中国海鞭毛藻新纪录目柄钟藻目一新纪录梨形假柄钟藻

殷明焱, 胡晓燕

(中国科学院 海洋研究所, 山东 青岛 266071)

中国海鞭毛藻新纪录目柄钟藻目一新纪录梨形假柄钟藻

殷明焱, 胡晓燕

(中国科学院 海洋研究所, 山东 青岛 266071)

对从青岛沿海分离的一株鞭毛藻进行了显微和超微结构研究, 发现其为中国海一新纪录种——梨形柄钟藻(Pseudopedinella pyriformeCarter)。该藻细胞为辐射对称结构; 具6个色素体, 色素体内侧具蛋白核, 与细胞核相邻; 线粒体具管状嵴; 细胞前端具一根鞭毛, 鞭毛向一侧加宽形成翼; 尾部具一与液泡相连的柄。这是中国柄钟藻目种类的首次报道。文中还对假柄钟藻属种类的分类状况和特征进行了评价。

梨形柄钟藻(Pseudopedinella pyriformeCarter); 柄钟藻目; 超微结构; 分类

柄钟藻类(Pedinelliod)的自养种类最初归在金藻类(Chrysophytes)的单鞭金藻目(Chromulinales)中[1]。随着研究的深入, 人们发现该类群的种类在形态结构上与典型的金藻类赭球藻型(Ochromonastype)有着明显的区别。如具辐射对称的细胞结构, 鞭毛向一侧延伸形成具有加固带的翼, 鞭毛过渡区不具有螺旋纹, 有些种类前端具有触丝, 可营吞噬营养, 具有三聚体微管等。因此, 许多研究者对其分类地位及与其他类群的关系进行了探讨[2-5]。Zimmermann等[6]基于上述特征将自养的柄钟藻属(Pedinella), 假柄钟藻属(Pseduopedinella), 无柄钟藻属(Apedinella)和被划分在原生动物中的 3属异养类群毛幅虫属(Ciliophrys), 蕨球虫属(Pteridomonas), 光滴虫属(Actinomonas)归结一起建立了柄钟藻目(Pedinellales)。随后的研究者将该目和根单鞭金藻目(Rhizochromulinales), 硅鞭藻目(Dictyochales)等结合建立了硅鞭藻纲(Dictyochophyceae)[7]。而该分类系统也得到了随后的形态学研究[8]和分子生物学数据[9]的支持。

作者在对山东近海的微型鞭毛藻进行的分离和培养过程中, 多次观察到一柄钟藻类生物的存在,并于2005年建立了单藻培养。经过显微和超微结构研究发现, 其为中国海洋鞭毛藻的一个新纪录梨形假柄钟藻(Pseudopedinella pyriformeCarter), 这也是中国柄钟藻目种类的首次报道。

1 材料和方法

1.1 藻种的获得和培养

藻种采集于2005年12月15日青岛沿岸的水样中, 经毛细管挑取法分离纯化至单藻, 用 PES培养基, 在水温 15℃, 光照 3000lx光暗周期为 12h/12h条件下培养。

1.2 显微观察

将活体或经 Lugol固定液固定的纯培养样品在显微镜下观察。

1.3 扫描电镜观察

样品用 50%的戊二醇固定至最终浓度 2.5%, 离心后涂抹于载玻片上, 二氧化碳临界点干燥, 离子溅射喷金镀膜, 然后在JM-840扫描电镜下观察。

1.4 投射电镜观察

细胞经5%戊二醛固定12 h, 离心后用0.2 mol/L磷酸缓冲液(pH7.2)冲洗, 然后按系列浓度丙酮脱水,Epon-812树脂包埋, 聚合后切片, 醋酸铀和柠檬酸铅双染色后, 在JM-1200EX投射电镜下观察。

2 结果

在光学显微镜下, 藻细胞通常为桶形至梨形,长 6～8 μm, 宽 8～10 μm。前端具一长约 25～40 μm 甚至可达60 μm的鞭毛, 后端具一拖曳柄。该藻为单细胞自由游泳的种类, 不固着于任何物体上, 尾柄不作为固着器官。鞭毛在一个平面上做波浪运动, 细胞围绕长轴旋转, 柄呈伸直状态, 从而推动细胞作匀速前进。有时细胞会突然加速, 鞭毛快速运动而正弦波不可见。

在扫描电镜下可见细胞具有 6个色素体, 分列于细胞周边, 与细胞近似等长。叶绿体向细胞表面一侧突出, 相互之间形成较深的沟槽, 从而使整个细胞呈现特征性的辐射对称结构(图1a、图1b)。超薄切片显示, 色素体片层沿纵向排列成4～6层, 每层由3层类囊体组成。在每个色素体的内侧具有一个突起的蛋白核, 向内与细胞核相邻。细胞核位于细胞正中,大而圆。线粒体通常位于两个相邻的蛋白核和细胞核之间的三角地带, 嵴为管状(图1c)。在这些细胞器中间常可观察到成束的微管存在(图1g)。

该藻仅具一根可见的鞭毛, 鞭毛从细胞的前端正中的一个凹陷中央伸出(图1a、图1d-f)。鞭毛为9+2微管结构, 其一侧向外扩展为特征性的翼结构,翼由一个电镜下染色较深的杆(加固带)支撑着(图1d、图1e)。鞭毛通过过渡区与基体相连。过渡区不具螺旋纹, 具有一个中央加厚的横隔板。横隔板位于鞭毛与细胞膜连接处略靠上的位置, 与基体及鞭毛的周边微管相连。基体位于过渡区下方, 为9组微管结构图(图1e)。除鞭毛基体外, 细胞还具另外一个基体, 其长度约为鞭毛基体的一半。两个基体的基部均位于细胞核前端的一个凹陷中, 相互之间成一定的角度(图1e、图1i、图1j)。在基体和鞭毛基部两侧的细胞质中, 可观察到具有许多充满基质的小泡。此外, 还可观察到三联体微管的存在(图1d)。

高尔基体位于细胞核的正下方, 其外侧由呈哑铃状的囊泡垛堞而成, 中间则包围着复杂的液泡系统(图1i- l)。其中有一大的液泡与细胞尾部的拖曳柄相连(图1l)。拖曳柄在活体时为线状, 有时有分枝,长度可达200 μm, 而在电镜下常因固定等原因变形或萎缩。该柄由两层膜组成, 其外膜与细胞膜相连,内膜与大液泡相通(图1l)。液泡和拖曳柄的管状过渡部分由电子染色较深的物质包围着, 向外则与一些丝状结构相连。Zimmermann等[6]称其为括约结构(sphincter), 认为它们可能在细胞运动中起到调节细胞后部所受压力的作用。

3 讨论

基于以下几点, 本文报道的种类可确认为梨形假柄钟藻。首先, 该种为海水种, 且无论从细胞大小,形态和运动方式等特征均与 Carter[10]的初始报道一致。其次, 其超微结构与 Ostroff等[5]的观察结果基本吻合。需要指出的是, 作者在青岛沿海连续多年秋冬季的海水样品中, 均观察到了该种的存在。2005年12月在山东威海沿海也采集到了该种, 因此该种应为中国黄海海域的一个常见种。

图1 梨形柄钟藻的电镜超微结构Fig. 1 The electron microscopic ultrastrastures of Pseudopedinella pyriforme

假柄钟藻属是 Carter[10]建立的, 其模式种便为梨形假柄钟藻。迄今该属已描述了 9个不同物种。但是超过半数的物种仅见于初次描述中, 且分类依据主要为细胞的形状和大小, 鞭毛的长短, 触丝的有无, 拖曳柄的长短等光镜下形态特征[2]。Zimmermann等[6]在建立柄钟藻目时, 就指出上述特征往往随培养条件(培养时间、盐度等)变化而改变,已鉴定种类中许多种很可能为同一种类的不同生长状态或生态型。作者在培养梨形假柄钟藻过程中, 也发现了这一现象。例如, 在培养后期常可观察到一些圆形个体, 大小是正常细胞的2～3倍, 鞭毛和拖曳柄均可消失。此外, 触丝也不是一个稳定的种类划分特征。例如, 在最初的报道中, 弹性假柄钟藻(P. elastica)不具触丝的存在[11]。但是Zimmermann等[6]观察发现该藻有时也可产生触丝。Thomsen[12]甚至认为所有的柄钟藻都具有产生触丝的潜力。因此, 已鉴定的许多假柄钟藻属的种类的形态描述并不准确, 有必要对其进行从新划分和界定[6]。但是同上所述, 由于多数种类仅见于初次报道中, 这就给该项工作带来了很大的难度。

目前, 假柄钟藻属种类中有超微结构研究的有3种, 分别为梨形假柄钟藻、弹性假柄钟藻和汤氏假柄钟藻(P. thomsenii)。其中, 汤氏假柄钟藻具有3个色素体。而梨形假柄钟藻弹性和弹性假柄钟藻则除生活环境和细胞大小不同外(弹性假柄钟藻为淡水种,细胞大小为梨形假柄钟藻的 1.5～2倍), 超微结构十分相似。Sekiguchi等[9]总结了柄钟藻目的33项超微结构特征作为系统分析的依据, 其中除少数几项未观察的特征外, 梨形假柄钟藻的其他特征均与弹性假柄钟藻一致。而作者的观察进一步证实了上述结果, 如本文观察到的鞭毛过渡区与弹性假柄钟藻基本一致, 同时尾部也具有类似的括约结构等。Zimmermann等[6]基于上述超微结构的类似提出这两个种可能为同一个种的不同生态型。但是考虑到它们之间细胞大小的显著差异和生活环境的明显不同,上述结论显然还需要对不同生境和地域的培养株系进行进一步的形态、生理和分子生物学研究来验证。

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First report of a species of Pedinellales,Pseudopedinella pyriformefrom China Sea

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

Jan., 15, 2011

Pseudopedinella pyriforme; Pedinellales; ultrastructure; taxonomy

A StrainPseudopedinella pyriformewas isolated from coast of Qingdao and its microanatomy was studied by light microscope and electronic microscope. The cells are radially symmetrical and possess six chloroplasts, each with a bulging pyrenoid that is connected with the nucleus. The mitochondrial cristae are tubular. Cells possess one emergent flagellum carrying a wing. A trailing stalk is present at the posterior end of cells and connected to the vacuole system. This is the first species of Pedinellales reported in China. The taxonomic status and characteristics ofPseudopedinellaare also discussed.

Q949.2 文献标识码: A 文章编号: 1000-3096(2011)11-0069-04

2011-01-15;

2011-03-22

中国科学院知识创新工程项目(KSCX2-3-04-09)

殷明焱(1973-), 男, 山东威海人, 博士, 助理研究员, 主要从事微型鞭毛藻分类研究, E-mail: yinmy@yahoo.com.cn; 胡晓燕,通信作者, 电话: 0532-82898856, E-mail: xyhu@ qdio.ac.cn

梁德海)