泥蚶受精动力学模型构建

自由排放精卵的海洋无脊椎动物缺乏个体水平上的性选择，其受精主要依赖于精卵的相互作用。从生物物理学角度而言，精卵的相互作用主要取决于精卵碰撞概率（β0）和每次碰撞能实现受精的概率（β）。获得最优化的β0、β是自由排放精卵的海洋无脊椎动物生殖细胞进化的主驱动力之一。因此对受精动力学参数（β，β0）的研究对于揭示海洋无脊椎动物受精机制与生殖细胞进化意义重大。此外精卵质量性状还直接影响子代的生长成活等，在贝类遗传育种中具有很高的应用价值。至今，系统的泥蚶受精动力学研究在国内外还未见报道。本研究以泥蚶为研究对象，采用改进的计算机辅助精子分析、基于速度递减模型的精子半衰期计算、Image-J图像分析等方法，获得精子运动形式、运动速度、半衰期、卵子性状、受精率数据，并整合建立泥蚶受精动力学模型。本项目的研究，将有助于揭示滩涂贝类受精机制，并为泥蚶育种生产实践提供理论依据。

本研究利用计算机辅助，建立了可适用于多种生物的计算机辅助运动跟踪与轨迹重建技术，开发了相应的参数计算方法，通过此方法本研究获得了35个雄性泥蚶个体的精子运动参数（VCL,VAP,VSL,LIN,STR,WOB）,结果显示绝大多数（>96%）泥蚶精子都具有很好的活力，曲线游动速度、平均游动速度和直线游动速度在22.6~36.39 m/sec范围内，但其游动速度仅为紫贻贝精子速度的七分之一至八分之一。利用1-6小时精子速度数据，通过速度递减模型得到35组雄性泥蚶个体的精子半衰期为4.42±0.78小时，显著高于非滩涂贝类紫贻贝的精子半衰期（p<0.05）。显微镜检发现泥蚶卵子大小与紫贻贝类似，为63.14±1.06m，并不具有类似海胆卵子的卵外附属物，因此不存在通过廉价卵外附属物提高卵子捕获精子的有效卵径的情况。通过对精子运动速度、卵子捕获精子的有效横截面积、精卵碰撞概率参数、精卵浓度比例、以及精卵接触时间对泥蚶受精率的影响实验，研究发现在10:1的精卵浓度比例下，泥蚶受精率与精卵接触时间（t）在60秒内呈现为显著的正相关关系，受精率随着接触时间的增加而增加（R2=0.76， p<0.0001）。而且泥蚶的精卵识别与后继的受精过程发生的十分迅速，超过半数的卵子在60秒钟之内即被精子受精；同样，对数转化后的泥蚶受精率与精卵浓度比例也呈现出显著的正相关性（R2=0.7078，p<0.01）；此外虽然精子速度（VCL）、卵子有效卵径以及β0（VCL*卵子捕获精子的横截面积）均与泥蚶受精率显著相关（R2分别为0.478,0.3808与0.66，p<0.05），与单一因素相比受精动力学参数β0与受精率具有更高的相关性（p<0.001）。通过整合上述精卵受精动力学性状、精卵浓度、以及受精率数据，本研究建立了泥蚶受精动力学模型，并经过实验数据与模型预测数据的比对证明了该模型的可靠性。通过与非滩涂贝类紫贻贝的比较，本研究结果表明泥蚶的受精处于精子限制选择压力之下，具体表现为低精子游动速度（v）、长精子半衰期以及很高（T50）的卵子易受性(ß/ß0)。.通过本项目的研究，探讨了泥蚶配子受精动力学性状对受精的影响，成功构建了泥蚶的受精动力学模型，完成了既定研究内容，到达了预定研究目的。现已发表（或接受）SCI收录文章2篇，EI收录文章4篇，中文一级学报论文2篇，申请国内发明专利2项。