蚯蚓再生及影響因素的研究進(jìn)展

白桂芬,李 冰,劉 沛

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

蚯蚓再生及影響因素的研究進(jìn)展

白桂芬,李 冰,劉 沛

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

蚯蚓由于其具有快速和不斷更新的能力被認(rèn)為是研究再生的最佳材料，因此研究蚯蚓再生有重要的意義.本文綜述了蚯蚓的再生過程，蚯蚓的再生能力，蚯蚓的再生機(jī)理，以及環(huán)境條件、化學(xué)物質(zhì)、切斷部位、切除長度等因素對蚯蚓再生的影響，并進(jìn)一步提出了幾點(diǎn)關(guān)于蚯蚓再生的探討建議.

蚯蚓；再生；影響

蚯蚓屬于環(huán)節(jié)動物門(Anelida)，寡毛綱(Oligochaeta)動物.由于其具有快速和不斷更新的能力，被認(rèn)為是研究再生的最佳材料[1,2].再生(regeneration)是指生物個(gè)體或器官對非自然丟失部位的修補(bǔ)和復(fù)原，被認(rèn)為是生物適應(yīng)環(huán)境的最重要的機(jī)制之一[3].人們很早就發(fā)現(xiàn)在無脊椎動物中，環(huán)節(jié)動物擁有快速再生完整體節(jié)的獨(dú)特能力[4,5]，某些陸地蚯蚓、寡毛綱和多毛綱的一些種類可快速再生出被切除的體段并恢復(fù)原狀，并且再生遺傳性狀相同，有實(shí)驗(yàn)證明蚯蚓受到損傷以后具有再生恢復(fù)的能力[6].形態(tài)學(xué)、發(fā)育學(xué)和神經(jīng)電生理學(xué)等多方面證據(jù)認(rèn)為再生和胚胎發(fā)育過程相似[7]，因此再生被當(dāng)成研究發(fā)育、細(xì)胞生長分化、模式形成的材料和解釋模式形成的理論模型[8,9].近年來，隨著細(xì)胞生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)的興起和發(fā)展，蚯蚓再生的研究為探索細(xì)胞再生的分子調(diào)控模式及研究神經(jīng)系統(tǒng)的分化提供了實(shí)驗(yàn)的可能性[4,7]，從而也為深入研究蚯蚓再生機(jī)制提供了依據(jù).

雖然蚯蚓的再生能力很強(qiáng)，但有一定的限制.不同種蚯蚓創(chuàng)傷與身體失掉部分的再生能力相差較大，范圍可以從再生能力很弱的陸正蚓到幾乎任何一個(gè)器官都能夠再生的羊蚓屬和圍爪蚓屬[10].同一個(gè)種的蚯蚓也會因?yàn)榍袛辔恢貌煌?，再生能力有較大的差異，已有一些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蚯蚓后部被切除比前部被切除再生快[11].此外，有大量研究表明，蚯蚓再生能力的不同除了和蚯蚓本身的差異有關(guān)外，還受到很多外部因素如環(huán)境條件、化學(xué)物質(zhì)、剪切位置和體節(jié)長度等的影響.本文就蚯蚓的再生及影響因素進(jìn)行綜述，以期為深入研究蚯蚓的再生機(jī)理及應(yīng)用提供參考.

1 蚯蚓再生研究

1.1 蚯蚓的再生過程

蚯蚓的再生過程主要表現(xiàn)為當(dāng)蚯蚓被切斷后，在斷面上的肌肉組織立即形成新的細(xì)胞團(tuán)，同時(shí)白血球聚集在切面上形成栓塞，使傷口迅速閉合.而體腔中隔離的原生細(xì)胞遷移到切面與自身形成的肌肉細(xì)胞團(tuán)一起在切面上形成結(jié)節(jié)狀的再生芽.與此同時(shí)，消化道、血管、神經(jīng)系統(tǒng)等組織的細(xì)胞，通過有絲分裂迅速地向再生芽里生長.

早期的研究主要集中在蚯蚓再生體節(jié)數(shù)和各體段的再生能力的差異上.蚯蚓被切斷的當(dāng)天，部分?jǐn)嗝婢烷_始愈合，并形成芽基，接著細(xì)胞大量分裂增加；5～7d后分化形成明顯的尾芽或頭芽；12～16d再生各體節(jié)明顯，以后各體節(jié)在長度和直徑上不斷增大，但體節(jié)數(shù)目不增加；16d之后再生各體節(jié)迅速生長；6～7周后，再生各體節(jié)生長基本完成，再生體節(jié)與原來體節(jié)難以區(qū)分[4,12].

1.2 蚯蚓的再生能力

蚯蚓各部分的再生能力存在著一定差異.蚯蚓從一定體節(jié)切斷后，既能再生尾部又能再生頭部.赤子愛勝蚓切斷的位置不同，其再生速度不同，生殖環(huán)存在的處理比切除生殖環(huán)的處理再生速度快，存活率高，腦部的存在對再生速度沒有顯著的影響[13].赤子愛勝蚓再生體節(jié)數(shù)取決于剩下的身體長度，從身體前到身體后再生能力逐漸降低[14,15].肖能文等[13]的研究結(jié)果表明，切斷處理后的赤子愛勝蚓體段在10d左右開始再生，并且從頭部至尾部都有再生能力，但不同體段的蚯蚓再生能力不同，無頭無尾、有頭無尾的體段再生速度比無頭有尾體段再生快，其中無頭無尾蚯蚓體段的頭部、尾部都可以再生，但尾部再生的速度顯著高于頭部，切斷后所剩蚯蚓體段的多少對其存活率有很大影響，所剩的體節(jié)數(shù)越多，存活率越高，兩者呈正相關(guān)[12].Moment[16]在研究蚯蚓尾部再生時(shí)認(rèn)為從50／5l切斷的蚯蚓比從80／81切斷的蚯蚓再生速度快，尾部切除愈長，再生速度愈快.白桂芬等[17]的實(shí)驗(yàn)表明，蚯蚓被切割的傷口基本在7～13d愈合，然后開始再生；蚯蚓的切斷位置不同，其成活率、存活時(shí)間、再生能力不同，無頭有尾的體段最弱，無頭無尾的體段稍強(qiáng)，有頭無尾的體段最強(qiáng)；所剩體段越長，成活率越高，存活時(shí)間越長，再生能力越強(qiáng).

1.3 蚯蚓的再生機(jī)理

再生芽基細(xì)胞有3種來源：干細(xì)胞、成神經(jīng)細(xì)胞和去分化再生損傷的部分.像渦蟲和水螅，它們都有一定數(shù)量的干細(xì)胞，當(dāng)受到外界環(huán)境的刺激時(shí)干細(xì)胞被激活，這些干細(xì)胞可發(fā)育成任何一種類型的組織；而蠑螈、斑馬魚和環(huán)節(jié)動物等是通過轉(zhuǎn)化已分化的成熟細(xì)胞來進(jìn)行再生的.對蚯蚓的再生機(jī)理有不同的解釋：20世紀(jì)中葉主要集中在油細(xì)胞控制、體內(nèi)電壓控制和腦控制3種理論上.Liebmanm[18]認(rèn)為蚯蚓的再生是由體內(nèi)的油細(xì)胞(Eleocytic)的數(shù)量控制的，性成熟個(gè)體體內(nèi)的油細(xì)胞數(shù)量不能同時(shí)滿足生殖和再生時(shí)，生殖停止而再生進(jìn)行；蚯蚓頭部的油細(xì)胞有明顯的極性，不受饑餓和性成熟的影響，也不影響尾部的再生，蚯蚓尾部的油細(xì)胞亦有極性，但和頭部的再生是相對獨(dú)立的過程，任何影響黃色組織和油細(xì)胞的因素都干擾蚯蚓尾部的再生，如饑餓和性成熟狀況影響油細(xì)胞的聚集而干擾蚯蚓尾部的再生.Moment[16]認(rèn)為蚯蚓再生的長度和再生體節(jié)數(shù)由體內(nèi)的電壓控制，當(dāng)越來越多的體節(jié)在蚯蚓尾部再生時(shí)，蚯蚓的頭部和尾部的電勢差依次增加，電勢差作為再生抑制因素，當(dāng)增加到閾值時(shí)，再生停止，體節(jié)不再增加.而大部分研究人員認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)直接或間接控制著再生.Clark[19]認(rèn)為寡毛綱動物的再生需要食道上神經(jīng)節(jié)分泌的激素，如果食道上神經(jīng)被切除，再生則受到抑制.Alonso—Bedatef[20]認(rèn)為在幼蚓中，有腦存在比切除腦的蚯蚓尾部再生率明顯提高，是因?yàn)樵谟昨镜氖车老律窠?jīng)節(jié)神經(jīng)分泌細(xì)胞中，能一直分泌刺激因子或再生因子；而在成蚓中，有腦比切除腦的蚯蚓尾部再生率明顯降低，食道上神經(jīng)節(jié)神經(jīng)分泌細(xì)胞分泌環(huán)帶索，能一直從食道下神經(jīng)節(jié)或腹神經(jīng)索釋放再生因子.

2 影響蚯蚓再生因素的研究

2.1 環(huán)境條件對蚯蚓再生的影響

蚯蚓是變溫動物，體溫隨著外界環(huán)境溫度的變化而變化.因此，蚯蚓對環(huán)境的依賴比一般恒溫動物更為顯著.環(huán)境溫度不僅影響蚯蚓的體溫和活動，還影響蚯蚓的新陳代謝、繁殖、生長、發(fā)育等.另外，土壤的含水量、氧氣濃度、溫度以及營養(yǎng)等對再生存活率和再生速度都有影響.Moment[16]認(rèn)為溫度影響再生速度，25℃條件下再生速度比20℃和30℃時(shí)都快；氧氣濃度對水生蚯蚓有影響，在低濃度時(shí)，再生減少，但濃度過高，將導(dǎo)致蚯蚓全部死亡；營養(yǎng)影響再生速度，饑餓狀況下的再生速度比正常營養(yǎng)狀況下的再生要慢.

2.2 化學(xué)物質(zhì)對蚯蚓再生的影響

肖能文[8]的試驗(yàn)表明化學(xué)試劑的處理也對蚯蚓的再生有影響.如檸檬醛對蚯蚓再生有明顯作用.檸檬醛影響蚯蚓再生是通過抑制視黃醛氧化酶而抑制視黃酸的形成[21].他們的試驗(yàn)結(jié)果表明,檸檬醛對蚯蚓存活率和再生速率有影響.但這種作用依不同體段而異，以體段P7(從第7體節(jié)去掉頭部的處理)和P25作用表現(xiàn)最顯著，對體段A25(從25體節(jié)去掉尾部的處理)、A90和P60影響較小.檸檬醛不影響蚯蚓尾部再生，而影響蚯蚓頭部再生.在蚯蚓頭尾軸再生形成中視黃酸有重要作用[8]，視黃酸能干擾和延遲再生，影響頭部的形成.從不同部位剪切蚯蚓后用視黃酸處理的，對其存活率、再生長度和重量等都有影響，對無頭有尾的蚯蚓體段存活率受視黃酸影響較大，而對有頭無尾的蚯蚓體段存活率受視黃酸影響較??；視黃酸處理30d后，各處理存活率和再生長度均小于對照組.

2.3 切斷部位對蚯蚓再生的影響

切斷部位對蚯蚓的再生有非常重要的影響.再生過程開始于切斷面芽基的形成,然后通過細(xì)胞大量增殖和分化為尾芽或頭芽,尾芽或頭芽的形成和再生體節(jié)的數(shù)量與切斷的部位相關(guān),在蚯蚓身體的一些區(qū)域切除體節(jié)與芽體節(jié)數(shù)成比例,而另一些區(qū)域則很少或沒有再生的能力.在相同實(shí)驗(yàn)條件下,切除后端的蚯蚓,其傷口愈合和再生能力明顯地強(qiáng)于切除前端的蚯蚓，而且,其成活率也明顯高于切除前端的蚯蚓[22].

2.4 切除長度對蚯蚓再生的影響

蚯蚓雖然具有再生能力，但蚯蚓的全部體節(jié)數(shù)不是能經(jīng)常再生的，再生的體節(jié)數(shù)取決于切除的部位和剩下身體的長度.從陳碧遠(yuǎn)[22]的實(shí)驗(yàn)中可知，當(dāng)切除長度小于或等于蚯蚓體長1/2時(shí)，損傷的蚯蚓在30天內(nèi)能完全再生恢復(fù)到原體長.但當(dāng)切除段長度大于蚯蚓體全長的1/2時(shí)，損傷的蚯蚓只能是部分再生，一般難以完全再生恢復(fù)到原體長.此外，當(dāng)后端的體節(jié)過多地被切除后，會造成不再生現(xiàn)象，甚至引起蚯蚓的死亡.再生過程中剩余體節(jié)長度與再生的起始呈正相關(guān)關(guān)系，所切除的組織量越多，對蚯蚓再生起始的影響越大,即細(xì)胞增殖、組織修復(fù)和傷口愈合所需的時(shí)間越長.

在實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，蚯蚓被切除段的長短與其傷口的愈合和再生有密切的關(guān)系.對于切除后端的蚯蚓來說，切除部分越短，其再生能力越強(qiáng)，反之，則越弱.對于切除前端的蚯蚓來說，再生不十分明顯，但總的趨勢是：切除部分越短，其再生的能力也就越強(qiáng)，反之，則越弱[22].

3 結(jié)語

在蚯蚓再生及影響因素的試驗(yàn)中，研究人員的共識是：蚯蚓的傷口愈合和再生可能與蚯蚓體內(nèi)的黃色細(xì)胞有關(guān).當(dāng)蚯蚓被切斷時(shí)，切口處有大量的黃色細(xì)胞出現(xiàn).從解剖學(xué)上可知，在蚯蚓背血管的周圍、腸壁外有大量的黃色細(xì)胞存在，黃色細(xì)胞的作用是合成糖原并貯存脂肪.所以，當(dāng)蚯蚓被切斷后其傷口處會產(chǎn)生大量的黃色細(xì)胞有利于合成更多的糖原，而促進(jìn)細(xì)胞的分裂，隨之，傷口愈合，身體進(jìn)一步延長.具有完整神經(jīng)系統(tǒng)的存在，在蚯蚓再生過程中起重要的作用.蚯蚓的中樞神經(jīng)是有腦、圍咽神經(jīng)、咽下神經(jīng)節(jié)和腹神經(jīng)索組成，腹神經(jīng)索在各體節(jié)內(nèi)都有膨大的神經(jīng)節(jié)，構(gòu)成鏈狀神經(jīng).實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的再生能力與蚯蚓神經(jīng)系統(tǒng)的完整程度存在著正相關(guān).當(dāng)切除后端的蚯蚓具有完整的腦、圍咽神經(jīng)、咽下神經(jīng)節(jié)和部分腹神經(jīng)索的存在，其再生能力比切除前端失去腦、圍咽神經(jīng)、咽下神經(jīng)節(jié)和部分腹神經(jīng)索的的蚯蚓強(qiáng).隨著切除段的逐漸減少，蚯蚓的再生能力就隨之增大，而此時(shí)蚯蚓的神經(jīng)系統(tǒng)也逐趨完整.蚯蚓的再生與循環(huán)系統(tǒng)的完整性也有密切的關(guān)系.蚯蚓的閉管式循環(huán)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸氧氣、二氧化碳、養(yǎng)分等作用.蚯蚓的背血管和環(huán)血管內(nèi)有瓣膜且能搏動，能促進(jìn)血液循環(huán)，但環(huán)血管有助于推動血流并維持平穩(wěn)的血壓，所以，當(dāng)切除環(huán)血管勢必引起血流速度的減慢，而影響蚯蚓的新陳代謝，進(jìn)而抑制了蚯蚓傷口的愈合和再生.實(shí)驗(yàn)表明，具完整環(huán)血管的蚯蚓再生能力強(qiáng).

從目前的資料看，蚯蚓的再生及影響因素的研究，只停留在試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果階段，還未見蚯蚓再生這種特性加以應(yīng)用.

蚯蚓的再生是個(gè)十分復(fù)雜的生理過程，從目前研究結(jié)果進(jìn)行思考，提出以下幾點(diǎn)探討建議：

（1）既然蚯蚓具有較強(qiáng)的再生能力，且再生與環(huán)境條件、營養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)試劑及切斷部位、切除長度等具有一定的關(guān)系，能否優(yōu)化最合理的因素使蚯蚓的再生達(dá)到最佳程度，使其再生應(yīng)用于蚯蚓的擴(kuò)繁而生產(chǎn)蚯蚓有待于進(jìn)一步研究.

（2）蚯蚓再生體節(jié)和原體節(jié)難以區(qū)分且傷口處無疤痕，如何將“蚯蚓式”再生應(yīng)用于醫(yī)療外科手術(shù)上有待于進(jìn)一步研究.

（3）已有一些實(shí)驗(yàn)證明蚯蚓后部被切除比前部被切除再生快，蚯蚓的前部和后部的再生方式是否一致有待于進(jìn)一步研究.

（4）將蚯蚓從不同位置切斷，得到有頭無尾、無頭無尾、無頭有尾3種類型的體段，實(shí)驗(yàn)表明有頭無尾的體段再生能力最強(qiáng)，無頭無尾的體段次之，無頭有尾的體段最弱，尾在再生的過程中是否起到了抑制作用，是通過什么方式起作用的有待于進(jìn)一步研究.

〔1〕DINSMORE C E.A History of Regeneration Research[D].Cambridge University Press,Cambridge，1991.

〔2〕MYOHARA M,YOSHIDA-NORO C,KOBARI F,et al.Fragmenting oligochaete Enchytraeus japonensis:A new material for regeneration study[J].Dev Growth Differ,2000,41:549～555.

〔3〕黃秀英等譯.發(fā)育生物學(xué).北京:高等教育出版社,1998.235～243.

〔4〕Welch MF,Drewes C D.Escape reflex development during posterior regeneration in the earthworm,Eisenia foetida.J EXP ZOOL,1985,235(1):35～44.

〔5〕Charles E D.A History of Regeneration Research,Cambridge University Press,1991.

〔6〕Gates G E.On regeneration capacity of earthworms of the family Lumbricidae.Am Midl Nat,1954,50(2):414～419.

〔7〕Drewes C D,Vining E P,Zoran M J.Regeneration of rapid escape reflex pathways in earthworms[J].AM ZOOL,1988,28(4):1077～1089.

〔8〕肖能文,齊莉萍,劉向輝,等.檸檬醛對赤子愛勝蚓(Eisenia fetida)再生的影響 [J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2005,11(2):192～196.

〔9〕肖能文,戈蜂,劉向輝.視黃酸對赤子愛勝蚓再生頭尾軸形成的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2005,24(8):913～916.

〔10〕愛德華茲CA,洛夫蒂JR.蚯蚓生物學(xué).北京:科學(xué)出版社,1984.106～108.

〔11〕Moment G B.The relation of body level,temperature and nutrition to regenerative growth Physiol Zool,1953,(26):108～117.

〔12〕齊莉萍,戈峰,周曉東.蚯蚓再生能力的研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2002,8(3):276～279.

〔13〕齊莉萍,肖能文,劉向輝,等.切斷位置對赤予愛勝蚓再生速度的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2004,10(4):437～441.

〔14〕GATESG E.Regeneration in an earthworm，Eisenia foetida(Savigny)1826.Ⅰ.Anterior Regeneration[J].Bid.Bull,1949(96):129～139.

〔15〕GATES G E.Regeneration in an earthworm Eisenia foetidnⅡPosterior regeneration[J].Boil.Bull,1950,(98):36～45.

〔16〕MOMENT G B.The relation of body level,temperature,and nutrition to regeneration growth[J].J Morph,1943,73:108～117.

〔17〕白桂芬,趙冰,祁茹,等.常溫常壓下蚯蚓不同體段的再生實(shí)驗(yàn)[J].四川動物,2007,26(4):889～891.

〔18〕LIEBMANM E.The Coelomocytes of Lumbricidae[J].J Morph,1942,71(2):221～245.

〔19〕CLARK R B,CLARK M E.Role of the supra-oesophageal ganglion during the early stages of caudal regeneration in some Errant Polychaetes[J].Nature,1959,183:1834～1835.

〔20〕ALONSO—BEDATE M,SEQUEROS E.Suggested regulatory mechanisms for caudal regeneration in Allolobophora molleri(Annelida:Oligochaeta)[J].Comparative Biochemistry and Physiology,1985,81A(2):225～228.

〔21〕White J A,Guo Y-D,Baetz K,Beckett-Jones B,Bonasoro J,HsuKE,Dilworth FJ,JonesG,PetkovichM.Identification of the retinoic acid–inducible all trans-retinoic acid 4-hydroxylase.J B iol Chem,1996,271:29922～29927.

〔22〕陳碧遠(yuǎn).蚯蚓的再生實(shí)驗(yàn)[J].生物學(xué)教學(xué),1994(1):28～30.

Q959.193

A

1673-260X（2012）05-0034-03