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基本信息
- 項目名稱：
- 水螅3新種1新紀(jì)錄種與應(yīng)用技術(shù)研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 首次記述了淡水水螅3新種和中國1新紀(jì)錄種：1）多形水螅新種（Hydra polymorphus sp.nov.）鉤刺絲囊的外形呈香蕉形、鞋底形和長橢圓形3種形態(tài)，囊內(nèi)頂端基部刺絲呈橫2 - 3環(huán)，縱向和不規(guī)則纏繞。2）肇慶水螅（Hydra zhaoqingensis sp.nov.）觸手較長，鉤刺絲囊刺絲橫向纏卷3 - 4圈。3）中國綠水螅新種（Chlorohydra sinensis sp.nov.）體呈翠綠色，鉤刺絲囊外殼形狀多樣化，囊內(nèi)頂端基部刺絲呈2 - 3圈彈簧狀纏卷。4）大乳頭水螅（Hydra magnipapillata，ITO. 1947）附圖91幅。 作者首次創(chuàng)建了100L水族箱生態(tài)法水螅免換水長年培養(yǎng)新技術(shù)與30L水體剛毛藻法免換水培養(yǎng)技術(shù)，可節(jié)約大量水源、時間和精力，寒暑假可起到保種作用。該文研制出的水螅刺絲囊分離技術(shù)，方法極為簡便，其應(yīng)用效果超過當(dāng)前國際上的同類水平。為水螅分類研究提供科學(xué)的便捷技術(shù)。 首次利用水螅的攝食行為特性，在微量毒物毒性檢測方面的應(yīng)用，其檢測時間不超過10 min。實驗研究了常用的培養(yǎng)水螅的3種培養(yǎng)液和2種微量毒物毒性的檢測方法，發(fā)現(xiàn)含EDTA培養(yǎng)液對水螅攝食有明顯抑制作用，對重金屬有鰲合作用。篩選出一套科學(xué)、簡便的檢測技術(shù)。 該作品在國內(nèi)核心期刊已經(jīng)公開發(fā)表論文7篇，2篇待刊（其中1篇在日本的《Zoological Sicence》上待刊）。
- 詳細介紹：
- 水螅在研究神經(jīng)物質(zhì)起源、動物起源與進化、發(fā)育生物學(xué)及實驗動物學(xué)研究常用的實驗動物。迄今記錄的水螅有36種。中國僅報道4新種及一新紀(jì)錄種，一些以水螅為研究材料的工作，出現(xiàn)無學(xué)名或鑒定錯誤，已引起國際同行專家關(guān)注。開展研究需長期培養(yǎng)水螅，每天喂活水蚤和換水，消耗大量時間與精力。水螅的鉤刺絲囊長8-14μm，囊內(nèi)刺絲直徑僅0.2-0.5μm，其盤旋形態(tài)是重要的分類性狀。多數(shù)研究者用壓片法觀察后繪圖描述，少數(shù)學(xué)者用壓片法觀察和拍照，但清晰度很差。本課題組采集了廈門市、廣東省惠州市和肇慶市的水螅，經(jīng)歷3年的長期飼養(yǎng)觀察，探索出水螅單系繁殖長期不換水的2種技術(shù)，并研究出水螅刺絲囊的分離技術(shù)，為相關(guān)研究節(jié)約大量時間和精力。在此基礎(chǔ)上，查閱并比較了現(xiàn)有文獻，鑒定一個中國新記錄種，發(fā)現(xiàn)并命名了3個水螅新種。研究結(jié)果如下： 1 首次發(fā)現(xiàn)了水螅三新種和中國一新紀(jì)錄種 （本作品共附圖91幅） 1.1 多形水螅，新種Hydra polymorphus sp. nov. 主要鑒別特征 雌雄同體。觸手伸展時可達體長的5.5 - 6倍。觸手數(shù)4 - 6條。統(tǒng)計100條水螅，具4條觸手的個體占79％，5條觸手的占18％，6條觸手的占3％。鉤刺絲囊 (holotrichous isorhiza ) 大小為 (9.2 - 11.3 ) μm × ( 3.9 - 5 ) μm，呈香蕉形、鞋底形和長橢圓形3種形態(tài)，其寬度不超過長度的1／2，刺絲呈橫向或斜向彈簧狀盤旋2 - 3圈。 與近似水螅種比較 本新種與H. carnea（Hyman, 1931a）和H. sp. (Campbell，1999）較為相似，但有顯著區(qū)別：1）本新種水螅觸手的長度是體柱的5.5 - 6倍，而H. carnea是1.5 - 3倍；H. sp只有1/3 - 1/2倍。2) 本新種水螅的體柱長度為9（8 - 14）mm， Hydra sp的體柱長度為3 - 5 mm，兩者相差較大。3）多形水螅精巢沒有乳頭，而Hydra carnea有明顯乳頭。 1.2 肇慶水螅，新種Hydra zhaoqingensis sp.nov. 主要鑒別特征 雌雄異體。柱長6 - 20mm，多數(shù)為7mm左右。觸手數(shù)為4、5、6和8條，常見為4條和5條，伸展時觸手是體長7 - 13倍。鉤刺絲囊大小為 (9.5 - 12.2) μm× (5 - 7.0) μm，長橢圓形，其寬度超過長度的1／2，囊內(nèi)刺絲纏繞呈橫向彈簧狀或呈不規(guī)則纏繞和縱向纏3 - 4圈。 與近似水螅種比較 該新種與北京水螅(Hydra beijingensis, Fan, 2003)最相似。但存在差異：1）本文水螅觸手長度是體柱長的7 - 13倍，而北京水螅是1.5 - 2.5倍；2) 本文水螅的精巢數(shù)為1 - 7個，北京水螅的精巢數(shù)為6 - 15個；3）肇慶水螅新種鉤刺絲囊刺絲橫向纏卷3 - 4圈，北京水螅鉤刺絲囊刺絲橫向纏卷4 - 5圈。 1.3 中國水螅，新種Hydra sinensis sp.nov. 主要鑒別特征 雌雄同體。體內(nèi)共生有綠藻，體呈綠色。體柱長達11 - 14 mm，最長達18.5 mm，觸手5 - 8條。鉤刺絲囊大?。?7.8 - 10.1 ）×（ 3.1 - 4.3 ）μm。外殼形狀多樣化，囊內(nèi)頂端基部刺絲呈2 - 3圈彈簧狀纏卷。 與近似水螅種比較 本新種水螅與H. viridissima相比，有顯著區(qū)別：1）本新種鉤刺絲囊形態(tài)多樣，有鞋底形、短棒形、香蕉形和橢圓形等，而H. viridissima的鉤刺絲囊外形呈較狹長的鞋底形；2）中國水螅的鉤刺絲囊內(nèi)橫向盤旋的刺絲只有2 - 3圈，未見盤旋4圈刺絲囊。而H. viridissima 的刺絲囊的囊內(nèi)橫向盤旋的刺絲有4圈。 1.4 大乳頭水螅，新紀(jì)錄種（Hydra. magnipapillata, ITO. 1947） 主要鑒別特征 雌雄異體。體長達11 - 16 mm，觸手與體柱比為2.0 - 3.0，觸手5 - 8條。有性生殖個體的精巢具有明顯的乳頭，卵胚有明顯的卵柄。鉤刺絲囊的寬度大約為長度的1/2，頂端有明顯的喙?fàn)钔黄?；囊?nèi)頂端基部刺絲呈4圈橫向彈簧狀纏卷（多數(shù)為4圈），后半部的刺絲呈不規(guī)則纏繞。 與模式標(biāo)本比較 產(chǎn)于廈門的水螅與日本學(xué)者ITO報告的大乳頭水螅H. magnipapillata, ITO1947最為相似，如各類刺絲囊的纏卷數(shù)、大小、形狀，精卵巢的形態(tài)特征都相似，但存在差異：1) 本種水螅個體出現(xiàn)了體部與柄部的分化，有別于日本標(biāo)本（沒有體部與柄部的分化）；2)廈門的同種水螅生殖期間雄性個體形成5 - 9個精巢，雌性個體產(chǎn)生1 - 2枚卵，日本標(biāo)本的雄、雌個體分別產(chǎn)生的精巢(7 - 10個)和卵(1 - 4枚)的數(shù)目。這可能是因地理分布存在細微差異。故確定其為同種水螅。大乳頭水螅在中國屬于首次發(fā)現(xiàn)。 1.5 中國現(xiàn)有水螅物種分布與主要分類性狀的比較 依據(jù)中國現(xiàn)有9種水螅的主要分類性狀，編寫中國的水螅分種檢索表與分布圖。 2 首創(chuàng)了研究水螅的新技術(shù) 2.1 水螅常年免換水培養(yǎng)技術(shù) 取容量40 - 60L的水族箱置于朝陽的近窗處，注滿清水，3天后植入金魚藻，水底放幾塊扁形石塊，一周后，投入適量浮游生物和螺，20只三角渦蟲，用以清除被水螅殺死的浮游動物和水螅的排遺物。水體pH值7.0 - 7.5，之后把備好的水螅投入水體。在水族箱外壁玻璃上標(biāo)記水位。陽光充足時，水體pH值高達10.0，連續(xù)陰雨降至7.0以下。由于水螅的刺絲囊內(nèi)是一種堿性粘蛋白，偏酸性環(huán)境不利于水螅的生長，用Ca(OH)2調(diào)節(jié)水體pH值至7.5以上。每月修剪水草一次，控制其所占水體空間不超過1/5為宜。每15d倒入50 ml 草履蟲培養(yǎng)液沉渣，或每月投入50粒麥粒，以此補充食物鏈最基層的水體微生物的營養(yǎng)。此培養(yǎng)箱可以連續(xù)數(shù)年不需換水。需要大量水螅時，只需每日投放適量餌料即可。如果連續(xù)數(shù)月不投餌料，仍有水螅生存。適于所有生物學(xué)實驗室使用。 2.2 水螅小水體純種免換水培養(yǎng)技術(shù) 取容量30L的水族箱置于朝陽遠窗處（小水體近窗水溫變化較大），注滿清水，3d后，取濕重10g的剛毛藻移入水族箱，剛毛藻散開后，取孔徑10mm的鋁網(wǎng)，裁剪成水族箱口大小，放入水族箱，把剛毛藻緩緩壓入水底，四角上壓上石塊（剛毛藻除氮除磷能力很強，代謝旺盛，產(chǎn)氧量高，能產(chǎn)生很大浮力，若不壓石塊，會將鋁網(wǎng)掀翻）。每天投放少量水蚤，連續(xù)一周，確定水族箱內(nèi)無雜種水螅后，移入需要培養(yǎng)的水螅，每1 - 2日投放適量水蚤。每2周加入適量自來水，補充因蒸發(fā)減少的水分。不需換水。為水螅培養(yǎng)節(jié)約了大量人力和時間。 2.3 完整刺絲囊的分離技術(shù) 用吸管吸取數(shù)只水螅放于培養(yǎng)皿中，加3％的NaCl溶液至完全淹沒水螅，浸泡５min．取出移至載玻片，用刀片將頭部切下，身體部分棄之，在觸手上滴入純凈水，可見到各種刺絲囊從觸手上分離，但刺絲囊內(nèi)的刺絲不會發(fā)射，加上蓋玻片，在顯微鏡下觀察。本技術(shù)超過國內(nèi)外同類研究的技術(shù)水平，為水螅鑒定提供簡便技術(shù)（如圖1，見附加材料圖片）。 3 水螅在環(huán)境微毒檢測方面的研究 3.1 微量重金屬對水螅攝食行為的毒性 傳統(tǒng)的毒理學(xué)實驗的基本方法是把實驗動物浸泡于不同濃度的微毒溶液內(nèi)，經(jīng)過1 - 7d的觀察，了解其半致死濃度，或了解其對實驗動物的傷害程度。而本實驗針對水螅對水蚤的汁液強烈的攝食反應(yīng)，甚至離體的水螅頭部亦有一致的攝食反應(yīng)能力這一特點，分別探索了微量Cu2+、Cr6+、Zn2+抑制水螅攝食或攝食反應(yīng)的最低可見效應(yīng)濃度（LOEC： lowest obvious effective concentration）。經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析后首次發(fā)現(xiàn)，Cu2+、Zn2+、Cr6+對水螅的攝食行為產(chǎn)生明顯的抑制作用，表明對水螅有一定的毒性作用，而水螅對此攝食反映在10min即可完成，因此利用水螅的不同攝食特性，檢測環(huán)境的微毒毒性是一種可行的方法。與傳統(tǒng)的測定半致死濃度浸泡法相比，本實驗是一種高效率的實用技術(shù)。 3.2 3種培養(yǎng)液內(nèi)鎘離子分別對綠水螅攝食與生長的毒性效應(yīng) 利用綠水螅分別用攝食法與浸泡法，檢測了自來水、無EDTA培養(yǎng)液（NEC）、含EDTA培養(yǎng)液（HEC）內(nèi)微量Cd2+ 的半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）和24h、48h、72h的LC50。實驗發(fā)現(xiàn)三種培養(yǎng)液內(nèi)Cd2+ 對水螅毒性的LC50檢測數(shù)據(jù)差異極為顯著。經(jīng)分析認為，HEC中的EDTA對水螅的攝食行為具有明顯的抑制作用，對重金屬具有螯合作用。提出HEC不適宜用于利用水螅進行的重金屬毒理實驗，也不宜作為水螅的培養(yǎng)液使用。自來水因各地出廠的水質(zhì)指標(biāo)存在差異，也不適宜作為毒理實驗的毒物溶劑。NEC是目前相對科學(xué)而穩(wěn)定的培養(yǎng)液。比較2種檢測方法，浸泡法檢測時間至少需24 h，攝食法僅需10 min。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 1、目的 水螅具很強再生能力，是常用模式動物之一，是監(jiān)測環(huán)境微毒毒性的敏感動物。淡水水螅有39種。我國正式報道5種。本作品進行水螅的分類研究以及新技術(shù)研究，為相關(guān)研究與應(yīng)用提供參考。 2、思路 采集水螅，收集相關(guān)文獻，單系繁殖，按國際標(biāo)準(zhǔn)鑒定水螅。利用生態(tài)學(xué)原理，探索常年免換水水螅培養(yǎng)技術(shù)。研究小水體免換水單系繁殖水螅的技術(shù)。探索分離水螅刺絲囊的技術(shù)。探索水螅在毒物微毒毒性檢測方面的應(yīng)用技術(shù)。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 本作品已經(jīng)形成論文9篇，在核心期刊發(fā)表7篇，國內(nèi)待刊1篇，《 Zoological Science 》待刊1篇。水螅2種免換水培養(yǎng)技術(shù)，寒暑假長期不換水和喂食，乃可保存種源。刺絲囊分離技術(shù)超過世界現(xiàn)有技術(shù)。發(fā)現(xiàn)淡水水螅3新種1新記錄種。首次利用水螅的攝食特性檢測毒物微毒，10 分鐘完成檢測工作。首次比較了水螅三種培養(yǎng)液與2種檢測技術(shù)，研究篩選出一套科學(xué)簡便的檢測技術(shù)。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 獨創(chuàng)的2種常年不換水水螅培養(yǎng)技術(shù)，為研究節(jié)省大量時間與精力，使研究者從繁瑣的水螅培養(yǎng)工作中解放出來，把精力投入到項目研究中。刺絲囊分離與觀察技術(shù)首次解決了水螅分類與鑒定中的難題。我國的淡水水螅資源研究落后，本文發(fā)現(xiàn)的新物種為相關(guān)研究的啟動提供重要的物種鑒定依據(jù)。本作品利用水螅在環(huán)境毒物毒性檢測方面的應(yīng)用開辟了新的研究途徑，獨創(chuàng)了10分鐘檢測微毒毒性的技術(shù)。篩選出一種科學(xué)的檢測技術(shù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 鑒定中國1新記錄種，命名3水螅新種，附圖91幅。1）多形水螅，新種，雌雄同體，鉤刺絲囊大小為(9.2-11.3)μm×(3.9-5)μm，呈香蕉形、鞋底形和長橢圓形3種形態(tài)，寬度不超過長度的1/2，刺絲呈橫向或斜向彈簧狀盤旋2-3圈。2）肇慶水螅，新種，雌雄異體，鉤刺絲囊大小為(9.5-12.2)μm×(5-7.0)μm，長橢圓形，寬度超過長度的1/2，囊內(nèi)刺絲纏繞呈橫向彈簧狀或呈不規(guī)則纏繞和縱向纏3-4圈。3）中國水螅，新種，雌雄同體。體內(nèi)共生有綠藻，體呈綠色。鉤刺絲囊大小（7.8-10.1）×（3.1-4.3）μm。外殼形狀多樣化，囊內(nèi)頂端基部刺絲呈2-3圈彈簧狀纏卷。4）大乳頭水螅，新紀(jì)錄種，雌雄異體，囊內(nèi)頂端基部刺絲呈4圈橫向彈簧狀纏卷。 利用生態(tài)學(xué)原理，探索水螅長年免換水2種繁殖技術(shù)。首次研究出水螅刺絲囊安全完整的分離技術(shù)，為水螅分類研究提供科學(xué)的技術(shù)。 首次利用水螅的攝食行為特性，在微量毒物毒性檢測方面的應(yīng)用，其檢測時間不超過10min。實驗研究常用的培養(yǎng)水螅的3種培養(yǎng)液和2種微量毒物毒性的檢測方法，發(fā)現(xiàn)含EDTA培養(yǎng)液對水螅攝食有明顯抑制作用，對重金屬有鰲合作用。
獲獎情況
- [1] 陳仲釗，汪安泰. 中國水螅屬一新種（水螅綱，水?？疲?動物分類學(xué)報，33（4）：737-741； [2] 陳仲釗，林爍宇，汪安泰. 淡水海綿、水螅和渦蟲的常年培養(yǎng). 動物學(xué)雜志，43（3）：70. [3] 黃曉莉，文曉芬，汪安泰. 水螅刺絲囊的分離與觀察. 生物學(xué)通報，43（7）：54-55； [4] 賴璟琦，陳仲釗，汪安泰. 大乳頭水螅在中國的首次發(fā)現(xiàn).四川動物，27（6）：1144-1145； [5] 謝艷梅，向蕓，張志慧，汪安泰. 剛毛藻在水螅培養(yǎng)中的應(yīng)用，生物學(xué)通報，43（11）：50-52。 [6] 喬波，汪安泰，黃金棟，黃柱銘，李佳，陳循葉. 微量重金屬對水螅攝食行為的毒性研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，36（10）：4111 - 4112，4137 [7] 張換敬，喬波，汪安泰，佘忠明. 銅、鎘、鉛離子對水螅攝食行為的抑制作用. 水資源保護，24（3）：17 - 19，98。 [8] 李佳，陳循葉，汪安泰.3種培養(yǎng)液內(nèi)鎘離子分別對綠水螅攝食與生長的毒性效應(yīng).于水生動物學(xué)接收，待刊 [9]A.-T. Wang, L. Deng,Z.-Z.Chen. A new species of green hydra from China.zoological science,待刊
鑒定結(jié)果
- 以上前七篇論文發(fā)表情況分別見上述刊物或中國期刊網(wǎng)。
參考文獻
- [1] Campbell. R. D., 1999，The Hydra of Madagascar (Cnidari: Hydrozoa).Annls Limnol. 35（2）：95-104。 [2] Silveira, F.L. da, Gomes, C.S. & Silva, Z. de S. 1997. New species of Hydra Linnaeus, 1758 (Cnidaria,Hydrozoa) from southeastern Brazil. Boletim do Museu Nacional, Zoologia, 373: 1-15. [3] 范學(xué)銘. 中國水螅屬一新種（螅形目：水?？疲? 動物分類學(xué)報，2003，28（4）：610~613. [4] 史新柏，丁曙微，范學(xué)銘. 水螅的培養(yǎng). 動物學(xué)雜志，1982，(2):46-48 [5] Stepanjants, S.D., B.A. Anokhin & V.G. Kuznetsova. Cnidarian fauna of relict Lakes Baikal, Biwa and Khubsugul. Hydrobiologia, 2006. 568(S):225–232. [6] Pachura-Bouchet S., Blaise C., Vasseur P. Toxicity of nonylphenol on the cnidarian Hydra attenuata and environmental riskassessment . Inc. Environ. Toxicol. 2006 4 (5); 21: 388-394. [7] 王瑩, 郝家勝, 陳娜等. 鉛、鎘和鋅3種重金屬離子對水螅的聯(lián)合毒性研究.生命科學(xué)研究, 2006, 10 (1): 91-94. [8] Rikke T. , Rosenkrantz , Carmel A. Pollino Toxicity of water and sediment from stormwater retarding basins to Hydra hexactinella. Environmental Pollution . 2008,12 (156): 922-927.
同類課題研究水平概述
- 1.水螅培養(yǎng)技術(shù) 現(xiàn)有培養(yǎng)水螅均采用投放水蚤后當(dāng)天后當(dāng)天換水的方法。國外也有一些學(xué)者使用人工培養(yǎng)液培養(yǎng)水螅。這些方法不適合大量培養(yǎng)。以水螅為實驗材料進行毒理學(xué)實驗，需要近萬只水螅。作為分類研究，需要長期培養(yǎng)觀察和實驗，故現(xiàn)有方法非常耗時、耗費和分散研究研究者的精力。本作品建立的小型生態(tài)系統(tǒng)可以至少維持3年，且種群不發(fā)生改變，可以大量培養(yǎng)水螅。 2.水螅刺絲囊觀察技術(shù) 水螅刺絲囊是物種鑒定的重要分類性狀?，F(xiàn)有技術(shù)均使用壓片法，即取一條水螅，用刀片將水螅觸手切下并壓片，在顯微鏡下觀察。其觀察效果差，觀察時間短，易引起刺絲囊發(fā)射刺絲，失去觀察，背景雜亂，拍攝圖片模糊，這些問題一直困擾著全球的水螅研究者。本作品首次創(chuàng)立了對水螅刺絲囊的完整分離與觀察技術(shù)，其觀察背景清晰，觀察時間可連續(xù)2 h，使數(shù)碼圖片的清晰度達到最佳效果。 3.當(dāng)前國內(nèi)外水螅種類報道情況概述 國外從200多年前就開始對水螅進行系統(tǒng)地研究，迄今全世界已報道的淡水水螅共39種。和振武1994年介紹北京分布有寡柄水螅（H. oligactis）和普通水螅（H. vulgaris），河南省分布有寡柄水螅（H. oligactis）、普通水螅（H.a vulgaris）和綠水螅，湖南長沙有綠水螅（H. viridissima）。以上水螅均沒有正式鑒定的描述。真正的分類學(xué)工作從1987年開始，至2003年，僅見史新柏與范學(xué)銘報道了中國水螅4個新種1新紀(jì)錄種。中國大部地區(qū)的水螅資源未見研究。本作品首次發(fā)現(xiàn)淡水水螅3新種和1新記錄種。 4.以水螅為基礎(chǔ)模型動物的毒理學(xué)研究 淡水水螅是一種很靈敏的毒物毒性監(jiān)測的指示生物。綠水螅因與其共生綠藻的相互代謝作用，使其對毒物具有更大的敏感性。Karntanut等（2002）發(fā)現(xiàn)不同種的水螅對重金屬的耐受能力不同；Pachura（2005, 2006）研究了有機毒物對水螅的毒性；王瑩（2006）、歐小兵（2006）、陳娜（2007）等則探討了重金屬離子單一及復(fù)合污染對水螅的毒性效應(yīng)。本作品利用水螅的攝食特性，首次建立了一種檢測重金屬微毒毒性的應(yīng)用技術(shù)。
