細小微胞藻的超微結構研究

殷明焱, 夏 娃, 胡曉燕

（中國科學院 海洋研究所, 山東 青島 266071）

細小微胞藻的超微結構研究

殷明焱, 夏 娃, 胡曉燕

（中國科學院 海洋研究所, 山東 青島 266071）

通過電子顯微鏡對分離自青島海域的一株細小微胞藻（Micromonas pusilla （Butcher） Manton et Parke）進行了形態和超微結構研究。該藻細胞微小, 具有特征性的一根側生的鞭毛, 鞭毛上具一根細長的頂毛。該藻細胞膜外無細胞壁和鱗片。細胞內部結構相當簡單, 僅具一個中央包含著蛋白核的葉綠體, 一個細胞核, 一個線粒體及一組高爾基復合體。該藻是我國黃海廣泛分布的一個種。

細小微胞藻（Micromonas pusilla （Butcher） Manton et Parke）; 超微結構; 黃海

海洋鞭毛藻類是海洋浮游植物重要組成部分,由于其生長周期短, 生長速度快, 在海洋初級生產力以及生態系統中占有重要的地位。但是另一方面,由于其個體小, 細胞脆弱, 難以用常規方法采集和固定保存, 且分類研究往往需要依靠純培養樣品的電鏡觀察, 研究難度較大。我國在此方面的研究的相當薄弱, 已報道的種類很少[1,2]。

作者自山東青島海域分離出一株鞭毛藻, 經超微結構觀察發現其為細小微胞藻（Micromonas pusilla（Butcher） Manton et Parke）, 報道如下。

1 材料和方法

1.1 藻種的獲得和培養

實驗藻種采集于2002年10月15日青島沿岸的水樣中, 經毛細管挑取法分離純化至單藻。用 PES培養基, 在 15℃, 50 μmol/（m2·s）, 12 h:12 h 的光暗循環條件下培養。

1.2 正染樣品制備和觀察

細胞滴在銅網上, 1%鋨酸固定后干燥, 用蒸餾水洗去鹽結晶, 然后用醋酸雙氧鈾染色 15 min, 干燥后用蒸餾水沖洗, 再干燥后在 JEM-1200EX透射電鏡下觀察。

1.3 超薄切片樣品制備和觀察

細胞用 2.5%戊二醛前固定 4 h, 離心后 0.2 mol/L磷酸緩沖液（pH7.2）沖洗, 用 1%鋨酸后固定,再次用0.2 mol/L磷酸緩沖液（pH7.2）沖洗, 然后按常規方法采用系列濃度丙酮脫水, Epon-812樹脂包埋,聚合后切片, 醋酸鈾和檸檬酸鉛雙染后, 在 JEM-1200EX透射電鏡下觀察。

2 結果

細小微胞藻的整體外形見圖 1a和圖 1b的正染圖片。細胞略不對稱, 呈梨形, 長約1～1.6 μm, 寬約0.6～1 μm。鞭毛結構較特殊, 由兩部分組成。靠近細胞的一端較粗短, 直徑約為 0.16～0.18 μm, 長度約0.6～0.8 μm。遠離細胞一端則很細, 長度可達 3～4μm。從超薄切片可以看出, 基部較粗部分具典型的真核生物鞭毛結構, 內部為9+2微管, 外面包圍一層膜（圖 1c）。而遠端只是由基部的中央微管向外延伸,包裹一層膜形成, 因此并不是完整的鞭毛結構（圖1d）。Manton[3]稱其為頂毛（hair-point）, 并基于其簡單的結構, 推測其主要依靠基部鞭毛做被動運動。

從圖 1c～圖 1f的超薄切片可以看出, 細小微胞藻的細胞結構相當簡單。其細胞僅外被一層細胞膜,無細胞壁和鱗片等其他構造。細胞內部只具一個葉綠體, 一個細胞核, 一個線粒體及一組高爾基體, 而且這些細胞器占據了細胞內部的絕大多數空間, 細胞質含量相對較少。

葉綠體為細小微胞藻細胞內最大的細胞器, 體積可占到細胞的一半以上, 可見于細胞的各個切面。葉綠體位于與鞭毛相對的一側, 縱切面略呈三角形（圖1d）, 橫切面為圓形（圖1c）。其外膜由兩層膜組成。膜的內部為多層類囊體組成的環狀片層。中間為一個大而明顯的圓形蛋白核, 直徑約 0.6 μm。從圖1c可以看出, 蛋白核由兩層組成, 內層為致密的核心,而外層由多層染色較深的物質組成。在類囊體片層和蛋白核之間充滿著許多染色較深的顆粒。

圖1 細小微胞藻的電鏡照片Fig. 1 Electron micrographs of Micromonas pusilla

細小微胞藻的細胞核位于細胞的一側, 絕大部分被細胞膜和葉綠體包圍著, 大小約為葉綠體的一半（圖1d, 圖1e）, 沒有觀察到核仁的存在。該藻僅具一個線粒體, 位于細胞核和鞭毛之間的區域, 一側緊靠著葉綠體。線粒體呈扁平囊狀, 外膜由雙層膜組成, 內部分布著一些扁平的嵴, 為典型綠藻線粒體結構（圖1c, 圖1f）。在線粒體和鞭毛之間的區域, 分布著由4～5個扁平囊泡組成高爾基體。此外, 在鞭毛基部的下方有些切面還可見到染色較深的顆粒。

3 討論

細小微胞藻最初在英國海域發現, 由 Butcher[4]所報道。由于該藻細胞在培養時略呈褐色, 同時基于光鏡下的一些特征, 該藻被歸在金藻類的單鞭金藻目中, 命名為細小單鞭金藻（Chromulina pusillaButcher）。Manton[3]詳細研究了該藻的超微結構及色素特征, 指出其應歸屬于綠藻綱。基于上述結果,Manton等[5]將該藻與另一種微小鞭毛藻（Micromonas squamataManton et Park）一起建立了微胞藻屬（MicromonasManton et Parke）。而后者隨后被移到MantoniellaDesikachra屬中[6]。目前, 微胞藻屬只有模式種細小微胞藻一個種, 隸屬于綠藻門（Chlorophyta）, 真綠藻綱（Prasinophyceae）, Mamiellales目, Mamiellaceae科。

作者觀察到的細小微胞藻在藻體外形上與Manton[3]的觀察結果基本一致, 但是在細胞內部的超微結構上則存在有一些差異。作者觀察的細小微胞藻的細胞核較大, 而其周邊被 Manton[3]稱為的核周空間的區域則較少。另外, 線粒體更為側扁一些。但是, 這些差異很有可能是由于在對電鏡樣品進行處理時造成的假象, 并不能作為形態分類的依據。例如, Manton[3]觀察到的細胞核較小, 可能是由于在固定或脫水等制片過程中導致細胞核收縮引起的, 而這也是形成許多核周圍空間的原因。

與其他單細胞鞭毛藻相比, 細小微胞藻具有特征明顯的鞭毛形態。但是由于其個體小（細小微胞藻是真核藻類個體最小的種類之一）, 細胞結構簡單,種內可供比較的形態學特征較少。目前世界各地發現的該類微藻, 均依據其外部形態鑒定為細小微胞藻[7]。但這并不意味著該類物種多樣性的降低。?lapeta等[8]對分離自世界各地的17株細小微胞藻進行了系統發育分析,結果顯示存在著多個不同的類群。深入地理解形態種和分子種的概念及其差別也是目前分類學上需要解決的一個問題。

細小微胞藻是一種分布廣泛的種類, 在世界許多個水域均有發現, 分布于從赤道到北極的廣大區域[8]。而且在許多水域的特定時期, 該種可成為浮游植物的優勢類群[9]。例如, 近些年來, 對北極水域的調查顯示, 該藻同其他超微型真綠藻綱種類一起構成了該地區周年初級生產力的的主要類群[10]。在我國, 只有高玉[2]在膠州灣水域觀察到了該藻的存在,且只有投影照片, 并無內部的超微構造觀察。2001～2006年期間, 作者在對寧波、威海、青島的水樣進行鞭毛藻分離培養過程中均觀察到了該藻的存在。其中, 2006年 10月在青島沿岸水域觀察到其密度達到了 10萬個/L。因此, 該藻應為我國黃海海域廣泛分布的一個種。

[1] 胡鴻鈞, 呂頌輝, 劉惠榮. 等鞭金藻屬（等鞭金藻目）1新種—湛江等鞭金藻（Isochrysis zhanjiangensissp.nov）及其超微結構的觀察 [J]. 海洋學報, 2007, 29:111-119.

[2] 高玉, 曾呈奎, 郭玉杰. 微型浮游生物[A]. 劉瑞玉.膠州灣生態學和生物資源[C]. 北京: 科學出版社,1992. 203-219.

[3] Manton I. Electron microscopical observations on a very small flagellate: the problem ofChromulina pusillaButcher [J]. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 1959, 38:319-333.

[4] Butcher R W. Contributions to our knowledge of the smaller marine algae [J]. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 1952, 31:175-191.

[5] Manton I, Parke M. Further observations on small green flagellates with special reference to possible relatives ofChromulina pusillaButcher [J]. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 1960, 39: 275-298.

[6] Desikachray T V. Notes on volvocales-I [J]. Current Science, 1972, 41: 445-447.

[7] Bergesch M, Odebrecht C, Moestrup ?. Nanoflagellates from coastal waters of southern Brazil （32 degrees S） [J]. Botanica Marina, 2008, 51: 35-50.

[8] ?lapeta J, López-García P, Moreira D. Global dispersal and ancient cryptic species in the smallest marine eukaryotes[J]. Molecular Biology and Evolution, 2006,23: 23-29.

[9] Not F, Latasa M, Marie D,et al. A single species,Micromonas pusilla（Prasinophyceae）, dominates the eukaryotic picoplankton in the western English channel[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2004,70: 4064-4072.

[10] Li W K W, McLaughlin F A, Lovejoy C,et al. Smallest algae thrive as the Arctic Ocean freshens [J]. Science,2009, 326: 539.

Received: Jan., 11, 2010

Key words:Micromonas pusilla; ultrastructure; the Yellow Sea

Abstract:A strain of Micromonas pusilla, widely distributed in the Yellow Sea, was isolated from the coast area of Qingdao. Its morphology and fine structure were studied by electronic microscope. The cells were characterized by a laterally attached flagellum terminating in a long and slender hair-point. No cell wall or surface scales were observed outside the cell membrane. The internal structure was very simple, composed of a single plastid with a large central pyrenoid, a nuclear, a single mitochondrion, and a Golgi complex.

（本文編輯:梁德海）

Ultrastructure of Micromonas pusilla （Butcher） Manton et Parke

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

Q179.1

A

1000-3096（2010）11-0051-03

2010-01-11;

2010-03-25

中國科學院知識創新工程項目（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@ms.qdio.ac.cn