?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
吸血水蛭化学感受器的特异性X
杨潼(中国科学院水生生物研究所湖北武汉430072)
摘要通过取食行为实验和扫描电镜观察,验证了我国两种吸血水蛭的化学感受器
分布在头部背唇和口的内侧皮肤上,它们对血液中固有成分的选择性识别是专一的,这对
引起取食反应起决定作用。
关键词吸血水蛭化学感受器取食反应
蛭纲动物(Hirudinea)俗称蚂蟥,生活在水中的种
类称水蛭,属于环节动物门(Annelida),全世界有500
余种,我国也有近100种。它们为了取食、生殖和自身
的防御必须不断地通过光、水波、化学物质及物理刺激
来接受周围环境的信息,对每种信息又有相应的感觉
结构。在身体中部体节有由两极细胞构成的皮肤感受
器(sensillae),这种感受器对微弱的水扰动和光刺激都
非常敏感,可以发现和传导这些微弱刺激。水蛭对包括
食物在内的种种化学刺激,特别是吸血种类对血液刺
激的反应都局限于头部背唇及口部皮肤上的化学感受
器(Chemoreceptors)。所有的皮肤感受器都是通过神经
系统的传导,使身体作出相关行为反应的。
我国主要有无吻蛭目(Arhynchobdellida)医蛭科
(Hirudinidae)的医蛭属(Hirudo)和牛蛭属(Poecilobdel2
la)两类吸血水蛭,为了弄清它们化学感受器的特异性,
作者特用分布我国长江中游地区的日本医蛭(Hirudo
nipponia)和湖北牛蛭(Poecilobdellahubeiensis)做了取
食行为实验和扫描电镜观察。
1取食行为实验
吸血水蛭是通过口腔内具齿的肌肉性颚(jaws)及
其后面的肌肉性咽往复地动作来完成吸血行为的。这
种取食反应又是通过头部背唇和口部皮肤上的化学感
受器引起的。为了验证两种吸血水蛭化学感受器的分
布位置及取食反应的特异性,特用两组小玻璃杯分别
盛以新鲜的猪血和牛血,杯口蒙上肠系膜并将其投入
内有两种饥饿吸血水蛭的缸中。重复多次之后发现日
本医蛭的头部对盛有猪血的小玻璃杯非常敏感,喜食
猪血。湖北牛蛭的头部对盛有牛血的小玻璃杯非常敏
感,喜食牛血。同时又用经过手术切开并摘除头部背唇
和口部皮肤及只部分切开而不摘除头部背唇和口部皮
肤的两种饥饿吸血水蛭做了以下实验,重复多次之后
发现切开并摘除头部背唇和口部皮肤的个体对盛有猪
血和牛血的小玻璃杯均无任何取食反应发生,然而部
分切开而不摘除头部背唇和口部皮肤的个体对以上小
玻璃杯有与不切开头部背唇和口部皮肤的个体同样的
取食反应发生。这进一步证明了两种吸血水蛭的化学
感受器均分布在头部背唇和口部皮肤上。为了验证猪
血和牛血中何种成分可以通过两种吸血水蛭化学感受
器引起取食反应。用3组小玻璃杯分别盛以哺乳动物
血液中均含有的150mM氯化钠,1mML2精氨酸以及
150mM氯化钠+1mML2精氨酸,杯口蒙上肠系膜并
将其投入内有两种饥饿吸血水蛭的缸中。重复多次之
后发现两种吸血水蛭均对盛有150mM氯化钠+1mM
L2精氨酸的小玻璃杯非常敏感,犹如取食血液一样地
取食这种混合液。
2扫描电镜观察
沿着两种吸血水蛭腹中线从头部切开腹面体壁,
让圆形的口部平直地铺平。在水蛭格林氏液(115mM
NaCl,4mMKCl,1.8mMCaCl2,10mMTrisHCl缓冲
液,pH7.4)中浸泡10min,切去身体后段及头部体壁肌
肉,让皮下剩余的肌肉松弛。经用生理盐水和5%的碳
酸氢钠溶液清洗,再用胰蛋白酶溶液和二甲砷酸钠缓
冲液漂洗,以去除表皮上的粘液。将头部背唇及口部皮
肤切为1cm3的块状样品。于室温下在pH7.4的二甲砷
酸钠缓冲液中加2.5%的戊二酸醛固定1h,然后更换
固定液于4℃下过夜。在二甲砷酸钠缓冲液中加1%的
钅我酸(OsO4)进一步固定2h,再用水洗至没有钅我酸为
止。经乙醇分级脱水,直至在100%的乙醇中临界干燥。
再在样品台上用350A金喷金并在一AMR21000扫描
电子显微镜下观察。观察结果证明我国两种吸血水蛭
头部背唇皮肤上有如E.J.Elliott在欧洲医蛭头部背唇
皮肤上看到的两类大小不等的纤毛感觉墩,呈带状排
列,约150个左右,每个墩的中央是由长度均一的纤毛
状突起构成的钮扣状结构,前者的纤毛较稠密,后者的
纤毛较稀疏。较大的一类纤毛感觉墩在光学显微镜下
像不具色素的斑点,而在扫描电镜下日本医蛭每墩约
有30根等长的纤毛,湖北牛蛭每墩约有25根等长的
纤毛,前者呈稠密的丛状,后者呈稀疏的环状(见照片
1,2和3,4)(本文照片见封二)。在口的内侧皮肤上也
有如E.J.Elliott在欧洲医蛭口内侧皮肤上看到的由3
—8—生物学通报2001年第36卷第12期
X武汉大学生物系电镜室的同事们参加了此项工作
?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
雪花莲外源凝集素基因及其应用
罗素兰长孙东亭(海南大学农学院海南海口570228)
摘要简明阐述了植物外源凝集素的特点和功能。对雪花莲外源凝集素(GNA)的体
外抗虫性及GNA基因转化植物的研究进展进行了综述。
关键词外源凝集素GNA基因抗虫性应用
植物外源凝集素(lectin)是自然界中广泛分布的一
组蛋白,存在于多种生物中,它能特异识别并可逆结合
糖类复合物的糖基部分而不改变被识别糖基的共价结
构,是一类非免疫性来源的糖蛋白或结合糖的蛋白质
(sugar2bindingprotein),它们能聚集细胞和(或)沉淀
糖蛋白。外源凝集素在植物各种组织器官中均有发现,
尤以豆科植物的种子中含量最丰富。它对植物有很重
要的生理作用,如保护功能,在植物生长的各个阶段以
不同的方式保护植物免于害虫的侵害;作为储藏蛋白,
在植物发芽和幼苗生长阶段,裂解的外源凝集素为其
提供氨基酸;外源凝集素还可能参与细胞间的识别。
石蒜科(Amaryllidaceae)外源凝集素,因其独特的
糖结合特点已成功地用于糖结合物的纯化和特征研
究;由于它们对人类和动物的巨细胞病毒及逆转录病
毒,包括人类免疫缺陷病毒,具有强烈及选择性的抑制
作用,这类凝集素正成为艾滋病研究的一个重要工具。
其中雪花莲外源凝集素(Galanthusnivalisagglutinin,
GNA)是英国剑桥农业公司和Durham大学的科学家
发现的,它对某些咀嚼式和刺吸式昆虫,以及线虫均有
毒性,但对高等动物没有毒性,而其它所试的各种酶、
酶抑制剂和非石蒜科外源凝集素对上述害虫无效。这
些害虫不但刺吸植物汁液,有的还传播病毒病,如蚜
虫、粉虱和线虫,而病毒病防治更困难。GNA的一级结
构、生物合成以及基因结构已搞清楚。它是由105个氨
～4根短棍棒状突起构成的结构,日本医蛭的突起呈密
集丛生状,湖北牛蛭的突起呈稀疏丛生状(见照片5和
6)。
3化学感受器的特异性
通过以上的实验和观察,证明了我国两种吸血水
蛭头部背唇和口部皮肤上的化学感受器在形态上明显
地不同于身体中部体节上的皮肤感受器,后者具有长
鞭状纤毛和短硬纤毛。这两种感受器的感觉功能亦不
相同,前者对哺乳动物血液中固有成分(氯化钠和精氨
酸)的选择性识别是专一的,这在引起取食反应的过程
中起决定作用,后者只能发现和传导微弱水扰动与光
刺激。由于氯化钠和精氨酸都以很高的浓度存在于哺
乳动物的血液或汗液(sweat)中,我们可以利用哺乳动
物的血液或汗液在野外诱捕各种吸血水蛭,也可以利
用必须浓度的氯化钠和精氨酸在实验室内从饥饿的活
体吸血水蛭体内大量提取重要心血管药物原料唾液腺
的分泌物。至于日本医蛭和湖北牛蛭对猪血和牛血敏
感性的差异,喜食与不喜食的差异,是否仅与它们头部
背唇和口部内侧皮肤上的化学感受器形态上的差异有
关,现在尚无法作出定论。
在我国广泛分部着一种属于无吻蛭目黄蛭科
(Haemopidae)的宽体金钱蛭(Whitmaniapigra),以螺
类为食,浙东人俗称“田螺嘬”。其肌肉性的小颚上只有
两行钝的齿板,没有吸血种类具有的单列细齿,这种结
构非常适于割开螺类的皮肤。作者在实验室内仔细观
察过宽体金线蛭从幼蛭到成熟个体的取食行为。当5～
10mm长的幼蛭从茧中钻出后,立即用头部的化学感
受器寻找到幼小的螺类并将身体钻进螺壳之内取食其
体液,这个阶段的取食量颇大,个体增长迅速。随着个
体的增大,取食的螺类也随之增大,直至成熟个体只能
将头部伸进螺壳之内取食螺的体液。这是非吸血水蛭
头部化学感受器在选择性取食中起决定作用的一个典
型例证。
4参考文献
1杨潼.环节动物门蛭纲.中国动物志,北京:科学出版社,
1996,20—25;109—148.
2Galun,R.andS.H.Kindler.Chemicalspecificityoffeeding
responseinHirudomedicinalis.Comp.Biochem.Physiol.,
1996,Vol.17,pp.69—73.
3Elliot,E.J.Chemosensorystimuliinfeedingbehaviorof
theleechHirudomedicinalis.J.Comp.Physiol.1986,
159:391—401.
4Elliot,E.J.MorphologyofChemosensoryOrgansRequired
forFeedingintheLeechHirudomedicinalis.J.Morphol.
1987,192(2):181—187.
5Vandenberg,M.R.,R.W.DaviesandR.N.Singhal.A
ScanningElectronMicroscopicalStudyofCiliatedSense
OrgansofTheromyzonrude(Hirudinoidea:Glossiphonii2
dae).Zool,Anz.1989,223(34):231—238.
(BF)
—9—2001年第36卷第12期生物学通报
?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
|
|
