鱼类适宜于水中生活。但是,体外受精的硬骨鱼类精子在纯的淡水或海水中动动寿命却十分短暂(几十秒到几十分钟)。是什么生理上或结构上的原因导致了这种结果?这方面的知识和研究尚很缺乏。淡水的渗透压比鱼精子内部的渗透压低许多,鱼精子排放到淡水中,精子可能会通过渗透作用大量吸水,从而对淡水鱼类精子细胞膜系统或其他结构造成损伤;海水的渗透压大大高于鱼精子内部的渗透压,鱼精子排放到海水中,渗透失水会导致海水鱼精子细胞收缩或某些结构的损伤;这都可能是造成体外受精的硬骨鱼类精子运动寿命十分短暂的重要原因。另外,无论淡水还是海水,都含有极少或完全不含有能被鱼类精子所利用的能源物质。而体内受精的鱼类或其他动物的精子则可以从雌性生殖道液体中获取能源物质。这也可能是体外受精的硬骨鱼类精子运动时间特别短暂的原因之一。但是,考虑到在水中行体外受精的海胆,贝,蚌等动物的精子可在水中运动显著较长的时间(几小时至几十小时),认为体外受精的硬骨鱼精子在亚细胞结构或细胞器方面的适应性上也可能存在导致其运动寿命特别短的内在原因。我们采用玫瑰无须鲃(Puntius conchonius)精子做为实验材料,分别通过调节水环境的不同渗透压[0 mM(纯水),50 mM,75 mM和100 mM NaCl溶液],以及向水环境中加入不同的能量代谢底物(葡萄糖、果糖、乙酸钠、丙酮酸钠),观测了它们对体外受精的硬骨鱼精子运动寿命的影响;并通过分别检测不同运动环境中,不同运动时间后精子中线粒体跨膜电位(质子浓度差)的改变情况,分析了线粒体在体外受精的硬骨鱼精子运动中的生理特性和功能改变情况。　　结果显示:(1)精子在纯水中的运动时间最短,大约为4 min。随着溶液浓度(0–75 mM NaCl)及渗透压(0–150 mOsm/kg)在一定范围内的升高,精子运动时间显著延长。其中在75 mM NaCl溶液(约150 mOsm/kg)中精子运动时间最长,达到20 min。随着NaCl溶液浓度(≥75 mM)及渗透压(≥150 mOsm/kg)进一步升高,精子运动时间又逐渐缩短,在150 mM NaCl溶液(约300 mOsm/kg)中精子静止不运动。此时溶液的渗透压大约与精浆的渗透压相等。说明纯水并不适宜于硬骨鱼精子运动,而适当浓度的盐溶液(75 mM NaCl,约150mOsm/kg)则可以维持显著较长的精子运动时间。(2)溶液中增加葡萄糖、果糖、乙酸钠或丙酮酸钠等能量代谢底物后,精子运动时间更进一步显著延长,达到60 min左右。与在纯水中的运动时间相比,精子在增加了能量代谢底物的溶液中运动时间延长了十多倍,与在NaCl溶液中的运动时间相比,运动时间也延长了约5–6倍。四种能源底物中,葡萄糖、果糖和丙酮酸钠对延长精子运动时间的效果相同,而乙酸钠的效果次之。增加能源底物后,在不同运动时间段中运动精子百分率也显著高于纯水或NaCl溶液中的。(3)精子刚刚开始运动(0 min)时,线粒体内膜跨膜电位高。用JC-1染色后的红/绿色荧光强度比值来表示大约为1.4,随着精子在不同溶液中运动时间的延长,这一荧光强度比值出现不同程度的降低,到精子完全停止运动之后,这一比值降低到1.0以下。这说明随着精子在不同溶液中运动时间的延长,线粒体内膜电位下降。在纯水中线粒体内膜电位的下降速度最快,溶液中增加了能量代谢底物后,线粒体内膜电位下降速度显著减慢。此结果表明纯水并不是体外受精的硬骨鱼精子运动的最佳环境。通过调节精子运动环境的渗透压和增加能源底物,可以显著延长精子运动时间。　　随着荧光显微镜的普及和荧光标记技术在生物学研究领域越来越广泛地应用。对各种生物材料自身的荧光特性,以及常用的组织学染色方法所做出的生物标本的荧光特性亟待有一个全面系统的了解。苏木精和伊红是多年来组织细胞染色最常用的染料。已知伊红是有荧光的染料,但是一般都把伊红用来与苏木精一起作对比染色(HE染色),在白光下进行观察。通常认为苏木精没有荧光特性。JC-1是线粒体专一性荧光探针,其染色标本在明场(白光)下看不到颜色,JC-1标记后的标本能否再用苏木精、伊红复染呢,其结果会如何?会出现何种荧光特性?这几种染料单独或联合染色后,不同组织细胞是否会出现不同的荧光结果?关于这些问题,目前还很少见报道。我们以斑马鱼性腺为材料,分别用这三种染料进行组织学染色,在荧光显微镜下分别用蓝、绿、紫外三种激发光激发后对斑马鱼性腺不同细胞所表现出来的荧光特性进行了组织学观察。结果发现,这三种染料所染色的标本被紫外、蓝色和绿色激发光激发后都分别发出不同的荧光,不同细胞成分及不同时期的生殖细胞可分别表现出各自不同的荧光特性。其中苏木精染色的标本不但能够在不同的激发光下分别发出相应的荧光,而且被蓝光激发后,组织切片内不同细胞分别发出桔红色和绿色两种不同的荧光,这与组织切片经JC-1、伊红染色后在此蓝光激发后所发出的绿色荧光不同,也是我们实验中新发现的一种奇特现象。　　伊红染色的组织切片被紫外光激发后不同细胞分别发出黄绿色至蓝绿色荧光,这与组织切片经JC-1、苏木精染色后经紫外光激发后所发出的蓝色荧光也不同。经JC-1染色后的组织切片标本,不但能被激发出人们熟知的绿色和红色荧光,而且在被紫外光激发后还可以发出蓝色荧光。JC-1在组织学切片中所表现出的这一荧光特性尚未见有人报道。JC-1染色后的组织切片标本再行HE染色,其染色效果、被激发出的荧光波长和强度,以及组织细胞结构的清晰度与组织切片单独进行HE染色相比无明显差异,而单独进行的JC-1、苏木精或伊红染色,其染色效果和组织细胞结构的清晰度存在着很大的差异。JC-1作为线粒体特异性染料不仅能标记线粒体,也有可能标记某些蛋白质或脂质成分。JC-1为何在组织切片中表现出与在常规的线粒体标记中有所不同的荧光特性尚待进一步研究。　　在动物个体的生长和生活过程中,细胞中线粒体DNA(mtDNA)不断积累各种突变,这被认为是动物衰老以及发生许多疾病的一个重要原因。不但体细胞中会积累mtDNA的突变,动物的生殖细胞中也积累mtDNA的突变。目前,一般认为通过线粒体遗传瓶颈使突变的mtDNA在向下一代传递的过程中被淘汰。但是,线粒体遗传瓶颈发生的位置以及它的作用机制还仍然是个谜。基于各种相关的观察结果和实验证据,不同学者分别提出了线粒体遗传瓶颈出现在卵子发生过程中的不同时期,对于其作用机制也存在多种不同的解释。根据我们在斑马鱼早期卵母细胞中观测到的线粒体行为特性,特别是线粒体云的形成和其中线粒体基于内膜电位高低的竞争性选择组合机制,结合分析在目前所研究过的几乎所有动物的早期卵子发生过程中都有线粒体云的出现;以及果蝇卵子发生过程中线粒体分两批从滋养细胞向卵母细胞中运输,而且第一批运输到卵母细胞中的线粒体进入线粒体云,而第二批运输到卵母细胞中的线粒体不进入线粒体云;线粒体云与生殖质融在一起,在未来的胚胎发育过程中被专一性地分配到下一代的原始生殖细胞中去;以及有人已经提出了在果蝇卵子发生过程中运输到线粒体云中的线粒体可能是优质的线粒体等大量相关事实;我们提出并在Current Genetics上发表了新的学说:线粒体云可能是在动物的世代交替过程中通过竞争性筛选优先将野生型mtDNA传递到下一代原始生殖细胞中去的遗传机制,通过这一机制在每一代新生成的原始生殖细胞中可最大限度地将突变了的mtDNA淘汰掉。