（动物学专业论文）中国明对虾精子发生过程中膜复合体的变化.pdf

摘要 摘要 中国明对虾( f e n n e r o p e n a e u sc h i n e n s i s ) 是我国最重要的经济虾类，研究其精子发 生各时期细胞中的膜复合体( m e m b r a n ec o m p l e x ) 的来源、分布、形态和可能的生理功能， 对于人们更全面的认识十足目精子，以及更进一步认识膜复合体这一特殊的细胞器具有 重要作用：还可以丰富中国明对虾乃至十足目甲壳动物生殖生物学理论内容，并为深入 了解其受精机制等繁殖生物学问题提供基础资料。 论文对中国明对虾精子发生过程中膜复合体的变化进行了详细的观察与研究，结 果显示： 中国明对虾精子发生过程中出现的膜复合体，包括致密膜复合体、中密度膜复合体、 疏松膜复合体、颗粒片层状膜复合体、致密片层状膜复合体。 在中国明对虾精子发生过程中，从精原细胞开始在细胞质中出现膜复合体；至初级 精母细胞时期膜复合体大量出现，并且形态多样，数量较多；而次级精母细胞中膜复合 体数量减少，体积变小，结构简单；在精子细胞早期很难发现膜复合体；而到精细胞中 期，各种膜结构相继出现；到后期，粗面型内质网片段化并折叠或盘绕，崩解的核膜也 加入其中共同构成该时期的膜复合体；至成熟精子，细胞质颗粒化并连接缠绕形成颗粒 片层状膜复合体；颗粒片层状膜复合体进一步浓缩变成致密片层状膜复合体。 在初级精母细胞的细胞质中，核膜囊泡、内质网囊泡、高尔基体囊泡、线粒体及其 残体可被高尔基体、内质网包裹缠绕形成膜复合体。膜复合体可以通过核膜内陷的方式 或通过不完整的核膜进入细胞核，膜复合体在通过核膜内陷的方式进入细胞核的过程中 又进一步被核膜包裹而增大。细胞核中的膜复合体无论从数量还是从大小上都较细胞质 中的多且大，细胞核中的膜复合体一般靠近核膜内侧分布。 在精子细胞末期和成熟精子中，随环核内质网片断化、核膜囊泡化，片断化的内 质网自身缠绕或缠绕线粒体、核膜囊泡形成类似于初级精母细胞时期的致密型膜复合体 和中密度膜复合体。细胞质中的物质凝结并颗粒化，颗粒状物质连接在一起，再通过自 身折叠缠绕形成颗粒片层状膜复合体；颗粒片层状膜复合体也可进一步浓缩形成更加致 密、片层间更加光滑的致密片层状膜复合体。这些最终形成成熟精子时期的膜复合体。 摘要 初级精母细胞中膜复合体与此时期细胞核内物质的合成旺盛密切相关，可将细胞 质中的大量物质通过膜复合体包装运输到核内，供细胞核代谢及染色质的复制所需。精 子变态过程中出现的膜复合体是精子细胞的细胞质中膜相结构的一种转换形式，是浓缩 的线粒体与内质网，又是细胞质内其他物质的一种浓缩存在形式，并在细胞质的减少中 起重要作用。 关键词中国明对虾精子发生膜复合体超微结构 i l a b s t r a c t a b s t r a c t f e n n e r o p e n a e u sc h i n e n s i si s t h em o s ti m p o r t a n te c o n o m i cs h r i m p si no u rc o u n t r y s t u d i e so nt h es o u r c e ，d i s t r i b u t i o n ，m o r p h o l o g y , a n dt h ep o s s i b l ep h y s i o l o g i c a lf u n c t i o no f m e m b r a n ec o m p l e xd u r i n gs p e r m a t o g e n e s i sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nt o t a l l yr e c o g n i t i o nt h e s p e r mo fd e c a p o d aa n dab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ei m p o r t a n tr o l eo fm e m b r a n ec o m p l e x 嬲 as p e c i a lo r g a n e l l e t h e s es t u d i e sc a ne n r i c ht h et h e o r e t i c a l k n o w l e d g eo fr e p r o d u c t i v e b i o l o g yo fs h r i m p sa n de v e nd e c a p o d ac r u s t a c e a ；a l s oc a no f f e rb a s i ci n f o r m a t i o n sf o r i n d e p t hs t u d yo fi t sr e p r o d u c t i v eb i o l o g yp r o b l e m ss u c ha si m p r e g n a t i o nm e c h a n i s m i nt h i st h e s i s ，t h ec h a n g e so fm e m b r a n ec o m p l e xo fe c h i n e n s 括d u r i n gs p e r m a t o g e n e s i s w e r eo b s e r v e da n ds t u d i e di nd e t a i l t h er e s u l t ss h o wt h a t ： m e m b r a n ec o m p l e xa p p e a r e dd u r i n gs p e r m a t o g e n e s i so fec h i n e n s 括i n c l u d ed e n s e m e m b r a n ec o m p l e x ，l o o s em e m b r a n e c o m p l e x ， m i d d l e d e n s i t ym e m b r a n ec o m p l e x ， g r a n u l a t e dl a m e l l a rm e m b r a n ec o m p l e xa n dd e n s el a m e l l a rm e m b r a n ec o m p l e x m e m b r a n ec o m p l e xf i r s ta p p e a r sa tt h es t a g eo fs p e r m a t o g o n i u md u r i n gs p e r m a t o g e n e s i s o fec h i n e n s 括，a n dm u l t i p l i c i t yi nm o r p h aa n di n c r e a s e si nn u m b e r sa ts t a g eo fp r i m a r y s p e r m a t o c y t e i ns e c o n d a r ys p e r m a t o c y t e ，t h en u m b e ro fm e m b r a n ec o m p l e xi sr e d u c e d ，t h e v o l u m eb e c o m e ss m a l l e r , a n di t ss t r u c t u r eb e c o m e ss i m p l e ；i nt h ee a r l ys p e r m a t i ds t a g e ，i ti s h a r d l yc a nb es e e na n ym e m b r a n ec o m p l e x ；w h i l ei nt h em i d d l es p e r m a t i ds t a g e ，v a r i o u s k i n d so fm e m b r a n es t r u c t u r es u c c e s s i v e l ya p p e a r s m e m b r a n ec o m p l e xi nt h i ss t a g ec o n s i s t s o fe n d o p l a s m i cr e t i c u l u m ，m i t o c h o n d f i aa n de n d o p l a s m i cr e t i c u l u mv e s i c l e sa n ds oo ni n c y t o p l a s m i nt h e l a t t e rs t a g e ，r o u g he n d o p l a s m i cr e t i c u l u mi sf r a g m e n t e da n df o l d i n go r c o i l i n g ，a n dn u c l e a rm e m b r a n eb r e a k sd o w ni n t om e m b r a n ec o m p l e xt o o a tm a t u r es p e r m p h a s e ，g r a n u l a t e dc y t o p l a s mc o n n e c t sw i t he a c ho t h e ra n dt w i s t si n t og r a n u l a t e dl a m e l l a r m e m b r a n ec o m p l e x ；g r a n u l a t e dl a m e l l a rm e m b r a n ec o m p l e xc h a n g e si n t od e n s el a m e l l a r m e m b r a n ec o m p l e x 、析t l lf u r t h e rc o n d e n s a t i o n i nc y t o p l a s mo fp r i m a r ys p e r m a t o c y t e ，g o l g ib o d ya n de n d o p l a s m i cr e t i c u l u nc a nw a r p t h en u c l e a u sm e m b r a n ev e s i c l e s ，e n d o p l a s m i cr e t i c u l u mv e s i c l e ，g o l g ic o m p l e xv e s i c l e ， i i i a b s t r a c t m i t o c h o n d r i aa n di t sr e l i c tt of o r mm e m b r a n ec o m p l e x m e m b r a n ec o m p l e xc a l lg e ti n t oc e l l n u c l e u sw i t ht h em e t h o d so fp a s s i n gt h r o u g ht h ei n t e r s p a c eo fn u c l e u sm e m b r a n eo rn u c l e a r m e m b r a n ei n v a g i n a t i o nw h i c hm e m b r a n ec o m p l e xw i l lb ee n l a r g e db yt h ee n v e l o p m e n to f n u c l e a rm e m b r a n e t h em e m b r a n ec o m p l e xi nt h en u c l e u si sl a r g e ri nv o l u m ea n dh i g h e ri n n u m b e rt h a ni nt h ec y t o p l a s ma n di so f t e nd i s t r i b u t e sn e a rt h ei n n e r f a c eo fn u c l e a r a tt h ee n do fs p e r m a t i ds t a g ea n dm a t u r es p e r mp h a s e ，f r a g m e n t a le n d o p l a s m i c r e t i c u l u ms u r r o n d i n gt h en u c l e u sw r a p st h em i t o c h o n d r i aa n dn u c l e a rm e m b r a n et of o r m d e n s em e m b r a n ec o m p l e xa n dm i d d l ed e n s i t ym e m b r a n ec o m p l e xs i m i l a rw i t ht h e m e v b r a n ec o m p l e xo fp r i m a r ys p e r m a t o c y t es t a g e m a t t e r si nt h ec y t o p l a s mb e c o m e g r a n u l a ra n dt h eg r a n u l a r sc o n n e c tt o g e t h e ra n dt w i s ti n t og r a n u l a rl a m e l l a rm e m b r a n e c o m p l e xw h i c hc a nt u r ni n t od e n s el a m e l l a rm e m b r a n ec o m p l e xw i t hf u r t h e rc o n d e n s a t i o n a l lo ft h i sf o r mm e m b r a n ec o m p l e xo fm a t u r es p e r mp h a s e a l a r g ea m o u n to fm a t t e r si nc y t o p l a s mc a nb ep a c k e da n dt r a n s p o r t e dt on u c l e a rb y m e m b r a n ec o m p l e xt os u p p o r tn u c l e a rm e t a b o l i s ma n dc h r o m a t i nr e p l i c a t i o n ，s ot h e r ei sa n i n t i m a t e dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee m e r g e n c eo fm e m b r a n ec o m p l e xa n dt h eb l o o ms y n t h e s i s i nt h en u c l e a ro fp r i m a r ys p e r m a t o c y t e m e m b r a n ec o m p l e xi ns p e r m i o g e n e s i si sat r a n s f e r f o r m so fm e m b r a n es t r u c t u r ei nc y t o p l a s mo fs p e r m a t i d ，af o r mo fc o n d e n s a t i o no f m i t o c h o n d r i aa n de n d o p l a s m i cr e t i c u l u ma n do t h e rm a t e r i a li nt h ec y t o p l a s m w h a t sm o r e ， m e m b r a n ec o m p l e xp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h er e d u c t i o no fc y t o p l a s m k e y w o r d s ：f e n n e r o p e n a e u sc h i n e n s i s ；s p e r m a t o g e n e s i s ；m e m b r a n ec o m p l e x ； u l t r a s t r u c t u r e i v 图版说明 6 成熟精子，示核物质外排( m a t u r es p e r m ，s h o w i n gr e l e a s eo f n u c l e a rm a t t e r s ) 1 0 0 0 0 x 缩略词( a b b r e v i a t i o n s ) a g 顶体颗粒( a c r o s o m a lg r a n u l e ) ；a v 顶体囊( a c r o s o m a lv e s i c l e ) ；b v 大囊泡( b i gv e s i c l e s ) ；c m 细 胞质膜( c y t o p l a s mm e m b r a n e ) ；c s b 帽状体( c a p s h a p e db o d y ) ；e r 内质网( e n d o p l a s m i cc e t i c u l u m ) ； g c 高尔基体( g o l g ic o m p l e x ) ；l y 溶酶体( l y s o s o m e ) ；m 线粒体( m i t o c h o n d r i a ) ；m b 主体部 ( m a i nb o d y ) ；m c 膜复合体( m e m b r a n ec o m p l e x ) ：n 细胞核( n u c l e u s ) ； n m 核膜( n u c l e a r m e m b r a n e ) ；n p c 核孑l 复合体( n u c l e a rp o r ec o m p l e x ) ；n u 核仁( n u c l e o l u s ) ；p s c 初级 精母细胞( p r i m a r ys p e r m a t o c y t e ) ；r e r 糙面内质网( r o u g he n d o p l a s m i cr e c t i c u l u m ) ；s 棘( s p i k e ) ； s c 联会复合体( s y n a p t o n e m a lc o m p l e x ) ； s g 精原细胞( s p e r m a t i g o n i u m ) ； s s c 次级精母细 胞( s e c o n d a r ys p e r m a t o c y t e ) ；s t 精子细胞( s p e r m a t i d ) ；s p 成熟精子( m a t u r es p e r m a t o z o n ) ；s e 支 持细胞( s e r t o l i sc e l l ) ；v 囊泡( v e s i c l e ) 3 3 _ 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教 育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 作者签名： 、 日期：丑年月卫日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方格内打“ ) 作者签名： 导师签名： 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1国内外研究进展 1 1 1十足目精子发生及其研究现状 十足目( d e c a p o d a ) 是甲壳动物亚门( s u b p h y l u mc r u s t a c e a ) 软甲纲( c l a s s m a l a c o s t r a c a ) 中进化程度最高的一个类群，含枝鳃亚目( s u b o r d e rd e n d r o b r a n c h i a t a ) 和腹胚亚目( s u b o r d e rp l e o c y e m a t a ) 两个亚e l 1 1 。 在十足目动物精子发生过程的研究中，绝大多数都是经济甲壳类动物。对腹胚亚目 的研究要比枝鳃亚目的研究要多。对腹胚亚目的研究主要集中在真虾下目( i n f r a o r d e r c a r i d e a ) 和短尾下目( i n f r a o r d e rb r a c h y u r a ) ，对枝鳃亚目的研究主要集中在对虾总科 ( s u p e r f a m i l yp e n a e o i d i a ) 。 迄今为止，主要有以下种类：中国对虾( p e n a e u sc h i n e n s i s ) 【2 刁】，长毛对虾( p p e n i c i l l a t u s ) 8 - 1 2 】，e i * x c i - f ( p j a p o n i c u s ) 【9 1 ，斑节对虾( 尸m o n o d o n ) 【1 3 1 ，刀额新 对虾( m e t a p e n a u se n s i s ) 【9 1 4 1 ，凡纳滨对虾( 即胱淞v a n n a m e o 1 5 - 1 6 ，日本沼虾 ( m a c r o b r a c h i u mn i p p o n e n s e ) 【1 7 也3 1 ，罗氏沼虾( mr o s e n b e r g i i ) 【2 4 五6 1 ，粗糙沼虾( m a s p e r u l u m ) 1 2 7 - 2 8 】，锐脊单肢虾( s i c y o n i ai n g e n t i s ) 2 9 3 0 1 ，锯齿米虾( c 缸f 旃刀口d e n t i c u l a t e ) 【3 1 1 ，秀丽白虾( e x o p a l a e m o nm o d e s t u s ) 【3 2 3 3 1 ，锯缘青蟹( 蛐s e r r a t a ) 3 4 - 3 8 1 ，中华绒 螯蟹( e r i o c h e i rs i n e n s i s ) 【3 9 4 2 1 ，长江华溪蟹( s i n o p o t a m o ny a n g t s e k i e n s e ) 4 3 4 7 1 ，三疣 梭子蟹( p o r t u n u st r i t u b e r c u l a t u s ) 【3 8 4 8 ，4 91 ，红星梭子蟹( ps a n g u i n o l e n t u s ) 【5 0 1 ，黄道蟹 ( c a n c e r p a g u r u s ) 【5 1 1 ，普通滨蟹( c a r c i n u sm a e n a s ) 【5 2 1 ，东方扁虾( 砌p 挖螂o r i e n t a l i s ) 5 3 5 4 1 ， 西方针额海螯虾( e n o p l o m n t o p u sd 砒以胁凰) 【5 5 。5 7 1 ，密毛龙虾( 尸口，z “，护淞p p 门七玎肠f 螂) 1 5 8 】， 蜘蛛蟹( 三f 6 伽胁e m a r g i n a t a ) 【5 9 卅 ，钼i i - i 。龙虾淞l a l a n d e i ) t6 2 1 ，克氏原螯虾( p r o c a m b a r u s c l a r k i i ) 【6 3 1 ，日本拟螯虾( c a n b a r o i d e sj a p o n i c u s ) m 6 5 1 ，美国海蜊蛄( h o m a r u s a m e r i c a n u s ) 6 61 等。 下面仅对枝鳃亚目的精子发生及精子形成进行概述。 1 1 1 1 枝鳃亚目雄性生殖系统的结构和坌目成 河北大学理学硕+ 学位论文 十足目枝鳃亚目的雄性生殖系统 ( m a l er e p r o d u c t i v es y s t e m ) 由精巢( t e s t i s ) 和输精管( v a sd e f e r e n s ) 组成，精巢一对， 位于头胸部中肠上方，心脏下方，常左右 对称，其间有1 或2 条横跨的连枝连结左 右精巢。左右精巢从后端或近后端处各发 出一条输精管。甲壳动物雄性生殖系统的 构成及发育存在较大的差异性。( 图1 1 示中国明对虾雄性生殖系统) 1 1 1 2 枝鳃亚目的精巢及输精管结构 枝鳃亚目精巢结构大致相似，外包 皮为结缔组织薄膜，内部是由同类结缔组 织围成的盲管，又称生精小管。生发区紧 贴盲管内侧，精巢盲管基端细胞分裂早于 末端，不同盲管内细胞发育程度也不同。 对虾总科对虾属的六个种的精巢皆 为指状【6 7 1 ，但亦有物种呈叶状 5 , 6 8 】，不同 图1 1 中国明对虾雄性生殖系统形态解剖图 f i 9 1 1 m a l e r e p r o d u c t i v es y s t e m o f f e n n e r o p e n a e u sc h i n e n s i s 1 精巢( t e s t i s ) ；2 输精管中段( m i d d l ev 舔 d e f e r e n s ) ；3 输精管后段( p o s t e r i o r v 舔 d e f e r e n s ) ；4 储精囊( s e m i n a lv i s i c l e ) 。 1 2 3 4 物种间的叶数与排列不同，中国明对虾为1 8 叶，只有第二叶左右精巢在基端完全愈合， 前两叶精巢短小，其余各叶较长，最后一叶附于输精管外壁【5 】。长毛明对虾、刀额新对 虾共1 6 叶，疏松排列；日本对虾1 4 叶，紧密排列。从外观看，日本对虾精巢呈扁平叶 状，而刀额新对虾和长毛明对虾呈长指状删，中国明对虾则是半透明乳白色等【5 1 。中国 明对虾精巢一般在7 月中下旬开始发育，精子在不同小叶和同一小叶不同盲囊之间的发 生不完全同步，而在同一盲囊内基本同步。 输精管依据其外形及位置的不同可分为输精管前段( a n t e r i o rv a sd e f e r e n s ) 、输精管 中段( m i d d l ev a sd e f e r e n s ) 、输精管后段( p o s t e r i o rv a sd e f e r e n s ) 、储精囊( s e m i n a lv i s i c l e ) 四个部分。各部分管壁均由结缔组织、肌肉层、基膜及管壁上皮四层组成，各层厚度及 管壁上皮构成在不同部分有差异。 近端输精管由精巢各叶的基端伸出，管壁较厚，向管腔内伸出两隔膜，隔膜的一端 第1 章绪论 游离，分泌细胞为单层柱状细胞，核近长形，细胞质内有丰富的膜系统，能向管腔内释 放两种形式的囊泡和一种致密颗粒。囊泡分别由分泌的形式或从微绒毛前端断裂形式形 成。致密颗粒与顶体前颗粒相似f 4 5 ，9 6 引。有些物种近端极细，无分泌物【6 8 1 ，但刀额新对 虾近端长且粗，有分泌物【6 8 】。 中国对虾中间输精管管径增大，环肌和结缔组织较发达。隔膜将管腔分成两部分， 较大的输精管腔内充满精子，较小的分泌管腔内充满胶体状物质。对虾的隔膜由二层柱 状上皮夹着结缔组织构成，形态相似。其中日本对虾的输精管与分泌管大小相似【6 8 1 ， 南美白对虾的也是如此。隔膜两面有褶突，且分泌管内壁上皮也有褶突【5 】。锐脊单肢虾 输精管与其他对虾种类不同，其输精管腔并不分成大小两个腔【3 0 1 。 中国对虾远端输精管管径缩小，分泌腔变大，精子腔变小，此处的分泌细胞最发达， 分泌细胞内质网和线粒体发达，微绒毛非常多【4 】。陈俅等【5 1 报道中国毛虾远端输精管管 内壁延伸出的瓣膜把腔分为不完全隔离的两部分。对虾类的远端输精管管壁向管腔突起 成一隔膜和一褶突，结构与管壁相似【6 8 】。 储精囊为输精管末端的膨大，其形状多样，有椭圆形、锥形、桃形等【6 8 1 ，陈俅等【5 1 认为中国对虾的储精囊呈桃形，吴长功等【4 1 却认为呈椭圆形。囊壁分数层，在结缔组织 包膜之内为肌肉组织层，多为环肌，细胞核为梭形。在输精管通入处的附近有一纵肌束。 肌肉层之内为一层很薄的结缔组织，与之相邻的即内壁上皮，由长柱状细胞紧密排列形 成，具有刷状缘，内有丰富的膜系统，并有分泌功能。分泌物为颗粒状，嗜碱性。对虾 类储精囊分成三个腔，中间相通，三个腔所含物质不同：一个腔充满成熟的精子，一个 腔含分泌物，然后精子和分泌物在第三个腔内汇合形成精荚( s p e r m a t o p h o r e ) 6 8 1 。 1 1 1 3 枝鳃亚目的精子发生与精子形成 精子发生和形成过程都是在精巢内产生和进行的。由精原细胞经过有丝分裂形成初 级精母细胞，初级精母细胞经过减数第一次分裂染色体数目减半，分为两个次级精母细 胞，次级精母细胞经过减数第二次分裂形成精细胞，精细胞经过复杂的变态过程形成精 子。 精原细胞精原细胞( s p e r m a t i g o n i u m ) 一般位于精巢管靠近基膜边缘的位置，形状 较为一致，多为椭圆形或圆形，少数形状不规则或多角形。细胞界限不明显，可见到成 片分布。细胞质少，可见一些大小不同的膜囊和泡状结构，线粒体少，结构简单；内质 河北大学理学硕+ 学位论文 网少，其中粗面内质网呈长段状，且内质网囊泡较多；自由核糖体分散分布。细胞核的 形状也较为一致，大多为椭圆形和圆形，有的为近圆形【3 1 3 1 。但是长毛对虾的细胞核却 是呈桃形【1 0 】，核膜内外双层界限明显，有的多处可见池状。核质稀疏，染色质形状不一， 有的凝聚，呈团块状【l o 13 1 。 初级精母细胞初级精母细胞( p r i m a r ys p e r m a t o c y t e ) 体积比精原细胞略小，细胞形 状椭圆形或圆形，仍紧密的排列在一起，但是界限明显可见。胞质密度增大，线粒体、 内质网和核糖体增多，线粒体形状典型，内质网囊泡较多口，1 孔。中国对虾的胞质中出现 环状片层体( n u c l e a ra r o u n dl a m e l l a rb o d y ) ，片层中间和片层之间有一些电子密度大的 颗粒，片层常与线粒体和内质网囊泡联系在一起1 3 】。核椭圆形或圆形，大多数种类核膜 平滑，内外核膜界限明显，核膜部分膨大成池。初时染色质细颗粒散状分布，随着发育 的进行，逐渐浓缩化，在此期细胞以多起点方式形成联会复合体( s y n a p t o n e m a l c o m p l e x ) 。 次级精母细胞次级精母细胞( s e c o n d a r ys p e r m a t o c y t e ) 由于进行了减数分裂的第 一次分裂，细胞的体积和染色质都减少了一半左右。细胞形状为椭圆形或圆形，细胞排 列疏松，不再紧密排列在一起。细胞质中内质网囊泡增多，有内质网囊泡团的形成，内 质网膜囊团在靠近核膜处存在。核则多为圆形，核内异染色质数量增加并相互之间联成 浓密的网状【3 , 1 1 , 1 3 】。 精子细胞 精子细胞( s p e r m a t i d ) 开始核质极化，依据精子细胞变化特征，同时为 便于描述将精子形成过程分为三个时期，各期特征如下所述： 精子细胞早期从次级精母细胞分裂刚产生时，细胞形态多为圆形或椭圆形。核 质比系数增大，核呈均匀而弥散状分布，染色质浓缩，形成多个大块的异染色质区，核 膜不规则，呈锯齿状；( 图1 2 ) 。 随着发育的进行，细胞开始极化，核从其先前的中心位置移到细胞的一端。细胞质 囊泡化，在不同的物种顶体和棘突的形成方式不同。对虾类细胞质的粗面内质网周围出 现内含物质的囊泡，囊泡融合形成前顶体囊。前顶体囊与细胞外界由均匀的细胞质膜相 分割，前顶体囊与细胞质之间界限明显，但无膜相结构相分隔。前顶体囊内物质合成出 电子密度高的颗粒状物质构成的小斑块为前顶体颗粒。同时，精子细胞以胞饮的方式从 基质中吸收处于非凝聚态的物质进入细胞，并逐渐凝聚成电子密度较高的颗粒，最后形 第1 章绪论 成一个大的顶体颗粒，而细胞质内有些物质也通过细胞膜排出细胞【2 , 4 , 1 0 , 1 3 】。 精子细胞中期精子细胞开始 与附近细胞脱离接触，在一个单独的 小腔中继续发育。细胞进一步极化， 细胞质体积开始缩小，发达的粗面内 质网退化成许多短小及一些细长折 叠的膜相结构，前顶体囊内物质继续 分化，棘突原基已经出现。少数 物种在这个阶段出现高尔基体囊泡， 并在一端形成泡状结构的顶体囊，顶 体在形成过程中电子密度逐渐增大。 蛋白质水解酶逐渐沉积浓缩【1 3 】。形成 多个顶体颗粒，胞质中的小斑块形成 棘突原基，粗面内质网形成各种膜相 结构细胞核变化显著，染色质去浓缩 而为均匀弥散状，核内出现空囊区， 细胞核更松散化，成为非浓缩状的均 ! 国9 图1 2 长毛对虾精子形成过程超微结构图 f i 9 1 2 u l t r a s t r u c t u r eo fs p e r m i o g e n i cp r o c e s so f 尸p e n i c i l l a t e s a - c 精子细胞早期( e a r l ys p e r m a t i d ) ；d 精子细胞中期 ( m i ds p e r m a t i d ) ；e f 精子细胞晚期( l a t es p e r m a t i d ) ；g 成熟精子( m a t u r es p e r m a t o z o n ) 。( 摘自王艺磊张自平 1 9 9 8 ) 匀核质；核膜崩解，使核质可以自由交换【】。 精子细胞后期此期精子细胞已与周围细胞完全分离，细胞形状近桃形，细胞内 无完整核膜。细胞质体积进一步缩小仅剩一层薄带包围细胞核。细胞质中的短小膜相结 构变为扁平小泡，前顶体进一步分化，棘突原基本身进一步浓缩并开始向前端突出，帽 状的前顶体囊进一步覆盖精核 4 1 。长毛明对虾核质浓缩成凝絮状，膜相结构变成扁平小 泡【1 2 】。中国明对虾顶体前区向前突出形成棘突，后区形成亚顶体区【6 1 。斑节对虾顶体 囊中蛋白质水解酶进一步沉积浓缩，密度增大，同时顶体囊向前伸展，形成棘突【1 3 1 。在 此期间，随着发育的进行，精子逐渐由精巢向输精管移动，并在输精管中进一步发育为 成熟精子，成熟精子被输送到储精囊中，并在储精囊中聚集成团，外包胶体物质形成精 荚 4 1 。 枝鳃亚目对虾总科精子发生过程中，从精原细胞到精子，染色质经历了从异染色质 河北大学理学硕+ 学位论文 为主变为高度凝聚态，再经解聚为弥散絮状的变化过程，与其他十足目种类相似。同时， 核从具有完整的核膜变为不完整的核膜， 1 1 1 4 枝鳃亚目的精子结构 动物的精子可分为两种类型，一种 为有鞭毛精子( f l a g e l l u ms p e r m ) ，另 种为无鞭毛精子( a f l a g e l l a t es p e r m ) 。无 鞭毛精子以十足目的精子最为典型，为 无鞭毛，无尾部，不能运动，但常有辐 射状原生质突起，形状因种类的不同而 异。无鞭毛精子依形态可以分为单棘突 ( u n i s t e l l a t e s p e r m ) 和多棘突 ( m u l t i s t e l l a t es p e r m ) 两种模式【7 0 1 。枝 鳃亚目属单棘型精子。 对虾的精子外形似“洗耳球”状。 内部结构包括：棘突( s p i k e ) 、中间帽状 体( c a p s h a p e db o d y ) 和主体部( 图1 3 ) 。 中国对虾主体部由细胞质带包裹精核 构成，在精核上面细胞质带中，靠近顶 这表明了对虾总科精子的原始性【1 。 s 图1 3 中国对虾精子纵切模式图 f i g 1 3d i a g r a mo fl o n g i t u d i n a ls e c t i o no f t h e pc h i n e n s i ss p e r m a t o z o a 1 细胞核( n u c l e u s ) ；2 核膜( n u c l e a rm e m b r a n e ) ；3 细 胞质带( c y t o p l a s m i cb a n d ) ；4 大囊泡( b i gv e s i c l e ) ； 5 小囊泡( s m a l lv e s i c l e ) ；6 环状片层( a n n u l a t e l a m e l l a r ) ；7 内质网( e n d o p l a s m i cr e t i c u l u m ) ；8 帽状 体( c a p - s h a p e db o d y ) ；9 h 型环结构( h - t y p or i n g f o r m ) ；1 0 顶体颗粒( a c r o s o m a lg r a n u l e ) ； 1 1 膜状囊 泡( m e m b r a n ev e s i c l e ) ；1 2 棘( s p i k e ) ；1 3 内顶体膜 ( a c r o s o m a l i n t e rm e m b r a n e ) ；14 外顶体膜 ( a c r o s o m a lo u t e rm e m b r a n e ) 。( 摘自林勤武等 1 9 9 1 ) 体囊处有发达的内质网和电子密度较高的颗粒物质，以及环状片层体( a n n u l a t el a m e l l a r ) ； 细胞质带沿着精核逐渐变薄，内含线粒体衍生物和内质网囊泡和囊膜；到精核下面几乎 没有胞质存在，仅残留一些膜性结构。核区电子密度很低，核质由絮状染色质组成，核 仁一个，位于核的近中央位置。核膜不完整，仅由若干不连续的膜性结构与精子质膜形 成精子的底部边界【3 - 7 , 1 3 。锐脊单肢虾的核质为纤丝丛状，染色质为裸露的d n a ，纤丝 丛上分布着来自细胞质的大膜泡，细胞质带包裹精核，分布着少量含有颗粒物质的小泡 【2 9 】 o 对虾总科的精子棘突是顶体复合体，棘突基部含有顶体颗粒和顶体膜囊。对虾顶体 结构基本相同，顶体由内外顶体层构成，外顶体层为棘突，内部为纵向排列的细丝状结 构，前端略细，尖端有许多小泡囊，后端粗圆，内顶体层为顶帽覆盖在精核前方【3 a , 1 3 , 2 9 , 6 8 】。 第1 章绪论 顶帽的结构种间差异较大，中国对虾【3 】中间帽状结构明显，由前颗粒、膜状囊、h 型环状体和帽芯区组成，各部分之间没有膜相分隔，有内质网、线粒体的衍生物和发达 的环状片层体。锐脊单肢虾口9 1 帽状体含有晶格状卷曲的膜囊、中央颗粒芯、球形体、碟 状盘和前颗粒，棘突为无定形物质，无丝状物。斑节对虾【l3 】的顶体囊是由高尔基体演变 形成，这跟其他种类的对虾类精子不同。外膜的结构也不同，有些种类具有螺旋状棘外 膜【3 一，另有种类为锯齿状棘外膜6 , 1 1 , 1 3 】。林勤武6 1 认为中国对虾的顶帽具有锯齿状棘外 膜。 1 1 2 十足目精子发生中的膜复合体及其研究现状 1 1 2 1 膜复合体的不同名称 细胞中各种膜结构多种多样，在研究十足目甲壳动物精子发生过程中，人们认识到 由这些生物膜构成的膜复合体在十足目甲壳动物中广泛存在，而名称却有多种。m o s e s 叫 在克氏原螯虾中把这些膜系叫做膜片层( m e m b r a n c es h e e t s ) ；l a n g r e t h 5 1 1 在黄道蟹中 称为膜复合体( m e m b r a n ec o m p l e x ) ，并认为包括三种元素：一种由双层膜融合而成的晶 格( l a t t i c ef r a m e w o r k ) ，在晶格中的微管，以及在膜系中的一些线粒体或线粒体残体， 后期有核膜参与形成；李太武4 9 】在三疣梭子蟹中、刘芳等删在长江华溪蟹中也称为膜 复合体；康现江等【3 】在中国对虾中称环状片层体( a n n u l a t el a m e l l a rb o d y ) ：s h i g e k a w a 等 3 0 】在锐脊单肢虾中称膜片层复合体( m e m b r a n c es h e e t sc o m p l e x ) ：王艺磊【3 5 1 在锯缘青蟹 中称为特化的膜系，呈涡旋状和晶体状。 1 1 2 2 膜复合体结构 王艺磊等【3 5 j 在锯缘青蟹研究中认为膜复合体在精母细胞中就存在，膜系周围有众多 的内质网小泡包绕。李太武【4 9 】在三疣梭子蟹精子的发生及超微结构研究中，观察膜复合 体为顶体和核之间的杯形膜状结构，它是由边缘的囊泡和四层膜构成，囊泡位于杯口处， 内有2 - 3 个线粒体。刘芳等【4 3 1 在长江华溪蟹精子的形成中在顶体囊泡和核之间有一些膜 轮结构，5 层或5 层以上；在顶