摘要 近年来海绵特殊的生物结构和生理功能日益受到海洋生物研究领域的关注，关于海绵在生物制药、海洋微生物培养、水质净化、生物仿生等方面的开发价值与应用前景更是研究热点。繁茂膜海绵和肾指海绵是我国黄海海域潮间带广泛分布的海绵生物种群，每年春、夏季在近海集中出现，种群数量增殖速度很快，具有较为广阔的研究利用前景。该文对近年来国内外关于繁茂膜海绵和肾指海绵生物特性的研究进行了比较总结，重点阐述了这2种海绵的人工培养和应用研究的最新进展。
关键词 繁茂膜海绵；肾指海绵；生物特性；培养；应用；
中图分类号 Q178.53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）06-0269-02
Research Advances on Biological Characteristics and Culture Application of Two Kinds of Common Sponge in China
PU Hong-yu 1，2 PENG Chong 2 ZHANG Bi 3
（1 Key Laboratory of Fishery Equipment and Engineering，Ministry of Agriculture of the People′s Republic of China，Shanghai 200092；
2 School of Fisheries and Life Science，Dalian Ocean University； 3 Dalian Heshengfeng Seafood Aquaculture Farm）
Abstact Recently，more and more attantions have been paid on the research of biological structure and physiological function of sponge，the value of sponge applying on biopharmaceutical，marine microbial culture，water purification and biomimetic is research focus in the field of marine biology.Hymeniacidon perleve and Reniochalina sp. are widely distributed species in the intertidal zone of Yellow Sea in China，the population of this two kinds of sponge is amount in spring and summer，which has a broad prospect in application.In this paper，the recent research on biological characteristics of Hymeniacidon perleve and Reniochalina sp. were summarized，focusing on the advance of artificial cultivation and application of this two kinds of sponges.
Key words Hymeniacidon perleve；Reniochalina sp.；biological characteristics；culture；application
海绵动物门（Spongiatia）生物是一类古老的原始多细胞动物，其机体结构简单，通常被认为是最原始的水生多细胞动物。近年来，对于海绵生物特性及其在生物[1]、医药、水产领域的应用前景研究越来越受到重视。我国对于海绵的研究起步较晚，主要的研究对象集中在我国黄海海域的肾指海绵和繁茂膜海绵。对于这2种海绵的基本特性及其在水质净化处理[2]、医药活性物质提取[3]、微生物提取培养[4]等方面的研究均有一定程度的突破。
1 2种海绵的生物特性
肾指海绵和繁茂膜海绵都同属寻常海绵纲[5]，体型各种各样，呈现不规则的块状、球状、树枝状、管状、瓶状等。它们主要生活在黄、渤海海域潮间带，附着于水中的岩石、贝壳、水生植物或者其他物体上。其体表有无数小孔，是水流进入体内的通道，体表小孔与体内水沟系统连接，水流经过水沟系统后从出水口排出。海绵通过水流摄取食物、氧气并排出废物。
肾指海绵通常情况下为深橙色，机体质地较硬，表面有黏液附着，繁茂膜海绵[6]则为黄色或者黄褐色，表面多孔，质地比较软。2种海绵的体壁均由2层细胞构成，在2层细胞之间为中胶层。体表的一层细胞为扁细胞，有保护作用，扁细胞内有能收缩的肌丝，具有一定的调节功能，中胶层是胶状的填充物质。2种海绵都具有硅质的骨针，形状各有不同，主要有单轴、三轴、四轴等，主要作用是骨骼支持。中胶层内还有一些变形细胞对于海绵的研究十分重要，也是海绵研究的热点。中胶层可以分泌形成骨针的成骨细胞及形成海绵质纤维的成海绵质细胞，以及具有不同功能的原细胞。在肾指海绵和繁茂膜海绵里，原细胞能够消化食物，形成生殖细胞，起着非常重要的作用。2种海绵的水沟系都比较复杂，为复沟型，管道分支非常多，在中胶层中有很多领细胞的鞭毛室，中间的腔壁由扁细胞构成。水流由流入口流入，经过流入管、前幽门孔、鞭毛室、后幽门孔、流出管、中央腔，再由出水孔流出。它们的这种复沟型水沟使得其能够获得更多的食物和氧气，同时也能加快新陈代谢排出废物的速率，使得其滤食效率大大增加，对于海绵的生命活动和生存能力都是非常有帮助的[7]。肾指海绵和繁茂膜海绵都同时具有有性生殖和无性生殖。无性生殖又分为出芽和芽球方式。出芽生殖由海绵体壁的一部分向外突出形成小芽体，待生长条件适宜以后再慢慢脱离母体长成新的个体，也有的不脱离母体和母体形成聚集体。芽球的形成则是在中胶层里由一些原细胞聚集成的，这些原细胞都是储存了大量的营养物质，在芽球表面会有一些柱状的小骨针，形成球形芽球。繁茂膜海绵的有性生殖为胎生型，因为在相关研究中[8]发现了繁茂膜海绵的精子和卵子，并且在适宜的条件下发现了海绵组织中存在着大量的胚胎，所以可以认定繁茂膜海绵的有性生殖是属于胎生型。而肾指海绵的有性生殖形式还少有研究，目前还不是很清楚，但是根据肾指海绵与繁茂膜海绵的相似性和近源性可以推测它的有性生殖的方式很有可能也是胎生型。
2 2种海绵的人工培养研究
对肾指海绵的研究主要集中在医药活性物质提取上[9]，由于其体内微生物成分比较复杂，大部分是和多种微生物互利共生[10]的生存在水沟系，而且因为肾指海绵的组织学、结构学等研究上的缺乏，导致对肾指海绵的人工培养研究尚未开展。对繁茂膜海绵的人工培养研究较多，这是因为繁茂膜海绵在组织学、结构等已有较为深入的研究，使繁茂膜海绵的人工培养技术已有了一定的突破。张 卫等[11]早在2005年就实现了繁茂膜海绵在实验室的养殖。该试验采用了2种不同的养殖系统，一种为封闭的可控系统，一种为半封闭的可控系统，通过不同的饵料投喂方式、饵料种类、养殖环境、水流、温度来考察这些条件对海绵生理状态及生长发育状况的影响，从而分析归纳出繁茂膜海绵在试验的人工可控条件下最佳的生长条件。通过采集天然海区的海绵个体，将其固定于石材、玻璃、PVC板材等材料表面，一段时间后海绵会自动附着在底物上，适宜的流水条件和附着物材料的表面处理对于附着效果具有显著影响。研究还发现，海绵对食物没有显著的选择性，试验结果显示，不论是活体单细胞藻类、细菌，还是非生物有机颗粒，海绵均能够摄食。海绵细胞的原代培养到30 d后，会逐渐有新的海绵组织生长，经历生长、旺盛、衰落这几个不同的生长历程，海绵的整个生命周期在试验的条件下大概是60 d，而继代可以持续到120～150 d。试验推测认为，海绵在适应了新的生存环境后，能够表现出较好的生存能力，但是到了3代之后，繁茂膜的生命力就表现的比较弱，生长繁殖都不旺盛，持续的规模化人工培养尚需进一步研究。有报道认为海绵体内多种微生物共生[12]的关系是导致海绵难以持续人工培养的原因之一。海绵体内种类丰富的微生物早已被发现，其中海绵体内多种的活性物质的分泌也大多和它们有关。在自然海域，海绵可以滤食到大量的不同种类的微生物，这些微生物不但能够给海绵提供丰富的各种营养元素，更重要的是进入海绵体内的 微生物有一部分是能够存活下来，在海绵体内形成共生群落，永久定居在海绵体内，参与海绵的摄食、分解、防御等生命活动[13]。因此，深入研究了解海绵体内的微生物群落，找出其关键的共生微生物群落是海绵持续培养的理论支撑。
3 2种海绵的开发应用研究
关于肾指海绵的应用研究，张 卫等在2003年用8种不同的提取溶剂提取了肾指海绵体内的蛋白质进行了抑菌活性测定，结果显示在肾指海绵体内提取的蛋白质对于多种细菌均显示出了不同程度的抑制作用，但是由于提取的是粗液中的蛋白质，导致蛋白质的成分过于复杂，不能进一步的纯化研究，使得肾指海绵的活性物质的成分还尚不清楚。
繁茂膜海绵的应用研究相对于肾指海绵更为全面和深入。在生物制药领域，周建旭等在2004年就报道了繁茂膜海绵中促进细胞粘附成团的蛋白质，并用生物提取分离技术纯化了该蛋白质。曲 翊等[8]在2011年报道了繁茂膜海绵原细胞的鉴别和纯化特点，清晰详细地分别出不同部位繁茂膜海绵的原细胞形态，成功地分离培养也为以后离体细胞培养繁茂膜海绵提供了试验理论依据，不同来源的原细胞培养出来的差异也说明了原细胞在繁茂膜海绵体内具有一定的分化。
近年来，繁茂膜海绵对于水体的净化修复研究也引发了不少学者的兴趣。付晚涛等[15]在2007年的研究报道中就阐述了繁茂膜海绵对于水体高效的净化修复能力，在实验室的暂养条件下，繁茂膜海绵可以阻留80%以上的悬浮颗粒，对细菌的阻留能力更是达到了96%，甚至繁茂膜海绵还能滤食养殖水体中的过剩饵料[16]，研究发现，繁茂膜海绵在高密度的弧菌和大肠杆菌水环境中能够正常存活生长不受危害。随着研究的深入，海绵更加广泛的利用途径逐渐被认识。
2006年，王晓红等[17]介绍了海绵骨针结构在仿生学上的研究价值，加州大学圣巴巴拉分校的研究小组通过提取海绵中的骨针的硅蛋白模板[18]，在条件温和的情况下成功地催化合成了具有光电和半导性能的金属氧化物氧化钛，通常这些材料[19-22]都是在非自然条件下，如高温高压真空的腐蚀环境下才能合成的，这一研究成果展示了海绵生物在材料仿生学方面巨大的研究价值。
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