腹毛类纤毛虫分类、细胞发生与系统发育

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纤毛虫原生动物是一大类生存于多种生境中的单细胞真核生物,是纤毛门中特化程度最高等的类群。纤毛虫是土壤及水体生物群落的重要组成部分,在生态系统的物质循环及能量流动中扮演着非常重要的角色。腹毛类纤毛虫处于单细胞真核生物分化的最高阶段,具有关键和特殊的系统发育地位,在细胞学、遗传学以及真核生物起源与进化等领域具有重要意义。尽管迄今纤毛虫具有300多年的研究历史,数千种腹毛类纤毛虫物种已被报道和描述,但仍有大量未知、半知甚至空白的类群亟待确认和发现。本工作以采自中国华北部分地区(青海、山西、河北)、贵州和冰岛温泉生境中的腹毛类纤毛虫为研究对象,利用活体观察、蛋白银染色技术,同时辅以分子生物学技术,综合开展了分类学、细胞发生和分子系统学的研究。共分离、鉴定出12属13种腹毛类纤毛虫,主要结果如下:1.形态学方面首次发现海洋巴库虫(Bakuella(Bakuella)marina,巴库虫科模式种)具有无色皮层颗粒。发现并描述了颗粒颗粒尖毛虫(Oxytricha granulifera granulifera)室内培养种群的形态异常个体。对4个耐高盐种(海洋巴库虫(B.(B.)marina)、涅氏支柱虫(Cladotricha niesseniae)、澳洲支柱虫(Cladotricha australis)、寡毛双眉虫(Diophrys oligothrix))的形态学特征进行了描述。同时,对8个已知种:大尾柱虫(Urostyla grandis)、冠突伪尾柱虫(Pseudourostyla cristata)、魏氏拟尾柱虫(Paraurostyla weissei)、刚强殖口虫(Gonostomum strenuum)、犬牙硬膜虫(Rigidohymena candens)、斯坦腹柱虫(Gastrostyla steinii)、双裂棘尾虫(Stylonychia bifaria)、大颗粒尾尖虫(Uroleptoides magnigranulosus)进行了补充描述,并与该种其它种群进行了比较。海洋巴库虫(B.(B.)marina)和颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)的正常与异常形态个体的形态特征如下:(1)海洋巴库虫(B.(B.)marina):高盐种,适宜盐度50‰。活体150–200×35–60μm。具有无色皮层颗粒,3根明显分化的额棘毛,多根口棘毛,迁移棘毛多于2根。中腹棘毛复合体由中腹棘毛对和中腹棘毛列组成。具横棘毛,左、右缘棘毛各1列,无尾棘毛。(2)颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)正常形态个体:身体柔韧略收缩,椭圆形,活体90–130×30–45μm。18根额-腹-横棘毛以稳定的8:5:5模式排列,波动膜为尖毛虫模式。通常具两个球形至椭球形的大核。皮层颗粒球形、无色。5列背触毛为典型的尖毛虫模式。(3)颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)异常形态个体:活体115–140×20–25μm。长椭圆形,背腹扁平,身体柔软,可轻微收缩。1–4枚椭圆形大核。皮层颗粒无色。口区短而窄,波动膜缺失。具3–4根额腹棘毛,2–3根口后腹棘毛,其他各棘毛数量和位置稳定。异常个体与正常个体的主要差异为活体大小、体形、口围带的长度以及波动膜的有无。其它3个高盐种群的形态特征如下:(1)涅氏支柱虫(C.niesseniae):嗜盐种,耐盐范围60–230‰。虫体椭圆形,皮膜柔软,不收缩。活体平均94×22μm。口围带占体长的50%左右。2枚大核,内质充满食物泡和油球等颗粒状物质,无皮层颗粒。额棘毛3根,口棘毛多于1根,3列额腹棘毛。3列背触毛呈殖口虫模式,尾棘毛3根,位于每列背触毛的末端。(2)澳洲支柱虫(C.australis):高盐种,适宜盐度50‰。体形呈纺锤形,活体99–125×18–30μm,口区长30–40μm。14–28枚大核,伸缩泡位于胞口近端左侧。口棘毛恒为2根,3列额腹棘毛。(3)寡毛双眉虫(D.oligothrix):高盐种,耐盐范围50–150‰,虫体皮膜坚实,活体大小55–60×30–40μm,口围带小膜约33片。腹面棘毛一般14–15根,缘棘毛2–3根。背触毛4列,尾棘毛3根。以微藻(硅藻)为食,通常在底质缓慢爬行。2.细胞发生学方面(1)首次揭示了海洋巴库虫(B.(B.)marina)的细胞发生过程,主要特征是:1)老口围带完全更新;后仔虫的口原基独立形成;2)额-腹-横棘毛原基为次级发生式,第I列原基产生左侧额棘毛,第II列原基分别产生中间的额棘毛和口棘毛,第III列原基贡献出右侧额棘毛和口侧棘毛;3)第IV列原基和紧随的6列原基形成中腹棘毛对,n–1列原基和前面的多列原基分化为中腹棘毛列,第n列原基发育为迁移棘毛,通常右边的7列原基尾端各形成1根横棘毛;4)缘棘毛和背触毛按常规模式发生;大核在分裂中期融合成一团。(2)颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)冰岛种群与Foissner和Adam(1983)种群的细胞发生过程一致。主要特征如下:1)后仔虫的口原基独立形成,老的口围带完全保留;2)两个子细胞分别形成一组6列额-腹-横棘毛原基;3)缘棘毛和核器为常规发生模式;4)1–3列背触毛来源于老结构,第4列背触毛由第3列背触毛断裂形成,第5列为背缘触毛列。(3)颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)的异常形态个体未见二分裂和接合生殖过程。(4)涅氏支柱虫(C.niesseniae)的老口围带由前仔虫继承,后仔虫的口原基独立形成;波动膜由老的口原基反分化形成;部分老的额腹棘毛参与了额腹棘毛原基的形成。(5)澳洲支柱虫(C.australis)的细胞发生特征与支柱虫属一致,即老口围带完整保留,前仔虫的波动膜原基源于老结构的反分化,后仔虫的波动膜原基形成于口原基的右前侧;额腹棘毛原基为次级发生式;缘棘毛和背触毛原基均由老结构反分化形成。(6)寡毛双眉虫(D.oligothrix)大核在发生过程中进行融合;5列额-腹-横棘毛原基在发生式后期以典型的3:2:2:3:1模式分化成新的棘毛结构;老结构参与新的背触毛的形成。3.分子系统学方面对海洋巴库虫(B.(B.)marina)、颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)基于SSU rRNA基因序列进行了系统发育分析,对其分类地位和系统关系进行了探讨:(1)海洋巴库虫(B.(B.)marina)隶属于巴库虫科巴库虫属,为该属的模式种,自1976年报导以来,长期缺乏分子数据。本文补充了该种18S rRNA基因序列,基于18S rRNA基因的系统发育分析表明巴库虫科、属及亚属均为非单源发生。(2)颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)正常形态个体与异常形态个体在系统发育树上聚为一枝,支持二者为同一物种。(3)测得11个种群(海洋巴库虫(B.(B.)marina)、大尾柱虫(U.grandis)、冠突伪尾柱虫(P cristata)、魏氏拟尾柱虫(P.weissei)、颗粒颗粒尖毛虫(O.granulifera granulifera)、涅氏支柱虫(C.niesseniae)、犬牙硬膜虫(R.candens)、斯坦腹柱虫(G.steinii)、双裂棘尾虫(S.bifaria)、大颗粒尾尖虫(U.magnigranulosus)、寡毛双眉虫(D.oligothrix))的18S rRNA基因序列,丰富了所涉及类群核糖体小亚基SSU rRNA基因序列信息。
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