單環(huán)刺螠生物學(xué)及生理學(xué)研究進(jìn)展

1、單環(huán)刺螠生物學(xué)及生理學(xué)研究進(jìn)展河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,40(11):26-29JournalofHenanAgriculturalSciences單環(huán)刺蜢生物學(xué)及生理學(xué)研究進(jìn)展張新明,李慷均(日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院,山東日照276826)摘要:單環(huán)刺蜢是一種具有重要經(jīng)濟(jì)價值和潛在藥用價值的海洋無脊椎動物.就單環(huán)刺蜢對環(huán)境的適應(yīng)性,消化道組織構(gòu)成及配子發(fā)生,營養(yǎng)組分,代謝調(diào)節(jié),分子生物學(xué)研究等方面進(jìn)行了綜述.關(guān)鍵詞:單環(huán)刺蜢;生物學(xué);營養(yǎng)組成;生理調(diào)節(jié)中圖分類號:$917.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10043268(2011)11002604ResearchProgressonBiologya

2、ndPhysiologyofech1SuniconctusZHANGXinming,LIKangjun(FisheriesDepartmentofRihaoPolytechnic,Rizhao276826,China)Abstract:Urechisuniconctusisanimportantmarineinvertebrateswitheconomicvalueandpotentialmedicinalvalue.Herein,theprogressohthebiology,nutritionalcomposition,tissue,physiologicalregulation,andm

3、olecularbiologyofUrechisuniconctuswerereviewed.Keywords:Urechisuniconctus;Biology;Nutritionalcomposition;Physiologicalregulation單環(huán)刺蜢(Urechisuniconctus)隸屬于嗌蟲動物門(Echiuroidea),蜢綱(Echiurida),無管蜢目(Xenopneusta),刺嗌科(Urechidae),刺蜢屬(echis),是一種經(jīng)濟(jì)類海生無脊椎動物.單環(huán)刺蜢俗稱海腸,海腸子,體粗大,體表滿布大小不等的粒狀突起,是我國北方沿海泥沙岸潮間帶下區(qū)及潮下帶淺水區(qū)底棲

4、生物的常見種,山東膠東地區(qū)是我國單環(huán)刺蜢的最大產(chǎn)地.單環(huán)刺蜢富含蛋白質(zhì),氨基酸和其他營養(yǎng)素質(zhì),肉味鮮美,具有極高的食用價值,其提取物有一定的抗腫瘤及提高小鼠免疫功能的作用,是一種具有潛在藥用價值的海洋生物.為此,從單環(huán)刺蜢對環(huán)境的適應(yīng)性,消化道組織構(gòu)成及配子發(fā)生,營養(yǎng)組分,代謝調(diào)節(jié),分子生物學(xué)等方面進(jìn)行了綜述,以期為單環(huán)刺蜢的進(jìn)一步研究提供參考.1單環(huán)刺蜢對環(huán)境的適應(yīng)性單環(huán)刺嗌為濾食性生物,以水中懸浮性生物或非生物顆粒為食,對食物沒有選擇性.生活水溫是030,臨界高溫為32.5,臨界低溫為一4,適鹽范圍為1536,最適鹽度范圍是24.9435.77,pH值的耐受范圍是4.469.50,適宜范圍

5、是7.5O9.42,溶氧量達(dá)到1.14mg/L時活動正常,溶氧量在0.280.34mg/L可窒息死亡,生存水溫超過31.6會導(dǎo)致死亡,且降溫后不能恢復(fù);幼蜢生存的鹽度為13.835.9,適宜鹽度2O.835.2;幼蜢生存的pH值為4.010.5,適宜pH值5.969.00E.2單環(huán)刺蜢消化道組織構(gòu)成及配子發(fā)生2.1單環(huán)刺蜢消化道組織構(gòu)成單環(huán)刺蜢消化道起源于原腸胚期內(nèi)陷而成的原腸腔,發(fā)育至早期擔(dān)輪幼蟲時期,消化道連通,開始攝食,此時根據(jù)管腔直徑不同,消化道可分為口,食道,胃,中腸及后腸.至蠕蟲狀幼蟲時期,食道,胃及后腸已出現(xiàn)黏膜下層及肌層,嗉囊與砂囊可明顯區(qū)分,中腸已產(chǎn)生肌纖維的分化,呼吸腸由中

6、腸分化而來,其胞體細(xì)長,且核質(zhì)比較小,可與中腸明顯區(qū)分.至幼蜢時期,食道前端產(chǎn)生了咽部的分化,至此消化道各部位在結(jié)構(gòu)及功能上都與成體有了很大的相似性,即由口,咽,食道,嗉囊,砂囊,胃,中腸,呼吸腸,后腸和肛門組成.咽,食道和直腸管壁由內(nèi)向外分收稿日期:20110416作者簡介:張新明(1978一),男,河北石家莊人,講師,主要從事水生生物免疫學(xué)研究.E第11期張新明等:單環(huán)刺蜢生物學(xué)及生理學(xué)研究進(jìn)展為黏膜層,黏膜下層,肌層和外膜,嗉囊,砂囊,胃,中腸和呼吸腸壁僅由黏膜層和外膜組成.除食道外,胃之前的消化道及直腸上皮細(xì)胞均有發(fā)達(dá)的纖毛,中腸和呼吸腸上皮主要為微絨毛.消化道上皮主要分為3類細(xì)胞:柱

7、狀上皮細(xì)胞,黏液細(xì)胞,分泌細(xì)胞.黏液細(xì)胞和分泌細(xì)胞散布于柱狀上皮細(xì)胞之間:黏液細(xì)胞在咽,食道,嗦囊,胃,中腸和直腸上皮中有較多的分布,分泌細(xì)胞在砂囊,胃,中腸和呼吸腸中數(shù)量較多.組織化學(xué)研究結(jié)果表明,隨著發(fā)育,單環(huán)刺蜢消化道各部位分別呈現(xiàn)不同的堿性磷酸酶,酸性磷酸酶,脂酶,ATP酶,非特異性酯酶及多糖類物質(zhì)活性.一.2.2單環(huán)刺蜢的配子發(fā)生單環(huán)刺蜢雌雄異體;繁殖期為45月份(水溫912),性成熟最小個體體長7cm(約2Og).精子為鞭毛型,頭部最前端為頂體,呈奶嘴狀;細(xì)胞核近似杯狀,核內(nèi)有核泡.中段由一個大環(huán)狀線粒體組成.尾部軸絲為典型的"9+2"型結(jié)構(gòu)精液的pH值為6.5

8、-0.2;精子密度為(4.2±0.2)×10.個/mL;新鮮精子用過濾海水(10cm厚的脫脂棉過濾)激活,激活率為86.4%±6.3%,渦動時間為(170±6.9)min,壽命為(24.4±7.8)min.室溫(20±1)下,精子保存12h活力無顯著變化,但至24h活辦明顯下降;低溫(4)可明顯延長精子活力的保存時間,可保存21d;鹽度和酸堿度對精子的激活率,渦動時間和壽命都有較大的影響,精子適宜的鹽度為203O,最佳鹽度為25;適宜的酸堿度為79,最佳為8.低溫可以較長時間的保存單環(huán)刺蜢的精子,在鹽度稍低或偏堿性的海水中精子活力較高

9、引.單環(huán)刺蜢卵母細(xì)胞受精后即開始減數(shù)分裂進(jìn)程.譚信等6采用蛋白免疫印跡法,探索了這一過程中絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)的活性變化及其信號通路對減數(shù)分裂的影響,以及鈣離子蛋白磷酸酶,蛋白激酶C(PKC),蛋白激酶A(PKA),蛋白質(zhì)合成等因素的影響.結(jié)果表明:受精可引起單環(huán)刺蜢卵母細(xì)胞中MAPK快速磷酸化活化和緩慢脫磷酸化失活,至第二極體排出前磷酸化水平降到最低.這一激活過程不受蛋白合成抑制影響,MAPK雖與減數(shù)分裂起始無關(guān),但為減數(shù)分裂進(jìn)程所必須.鈣離子載體和蛋白磷酸酶抑制劑可以孤雌激活單環(huán)刺蜢卵母細(xì)胞減數(shù)分裂,并激活MAPK.受精是通過鈣離子內(nèi)流和某些蛋白質(zhì)持續(xù)磷酸化來激活卵母細(xì)胞并使M

10、APK活化的.蛋白磷酸酶對減數(shù)分裂起抑制作用.PKC激活劑可加速受精卵排極和卵裂進(jìn)程,并使MAPK失活時間提前,可能是高活性PKC通過促使MAPK提前失活使減數(shù)分裂進(jìn)程加快,但cAMP/PKA通路對減數(shù)分裂恢復(fù)無影響.3單環(huán)刺蜢的營養(yǎng)組分',單環(huán)刺蜢營養(yǎng)豐富,其蛋白質(zhì)含量很高(占體質(zhì)量的22.84),比常見海產(chǎn)魚類如鱸魚(17.5oA),鱈魚(16.5),沙丁魚(19.2)及帶魚(18.1)的蛋白質(zhì)含量都要高,水分含量為70,粗脂肪含量為4.24%,灰分含量較高,為2.929/6.從無機元素組成看,K,Ca含量較高,分別為2.86g/kg,1.14g/kg,其次為Mg,Fe,Zn,而N

11、a含量較低,這種高鉀低鈉的元素結(jié)構(gòu)有助于維持人體正常的酸堿平衡,預(yù)防和治療高血壓等病癥.單環(huán)刺蜢的體壁肌含有18種氨基酸,其中8種為人體必需氨基酸,占17.799,6,在人體必需氨基酸中,以亮氨酸含量最高,達(dá)3.33,其次為賴氨酸(3.12oA)和纈氨酸(2.97Vo),半必需氨基酸中的組氨酸(0.87)是嬰兒的必需氨基酸,非必需氨基酸含量以甘氨酸最高(9.31%),其次為谷氨酸(8.27),丙氨酸又次之(7.15),其他氨基酸含量由高至低依次為:天冬氨酸,絲氨酸,脯氨酸,酪氨酸,胱氨酸.體壁肌中谷氨酸,天冬氨酸,精氨酸,丙氨酸和甘氨酸5種鮮味氨基酸含量都較高,總和占氨基酸總量的56.46%7

12、.這可能就是單環(huán)刺蜢味道特別鮮美的重要原因之一.4單環(huán)刺蜢的代謝調(diào)節(jié)乙酰膽堿酯酶(ACHE)作為生物神經(jīng)傳導(dǎo)中的一種關(guān)鍵酶,主要位于突觸后膜,鄰近膽堿受體,能降解乙酰膽堿,終止神經(jīng)遞質(zhì)對后膜的刺激作用,保證神經(jīng)沖動在突觸間正常傳導(dǎo);細(xì)胞色素C氧化酶(CCO)是真核生物線粒體內(nèi)膜和需氧菌細(xì)胞膜電子傳遞鏈上的終端酶,承擔(dān)著細(xì)胞色素C到氧分子的電子傳遞功能,催化氧分子還原為水分子,并與質(zhì)子泵功能相偶聯(lián),它反映了細(xì)胞功能及有氧代謝的水平.堿性磷酸酶(AKP)是一種膜結(jié)合蛋白,在生物體內(nèi)直接參與磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移和代謝的生理過程,與維持體內(nèi)適宜的鈣磷比相關(guān).邱旭春等9運用冰凍切片技術(shù)和酶組織化學(xué)的方法研究了

13、長期暴露于不同質(zhì)量濃度久效磷(0,50,100,150rig/L)下的單環(huán)刺蜢體內(nèi)AChE,CCOAKP的活性變化.結(jié)果表明,AChE在單環(huán)刺蜢的體壁上呈現(xiàn)出較強的酶活性,活性位點處為紅棕色的顆粒沉淀,并隨久28河南農(nóng)業(yè)科學(xué)第40卷效磷質(zhì)量濃度的提高顯色越來越深;消化道切片上基本上沒有AChE的活性.CCO在體壁及腸道上都呈現(xiàn)出較強的酶活性,活性位點顯示為棕色;腸道上,不同質(zhì)量濃度組由低到高其CCO活性位點依次增多,顯色也依次加深,低質(zhì)量濃度久效磷(<150ng/L)脅迫對單環(huán)刺蜢體內(nèi)的AKP活性沒有明顯的影響.張志峰等1D研究了硫化物暴露后單環(huán)刺蜢CCO,琥珀酸脫氫酶(SDH)

14、,延胡索酸還原酶(FRD)等呼吸代謝酶活性的變化,初步探討了單環(huán)刺蜢對硫化物的呼吸代謝適應(yīng).將蟲體暴露于50tLmol/L,150tLmol/L2個硫化物組和不含硫他物的對照組水體中,分別于暴露后0,2,12,24,48h和解除暴露后48h,取體壁,呼吸腸等組織進(jìn)行酶活性分析.結(jié)果顯示:暴露2h時,硫化物組CCO活性上升.24h時,150tLmol/L組CCO活性顯著低于對照組,到48h時接近于0,而SDH活性顯著低于對照組,FRD活性極顯著高于對照組.解除暴露后48h,蟲體的呼吸代謝酶活性與對照組無顯著差異.可見,硫化物暴露后,短期內(nèi)蟲體呼吸代謝提高,可能進(jìn)行硫化物氧化解毒.而隨著暴露時間的

15、延長,蟲體的呼吸代謝減弱,FRD活性極顯著增高.推測體內(nèi)可能存在將延胡索酸還原成琥珀酸的無氧代謝方式.解除硫化物暴露后,蟲體具有較強的自我恢復(fù)能力.鹽度和NH含量對單環(huán)刺蜢耗氧率的影咆非常明顯.鹽度在1331時,單環(huán)刺蜢耗氧率均隨鹽度的升高而增加;當(dāng)鹽度為1325時耗氧率的變化相對緩慢;鹽度達(dá)到31時,耗氧率達(dá)到最大值,繼續(xù)升高鹽度,耗氧率出現(xiàn)明顯下降;可見在鹽度低予正常海水的鹽度(31)時,單環(huán)刺蜢呼吸活動增加,以應(yīng)付外界環(huán)境的變化對自身的傷害,當(dāng)鹽度達(dá)到3左右時,呼吸活動最旺盛.此后,鹽度升高,水體溶解氧的飽和度降低,呼吸受到限制,因此耗氧率逐漸降低.當(dāng)環(huán)境中NH+低于0.4169mg/L

16、時,單環(huán)刺蜢耗氧率與對照組沒有明顯差別,這與其生活的底泥環(huán)境中氨氮含量較高有關(guān);繼續(xù)升高NH+含量,單環(huán)刺蜢耗氧率出現(xiàn)明顯下降趨勢,在設(shè)定的最大含量(41.687mg/L)下,各組單環(huán)刺蜢耗氧率均達(dá)到試驗最低值.可能由于NH+損害了單環(huán)刺蜢的一些組織,使其代謝機能減弱,從而引起耗氧率降低.張志峰等1幻在單環(huán)刺蜢硫化物耐受性試驗_中發(fā)現(xiàn),單環(huán)刺蜢在50tLmol/L,150tLmol/L和600tLmol/L硫化物環(huán)境中,半致死時間分別為112h,86h和60h,其中50tLmol/L和150tLmol/L組至試驗48h后出現(xiàn)個體死亡,600mol/L組到24h后出現(xiàn)個體死亡,可見單環(huán)刺j嗌對小

17、于150/imol/L的硫化物耐受時間超過48h,具有較強的耐受力.對單環(huán)刺蟠的硫化物耐受機制進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)由體壁黏液細(xì)胞分泌的體表黏液層對單環(huán)刺蟠的存活非常重要,并且認(rèn)為在單環(huán)刺蟠中,部分Hs可能被作為能量來進(jìn)行吸收和氧化,因為在單環(huán)刺蜢體壁細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了大量與硫化物氧化有關(guān)的細(xì)胞器,這些細(xì)胞器可通過氧化硫化物來合成ATP.采用mRNA差異顯示技術(shù)研究了i00tLmol/L硫化物環(huán)境與正常海水中耐硫生物單環(huán)刺蟠mRNA的表達(dá)差異,初步篩選出7條體腔液細(xì)胞的差異表達(dá)基因,其中1個cDNA克隆片段與其他物種的MAPKKK有較高同源性.采用RTPCR技術(shù)對其在硫化物刺激前后的表達(dá)進(jìn)行了檢測,結(jié)果顯示

18、,刺激12h后該基因表達(dá)量增高,并隨應(yīng)激時間增加,呈明顯上調(diào)趨勢.表明單環(huán)刺縊MAPK信號通路可被硫化物激活,進(jìn)而通過該信號通路調(diào)節(jié)下游生理反應(yīng)1.5單環(huán)刺蜢分子生物學(xué)研究陳宗濤等口對實驗室條件下培養(yǎng)的單環(huán)刺蟠變態(tài)前幼蟲發(fā)育的同工酶及酶學(xué)特性進(jìn)行了研究.研究中5種同工酶(EsT,MDH,AMY,LDH,ALP)酶譜均隨發(fā)育表現(xiàn)出一定的差異:EST酶譜最為復(fù)雜,由原腸期的1條酶帶增至體節(jié)幼蟲時期的6條;MDH在發(fā)育各時期皆有表達(dá);在原腸時期未檢測到AMY,LDH及LP活性.采用生化法對5種酶(ACP,AI,PO,POD,Ca)的活性測定結(jié)果顯示,隨著單環(huán)刺蜷的發(fā)育,各種酶的活性都有明顯增強.以上

19、結(jié)果表明,攝食行為的開始對其某些消化酶活性的表達(dá)有顯著的增強作用,至中期擔(dān)輪幼蟲時期,幼蟲已具備了一定的對脂類等物質(zhì)的消化能力,至晚期擔(dān)輪幼蟲及體節(jié)幼蟲時期,其免疫能力也有顯著增強.對單環(huán)刺蝣的線粒體全基因組序列進(jìn)行測定,DNA的總長度為15761bp,A4-T含量為61.99,6,包含13個蛋白質(zhì)編碼基因,22個tRNA基因,2個核糖體RNA基因,1個長度為923bp的非編碼區(qū),37個基因都編碼在同一條鏈上.基因順序排列和基于氨基酸序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)生樹兩方面的證據(jù)都說明縊蟲動物可能起源于環(huán)節(jié)動物_1.單環(huán)刺蟠對環(huán)境的適應(yīng)性強,從體液中提取的多肽類物質(zhì)和酶類物質(zhì)具有增強機體免疫力,抗腫第11期

20、張新明等:單環(huán)刺蜢生物學(xué)及生理學(xué)研究進(jìn)展29瘤和溶血栓等功用¨,從中提取活性物質(zhì)制成抗腫瘤,溶栓藥物用于疾病防治將成為未來重要的研容青向ji't11究方向.0曩_11參考文獻(xiàn)1李諾,宋淑蓮,唐永政,等.單環(huán)刺蜢增養(yǎng)殖生物學(xué)的研究J.齊魯漁業(yè),1998,15(1):11-14.2鄭巖,白海娟,王亞平.單環(huán)刺蜢對水溫,鹽度和pH的耐受性的研究EJ.水產(chǎn)科學(xué),2006,25(10):513516.3陳宗濤,張志峰,康慶浩,等.單環(huán)刺蜢消化道的發(fā)生和分化I-J.中國水產(chǎn)科學(xué),2006,13(5):700704.4邵明瑜,張蕙峰,康慶浩,等.單環(huán)刺I瞌i蟲消化道組織學(xué)和細(xì)胞學(xué)J.中國水

21、產(chǎn)科學(xué),2003,10(4):265268.5牛從從,張志峰,邵明瑜.單環(huán)刺蜢蟲精子生物學(xué)特性和環(huán)境因子的關(guān)系J.中國水產(chǎn)科學(xué),2005,12(5):556561.6譚信,彭安,唐永政,等.MAPK和其他因素對單環(huán)刺蟈i卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的影響J.Developmental&ReproductiveBiology,2001,21(S1):36.7楊桂文,安利國,孫忠軍.單環(huán)刺蜢營養(yǎng)成分分析EJ.海洋科學(xué),1999(6):1314.I-8李諾,宋淑蓮,唐永政,等.單環(huán)刺蜢體壁氨基酸組分與含量的分析J.齊魯漁業(yè),2000,17(5):2627.9邱旭春,朱麗巖,劉光興.久效磷對單環(huán)刺

22、蜢體內(nèi)幾種酶活性影響的初步研究J.海洋科學(xué),2006,30(9):4247.1O張志峰,王思鋒,霍繼革,等.單環(huán)刺蜷對硫化物暴露1213141516171,18的呼吸代謝適應(yīng)J.中國海洋大學(xué),2006,36(4):639-644.王愛敏,馮俊榮,楊秀蘭.氨氮及鹽度對單環(huán)刺螻耗氧率的影響研究J.齊魯漁業(yè),2009,26(5):14.ZhangZhi-feng,ShaoMing-yu,KangQing-hao,eta1.StudiesonthetoleratingmechanismforsulfideinUrechisunicinctusCyrologicalobservationonUrechi

23、sunicinctusindifferenthydrogensulfideenvironmentJ.ChineseJournalofOceanologyandLimnology,2003,21(1):8690?甏礦霍繼革,張志峰,胡曉麗,等.硫應(yīng)激單環(huán)刺蜢差異表達(dá)的初步研究J.中國海洋大學(xué),2007,37(3):457462.,.陳宗濤,張志峰,牛從從,等.單環(huán)刺蜢蟲變態(tài)前幼蟲發(fā)育的同工酶及酶學(xué)研究J3.中國水產(chǎn)科學(xué),2005,12(3):233-238.吳志剛.單環(huán)刺嗌線粒體全基因組及其系統(tǒng)發(fā)生研究D.青島:中國科學(xué)院海洋研究所,2008.趙歡,韓寶芹,劉萬順,等.單環(huán)刺蜢多肽抗腫瘤及對小鼠

24、免疫功能的調(diào)節(jié)作用J.中國天然藥物,2008(4):302-306.刁勇,居海亮,許瑞安.單環(huán)刺蜢抗血栓組分的分離純化和藥效學(xué)研究J.中國生化藥物雜志,2007,28(3):199200.蔣仲青.單環(huán)刺蜢纖溶酶的分離純化及其藥效學(xué)研究D.青島:中國海洋大學(xué),2009.(上接第25頁)18SinghP,SharmaPK,MishraAK,eta1.IdentificationofdvirusassociatedwithmosaicinJatrophaandveinyellowingdiseaseinAgeratumconyzoidesMBookofabstract,nationalseminaronsustainablehillagriculture.Manipur:ICARResearchComplexforNEHRegion,2009.19TangonanNG,PechoJA,ButardoEGG.DiseaseprofileofcropsinUSM,Kabacan,Cotabato:apracticalguidetodiagnosingandcontrollingcommonfielddiseasesEM.Cotabato:Univer