中国绿水螅分子系统发生地位的初步探讨

目的:初步探讨中国绿水螅(Hydra sinensis)分子系统发生地位以及水螅属内部各类群系统发生关系。方法:采用酚-氯仿法提取中国绿水螅总DNA,扩增线粒体COI和16S r RNA基因片段并进行DNA序列测定,再利用Clustal及MEGA等生物信息学分析软件进行系统发生分析。结果:在本研究重建的所有系统发生树中,中国绿水螅始终与绿水螅Hydra viridissima的不同种群一起构成绿水螅单系群。同时,棕色水螅群的单系性被基于COI基因的NJ树以及基于16S r RNA基因的NJ树和ML树支持,唯独基于COI基因的ML树不支持棕色水螅群的单系发生。在基于COI基因的ML树中纤弱水螅族在系统树的基部独立为一支系,而绿水螅群和其他棕色水螅群水螅一起组成另一支系,提示纤弱水螅族水螅的系统发生地位值得进一步探讨。值得注意的是,根据本文的结果,棕色水螅群内3族的划分仍然有一定疑问。基于COI基因的NJ树和ML树支持普通水螅族、寡水螅族和纤弱水螅族各自族内的单系发生,但16S r RNA基因的NJ树和ML树中仅普通水螅族水螅聚为单系群,而寡水螅族和纤弱水螅族水螅各自并非单系发生。结论:把水螅属划分为绿水螅群及棕色水螅群有一定的合理性,但棕色水螅群内寡水螅族、普通水螅族和纤弱水螅族3族的划分还有待商榷。     

水螅基盘的固着行为及机理的初步研究

采用形态学、组织化学及分子克隆方法对水螅基盘固着行为及相关细胞和分子机理进行了初步研究。研究结果表明,水螅固着时基盘吸附面接近圆形,仅吸附面的圆形周边区域与固着物表面直接接触、而吸附面中央区域不与固着物表面直接接触,并且吸附面周边区域外胚层细胞还沿着固着物表面形成伪足。水螅基盘粘液细胞分子标志物水螅基盘特异性过氧化物酶的表达模式表明粘液细胞在基盘吸附面上不是均匀分布,而仅分布在吸附面的周边区域即吸附面与固着物直接接触的部位。对水螅基盘特异性过氧化物酶氨基酸序列进行生物信息学分析发现该蛋白隐含actin交联因子fascin蛋白的保守结构域,而伪足形成的主要物质基础是细胞质中的actin蛋白分子交联集聚。基盘特异性过氧化物酶可能具有的fascin蛋白活性有助于基盘粘液细胞伪足的形成、从而增强基盘对固着物的吸附力。     

大乳头水螅基盘再生进程中过氧化物酶的表达

目的观察大乳头水螅(Hydra magnipapillata)基盘再生进程中基盘过氧化物酶的表达情况,探讨水螅基盘过氧化物酶的生理作用。方法通过ABTS细胞化学染色法显示水螅基盘过氧化物酶的表达。结果水螅基盘再生20h后其基盘过氧化物酶开始出现少量表达,其后过氧化物酶表达量逐渐增加;基盘再生52h后该酶表达量趋于稳定。过氧化物酶仅在基盘周边区域外胚层中表达,而在基盘中央区域(反口孔)外胚层中无表达。结论水螅基盘再生进程中过氧化物酶的表达量逐渐增加直接反映了基盘再生时细胞分化过程,基盘表达的过氧化物酶可能在维持基盘结构的稳定上起一定的作用。     

水螅异常极性体轴的形成及矫正进程的观察

目的:如何建立和维持体轴是一个基本的发育生物学问题,而淡水水螅是适合进行形态发生和个体发育调控机制研究的重要模式生物。本文观察了大乳头水螅异常极性体轴的形成及矫正进程,初步探讨水螅极性体轴的维持和调控机制。方法:先切取水螅的整个头部,再获得带二根触手的口区组织。通过ABTS细胞化学染色法检测水螅基盘分子标志物过氧化物酶的表达,判别水螅基盘组织(水螅足区的末端)是否形成。结果:从40块口区组织再生得到的水螅个体中有1例极性体轴发育异常的个体,其身体两端均发育成头区,且两端的头区均具有捕食能力。随后水螅其中一端头区的触手逐渐萎缩、退化,最终该端头区转化成具有吸附能力的基盘组织。结论:水螅组织的再生涉及极性体轴的重建,而一些特殊因素可能造成临时性的水螅极性体轴调控紊乱。本研究表明水螅具备自我矫正异常极性体轴的能力。另外,本研究结果显示水螅触手可以萎缩直至退化,该现象涉及的细胞学过程可能是非常复杂的,有可能涉及到触手细胞的凋亡转化过程,也可能是触手的高度分化细胞仍然具备去分化能力、去分化后再转移到身体其他地方,其具体机制值得进一步探究。     

水螅营养积累对基盘组织更新进程的影响

目的观察大乳头水螅（Hydra magnipapillata ）基盘组织更新进程,探讨水螅营养积累对基盘组织更新进程的影响。方法设定水螅喂食频率梯度（代表不同的营养积累水平）,记录和观察喂食频率对水螅更新基盘组织进程的影响。通过ABTS细胞化学染色法检测水螅基盘分子标志物过氧化物酶的表达,观察水螅老基盘组织脱落后水螅体主体新生基盘组织的再生过程。结果喂食频率对水螅更新基盘组织进程有明显的影响。水螅基盘组织更新的标准过程如下;在一定的喂食频率下培养水螅,水螅体出芽区逐渐有芽体产生,随后在出芽区和基盘之间靠近芽体的位置出现缢痕,最后水螅体在缢痕处断裂为水螅体主体和老基盘组织两部分。缢痕断裂后对水螅体主体保持既定的喂食频率,其伤口能愈合但不能再生出新的基盘组织;对其降低喂食频率直至其伤口上方的芽体全部脱落后伤口处重新启动新生基盘组织的再生进程。另外,脱落的老基盘组织有两种不同的命运,即大部分老基盘组织不能发育成正常水螅体、最终解体;而小部分的老基盘组织能发育成正常的水螅体。结论水螅营养积累可能促进基盘组织更新进程,靠近断裂伤口处的芽体能抑制水螅体主体新生基盘的再生进程。     

光周期对中国水螅种群增长、无性出芽生殖及抗氧化酶活力的影响

单细胞真核绿藻在中国水螅(Hydra sinensis)内胚层皮肌细胞中共生是有较高科研价值的特殊生物学现象。水螅宿主细胞为共生藻提供CO2、氮源及矿物质,而共生藻通过光合作用可能为宿主提供碳水化合物等有机物营养,因此水螅与共生藻间代谢流是以共生藻光合作用为中心,但基于代谢流二者间的互作机制目前尚未阐明。水螅通过营养积累进行出芽生殖,从母体脱落的芽体数量间接反映水螅营养积累的相对量。而光暴露时长能影响共生绿藻光合作用,如果共生藻的确能向水螅细胞转移光合作用产物,那光暴露时长应该能间接影响水螅的营养积累、从而进一步影响水螅无性出芽生殖。为证实该假说,本研究应用种群累积培养法,观察了光周期对中国水螅种群增长、无性出芽生殖及抗氧化酶(SOD和CAT)活力的影响。结果显示,光周期对中国水螅种群增长具有明显的影响。培养15 d后,所有实验组水螅的种群密度均为正增长,其中8L∶16D(在一个24h周期内光暴露8 h、黑暗16 h)实验组种群密度最大、而0L∶24D(持续黑暗)实验组种群密度最小。另外,随着光暴露时长的增加,中国水螅SOD及CAT活力整体均呈下降趋势。结果表明,从光周期对中国水螅无性出芽生殖及两种抗氧化酶活力的影响来看,中国水螅对光周期的生理学响应较为敏感,这个现象可能源于共生绿藻能通过向宿主细胞转移光合作用产物的方式为水螅提供营养补充。     

我国北方常见水螅的种类及触手数目

淡水水螅是生活在淡水中习见的腔肠动物,分布广泛,是无脊椎动物实验的重要材料之一。淡水水螅在世界上已发现4属,即原水螅属(Protohydra)、水螅属(Hydra)、柄水螅属(Pelmatohydra)和绿水螅属(Chlorohydra)。原水螅属在我国尚未发现。Ewer(1948)和Grayson(1971)认为水螅有柄和无柄的界限不严明,主张将柄水螅属并入水螅属,但也有人持不同意见。柄水螅属体的柄部,从组织结构上看,其细胞组成与组成体部的细胞有明显差异,且柄部不生芽体,也无生殖腺发生,因此这两属以不合并为宜。     

水螅芽体发育与头部再生进程间的相互作用

目的观察具有单个芽体的大乳头水螅(Hydra magnipapillata)头部再生进程,探讨水螅头部结构的再生进程与芽体发育过程之间可能存在的相互作用。方法选取具有单个年幼芽体的水螅体,在水螅母体上紧贴芽体着生部位的上方进行切除手术,观察母体头部再生进程。通过ABTS细胞化学染色法检测水螅基盘分子标志物过氧化物酶的表达,观察水螅芽体基盘与母体间的结构联系。结果水螅母体伤口在手术后2h内愈合。随着再生时间的延长,出现两种不同命运的芽体发育方式。一种情况是水螅芽体基盘紧贴母体手术切口,芽体发育成熟后可正常脱离母体;在芽体脱离母体前母体头部再生进程被抑制,在芽体脱落后母体头部再生进程重新启动、且在其后48h内母体头部再生完成。另一种情况是水螅芽体基盘组织与母体手术切口不产生结构联系而向外突出生长,母体头部再生进程完全停止,芽体胃区与母体相连且芽体发育成熟后不脱离母体。结论靠近水螅母体手术伤口的年幼芽体能延迟或阻断母体头部的再生进程,而手术切口也可能干扰了发育成熟的芽体与母体脱离的正常机制。     

决定水螅性别的细胞——理查德·坎贝尔的生物实验

水螅是生活在溪水中的腔肠动物,是动物学教学中的代表动物之一.水螅有雌雄同体与雌雄异体两种类型,大部分种类为雌雄异体,只有少数水螅为雌雄同体。对于雌雄异体的水螅,它们的性别表型是由间质细胞决定的,还是由体壁细胞决定的呢?关于这个问题,美国加利福尼亚大学理查德·坎贝尔做了一个有趣的实验。坎贝尔做这个实验选用的水螅是雌雄异体的褐水螅(H·OLigactis)。他把雄性水螅和雌性水螅分别培养,使它们进行出芽生殖.实验前把它们产生的芽体再培养6周以上,以保证每个水螅个体大、出芽率高。从这些水螅中选出一部分制备“上皮水螅”,一部分用做供体水螅.实验主要分以下几步.     

水螅的培养及其制片

水螅作为腔腸动物的代表在普通生物学中是常用的动物。因此水螅在实驗室中的培养就有着一定的意义。我們实驗室自1952—1968年間終年培养着水螅未曾間断过,现將我們一些經驗整理介紹。一、水螅的采集采集水螅以三、四月間最为合适,这时期水螅的增殖較盛。水螅多生活在淡水池沼以及緩流的小河溝中,有时在稻田中也能找到。水螅只是生活在清潔的水里,多附着在水生植物上。北京附近所采集到的水