基本信息
- 项目名称：
- 三角涡虫的神经系统与大口涡虫属的分类性状及一新记录
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 1、日本三角涡虫是探索再生机理常用的模式动物之一，其神经再生更是受到国内外众多研究者关注。本实验利用乙酰胆碱酯酶组化方法揭示其完整神经系统结构。并首次发现背神经网、腹神经网、侧神经索及咽神经索。 2、国际普遍认为大口涡虫角质阴茎的长度和形状是大口涡虫属分类的关键依据。本文首次提出阴茎长度随着日龄增长而延长，不能作为鉴定依据，其形状才是稳定的分类性状。在此基础上确定我国大口涡虫属新记录帆大口涡虫。
- 详细介绍：
- 内容 1、日本三角涡虫(Dugesia japonica)是探索再生机理常用的模式动物之一，其神经的再生更是受到国内外众多研究者的关注。本实验利用乙酰胆碱酯酶组织化学定位整体日本三角涡虫神经系统，对其方法做了改进，取得理想效果。结果表明：日本三角涡虫的AChE阳性 ( DjAChE+ )神经系统结构由中枢神经及其分支神经、侧神经索、背神经网、腹神经网共同构建；由脑神经节、腹神经索和视神经构成中枢神经，中枢神经发生密集的树枝状分支神经，在脑以及腹神经索内侧相互连接，在口孔内侧形成口神经环，在咽基部延伸至咽部组织，形成咽神经网；中枢神经发生密集的树枝状分支神经，在脑以及腹神经索外侧连接背神经网和腹神经网，最终与侧神经索交汇。研究成果推翻过去对于日本三角涡虫“梯状”神经系统的认识，其中背神经网、腹神经网、侧神经索及咽神经索为首次发现。 2、本文在国内多处水域采集到大口涡虫，经比较发现这些涡虫形态相似而大小差异很大。国际普遍认为大口涡虫的角质阴茎（关键分类依据）的长度和形状是大口涡虫属分类的关键依据。本文通过分别重复进行个体发育和角质阴茎发育实验，详细阐明了其个体及关键分类性状的发育过程，并制备了大量的虫体标本，首次提出大口涡虫角质阴茎的长度随着日龄延长而增长，不能作为鉴定依据，其形状才是稳定的分类性状。在此基础上确定我国大口涡虫属一新记录种，即帆大口涡虫(Macrostomum. Saifunicum Nasonov, 1929)。 总结 1、首次利用乙酰胆碱酯酶组化技术成功展现了完美的日本三角涡虫的神经系统，方法简便，实验费用低。刷新了国际动物学界对三角涡虫神经系统结构的认识。本成果首次对三角涡虫的神经系统为“梯形”结构的传统认识进行了成功挑战，本文结果表明其神经系统呈网络状的立体结构，已很难理解为“梯形”结构。 2、本研究数据首次揭示其长度随其个体日龄延长而增长，阐明其形状是稳定的分类性状。创立了大口涡虫只有通过培养观察，才能科学地鉴定物种的技术标准。利用本文标准可鉴别出一些同种异名的物种。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 研究目的 1、拟阐明日本三角涡虫神经系统的完整结构。 2、拟通过探索关键分类性状的稳定性问题，为大口涡虫分类鉴定提供关键依据。 基本思路 1、采集实验动物； 2、采用组化方法，探索三角涡虫整体神经系统； 3、设置对照； 4、显微镜观察与数码拍照。 5、通过连续培养与生活史观察，实验探索个体培养与其角质阴茎发育的关系，在此基础上鉴定物种； 6、统计分析，查阅文献，撰写论文。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性 实验使用高精密设备与器具，探索使用了3200条三角涡虫，历时2年多。各地采集的标本均做了5次的生活史观察与角质阴茎发育的分析。查阅了大量国际权威文献。 先进性及独特之处 1、本研究揭示了迄今最为完整的日本三角涡虫神经系统结构，其中背神经网、腹神经网、侧神经索及咽神经索为首次发现。 2、首次揭示大口涡虫阴茎长度随个体日龄增长延长。阐明其形状是稳定的分类性状，最终鉴定出我国一新记录种。
应用价值和现实意义
- 1、本研究成果为日本三角涡虫再生机理研究、动物学实验教学以及其他微小动物神经系统解剖学研究提供一种便捷实用的方法。 2、我国大学动物学知识过于陈旧，本研究为教材更新提供参考。本研究成果已经在生命科学学院2008级、2009级同学的创新实验中推广应用，取得理想效果。 3、《世界大口涡虫分类学与系统进化研究学会》是2007年在瑞典贝塞尔大学成立的，本成果为大口涡虫分类鉴定提供重要的参考依据。
学术论文摘要
- 1、日本三角涡虫是探索再生机理常用的模式动物之一，其神经的再生更是受到国内外众多研究者的关注。本实验利用乙酰胆碱酯酶组织化学定位其整体神经系统。结果表明：日本三角涡虫神经系统结构由脑神经节、腹神经索和视神经构成中枢神经，中枢神经发生密集的树枝状分支神经，在脑以及腹神经索内侧相互连接，在口孔内侧形成口神经环，在咽基部延伸至咽部组织，形成咽神经网，在脑以及腹神经索外侧与侧神经索交汇，连接背神经网和腹神经网。研究成果推翻过去对于日本三角涡虫“梯状”神经系统的认识，其中背神经网、腹神经网、侧神经索及咽神经索为首次发现。 2、本文在国内多处水域采集到大口涡虫，经比较发现这些涡虫形态相似而大小差异很大。国际普遍认为大口涡虫的角质阴茎的长度和形状是大口涡虫属分类的关键依据。本文通过分别重复进行个体发育和角质阴茎发育实验，详细阐明了其个体及关键分类性状的发育过程，并制备了大量的虫体标本，首次提出大口涡虫角质阴茎的长度随着日龄延长而增长，不能作为鉴定依据，其形状才是稳定的分类性状。在此基础上确定我国大口涡虫属一新记录种，即帆大口涡虫。
获奖情况
- 1、郑东敏, 谢洪青, 汪安泰, 等. 2011. 日本三角涡虫神经系统的AChE组化定位. 动物学杂志, 46(1): 68 - 75. 2、赵鹏飞, 罗慧琳, 汪安泰. 2011. 大口涡虫属中国一新纪录(扁形动物门，大口虫目)及其分类性状. 四川动物, 30(1): 39 - 44.
鉴定结果
- 以上两篇论文发表情况分别见上述刊物或中国期刊网
参考文献
- 1、Peter W, Reddien, Ne´stor J, et al. 2005. SMEDWI-2 is a PIWI-Like protein that regulates planarian stem cells. Science, 310: 1327 - 1330. 2、Changxin Ma, Xiaoan Wang, Shuizhou Yu. 2010. A small scale expression screen identifies tissue specific markers in the Dugesia japonica strain Pek-1. Journal of Genetics and Genomics, 37: 621 - 635 3、Nishimura K, Kitamura Y, Taniguchi T, et al. 2010. Analysis of motor function modulated by cholinergic neurons in planarian Dugesia japonica. Neuroscience, 168(1): 18 - 30. 4、Felix D A, Aboobaker A A. 2010. The TALE Class Homeobox Gene Smed-prep Defines the Anterior Compartment for Head Regeneration. PLoS Genetics, 4(6): 1 - 8. 5、Umesono Y, Agata K. 2009. Evolution and regeneration of the planarian central nervos system. Develop. Growth Differ, 51: 185 - 195. 5、汪安泰. 2005. 中国大口涡虫属三新种(扁形动物门, 大口虫目, 大口虫科). 动物分类学报, 30(4): 714 ~ 720.
同类课题研究水平概述
- 1 国外研究水平 三角涡虫的神经系统的研究在国外取得较多且深入的成果，Cebria等利用DjSYT抗体和12种不同的神经特异性基因在涡虫脑神经节再生过程中的表达。Felix等发现日本三角涡虫再生过程中能组织脑神经节形成和准确定位的基因Smed-prep。Cebria等提取了大量的神经相关性基因，并且利用原位杂交的方法清晰显示出三角涡虫的脑神经节。Tazaki等从日本三角涡虫的眼点中分离提取出神经特异性基因，并采用轴突结合蛋白抗体显示了神经系统。Nishimura等利用抗日本三角涡虫胆碱乙酰转移酶的特异性抗体进行荧光免疫检测技术，显示了涡虫的类胆碱能神经的解剖学结构。国外对日本三角涡虫的神经系统定位多采用免疫组化的方法，缺陷在于方法复杂、成本高，不适合在教学中普遍应用，且由于不同抗原抗体存在于不同的神经结构之中，其单一性特点注定难以显示涡虫的完整的神经结构。 全世界大口虫目现有种类320多种，分3科24属。其中大口涡虫科占15属230多种，迄今，大口涡虫属已报道的有效种类达197种。国际上于2007年在瑞士的贝塞尔大学成立了《世界大口涡虫分类与系统发育研究学会》，每年召开一次学术会议，表明大口涡虫在科研上具有重要的研究价值和科学意义。Morris等研究了大口涡虫的胚胎发育过程，并提出大口涡虫的胚胎发育过程明显。Mouton等研究的大口涡虫M. lignano个体发育过程中macpiwi基因的表达效果，提出大口涡虫可作为基因表达的理想载体。体内拥有大量未分化的细胞，并拥有一套特别的多能干细胞系统，在生长发育、形态建成和再生、细胞更新以及年龄研究方面具有巨大优势，是一种理想的模式生物。 2 国内研究水平 三角涡虫神经系统在国内的研究较为缺乏，李慧等对日本三角涡虫进行组织化学定位的初步工作。于微完整定位出丽杰氏涡虫和中国小达氏涡虫的神经系统，说明不同种的涡虫神经系统存在着极大的差异。薛德明等介绍显示日本三角涡虫神经系统的3种方法，遗憾的切片的方法具有局限性，且仅靠脑神经节的切片图并不能称之为完整的神经系统。 至上世纪末期，我国学者仅记录涡虫21种，其中大口虫目涡虫仅记载间大口涡虫1种。时隔70年，才有汪安泰等报道了第二个大口涡虫的新种，即厦门大口涡虫，至2005年我国大口涡虫属新种或新记录种新增至6种，即管大口涡虫；中国大口涡虫，针大口涡虫和钝大口涡虫。
