БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2012, том 38, № 2, с. 144-152
УДК 576.371 ЦИТОЛОГИЯ
ультраструктурное исследование спермиогенеза дальневосточных красноперок рода TRIBOLODON
(pisces: cyprinidae)1
© 2012 г. С. Ю. незнанова
Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток 690059 e-mail: masou@yandex.ru
Статья принята к печати 6.10.2011 г.
С помощью сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии изучены спермиогенез и морфология сперматозоидов у дальневосточных красноперок Tribolodon hakonensis (Gunther, 1880), T. brandtii (Dybowskii, 1872) и T. sachalinensis (Okada, Ikeda, 1937). На стадии сперматид ультраструктурный анализ мужских половых клеток не выявил очевидных различий у данных видов. Зрелые половые клетки - это типичные безакросомные примитивные сперматозоиды, характерные для многих представителей Teleostei с наружным осеменением. В отличие от других карповых рыб, у исследованных видов угол наклона центриолей относительно друг друга различается незначительно. У T. hakonensis митохондриальный аппарат содержит от одной до пяти (чаще одну-три) митохондрий, у T. sachalinensis - две, у T. brandtii - одну митохондрию.
Ключевые слова: спермиогенез, ультраструктура, Tribolodon hakonensis, T. brandtii, T. sachalinensis.
Ultrastructural study of spermiogenesis in Far-eastern redfins of the genus Tribolodon (Pisces: Cyprinidae).
S. Yu. Neznanova (A. V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690059)
The spermiogenesis and sperm morphology of the Far-eastern redfins Tribolodon hakonensis (Gunther, 1880), T. brandtii (Dybowskii, 1872), and T. sachalinensis (Okada, Ikeda, 1937) were studied using scanning and transmission electron microscopy. At the spermatid stage, ultrastructural analysis of male germ cells showed no obvious differences between these species. The spermatozoa are primitive, acrosome-lacking cells typically found in many representatives of Teleostei with external insemination. Unlike other cyprinids, the angle of inclination of centrioles relative to each other differs slightly in the species under study. The mitochondrial apparatus contains one to five (usually one to three) mitochondria in T. hakonensis, two in T. sachalinensis, and one mitochondrion in T. brandtii. (Biologiya Morya, 2012, vol. 38, no. 2, pp. 144-152).
Key words: spermiogenesis, ultrastructure, Tribolodon hakonensis, T. brandtii, T. sachalinensis.
Рыбы демонстрируют наибольшее среди позвоночных разнообразие в структуре сперматозоидов, эволюция которых связана с особенностями процесса оплодотворения. Строение сперматозоидов изучено у многих представителей семейства Cyprinidae (Kudo, 1980; Baccetti et al., 1984; Емельянова, Макеева, 1985; Guan, Afzelius, 1991; Ohta, Matsuda, 1995; Lee, Kim, 1998; Hu et al., 2005; Kim et al., 2006, 2007; Psenicka et al., 2006; Rutaisire et al., 2006; Fürböck et al., 2010). Для спермиев карповых рыб характерны головка шаровидной формы; неглубокая ядерная инвагинация с центриолярным аппаратом, локализованным асимметрично по отношению к основанию головки; множественные цитоплазматиче-ские вакуоли, расположенные в средней части спермия и в области жгутика. Наряду с этим спермии отдельных видов имеют выраженные морфологические отличия по размеру ядра, количеству митохондрий в средней части спермия, по величине угла наклона проксимальной центриоли по отношению к дистальной и по расположению центриолярного аппарата.
Дальневосточные красноперки - единственная среди карповых рыб группа, формирующая проходные (нагуливающиеся в море) и пресноводные (жилые) формы. Виды рода Tribolodon морфологически очень сходны, имеют перекрывающиеся ареалы обитания, сроки нерестового хода и близкие места нереста, нередко образуют гибридные формы (Омельченко и др., 1986; Гриценко, 2002). Их морфологические особенности достаточно хорошо изучены (Гавренков, Иванков, 1979; Sakai, 1995; Свиридов и др., 2003), проведен также генетический анализ всех видов красноперок (Семина, 2008). В данной работе исследованы ультраструктурные особенности спермиогенеза и морфология спермиев у трех видов дальневосточных красноперок с целью выявления степени сходства и различия.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Красноперки ТпЬоЫоп hakonensis и Т. ЬгаЫШ были пойманы в зал. Восток (Японское море) в мае-июне 2009 г. у биостанции "Восток", Т. sachalinensis - в р. Большой Такой
1 Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 09-04-00508.
(Сахалинская область) в июне 2010 г. Для оценки репродуктивного состояния рыб визуально определяли степень зрелости гонад у пяти самцов каждого вида. Для электронно-микроскопического анализа кусочки семенников фиксировали в течение 2 ч в 2.5% глютаральдегиде, приготовленном на 0.1 М какодилатном буфере (pH 7.4), с постфиксацией в 2% четыре-хокиси осмия на том же буфере также в течение 2 ч. Затем материал обезвоживали в серии спиртов и ацетонов и заливали в эпон-аралдит (Sigma, США). Ультратонкие срезы получали на ультрамикротоме Reichert-E (Германия). Срезы, окрашенные уранилацетатом и цитратом свинца, исследовали и фотографировали с помощью трансмиссионных электронных микроскопов JEM 100B (Япония) и Zeiss Libra 120 (Германия). Для сканирующей электронной микроскопии каплю суспензии спермиев в 2.5% глютаральдегиде наносили на покровное стекло, предварительно покрытое поли-1-лизином гидробромидом. Далее материал обезвоживали в серии спиртов и ацетонов с последующим высушиванием на установке 3AL-TEC (Германия). Напыление платиной проводили в ионном напы-лителе JFC-1600 (Япония). Просматривали, фотографировали
и измеряли объекты на сканирующем электронном микроскопе Zeiss EVO 40 (Германия).
Для сравнительной оценки линейных размеров сперматозоидов использовали четыре признака: длина жгутика, диаметр головки, длина ядра и ширина ядра. У каждого вида измеряли по 30 сперматозоидов. Различия принимали достоверными при 95% уровне значимости. Дискриминантный анализ проводили с помощью пакета Statistica (Боровиков, 1998).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Мелкочешуйная красноперка Tribolodon brandtii
Диаметр ранних сперматид варьирует от 2.75 до 2.94 мкм. Ядро овальное, у поздних сперматид округлое, с неравномерно конденсированным хроматином. Центриолярный аппарат находится в базальной ямке (рис. 1А, Б). Митохондрии располагаются по всему объему цитоплазмы вокруг ядра. В цитоплазме видны
Рис. 1. Сперматогенные клетки мелкочешуйной красноперки Tribolodon brandtii. А - ранняя сперматида; Б-В - средняя сперматида; Г -поздняя сперматида. Условные обозначения: вак - вакуоль, дц - дистальная центриоль, жг - жгут, м - митохондрия, пц - проксимальная центриоль, ц - центриоль, я - ядро. Масштаб 1 мкм.
многочисленные вакуоли, заполненные электронно-прозрачным содержимым (рис. 1Б, В). По мере конденсации хроматина и уменьшения объема ядра митохондрии группируются в средней части сперматиды, вдоль жгутика сохраняются многочисленные вакуоли (рис. 1В, Г).
Сперматозоиды имеют жгутик длиной до 42.17 ± 1.13 мкм (рис. 2А) и шаровидную головку с небольшой средней частью в виде полусферы (рис. 2Б). Диаметр головки составляет 1.66 ± 0.06 мкм, длина ядра - 1.59 ± 0.07 мкм, ширина ядра - 1.65 ± 0.06 мкм, длина средней части спермия - 0.4 ± 0.09 мкм. Неглубокая инвагинация (центриолярная ямка) в базальной части ядра включает в себя проксимальную и дистальную цен-
триоли, которые располагаются под углом около 100° друг к другу (рис. 2В). Центриолярный аппарат расположен немного асимметрично по отношению к головке и средней части. Ядро заполнено электронно-плотным хроматином, в котором видна небольшая лакуна со светлым матриксом (рис. 2Г). В цитоплазме средней части сперматозоида находятся многочисленные вакуоли, заполненные электронно-прозрачным содержимым, и электронно-плотные гранулы (рис. 2В, Д). Митохондриальный аппарат представлен одной митохондрией неправильной формы, диаметр которой 0.39-0.41 мкм (рис. 2Д). Дистальная центриоль служит базальным тельцем жгутика сперматозоида. Структура
Рис. 2. Сперматозоид мелкочешуйной красноперки Tribolodon brandtii. А - внешний вид сперматозоида; Б - внешний вид головки сперматозоида; В - продольный срез; Г- поперечный срез на уровне ядра; Д - поперечный срез на уровне митохондрий. Условные обозначения: вак - вакуоль, г - головка, гр - электронно-плотные гранулы, дц - дистальная центриоль, жг - жгутик, м - митохондрия, пц - проксимальная центриоль, с - средняя часть сперматозоида, я - ядро; стрелками показаны лакуны со светлым матриксом. А-Б - фотографии сделаны с помощью СЭМ. Масштаб: А - 2 мкм, Б-Д - 1 мкм.
жгутика типична: он состоит из девяти периферических и одной центральной пар микротрубочек, одетых цито-плазматическим чехлом, внутри которого располагаются многочисленные вакуоли. Диаметр жгутика 0.2 мкм (рис. 2Д).
Крупночешуйная красноперка Tribolodon hakonensis
Ранние сперматиды овальные, с неравномерно конденсированным хроматином, их размер от 3.0 до 3.5 мкм (рис. 3А). Центриолярный аппарат расположен в базаль-ной ямке, проксимальная и дистальная центриоли располагаются под углом друг к другу (рис. 3А, Б). Цитоплазма содержит митохондрии разных размеров и гликогеновые гранулы (рис. 3Б, В). По мере конденсации хроматина и уменьшения объема ядра митохондрии группируются в средней части сперматиды (рис. 3В, Г).
Сперматозоиды имеют жгутик длиной 36.20 ± 1.65 мкм и шаровидную головку (рис. 4А, Б). Диаметр
головки составляет 1.92 ± 0.18 мкм, длина ядра - 1.90 ± 0.18 мкм, ширина ядра - 1.90 ± 0.16 мкм, длина средней части спермия - 0.85 ± 0.09 мкм. Головка содержит ядро, заполненное электронно-плотным хроматином (рис. 4В), в котором встречаются лакуны со светлым матриксом (рис. 4Г). В средней части сперматозоида и вдоль жгутика располагаются вакуоли (рис. 4В). В центриолярной ямке, находящейся в базальной части ядра, видны проксимальная и дис-тальная центриоли, расположенные под углом около 92° друг к другу (рис. 4В). Центриолярный аппарат расположен немного асимметрично по отношению к головке и средней части. Митохондриальный аппарат предст
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.