鑿貝才女蟲形態與結構觀察

高 燕,張 濤,楊紅生,張曉芳

(1.中國科學院 海洋研究所,山東 青島,266071; 2.中國科學院 研究生院,北京,100049; 3.獐子島漁業集團股份有限公司,遼寧 大連,116001)

底播是中國貝類灘涂和淺海增養殖的重要方式之一,具有成本低、貝類生長快、效益高,產品質量高等優點。但是底播增養殖的貝類常常受到才女蟲(Polydora ciliata)病的困擾。才女蟲分泌腐蝕貝殼的酸性物質在貝殼上穿鑿管道,使殼內面接近中心部位形成黑褐色的痂皮,俗稱“黑殼”病或“黑心肝”病。病貝生長緩慢,由于管道的形成,使貝殼受損,特別使閉殼肌周圍的殼變得脆弱,在養殖操作過程中容易破裂。當蟲體鉆穿貝殼達到軟體部時,則直接侵害軟體部,被侵組織周圍發生炎癥,局部形成膿腫和潰瘍,引起細菌繼發性膿瘍,并產生一種特殊的臭味,大大降低了貝類的品質和價值,嚴重時導致貝類死亡。才女蟲是貝類增養殖業最重要的病害生物之一,在世界范圍內廣泛分布,但至今尚未找到有效的防控措施[1-4]。

鑿貝才女蟲屬于環節動物門(Annelida),多毛綱(Polychaeta),海稚蟲科(Spionidae),才女蟲屬(Polydora)。鑿貝才女蟲在含有大量碳酸鈣的基質中筑造管道,營管棲生活,在歐洲、美洲、亞洲、新西蘭等地都有廣泛分布,嚴重危害貝類養殖業及珊瑚礁的生長,并致大規模死亡[5-7]。在國內,關于鑿貝才女蟲對扇貝、珍珠貝、鮑等的危害已有報道[8-10],但是對本種乃至本屬的研究,一直未得到應有的重視,長期以來一直停留在分類學的初始階段。為了更深入地開展對該類群的研究,本實驗選擇了遼寧獐子島底播蝦夷扇貝養殖區作為研究基地,對嚴重感染鑿貝才女蟲的病貝的癥狀、蟲體外部形態和內部結構進行了較為系統地研究,旨在豐富多毛類形態和結構的基礎知識,為科學防控才女蟲病提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗用扇貝來源

于 2007年 10月在遼寧大連獐子島海域(水深>30 m)通過底拖網收集感染有鑿貝才女蟲的蝦夷扇貝,帶回實驗室后放入 20℃海水中暫養,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從管道中取出,放入加有少量海水的培養皿中,置于解剖鏡下觀察。為方便觀察,逐滴加入7%的MgCl2海水溶液至蟲體麻醉。

1.2.2 組織學切片觀察

取鑿貝才女蟲活體,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、測量、拍照均使用日本尼康顯微成像系統Nikon80i完成。

1.3 掃描電鏡觀察

鑿貝才女蟲成蟲用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環氧樹脂包埋。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 結果

2.1 病貝的癥狀

被鑿貝才女蟲感染的蝦夷扇貝上殼的外表面有針尖大小的小孔,一般兩個一組,為鑿貝才女蟲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,肉眼可見有鑿貝才女蟲長長的觸手從孔中鉆出,受刺激馬上縮回到管道中。將病貝肉體去除,可見其上殼的內表面有彎彎曲曲隆起的管道,呈黃褐色,用鑷子掰開后可見管道內有大量絮狀碎屑(圖1)。

圖1 被鑿貝才女蟲感染的蝦夷扇貝上殼的外表面和內表面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 鑿貝才女蟲形態特征

鑿貝才女蟲成蟲蟲體長一般為 10～40 mm,體寬0.7～1 mm,頭部有1對觸手,可以自由收縮,觸手邊緣有黑色波紋帶。身體分節,但是沒有明顯的分區。在解剖鏡下,可清楚地看見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。從顏色上區分,成蟲有橙黃色,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)。

鑿貝才女蟲圍口節前端有口前葉,前端圓鈍且分叉,攝食時通過纖毛的擺動,使食物順著食物溝送入消化道中(圖 3-1)。第二至第四剛節每一節兩側都生有運動性的長剛毛,對才女蟲的身體起支撐作用,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)。從第七剛節開始身體兩側有疣足和伴隨運動性剛毛,背部生有一排約5~7個棘狀剛毛,疣足向腹部彎曲,腹部每個剛節都有一條纖毛帶(圖3-4,3-5)。尾部呈吸盤狀,肛部為收縮或擴張的袖口狀、茶碟狀或分葉,表面有大量纖毛,中間有肛門孔(圖3-6)。觸手長約1~2 mm,生有一條淺淺的食物溝,溝內布滿纖毛,擺動時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 鑿貝才女蟲成蟲Fig.2 Photograph of Polydora ciliate

2.3 鑿貝才女蟲結構特征

鑿貝才女蟲身體結構相對簡單,主要由表皮、肌肉層、消化系統組成。體腔內充滿體腔液,腸壁外附有肌肉。肌肉層發達,每一體節具一對疣足,疣足上生有剛毛,運動能力比較強。肌肉組織為平滑肌,呈梭型,分為環肌、縱肌和斜肌。個體被橫切時,環肌為外側環生,在疣足處間斷腸壁上附生的肌肉亦為環肌; 內層縱肌發達,橫切呈多邊形; 每個體節內,還有一對斜肌。表皮層主要由柱狀上皮細胞和許多散在的腺細胞組成。柱狀上皮細胞呈柱狀,細胞核近圓形,位于細胞基底。柱狀細胞間有許多散在的腺細胞,腹側面和疣足葉基部腺細胞較多。腺細胞呈空泡狀,表明在細胞中含有很多囊泡,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構簡單,由柱狀上皮細胞組成,細胞排列緊密,外面包裹著肌層,內環外縱。疣足為每節體壁向兩側垂直伸出的肉質扁平葉。疣足壁結構和體壁一樣,在疣足基部有剛毛囊,其內的細胞能分泌幾丁質性質的剛毛(圖4-4,4-5,4-6)。

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

鑿貝才女蟲表皮細胞外層著生有大量的微絨毛;在透射電鏡下皮膚表層有細小的顆粒,表明皮膚外有黏液層,比較潤滑(圖 5-1); 腺細胞向表皮分泌的黏液(圖 5-2)。鑿貝才女蟲的肌肉層透射電鏡照片顯示肌漿網內有大量的脂肪顆粒; 肌肉的橫紋是因為組成肌纖維的原纖維上具有規則的、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為肌絲的結構,一類為肌動蛋白肌絲,一類為肌球蛋白肌絲,這些肌絲在肌肉組織中的排列是很有規則的,因而產生肌原纖維的橫紋樣式。長度相等的肌原纖維也作規則的排列,當肌原纖維的橫紋均等的隔開時,便使整根肌纖維具有規則的橫紋。才女蟲的 Z線呈斷裂狀,肌球蛋白和肌動蛋白連接不緊密(圖 5-3)。鑿貝才女蟲的消化道內有大量的微絨毛,消化能力強(圖 5-4)。消化道的腺細胞內含有很大的溶酶體顆粒,向消化內分泌消化酶(圖 5-5)。在消化道內發現大量單細胞藻類,為鑿貝才女蟲與扇貝爭食奪餌提供了證據(圖5-6)。

圖4 鑿貝才女蟲組織學觀察Fig.4 Histological observation of Polydora ciliata

3 討論

3.1 鑿貝才女蟲對蝦夷扇貝貝殼的損害

鑿貝才女蟲在貝殼內鉆鑿,分泌黏液黏附周圍的顆粒碎屑鑄造向上泥管,這些泥管的開口處高出貝殼表面1~2 cm(圖1-1)。在貝殼的內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鉆鑿刺激扇貝不斷分泌碳酸鈣,包裹住蟲體,阻止其向里面進一步鉆鑿。這些突起的形狀是不規則的,在被才女蟲侵蝕嚴重的貝殼上,這些突起往往連成一片,觀察到的最大的一個突起直徑約 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,減弱了其對軟體部位的保護功能。

圖5 鑿貝才女蟲透射電鏡照片Fig.5 Transmission electron micrographs of Polydora ciliata

3.2 鑿貝才女蟲的體壁結構

就體壁的結構組成而言,鑿貝才女蟲與環節動物門多毛綱常見生物相似,體壁從外向內分4層: 角質層、表皮、肌肉層和壁體腔膜[11]。鑿貝才女蟲體壁表皮為單層柱狀上皮細胞,其中夾有腺細胞和感覺細胞,尤以腹面和疣足葉基部的腺細胞較多。表皮細胞內含有大量的線粒體表明表皮細胞代謝旺盛(圖5-1)。在其他多毛類表皮結構中也常常出現含有大量液泡的腺細胞[12]。

在大部分多毛類中,剛毛經常橫向排列為帶狀或縱向排列為束狀。在體型較小的種類中剛毛用來移動身體,在體型較大的種類中,剛毛的擺動還可以促進周圍水流的流動[13]。鑿貝才女蟲背剛毛、腹剛毛和疣足上的剛毛圍繞身體形成一個剛毛環; 第五剛節剛毛變形,形成爪狀結構。推測這些剛毛的運動可以把貝殼碎屑摩擦下來,從而形成光滑彎曲的管道。Okoshi[14]描述了蝦夷扇貝和長牡蠣被才女蟲Polydora variegate,P.websteri,P.converxa和P.concharum侵蝕貝殼的超顯微結構。在4種才女蟲侵蝕貝殼形成的管道表面都發現同心的孔,在管道的側面有與管道方向平行的抓損的刮痕。Haigler[15]認為才女蟲鑿貝鉆孔的機制包括兩個過程: 分泌黏液化學腐蝕和剛毛機械磨損。

疣足為體節體壁向兩側垂直伸出的肉質扁平葉,有觸覺和運動功能。疣足內充滿毛細血管,在疣足的頂部形成了毛細血管網。才女蟲沒有特殊的呼吸器官,微血管網則成為氣體交換的主要場所。在疣足基部有剛毛囊,其內的形成細胞能分泌幾丁質性質的剛毛。剛毛和疣足是環節動物的運動器官。大多數環節動物都具有剛毛,海產種類一般有疣足[11]。

3.3 鑿貝才女蟲形態結構與其穴居生活的關系

鑿貝才女蟲表皮的腺細胞向表皮分泌的黏液,含有酸性物質,有腐蝕貝殼和潤滑身體的作用(圖5-2)。感覺細胞分散在表皮中,可感受外界的刺激。肌肉層是由環肌、縱肌和斜肌組成,與環毛蚓只有環肌和縱肌不同。在功能上,環肌的收縮可以使蟲體變細長,縱肌的收縮使蟲體變粗短。斜肌的收縮使身體運動更靈活[16]。由于鑿貝才女蟲的身體是按節排列的,而斜肌的位置在每節體壁內側的連接處,可能與才女蟲體節之間的連接有關。鑿貝才女蟲的肌肉層透射電鏡照片顯示肌漿網內有大量的脂肪顆粒,說明肌肉兼有能量儲備的功能。才女蟲的 Z線呈斷裂狀,肌球蛋白和肌動蛋白連接不緊密,說明才女蟲的運動能力弱,只能蠕動,與其穴居的生活方式相適應。

才女蟲是典型的海底食碎屑動物,大部分種類生活在近岸海域,深海中比較少。才女蟲有兩種攝食方式,吞食和濾食。吞食主要是吞咽周圍含有機質的泥沙,吸收其中的營養物質,濾食是用觸手攪動周邊的海水,攝食其中小的有機物顆粒。很多種類在這兩種攝食方式之間可以自由轉化,主要取決于其周圍的環境。觸手是攝食時的重要器官[17]。鑿貝才女蟲的觸手來回擺動收集懸浮在水中的的顆粒,沿著觸手的內表面是一個從一端延伸到另一端的長滿纖毛的凹槽(圖3-7,3-8)。觸須末端的纖毛擺動,把顆粒向口中驅趕。

鑿貝才女蟲消化道發達,腸黏膜突起形成極其發達的指狀絨毛,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),在纖毛的擺動下,可以促使食物向身體后方運輸,相對彌補了腸部肌肉不發達造成的對食物運輸的不足。超微結構顯示腸纖毛溝細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,除具潤滑作用和保護作用外,有的學者認為中性黏液物質的存在與吸收有關,而酸性黏液物質的存在則與分泌有關[18]。超微結構顯示腸的柱狀上皮細胞具微絨毛、質膜內陷和游離端出現大量的胞飲泡、細胞中部出現進行物質降解的次級溶酶體和細胞內含有儲存物質,這些都是吸收細胞的超微結構特征。

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