纤毛虫阔口游仆虫（Euplotes eurystomus）微管类细胞骨架的超微结构

生 欣， 李其利， 张小翠， 翟 楠， 顾福康

（华东师范大学 生命科学学院，上海 200062）

纤毛虫阔口游仆虫（Euplotes eurystomus）微管类细胞骨架的超微结构

生 欣， 李其利， 张小翠， 翟 楠， 顾福康

（华东师范大学 生命科学学院，上海 200062）

采用透射电镜术显示腹毛类纤毛虫阔口游仆虫（Euplotes eurystomus）的微管类细胞骨架包括纤毛器微管骨架和非纤毛器微管骨架.结果表明：细胞皮层纤毛器中除纤毛杆、纤毛基体微管外，其基体间连接纤维、基体托架、基体附属微管、纤毛器基部附属微管束以及围棘纤维篮等也是皮层纤毛器微管的重要组成部分，各种微管相互联系、聚集形成纤毛器微管骨架系统；细胞非纤毛区皮层含有表膜下微管层、表膜下颗粒层微管、胞质微管束，以及皮层凸起或加厚层的微管，它们由单根微管或多根微管聚合形成非纤毛器微管骨架系统.所得结果为深入揭示腹毛类纤毛虫皮层微管骨架的建构细节提供了基础资料.

阔口游仆虫； 微管类细胞骨架； 纤毛器微管； 非纤毛器微管； 超微结构

0 引 言

腹毛类纤毛虫游仆虫（Euplotes）具有十分复杂的皮层细胞骨架系统，是研究细胞形态及细胞模式形成与调控的重要材料.自从Roth等［1］首次报道了盘状游仆虫（Euplotes patella）的皮层纤维结构之后，Gliddon［2］和Grim［3］对阔口游仆虫（E.eurystomus）皮层纤毛器及其基体和附属纤维系统的形态作了深入的观察，以此构建了棘毛基部由基体与纤维连接形成的细胞骨架三维图形.Grim与合作者又应用生化去膜技术与扫描电镜术相结合的方法，显示了这种游仆虫细胞表膜下纤维层以及在棘毛基体水平的纤维构架等三维结构细节［4，5］.近10年来，对腹毛类皮层细胞骨架的研究聚焦到皮层微管和微管胞器的水平.继所在实验室应用FLUTAX-2和抗α－微管蛋白抗体等荧光标记研究纤毛虫的纤毛杆微管、基体微管及纤毛器基部微管的建构特征［6－8］之后，作者应用直接荧光标记方法，观察了阔口游仆虫的微管类细胞骨架［9］.但这种方法尚不能显示纤毛器微管单元的结构细节，也很难显示细胞的非纤毛器微管及胞质深部微管.为此，本文试图通过透射电镜术观察游仆虫细胞微管类骨架的超微结构，深入揭示其微管类细胞骨架的结构和组成特征.

1 1 材料和方法

1.1 材料

本实验所用阔口游仆虫于2004年采自上海市青浦区近郊的农田水塘，经分离后以草履唇滴虫（Chilomonas paramecium）为食料进行培养并建立纯系.

1.2 透射电镜样品制备方法

参照顾福康等［10］和Arregui等［11］的方法并作适当修改，步骤如下：（1）收集生长良好的细胞，于1%锇酸与2.5%戊二醛混合固定液（1∶1）中低温固定10 min，0.1 mol／L的PBS洗3次，每次10 min；（2）1%的锇酸后固定1 h，0.1 mol／L PBS洗3次每次10 min；（3）梯度丙酮脱水；（4）Epon812环氧树脂包埋，37℃聚合16 h，45℃聚合24 h，60℃聚合48 h；（5）超薄切片，染色，透射电镜观察、照相（JEM2100）.

2 结 果

2.1 纤毛器及其附属微管

游仆虫细胞皮层纤毛器中，腹皮层纤毛器包括口围带波动膜、额腹横棘毛、左缘棘毛及尾棘毛，其各种纤毛器均是由许多根纤毛聚集而成的复合纤毛器；背皮层纤毛器由按一定间隔排成列的背触毛组成，其背触毛单元即为一根纤毛.由透射电镜切片显示，口围带小膜由3列纤毛构成，小膜之间以细胞质凸起相隔并以多根微管相关联（见图1-1）.额腹棘毛由4－5列纤毛构成，每列含纤毛10根左右.纤毛列之间呈交错排列，纤毛基体之间以前后及斜向连接纤维连成整体并以围棘纤维篮包围（见图1-2）.其棘毛基部微管中，除基体向周围发出的单根微管延伸到胞质深处外，由纤毛器基部向胞质右后方发出一束微管成为纤毛后微管（见图1-3）；由通过棘毛基部的纵切面观察到，纤毛基体下含致密物质形成的托架，其紧下方的纤毛器基部附属微管束含数十根微管，成葡萄串状（见图1-4）；纤毛器附属微管束在表膜下细胞质中延伸并逐渐变细，终止于胞质深处（见图1-5）.在棘毛两侧的表膜下存在多个膜囊，囊内所含物质的电子密度各异（见图1-6）.在背皮层，背触毛列之间的表膜加厚为数层而成为脊状结构，背触毛着生于背脊间的细胞质凹陷处（见图1-7），凹陷外侧表膜加厚并突出形成表膜凸起，内侧沿凹陷处将背触毛包围成为囊状体，在背触毛周围的胞质中同样存在围绕其一周的侧囊（parasomal sac）（见图1-8），由毛基体发出的微管束如同根系发散到胞质中（见图1-9）.

图1 阔口游仆虫纤毛器微管Fig.1 The ciliature microtubules in E.eurystomus

2.2 非纤毛器微管

游仆虫非纤毛区皮层含有由单根或多根微管聚合而成的复合微管胞器，各种微管胞器定位于皮层特定位置，显示不同的结构特征，其中包括：① 表膜下微管层 腹表膜下微管层由单根微管以70～90 nm的间隔排列而成（见图2-1）；背表膜下微管层由倒“品”字型微管单元排列而成，每个微管单元具有3根微管，相邻微管单元间隔约30 nm（见图1-9）.② 表膜下颗粒层微管 靠近表膜的颗粒层微管包括与表膜成一定角度排列的微管和平行于表膜分布的微管，两者交错形成的微管网（见图2-2）.③ 胞质微管束 胞质中的微管常数十根到数百根聚集形成微管束，其直径在100～800 nm之间.这些微管束有的位于表膜下方，与表膜大致平行并贯穿于胞质，有的与表膜呈一定角度斜向排列，微管束及其与表膜之间均存在微管连接（见图2-3）.在部分切片中，还可观察到一些小的微管束彼此靠近，形成更为粗壮的微管束（见图2-4），以及一些纵横交错的微管网络结构（见图2-5）.④ 皮层凸起或加厚层中的微管 口区皮层中按一定间隔分布多列微管，该微管列纵向排列于表膜下方，每列约含15根微管，微管列之间以棒状小体相隔（见图2-6）.在横棘毛之间的脊状凸起以及背脊表膜加厚层中内也存在大量横向排列的微管（见图1-7和图2-3）.

2.3 其他胞器微管

此外，在细胞核和线粒体中也观察到微管样结构，其中：在细胞核内常见多根微管状结构平行排列形成一个单元，单元之间再聚集成为核仁大小的微管束结构（见图2-9）；在线粒体周围的微管呈放射状排列，一端起始于线粒体外周，另一端向四周发散（见图2-7），其内部微管的排列方式类似于细胞核中的微管排列（见图2-8）.

3 讨 论

3.1 阔口游仆虫皮层纤毛器微管的组成

自从Grim及其合作者以生化去膜结合扫描电镜术成功地显示了游仆虫的皮层细胞骨架的三维结构［4，5］之后，所在实验室应用改进的方法对几种游仆虫的皮层纤毛器及非纤毛器骨架类和中间纤维骨架进行了观察［12－14］，并应用显示微管类结构的直接荧光和免疫荧光标记方法表明，以前所观察到的游仆虫皮层细胞骨架是以微管为基本成分构建的微管类细胞骨架［15，16］.作者等应用直接荧光标记的方法显示，阔口游仆虫的皮层纤毛器骨架包括口围带及小膜托架微管，波动膜及基部微管骨架网，额腹横棘毛、左缘棘毛及基部的前纵微管束、后纵微管束和横微管束，背触毛及基部的玫瑰花环附属微管等［9］.但由于所述方法的局限，未能进一步显示各类纤毛器微管的建构细节，本文观察到纤毛基体由微管三联体构成；基体间以纵横连接纤维连成一个整体，并以围棘纤维篮包围；纤毛基体下含致密物质形成的托架；棘毛基部微管中，除基体向周围发出的单根微管外，由纤毛器基部向胞质右后方发出一束微管成为纤毛器附属微管束.所得结果表明，游仆虫的皮层纤毛器微管除包括纤毛杆、纤毛基体微管外，基体间连接纤维、基体托架、基体附属微管、围棘纤维篮以及纤毛器基部附属微管束也是皮层纤毛器微管的重要组成部分，其各种微管相互联系、聚集形成纤毛器微管骨架系统.

3.2 阔口游仆虫非纤毛器微管组成

图2 阔口游仆虫非纤毛器微管Fig.2 The non-ciliated cortical microtubules in E.eurystomus

目前所知的游仆虫非纤毛器微管主要是背、腹表膜下分别由倒“品”字形微管单元和单根微管排列形成的微管层［3，17］，生欣等通过直接荧光标记证明游仆虫表膜下存在纵横交错的微管层［9］，但对游仆虫的其他类微管结构组成尚不清楚.本文观察到游仆虫非纤毛器微管以微管列、微管束和微管网等形式定位于皮层特定位置：表膜下微管层分别以倒“品”字形微管单元和单根微管为结构基础；表膜下颗粒层中的微管纵横交织成网状结构；胞质中的微管聚集成微管束并以单根微管相关联；而皮层凸起或加厚层中的微管以微管列等形式与表膜平行或呈一定角度排列.因此，游仆虫非纤毛区皮层含有表膜下微管层、表膜下颗粒层微管、胞质微管束，以及皮层凸起或加厚层的微管，其中由单根微管或多根微管聚合形成非纤毛器微管骨架系统.

另外，在本实验中还在细胞核与线粒体中观察到微管样结构，其超微结构特征与微管相似，但这些结构是否由微管蛋白构成还有待进一步研究.

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Ultrastructure of the microtubular cytoskeleton in Euplotes eurystomus（Hypotrichous，ciliophora）

SHENG Xin， LI Qi-li， ZHANG Xiao-cui， ZHAI Nan， GU Fu-kang

（School of Life Science，East China Normal University，Shanghai 200062，China）

Ultrastructure of the ciliature and cortical non-ciliated microtubular cytoskeleton in the Hypotrichous ciliate，Euplotes eurystomus were revealed using transmission election microscopy.The results show the former is consist of not only cilium and basal bodies but also their linking-fibrous，the basal body bracket，the associated microtubules and the fibrillar cirral basket；However，the latter is consist of the subpellicular microtubule layers，the microtubules in the subpellicular granular layer，the cytoplasmic microtubules and the microtubules in the cortical preiection-layers.These results offer some basic information for revealing the construction details of cortical microtubular cytoskeleton of hypotrichous ciliate in depth.

Euplotes eurystomus； microtubular cytoskeleton； ciliature microtubules； cortical non-ciliated microtubules； ultrastructure

Q954

A

10.3969／j.issn.1000-5641.2011.06.009

1000-5641（2011）06-0075-06

2010-08

国家自然科学基金（30770238）

生欣，女，博士研究生，研究方向为动物细胞与分子生物学.E-mail：xshengbio＠163.com.

顾福康，男，教授，研究方向为原生动物学.E-mail：fkgu＠bio.ecnu.edu.cn.