普通昆蟲學(xué)5第四章生理學(xué)12體壁課件

1、昆蟲生理學(xué)：是研究昆蟲體內(nèi)各組織、器官、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機能及其調(diào)節(jié)機制，控制昆蟲生命活動與行為的一門科學(xué)。第四章 昆蟲生理學(xué)Chapter 4 Insect physiology第一節(jié) 昆蟲內(nèi)部器官的位置第二節(jié) 體 壁第三節(jié) 昆蟲的消化系統(tǒng)第四節(jié) 昆蟲的循環(huán)系統(tǒng)第五節(jié) 昆蟲排泄器官及其生理第六節(jié) 昆蟲的呼吸系統(tǒng)第七節(jié) 昆蟲的肌肉系統(tǒng)第八節(jié) 昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)第九節(jié) 昆蟲的感覺器官第十節(jié) 昆蟲的生殖系統(tǒng)第十一節(jié) 昆蟲的激素和外激素第一節(jié) 昆蟲內(nèi)部器官的位置體腔(血腔) ：昆蟲的體腔是一個縱貫的通腔，由于昆蟲的背血管是開放式的，血液在循環(huán)過程中要流經(jīng)體腔，再回到心臟，所以昆蟲的體腔又叫血腔。血竇：昆蟲的

2、血腔由肌纖維和結(jié)締組織構(gòu)成的隔膜在縱向分隔成兩三個小血腔，稱為血竇。背隔：位于腹部背面、背血管下面的一層隔膜，稱為背隔。腹膈：有些昆蟲，腹部腹板兩側(cè)之間還有一個腹隔。具兩個血竇（背血竇、圍臟竇）：大多數(shù)昆蟲具三個血竇（背血竇、圍臟竇、腹血竇）：直翅目的蝗科、蜻蜓目、脈翅目、膜翅目、鱗翅目、雙翅目背血竇：背隔上面的血竇，背血管位于背血竇中。圍臟竇：背隔下面，或者背隔和腹隔之間的血竇，消化道、排泄器官、大部分氣管系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等都位于圍臟竇中。腹血竇：腹隔下面的血竇，腹神經(jīng)索位于腹血竇中。昆蟲的內(nèi)部器官：縱貫于圍臟竇的一根管道是消化道消化系統(tǒng)中腸和后腸交界處的細長盲管是馬氏管等排泄系統(tǒng)消化道的背面

3、一根前端開口的細管是背血管循環(huán)系統(tǒng)氣管、氣門呼吸系統(tǒng)體壁肌、內(nèi)臟肌肌肉系統(tǒng)消化道的腹面有縱貫于腹血竇的腹神經(jīng)索、腦神經(jīng)系統(tǒng)腹部消化道背側(cè)面的卵巢或睪丸等生殖系統(tǒng)主要內(nèi)分泌腺體，如心側(cè)體、咽側(cè)體和前胸腺，位于頭部和前胸內(nèi)的咽喉和氣門氣管附近 內(nèi)分泌腺體相當于脊椎動物肝臟的脂肪體，包圍在內(nèi)臟器官周圍 脂肪體第二節(jié) 體壁 昆蟲的體壁是體軀最外層的組織，由皮細胞層及其分泌物(表皮)組成，具有以下功能：既能防止體內(nèi)的水分蒸發(fā)，又能防止外來物質(zhì)如病原體、殺蟲劑等侵襲。表皮硬化形成外骨骼可以保持昆蟲體形；體壁內(nèi)陷形成的內(nèi)骨骼，用以附著肌肉。在昆蟲饑餓和脫皮過程中，體壁內(nèi)貯存的營養(yǎng)物質(zhì)可以被消化和利用。體壁可

4、特化成各種感覺器和腺體。體壁內(nèi)陷形成一部分器官，如氣管系統(tǒng)、前腸、后腸等。1. 體壁的功能第二節(jié) 體壁2. 體壁的構(gòu)造 體壁integument 表皮層（cuticle） 皮細胞層（真皮層）（epidermis） 底膜（basement membrane）上表皮外表皮內(nèi)表皮護蠟層蠟層角質(zhì)精層多元酚層表皮質(zhì)層前表皮昆蟲體壁來源于外胚層，由里向外分為底膜、皮細胞層和表皮層3部分。2.1 底膜(basement membrane) 底膜由血細胞分泌形成，由含糖蛋白的膠朊纖維構(gòu)成，厚度約50m，具有選擇通透性，能使血液中的部分化學(xué)物質(zhì)和激素進入皮細胞。2.2 皮細胞層(epidermis)又稱真皮層，

5、為單一細胞層，排列整齊功能：分泌表皮層，分泌脫皮液，特化為各種腺體、降色細胞、毛原細胞和感受細胞等2.3 皮層(cuticle) 表皮層是由皮細胞分泌的一種異質(zhì)的非細胞 ，分為內(nèi)表皮、外表皮和上表皮。2.3.1 內(nèi)表皮(endocuticle)表皮層中最厚的一層，為10200m，主要含幾丁質(zhì)和蛋白質(zhì)，呈多層薄片狀，每一薄片層有“G”字型排列的微纖維構(gòu)成，具有特殊的彎曲和伸展性。當昆蟲饑餓和脫皮時，內(nèi)表皮可以被消化、吸收。2.3.2 外表皮(exocuticle)內(nèi)表皮的外方，經(jīng)過鞣化反應(yīng)形成的含骨蛋白層，色深而堅硬，厚310m，幾丁質(zhì)絲狀排列，是表皮層最堅硬的一層。脫皮時，外表皮全部脫去。內(nèi)表

6、皮和外表皮統(tǒng)稱前表皮。內(nèi)表皮和外表皮之中常有孔道貫穿，孔道是表皮磨破和在表皮鞣化過程中由皮細胞補充供應(yīng)所需物質(zhì)的通道。2.3.3 上表皮(epicuticle)表皮的最外層，不含幾丁質(zhì)，厚13m，從內(nèi)向外一般分為：表皮質(zhì)層（多元酚層和角質(zhì)精層）、蠟層和護蠟層。護蠟層（cement layer）上表皮的最外層，由皮細胞腺的分泌物覆蓋在蠟層上形成，主要成分是蛋白質(zhì)和脂類，可保護蠟層。蠟層（wax layer）主要含長鏈烴類、脂肪酸酯和醇，由皮細胞脫皮前分泌。角質(zhì)精層對長鏈烴的極性基團有非常強的吸附作用，使得長鏈形成與垂直面成25的單分子層，阻止水分喪失；當蟲體加熱時，分子間作用力被打破，長鏈變垂直

7、方向，水分就可以穿透。表皮質(zhì)層由絳色細胞分泌形成，外層薄而質(zhì)密，其脂蛋白被醌鞣化后性質(zhì)十分穩(wěn)定，稱為角質(zhì)精層；內(nèi)層厚而疏松，主要成分是脂蛋白和多元酚，稱為多元酚層。3. 表皮的化學(xué)成分表皮的主要成分是幾丁質(zhì)和蛋白質(zhì)，還有脂類、色素和無機鹽類。3.1 幾丁質(zhì)(chitin) 表皮的主要成分之一，占表皮干重的2540，由N-乙酰-D-葡萄糖胺通過-1，4-糖苷鍵聚合而成，其分子式為(C8H13O5N)n，構(gòu)造類似纖維素。應(yīng)用：滅幼脲抑制幾丁質(zhì)合成酶的活性，使昆蟲不能形成新表皮而死亡。幾丁質(zhì)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、國防等諸多高新科技領(lǐng)域，如手術(shù)縫合線、隱形鏡片、人造皮膚、排毒養(yǎng)顏纖維（含幾丁質(zhì)、蘆薈等

8、）等， 1995年國際市場每克高純度幾丁質(zhì)價值27美元 。3.2 蛋白質(zhì) 表皮的主要成分，約占表皮干重的50%以上。翅基部的節(jié)肢蛋白(resilin )彈性驚人。3.3 脂類脂類主要存在于上表皮中，是形成蠟的主要成分，對昆蟲保水、抵御外來物的侵入具有重要作用。熔點：50-603.4 多元酚及其氧化酶主要成分是3,4雙羥酚類及其氧化酶，它們在昆蟲表皮的硬化和暗化過程中起重要作用。多元酚是血液中的酪氨酸經(jīng)一系列氧化作用形成的衍生物，再進一步氧化成醌，醌與蛋白質(zhì)分子的側(cè)鏈連接在一起的過程稱為蛋白質(zhì)鞣化作用。經(jīng)鞣化后形成的堅硬蛋白質(zhì)稱為骨質(zhì)蛋白。3.5 色素表皮中含有各種色素，如黑色素、類胡蘿卜素和嘌

9、呤衍生物等。黑色素可以包圍抑制入侵蟲體的組織或寄生蟲，是昆蟲的一種防御機制，還可以調(diào)節(jié)體溫。類胡蘿卜素常和藍色吡咯色素一起形成昆蟲的綠色。4. 脫皮4.1 脫皮過程脫皮過程包括皮層溶離，舊表皮的消化，新表皮的沉積。脫皮開始時，皮細胞首先進行有絲分裂，皮細胞由原來的扁平狀變?yōu)榕帕芯o密的圓柱狀，由于皮細胞形狀的改變所產(chǎn)生的表面張力導(dǎo)致皮細胞層與內(nèi)表皮之間產(chǎn)生一個小的間隙，這一過程稱皮層溶離。成熟表皮皮層溶離新表皮質(zhì)層形成消化舊內(nèi)表皮皮細胞在間隙中分泌脫皮液，當絳色細胞在緊貼皮細胞分泌一層角質(zhì)精層后，這些酶開始消化舊內(nèi)表皮，另外會形成一層極薄的脫皮膜，同時皮細胞在角質(zhì)精層下面開始分泌新的前表皮（包括

10、內(nèi)表皮和外表皮）。消化后的舊內(nèi)表皮中，90以上的物質(zhì)被重新吸收，參與新表皮合成。吸收脫皮液脫去舊表皮脫皮前，皮細胞通過蠟管在角質(zhì)精層上面分泌蠟層，脫皮后，由皮腺開始在蠟層上面分泌護蠟層。不久后，外表皮開始鞣化，體壁逐漸變暗變硬。4.2 脫皮的激素調(diào)控蛻皮激素（molting hormone，MH）：被腦激素激活的前胸腺分泌，主要作用是發(fā)動皮細胞進行表皮形成過程，以及成蟲器官芽開始發(fā)育的一系列生化反應(yīng)。保幼激素（Juvenile hormone，JH）：被腦激素激活的咽側(cè)體分泌，與蛻皮激素共同作用可以改變脫皮的方向和延遲成蟲特征的出現(xiàn)時間。如高濃度保幼激素下，發(fā)生從幼蟲到幼蟲的脫皮；低濃度保幼激

11、素下，發(fā)生從幼蟲到蛹或蛹到成蟲的脫皮過程。4.3 鞣化作用的激素調(diào)控由蛻皮激素和鞣化激素共同作用使表皮硬化。鞣化激素(bursicon) ： 由神經(jīng)分泌細胞產(chǎn)生，它能啟動鞣化作用。昆蟲的體壁通常具有不同的色彩，因其形成方式不同可分為以下3類：5.1 色素色(pigmentary colour)又稱化學(xué)色，由昆蟲一定部位有某些化合物的存在造成的，這些物質(zhì)吸收某種長光波，而反射其他光波形成各種顏色。如綠色是由來自食物的黃色類胡蘿卜素與藍色四吡咯色素結(jié)合形成；昆蟲典型的褐色和黑色都是由黑色素造成，是排除體內(nèi)有毒代謝物的一種途徑。5. 昆蟲體壁的色彩 依色素存在的位置可分為：表皮色：翅上的斑紋，死后仍

12、保持穩(wěn)定。真皮色：蜻蜓中的黃色斑來自真皮細胞層，死后隨皮細胞破壞而消失。真皮下色：體壁透明的昆蟲，其體色由內(nèi)部器官的顏色來決定，稱為真皮下色。表皮上色：蜻蜓性成熟時表皮上出現(xiàn)柔軟的絨毛似的白色蠟質(zhì)，稱表皮上色。5.2 結(jié)構(gòu)色(structural colour) 又稱物理色(physical colour)，是由于昆蟲體壁上有極薄的蠟層、刻點、溝縫或鱗片等細微結(jié)構(gòu)，使光波發(fā)生散射、衍射或干射而產(chǎn)生的各種顏色。如甲蟲和鱗翅目成蟲體壁表面的金屬光澤和閃光，不會被化學(xué)藥品或熱水處理而消失5.3 結(jié)合色(combination colour)又稱合成色，這是一種普遍具有的色彩，它是由色素色和物理色混合

13、而成。如紫閃蛺蝶翅面呈現(xiàn)黃褐色（色素色）和紫色（結(jié)構(gòu)色）的閃光。紫閃蛺蝶 Apatura iris6. 表皮的通透性表皮是昆蟲與環(huán)境之間的一個通透性屏障，外源性化學(xué)物質(zhì)在一定條件下可以穿透體壁。6.1 水分昆蟲體積小，相對表面積大，容易發(fā)生因體內(nèi)水分過度蒸發(fā)而死亡，因此保水具有重要生理意義。 由于表皮存在定向蠟層作用，因此常有一個最高的臨界溫度，外界溫度超過此溫度則引起蠟層由不透水性變?yōu)榭赏感?。有的昆蟲只有一個臨界溫度（如黃粉蟲幼蟲、粉蝶蛹），其透水性和溫度相關(guān)曲線為“L”型。具有雙蠟層的昆蟲（蠟螟幼蟲）有兩個臨界溫度，其相關(guān)曲線是雙“L”型。蠟質(zhì)層為一層油脂的昆蟲（蜚蠊及水生昆蟲），其相關(guān)曲線為“