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本文应用扫描电镜术及Feulgen染色法对腹毛目纤毛虫异毛虫无性生殖过程中细胞皮层纤毛器及核器的形态学进行了系统的观察,得到其形态及形态发生过程中的细节特征。同时借助透射电镜术及免疫胶体金技术,揭示异毛虫细胞皮层纤毛器及胞质细胞器的超微结构以及α-微管蛋白和中心蛋白在细胞微管胞器中的分布特征,从而将异毛虫生命周期的相应阶段与细胞内微管胞器以及核器的动态变化过程相对应,探究上述两种微管蛋白在微管类胞器组装及形成过程中的可能作用。现将实验结果及主要结论综述如下:
1.皮层微管胞器的形态及形态发生作为细胞主要的微管结构,皮层纤毛器的形态及形态发生一直是原生动物细胞学研究的热点。但除游仆虫等少数几种纤毛虫外,对于纤毛虫其他类群的形态、形态发生及分类学等研究,目前仍以光镜手段为主。作者以一种腹毛目纤毛虫异毛虫为材料,应用扫描电镜术从亚显微水平观察细胞皮层纤毛结构的形态及形态发生,得到以下结论:(1)异毛虫口围带领部前1片和口围带翻领基部1片小膜由3列纤毛组成,不同于其他小膜含4列纤毛的情况,进一步印证了Foissner先前提出的关于腹毛目纤毛虫口围带小膜组成的普遍性特征的假设:(2)在口围带翻领部与口侧膜之间的口皮层区形成小膜侧向纤毛和口盖结构。经过对相近种的比较发现纤毛虫在小膜侧向纤毛和口盖结构的构成上所呈现的种属特异性,对于肃清异毛虫的分类归属是有意义的(3)异毛虫各体纤毛器的基体群形状、基体数量组成均存在一定特异性,该特异性可能在分段棘毛原基的迁移定位过程中起到一定作用;(4)形态发生过程中,前仔虫的口围带是由老口围带部分更新而来,后仔虫口围带原基在表膜下首先发生。口纤毛结构起源的位置及深度对纤毛虫的系统学及分类学具有一定的参考价值。
2.无性生殖过程中核器的行为特征在细胞的纤毛器经历分化的同时,核器也经历了一个DNA复制和分裂的变化过程。为进一步分析纤毛虫的细胞模式形成机理,完善纤毛虫的形态发生学研究,本实验对异毛虫进行表面超微形貌观察的同时辅以Feulgen染色法以揭示其相应生命周期中核器的行为,结果显示:异毛虫具有两大核两小核。在形态发生过程中,两大核各在其外端形成一复制带,两复制带同时向内侧移行至另一端,两个大核也作相应的运动,直至复制带在各自的大核内端消失,完成无丝分裂,整个过程不经历大核融合;小核行有丝分裂平均分配到两个子细胞中。透射电镜结果显示:分裂期之初,在大核外端特定位置形成一高电子密度的封闭空心球状结构,指环状复制带向其反方向移动,异毛虫大核复制带经历了由大核外端向核另一端移行的过程。此外,大核复制带内部分区明显,前、后两个区域染色质状态存在差异。
3.细胞皮层骨架及细胞质的超微结构观察在表面超微形貌观察的基础上开展细胞内部超微结构的研究是对异毛虫进行立体构建的可行手段,亦可以为免疫电镜工作的开展提供超微结构基础。应用透射电镜观察到异毛虫表膜下微管层分布存在背腹差异。表膜泡高度隆起而发达,食物残渣的外排可能有表膜泡的参与。腹面不同种棘毛系的毛基体排列呈特异性多边形,与扫描电镜所得结果吻合。表膜下围棘纤维篮为纤维环所包围,其中纤维环在棘毛前部有加粗现象。围棘纤维篮内有相互垂直的类似中心粒的结构,篮内各毛基体的成熟进程不同步,裸毛基体和毛基体的超微结构在横切面上并无明显差异。围棘纤维篮附近的胞质内含有大量的囊泡结构。毛基体下微管发达。围棘纤维篮周围微管束以及基体下微管束使基体间构成一个稳定的支架结构,其在维持细胞骨架稳固性方面起到必不可少的作用。
4.α-微管蛋白和中心蛋白在细胞微管胞器中的分布特征国内外学者已先后应用蛋白银方法、直接荧光标记和免疫荧光标记法显示异毛虫的微管骨架,但关于细胞骨架的细节研究尚未开展。因此,将微管蛋白的特异性标记与透射电镜技术相结合的免疫电镜技术成为荧光标记技术的重要补充和具体化,将细胞结构和功能的研究更紧密地联系起来,可进一步揭示异毛虫细胞骨架的全貌。本实验的结果提示:α-微管蛋白是微管纤毛器的主要组分,分别更具有广泛性,而中心蛋白在纤毛器中分布更有特异性,可能在维持基体的正常发育中起到至关重要的作用。所得结果为免疫电镜技术在高度进化的腹毛目纤毛虫中的应用作了一些探索,亦为研究α-微管蛋白和中心蛋白在异毛虫微管胞器中的分布及功能积累了资料。