貝才女蟲(chóng)形態(tài)結(jié)構(gòu)與其穴居生活的關(guān)系

鑿貝才女蟲(chóng)表皮的腺細(xì)胞向表皮分泌的黏液,含有酸性物質(zhì),有腐蝕貝殼和潤(rùn)滑身體的作用(圖5-2)。感覺(jué)細(xì)胞分散在表皮中,可感受外界的刺激。肌肉層是由環(huán)肌、縱肌和斜肌組成,與環(huán)毛蚓只有環(huán)肌和縱肌不同。在功能上,環(huán)肌的收縮可以使蟲(chóng)體變細(xì)長(zhǎng),縱肌的收縮使蟲(chóng)體變粗短。斜肌的收縮使身體運(yùn)動(dòng)更靈活[16]。由于鑿貝才女蟲(chóng)的身體是按節(jié)排列的,而斜肌的位置在每節(jié)體壁內(nèi)側(cè)的連接處,可能與才女蟲(chóng)體節(jié)之間的連接有關(guān)。鑿貝才女蟲(chóng)的肌肉層透射電鏡照片顯示肌漿網(wǎng)內(nèi)有大量的脂肪顆粒,說(shuō)明肌肉兼有能量?jī)?chǔ)備的功能。才女蟲(chóng)的 Z線呈斷裂狀,肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白連接不緊密,說(shuō)明才女蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)能力弱,只能蠕動(dòng),與其穴居的生活方式相適應(yīng)。

才女蟲(chóng)是典型的海底食碎屑動(dòng)物,大部分種類(lèi)生活在近岸海域,深海中比較少。才女蟲(chóng)有兩種攝食方式,吞食和濾食。吞食主要是吞咽周?chē)袡C(jī)質(zhì)的泥沙,吸收其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),濾食是用觸手?jǐn)噭?dòng)周邊的海水,攝食其中小的有機(jī)物顆粒。很多種類(lèi)在這兩種攝食方式之間可以自由轉(zhuǎn)化,主要取決于其周?chē)沫h(huán)境。觸手是攝食時(shí)的重要器官[17]。鑿貝才女蟲(chóng)的觸手來(lái)回?cái)[動(dòng)收集懸浮在水中的的顆粒,沿著觸手的內(nèi)表面是一個(gè)從一端延伸到另一端的長(zhǎng)滿纖毛的凹槽(圖3-7,3-8)。觸須末端的纖毛擺動(dòng),把顆粒向口中驅(qū)趕。

鑿貝才女蟲(chóng)消化道發(fā)達(dá),腸黏膜突起形成極其發(fā)達(dá)的指狀絨毛,極大地增加了消化和吸收面積。腸的纖毛溝貫穿腸的前后,其中纖毛多而密集(圖 5-4),在纖毛的擺動(dòng)下,可以促使食物向身體后方運(yùn)輸,相對(duì)彌補(bǔ)了腸部肌肉不發(fā)達(dá)造成的對(duì)食物運(yùn)輸?shù)牟蛔?。超微結(jié)構(gòu)顯示腸纖毛溝細(xì)胞中含有少量的酶原顆粒和酶活性,亦表明具有一定的消化功能。消化管中的黏液物質(zhì),除具潤(rùn)滑作用和保護(hù)作用外,有的學(xué)者認(rèn)為中性黏液物質(zhì)的存在與吸收有關(guān),而酸性黏液物質(zhì)的存在則與分泌有關(guān)[18]。超微結(jié)構(gòu)顯示腸的柱狀上皮細(xì)胞具微絨毛、質(zhì)膜內(nèi)陷和游離端出現(xiàn)大量的胞飲泡、細(xì)胞中部出現(xiàn)進(jìn)行物質(zhì)降解的次級(jí)溶酶體和細(xì)胞內(nèi)含有儲(chǔ)存物質(zhì),這些都是吸收細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)特征。

[1]Riascos J M,Heilmayer O,Oliva M E,et al.Infestation of the surf clamMescidesma donaciumby the spionid polychaetePolydora bioccipitalis[J].Journal of Sea Research,2008,59(4): 217-227.

[2]Silina A V.Tumor-like formation on the shells of Japanese scallopsPatinopecten yessoensis(Jay)[J].Marine Biology,2006,148: 833-840.

[3]Vargas L,P Quijón,Bertrán C.Polychaete infestation in cultured abalone (Haliotis rufescens Swainson) in Southern Chile [J].Aquaculture Research,2005,36(7):721-724.

[4]Mcdiarmid H,Day R,Wilson R.The ecology of polychaetes that infest abalone shells in Victoria,Australia[J].Journal of Shellfish Research,2004,23(4):1179-1188.

[5]Sato-Okoshi W.Polydorid species (Polychaeta : Spionidae) in Japan,with descriptions of morphology,ecology and burrow structure.1.Boring species [J].Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom,1999,79(5): 831-848.

[6]Boscolo R,Giovanardi O.Polydora ciliatashell infestation in Tapesphilippinarum Manilaclam held out of the substrate in the Adriatic sea,Italy [J].Journal of Invertebrate Pathology,2002,79(3): 197-198.

[7]Almeda R,Pedersen T M,Jakobsen H H,et al.Feeding and growth kinetics of the planktotrophic larvae of the spionid polychaetePolydora ciliata(Johnston) [J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology,2009,382(1): 61-68.

[8]崔秀林.扇貝養(yǎng)殖中黑殼病的發(fā)生和預(yù)防[J].河北漁業(yè),1995,81: 16.

[9]劉慧玲.鑿貝才女蟲(chóng)發(fā)育階段的形態(tài)觀察[J].湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2003,23(6): 8-11.

[10]王愛(ài)民,石耀華,吳星.4種防治馬氏珠母貝多毛類(lèi)寄生病方法的效果比較[J].海洋水產(chǎn)研究,2004,25(2): 41-46.

[11]宋貞坪,李霞,王福景,等.雙齒圍沙蠶主要器官組織學(xué)的研究[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2010,25(4):320-323.

[12]Westheide W.Ultrastructure of the genital organs in interstitial polychaetes.III.Penes and ejaculatory ducts inHesionides arenaria(Hesionidae)[J].Helgoland Marine Research,1982,35(4): 479-488.

[13]Tzetlin A B,Dahlgren T,Purschke G.Ultrastructure of the body wall,body cavity,nephridia and spermatozoa in four species of the Chrysopetalidae (Annelida,“Polychaeta”) [J].Zoologischer Anzeiger,2002,241:37-55.

[14]Sato-Okoshi W,Okoshi K.Microstructure of scallop and oyster shells infested with boringPolydora[J].Nippon Suisan Gakkaishi,1993,59(7): 1 243-1 247.

[15]Haigler Sarah A.Boring Mechanism ofPolydora websteriinhabitingCrassostrea virginica[J].American Zoologist,1969,9: 821-828.

[16]張子慧.動(dòng)物的肌肉[J].生物學(xué)通報(bào)2004,39(8): 20.

[17]Miller D C,Jumars P A.Pellet accumulation,sediment supply,and crowding as determinants of surface deposit-feeding rate inPseudopolydora KempiJaponica Imajima & Hartman (Polychaeta,Spionidae)[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology,1986,99(1): 1-17.

[18]Grau A,Crespo S,Sarasquete M C,et al.The digestive tract of the amberjackSeriola dumerilli,Risso: a light and scanning electron microscope study [J].Journal of Fish Biology,1992,41(2): 287-303.