基本信息
- 项目名称：
- 马氏珠母贝与企鹅珍珠贝足丝形成机理研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究首次采用石蜡切片技术、扫描电镜技术和透射电镜技术相结合的方法，对马氏珠母贝和企鹅珍珠贝足丝腺和足丝的显微结构和超微结构结构进行了研究，阐明海水贝类足丝形成的内在机理。
- 详细介绍：
- 本研究首次采用石蜡切片技术、扫描电镜技术和透射电镜技术相结合的方法，对马氏珠母贝(Pinctada martensii Dunker)和企鹅珍珠贝（Pteria penguin Roding）足丝腺和足丝的显微结构和超微结构结构进行了研究，结果显示：1. 虽然两种珍珠贝足丝的外部形态差异较大，但其内部结构都是以蛋白纤维的原纤维为组成单位；2. 企鹅珍珠贝足丝腺占腹足的体积比例相对较大；3. 腺体组织都含有几类腺体细胞，近端腺体中马氏珠母贝细胞多为嗜酸性细胞，而企鹅珍珠贝嗜酸性和嗜碱性两种细胞均较丰富，分泌细胞中颗粒的形态和染色有较大的差异；4. 足丝的形成机制是：由腹足的腺体细胞形成分泌颗粒，其内含物向一端致密核心移动，进而向外突出分泌，挤压至足部肌层间的空腔内，聚合形成向腹足外部延伸的线状结构胶粘物，分泌出体外时迅速固化，形成具有韧性的足丝。本研究首次揭示的足丝形成机制不仅具有一定的理论意义，而且在珍珠贝的繁育、插核育珠和足丝蛋白的提取应用中具有潜在的价值，促进海水珍珠养殖业和生物医学材料的发展。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：揭示的足丝形成机制，在珍珠贝的繁育、插核育珠和足丝蛋白的提取应用中具有理论指导意义，促进海水珍珠养殖业和生物医学材料的发展。思路：采用石蜡切片技术、扫描电镜技术和透射电镜技术对马氏珠母贝和企鹅珍珠贝足丝腺和足丝的显微结构和超微结构结构进行了研究，通过三种实验结果及两种珍珠贝对比，揭示海水贝类足丝形成的内在机理。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：采用石蜡切片、扫描电镜和透射电镜技术相结合的方法，对马氏珠母贝和企鹅珍珠贝足丝腺和足丝进行研究。先进性：目前国内外均未见到有关珍珠贝的足丝和足丝腺结构等的相关研究报道。独特之处：1.首次采用石蜡切片技术、扫描电镜技术和透射电镜技术相结合的方法，对马氏珠母贝和企鹅珍珠贝足丝腺和足丝的显微结构和超微结构结构进行了研究。2.首次研究珍珠贝的足丝和足丝腺结构。
应用价值和现实意义
- 揭示的足丝形成机制，在珍珠贝的繁育、插核育珠和足丝蛋白的提取应用中具有理论指导意义，促进海水珍珠养殖业和生物医学材料的发展。
学术论文摘要
- 本研究首次采用石蜡切片、扫描电镜和透射电镜技术对马氏珠母贝(Pinctada martensii Dunker)和企鹅珍珠贝（Pteria penguin Roding）足丝腺和足丝的显微结构和超微结构结构进行了研究，结果显示：1. 虽然两种珍珠贝足丝的外部形态差异较大，但其内部结构都是以蛋白纤维的原纤维为组成单位；2. 企鹅珍珠贝足丝腺占腹足的体积比例相对较大；3. 腺体组织都含有几类腺体细胞，近端腺体中马氏珠母贝细胞多为嗜酸性细胞，而企鹅珍珠贝嗜酸性和嗜碱性两种细胞均较丰富，分泌细胞中颗粒的形态和染色有较大的差异；4. 足丝的形成机制是：由腹足的腺体细胞形成分泌颗粒，其内含物向一端致密核心移动，进而向外突出分泌，挤压至足部肌层间的空腔内，聚合形成向腹足外部延伸的线状结构胶粘物，分泌出体外时迅速固化，形成具有韧性的足丝。本研究首次揭示的足丝形成机制不仅具有一定的理论意义，而且在珍珠贝的繁育、插核育珠和足丝蛋白的提取应用中具有潜在的价值，促进海水珍珠养殖业和生物医学材料的发展。
获奖情况
- 2011年5月获得省级“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Waite J.H. Polyphosphoprotein from the adhesive pads of Mytilus edulis [J]. Biochemistry, 2001, 40(9):2887-2893 [2] Green K. Mussel adhesive protein. In Surgical Adhesives and Sealants[M]. Current Technology and Applications. Edited by Sierra DH, Saltz R. Lancaster: Technomic; 1995:19-27 [3] 崔龙波, 马圣媛, 等. 紫贻贝消化系统的组织学和组织化学研究[J]. 上海水产大学学报, 1999, 8(4): 316-321. [4] 石琼, 陈舜华. 翡翠贻贝足丝器的组织结构观察[J]. 热带海洋, 1996, 15(2): 13-16. [5] 潘志娟, 朱美男. 原子力显微镜下蚕丝及蜘蛛丝的微观结构[J]. 材料科学与工程学报, 2005, 23(3): 365-368. [6] Lane DJW, Nott JA. A study of the morphology, fine structure and histochemistry of the foot of the pediveliger of mytilus edulis[J]. J. Mar. Biol. 1975, 55: 477-495. [7] Tamarin A. Submaxillary gland recovery from obstruction. II. Electron microscopic alterations of acinar cells[J]. J Ultrastruct Res. 1971, 34(3): 288-302.
同类课题研究水平概述
- 目前国内外有关贝类足丝的研究仅见有关瓣鳃纲的贻贝的报道，主要为贻贝足丝蛋白的提取、分离纯化、足丝蛋白功能分析和人工表达等研究。从 Mytilus edulis中分离了5种类型的足丝蛋白，Ninan等从Mytilus edulis贻贝中提取的足丝蛋白在猪皮肤粘结实验中取得了不错的效果(Ninan et al., 2003)，Frank等认为海洋中不同价态的金属离子对足丝蛋白粘性强度的作用存在差异，氧化价态越高的金属离子越有利于足丝蛋白的形成(Frank and Belfort, 2002)。虽然从贻贝腹足和足丝直接提取纯化的足丝蛋白具有天然特性，但是贻贝的足丝非常细小，分离得到的数量极少，效率低下，价格昂贵，每毫克价格高达数百美元。利用大肠杆菌进行Mytilus edulis 足丝蛋白Mefp-1的原核表达 (Salerno and Goldberg, 1993)和mytilus galloprovincialis足丝蛋白Mgfp-3A、Mgfp-5的原核表达(Hwang et al., 2004; (Hwang et al., 2005)虽然得到了表达蛋白，但是，这些表达产物没有天然分离纯化的足丝蛋白的黏附性。因此，从天然贝类中分离纯化足丝蛋白仍然是最优方式。马氏珠母贝（Pinctada martensii Dunker）和企鹅珍珠贝（Pteria penguin）是广东、广西和海南等我国南方沿海常常养殖的海水贝类，人工繁殖和养殖技术已经非常成熟，这两种双壳贝类的足丝非常发达，尤其是企鹅珍珠贝的足丝，一个企鹅珍珠贝足丝的重量相当于成千上万只贻贝足丝的重量之和。因此，从马氏珠母贝和企鹅珍珠贝中分离足丝蛋白比从贻贝中分离足丝蛋白更具效率。揭示马氏珠母贝和企鹅珍珠贝足丝和足丝腺的结构以及足丝的形成机理是分离纯化足丝蛋白的必要基础。目前国内外均未见到有关珍珠贝的足丝和足丝腺结构等的相关研究报道。因此，开展马氏珠母贝和企鹅珍珠贝足丝、足丝腺和足丝分泌机制的研究为最终从足丝发达的珍珠贝中大量分离纯化足丝蛋白、足丝蛋白在生物医学材料领域的广泛应用奠定坚实的基础。
