家蚕微孢子虫的生物学研究


       
崔红娟1* 陈克平2** 陈祖佩1
    (1 西南农业大学蚕桑丝绸学院 蚕桑学农业部部级重点实验室 重庆400716)
         (2 中国农业科学院蚕业研究所 江苏镇江212018)

摘 要 家蚕微粒子病是养蚕业中最大的恶魔,十八世纪家蚕微粒子病在法国流行后,对其生物学特性的研究已逐步深入,本文对其形态、生态、病原性、生命力、抵抗力、二型性、核型等目前的研究概论进行了概述。
关键词 家蚕 微孢子虫 生物学


  微孢子虫(Microsporodia)是一个大的生物群,属原生动物中最为古老的单细胞真核 生物,在五界分类系统中隶属于原生动物界(Protista)、微孢子虫门(Micropora)、微孢子虫纲(Microsporea)、微孢子虫目(Microsporl-da)(1)(2),现已发现的微孢子虫种类通过800种,它们大多数寄生在无脊椎动物和鱼类中(3)。其中Nosema属种类最多,已有200种。家蚕微孢子虫为Nosema属的模式种,但近年来又发现了一些异属异种微孢子虫(M27,Pleistophora bombycis;M25,Pleidtophora SP;M32,TheLohania SP; M12,Vairimorpha)、同属异种微孢子虫( Mll、 M14)、同属同种的形态变异型(NIS NO.402; NIS NO. 520;NIS NO 611)(4)(5)(6)(7) 
  家蚕微孢子虫引起的家蚕微粒子病1845年首先爆发于法国Vaucluse洲主要蚕区,以后迅速蔓延到意大利、西班牙、叙利亚和罗马尼亚等蚕区,其后在日本、中国等养蚕国家相 继发生而难以根治。因此,对家蚕微孢子虫的研究已持续一个多世纪,其成果较多,笔者收集了各国学者的研究资料并综述如下。

  1 微孢子虫的形态及生态

  1.l 微孢子虫生殖周期:
  1909年斯坦勃尔(StemPllW.)博士发表了关于微孢子虫发育周期的研究以后,才明 朗地解决了发育周期问题。微孢子虫进入蚕消化管内,受胃液刺激,从孢子的一端伸出细 长的极丝和极囊,其后,具有二核的亚米巴芽体(Amiboid)从开孔部发芽,亚米巴芽体的微小二核合而为一,而成为游走体,在胃液内按二分裂法增殖。其中,有的立即侵入消化管的被膜细胞内寄生,有的则通过消化管的间隙到血液细胞内分裂增殖,随着血液的循环而游动,侵入到各种组织内奇生。侵入到细胞内的游走体、体周生成被膜而成为静止体,生成一个孢子,而完成一个世代的发育,其后日本的大森博士及工藤博士对此也进行了研究,其结论也大同小异。
  1.2 孢子的形态及生态:
  孢子多数为卵圆形或椭圆形,间有长椭形、梨形、纺锤形、豌豆形,其大小为3-4um ×1.5-2.0um。在同一寄主内有时可以看到少数大2—3倍的孢子,称为巨大孢子 (Risensporen),依寄主的不同,孢子大小亦发生变异。寄生体大者,孢子长、大,奇主体小,孢子有短的倾向。近年来从家蚕及其它的生物体中分离出的Nosema属孢子较多,其大小及形态归结如表1。

  2 微孢子虫的寄生及病原性 

  家蚕微孢子虫寄生主要是桑树一类的鳞翅目害虫,已记载的如桑毛虫(Bombyx man- darina Moore)、金毛虫( Porthesia similis Fuessl)、桑尺蠖( Hemelophila atrilineata Butl)、桑野蛾(GlyPhodes pyloalis Walk)、桑避债蛾(Pacbyteila unicolor Hufu)、桑胡麻斑灯蛾(Diacrisiaimparillis Butl)等十余种,根据石川氏的研究否定了家蝇(Muscu domestica Linne)、金鱼(Carassius auratus Linne)、鲤鱼(Cypriuus carpis Linne)、蛙(Ramu uigroma-cutata Hallowell)为微孢子虫的寄主。家蚕作为微孢子虫的寄主主要寄生Nosema属,此外还有具褶孢子虫属(Pleistophora)、泰罗汉孢子虫属(Thelohania)、变形微孢子虫属(Vairi- morpha),对家蚕NOsema属及其它属的微孢子虫的病原性研究学者较多,其病原性很多已明了,现将结果列举如表2。

  3 微孢子虫的二型性

  在微孢子虫形态研究方面,以斯坦勃尔氏、大森氏及工藤氏的研究形成三大学说,对 孢子的游走体三氏结论基本一致,但对静止体则意见分歧较大,尤其对孢子的分裂方式。
1966年,Maddox提出了微孢虫的二型性概念,与此同时,HaZard和Weiser(9)(1968)也揭示了孢子母细胞中存在游离的孢子和八个饱子体(Octospores)的现象。1976年Pilley(10)在研究中发现Nosema necatrix在25℃状态下生存,有明显的二孢子,而在20℃时,呈现二孢子和八孢子的生活史。从而认为孢子的二型性可能是在胁迫条件下出现,且总孢子母细胞程序性形成的单核孢子可能代表这些寄生物的有性阶段(10)
  实际上,当时三氏观察到微孢子寄生相互不同,对分裂形式提出不同的见解,主要是 因为还没有建立微孢子虫的人工培养法,1969年,Ishihara(11)在家蚕的培养细胞中发现 了N.bombycis的芽体,其后,同部和藤原(12)佐藤(13)、岩野和石原(14)在不同的微孢子虫中都发现了芽体,通过组织培养和光学显微镜及电镜观察,对芽体和极丝进行了较为详细的研究,证实了Nosema属微孢子虫存在孢子的二型性,井上(15)等在Vairimorphan属中也发现了孢子的二型性。发现短极丝产生大量的芽体、这种短极丝被膜较长极丝孢子被膜薄,极丝易弹出,芽体进入邻近组织,扩大二次感染。因此,现在普遍认为,N.bombycis有两种类型的孢子,即短极丝孢子和长极丝孢子,这两种孢子形态和功能都不一样,短极丝孢子主要与在寄生体内增殖有关,长极丝孢子主要参与个体间传播。

  4 微孢子虫的核型研究

  核型研究在其它动植物方面已是一个经典的遗传学分析方式,但是用常规的细胞遗传学方法,用光学显微镜很难鉴别微孢子虫的染色体。 1984年,Schwartz和Cantor发明脉冲凝胶电泳技术以及后来改进的钳位均匀电场电泳方法后,才使对大分子的DNA的研究成为现实。
  1994年,Kawakami(16)等对N.bombycis、Nosema SP Mll-Nu、Vairimorpha SP M12 -Nu、Pleistophora SP P1-Nu进行了染色体核型分析,得到结果是:N.bombycis染色体 数为18条,染色体大小为15330Kb,Nosema SP Mll-NU染色体数为13条,大小为11170Kb,Vairimorpha SP M12-NU染色体数也为13条,大小为16190Kb,Pleistophora SP -NU染色体数为13条,大小为4410Kb,这种染色体数目和大小的差异可能是微孢子虫株系、寄生及电泳条件不同而造成的,至目前为止,对微孢子虫的核型差异仍然没有一个准确的定论。但这种研究结果对微孢子虫的分类提供了一个新的途径。

  5 微孢子虫的寿命及抵抗力 

  对微孢子虫的自然寿命问题,诸多学者曾作过详细的研究,认为孢子在室内黑暗的条件下当年的微孢子虫传染力强,一年后传染力衰减,但以后的6年中,传染力与经过一年的没有多大的差别,7年后传染力又降低,8年后失去全部传染力。其寿命之长实在令人惊讶,但室内明亮处则传染力衰退明显,说明光线对孢子的传染力衰减起到促进作用。另外微孢子在水中浸70日左右其传染力毫无衰退,将家蚕微孢子虫寄生的死蚕作为鱼类、鸟类的饲料,其排出的粪便中的微孢子虫仍有很强的寄生力。

                 结束语 

  生物学家和蚕业界学者对家蚕微孢子虫经过一个多世纪的研究,遗憾的是仍然没有叩响和敲开根治微孢子虫的大门。但是,随着分子生物学技术的迅猛发展,人们完全可以相信将过去对微孢子虫的生物学研究的一些成果与现代分子生物技术相结合,将能最后降服家蚕微粒子病。

                参考文献  
  
(l)Leuine N.D,et al,A nearly reuised classifi-cation of the protozoa,J. Protozool,1980,27(l):37-38.
  (2)陈曲侯,李宗池主编,昆虫病理学纲要,华中师范大学出版社,1989,175-185。
  (3)刘仕贤,昆虫微孢子病原种类及寄生,广东农业科学,1997,l:29-31。
  (4)藤原公,从家蚕中分离的三种微孢子虫(Nosema SPP),日蚕杂,1980,49(3):229-235。 
  (5)藤原公,从家蚕中分离Pleistophora样的微孢子虫,日蚕杂,1984,53(5):398-402。
  (6)藤原公,从家蚕中分离Thelohania SP,日蚕 杂,1984,53(5):459-460。
  (7)藤原公等,从种茧的蚕蛾中分离的Nosema bombycis样的微孢子虫,1985,日蚕杂,54(2):117-121。
  (8)蔡平钟,家蚕微孢子虫基因组DNA的PCR检测、RAPD标记及其克隆,1998年,博士论文。 
  (9)Hazard E. L,J.Weiser,SPores of Theloha-nia in adult female Anopheles: development and transovarial transmission and redescription of T.leg-eri Hesse and T.obesa Kudo,J.Protozool, 1968,15 (7):817-823.
  (l0)Pilley B.M,A new genus,Vairimorpha ( Protozoa: Microsporida) for Nosema necateix Krsmer 1965:Pathogenexity and lire cycle in spodoptera exempta( Lepidoptera:Noctuidae),J.Inverteber.Pathol,28(2):177-183。
  (11) lshihara R,Y.Hayashi,Some properties of ribosomes from the sporoplasm of Nosema bomby-cis,J.Inverteber.Pathol,1968,11(3):377- 385。
  (12)阿部,藤原公,寄生在家蚕幼虫中肠上皮细胞的原虫,Pleistophora SP (Microsporidia:Nose-matider)的增殖方式,日蚕杂,1979,48(1):19-23。
  (13)佐藤令一,渡部仁,家蚕三各种微孢子虫的孢子形成方式,日蚕杂,1985,54(1):10-16。
  (14)岩野秀俊,石原廉,1991a,在家蚕幼虫体内Nosema bombycis孢子二型性的形成,日蚕杂,60(4):279-287。
  (15)井上等,家蚕病原性的微孢子虫Vairimor-pha SP NIS M12接种到昆虫培养细胞系中感染和增殖,日蚕杂,1995a,60(3):236-237。
  (16)Kawakami Y,T.Inoue,et al,Comparison of chromosomal DNA from four microsporidia Pathogenic to the silkworm,Bombyx mori Appi.En-tomol,Zool,1994b,29(1):120-123。