昆虫呼吸系统中“肺”的研究
【摘要】：一般认为大多数昆虫体内没有运输氧的血细胞存在，昆虫呼吸主要是靠遍布全身的气管系统来完成，O2靠扩散作用由分布于昆虫身体两侧的气门处进入，经气管、微气管的运输而直接给组织供氧。然而，近年来加拿大昆虫学家Locke（1998）提出鳞翅目幼虫中有一个适应血细胞进行气体交换的“肺”结构，它位于昆虫腹部第8节气门与臀腔中的气管处，这是昆虫生理学方面的一个新内容。这篇论文以Locke的研究为依据，运用电镜及其它化学方法，以棉大卷叶螟与粘虫为代表进一步研究了“肺”的结构与功能特点，并对“肺”在鳞翅目及昆虫纲中的普遍性、进化关系进行初步探讨，结果表明：
1．棉大卷叶螟及粘虫幼虫“肺”的结构与功能特点是：①“肺”存在于腹部第8节及臀腔的气管处，该节气门比其它各节气门大且靠近背中线。气管分支细短而丰富，形成气管簇，呈灌木丛状（其它各节气管则呈粗树干状分布），它不是直接给组织供氧，而是悬浮在血液中，与心肌相连接，随着心肌的收缩而不断运动；②气管簇的内膜及底膜都比其它各节的薄，且管壁内膜具有更多的适合运动的垫状表皮，底膜还有小孔结构，这有利于气体的通透；③向体内注射蓝色的亚甲基蓝标记血液发现，血液流动方向是经该气管簇后而流回心脏；④正常情况下，气管簇处有各种各样的血细胞聚集，当缺氧胁迫时有大量的血细胞从组织中释放出来，通过变形而紧贴气管簇，有利于气体的交换；⑤给体内注射无色的亚甲基蓝发现气管簇比其它各节更易变蓝，说明该处具有更高的获氧能力。以上特点表明该气管簇具有与血腔接触面积大、管壁薄、有血细胞参与、获氧力高等特点，因而具有肺的功能。
2．对鳞翅目19科43种幼虫研究表明，“肺”结构在鳞翅目中具有普遍性，且随着进化由低等到高等的发展，“肺”结构表现出由不太清晰到清晰，再到十分清晰的进化过程。
3．对直翅目、螳螂目、半翅目、同翅目、鞘翅目、双翅目、膜翅目7个目的18种若（幼）虫的研究表明，膜翅目叶蜂科中具有“肺”功能，而其它各目、科均无。
4．“肺”结构由鳞翅目到膜翅目具有由低等到高等的进化趋势。
5．如果“肺”功能扩大到换气性气管，那么，膜翅目中的蜜蜂科、双翅目中的蝇科幼虫及半翅目、鞘翅目等中存在换气性气管部分，也应具有“肺”功能。
由以上研究结果可得出以下结论：
⑴ 鳞翅目幼虫第8节及臀腔的气管具有“肺”特点及功能；
⑵ 鳞翅目、膜翅目叶蜂科“肺”具有普遍性及进化过程；
⑶“肺”功能如进一步扩展，在其它各目中也应存在；
昆虫纲“肺”结构和功能的研究是对Locke研究的大力支持和补充，是昆虫基础生理方面的一个新突破和重要进展。
【关键词】：呼吸；肺；气管簇；血细胞 【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：Q965
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2001.010848
【目录】：
- 1． 文献综述8-25
- 1．1 呼吸概论8
- 1．2 脊椎动物呼吸器官及进化特点8-11
- 1．2．1 水栖类脊椎动物的呼吸器官及特点8-9
- 1．2．2 两栖类脊椎动物的呼吸器官及特点9
- 1．2．3 爬行类呼吸器官及特点9-10
- 1．2．4 鸟纲呼吸器官及特点10
- 1．2．5 哺乳类的呼吸器官及特点10-11
- 1．2．6 进化特点11
- 1．3 肺呼吸的机制和原理11-15
- 1．3．1 肺结构与功能的关系11-12
- 1．3．2 肺的气体交换12-13
- 1．3．3 氧的运送13-14
- 1．3．4 二氧化碳的运送14-15
- 1．4节 肢动物呼吸15-17
- 1．5 昆虫的呼吸17-23
- 1．5．1 气管系统的分布17-18
- 1．5．2 气管系统的结构18-19
- 1．5．3 呼吸机制19-20
- 1．5．4 呼吸的调控20-21
- 1．5．5 昆虫的其它适应性呼吸方式21-22
- 1．5．6 血红蛋白在呼吸中的作用22-23
- 1．6 昆虫呼吸研究的新进展23-24
- 1．7 论文设计思想24-25
- 2． 材料和方法25-31
- 2．1 材料25
- 2．2 试验方法25-31
- 2．2．1 粘虫及棉大卷叶螟幼虫“肺”的结构特点及功能及研究25-28
- 2．2．1．1 粘虫及棉大卷叶螟幼虫“肺”的结构特点25
- 2．2．1．2 棉大卷叶螟“肺”部的血细胞及与心肌的连接25-26
- 2．2．1．3 棉大卷叶“螟肺”部的血流方向26
- 2．2．1．4 棉大卷叶螟“肺”部的含氧量测定26
- 2．2．1．5 棉大卷叶螟、粘虫“肺”处血液中血细胞数的测定26-27
- 2．2．1．6 棉大卷叶螟、粘虫“肺”处气管及血细胞超微结构特点27-28
- 2．2．1．7 臀腔的血流特点28
- 2．2．2 粘虫蛹、成虫"肺"结构的研究28
- 2．2．3 其它鳞翅目幼虫“肺”的结构特点研究28-30
- 2．2．4 其它目若虫或幼虫气管结构与“肺”的研究30-31
- 3． 结果与分析31-49
- 3．1 棉大卷叶螟及粘虫“肺”的结构特点、功能及原理31-36
- 3．1．1 “肺”的解剖结构特点31-32
- 3．1．2 棉大卷叶螟“肺”部的血细胞及与心肌连接32
- 3．1．3 棉大卷叶螟“肺”部的血流方向32-33
- 3．1．4 棉大卷叶螟“肺”部的含氧量测定33
- 3．1．5 粘虫“肺”处血液中的血细胞数33
- 3．1．6 棉大卷叶螟及粘虫“肺”部的超微结构研究33-35
- 3．1．6．1 气管簇气管超微的结构特点33-35
- 3．1．6．2 棉大卷叶螟及粘虫“肺”部血细胞超微结构及输氧机制35
- 3．1．7 棉大卷叶螟臀腔的“肺”功能研究35-36
- 3．2 棉大卷叶螟及粘虫、蛹、成虫“肺”结构的探寻36
- 3．3 鳞翅目幼虫“肺”的普遍性研究36-44
- 3．4 其它目幼期“肺”的研究44-49
- 3．4．1 直翅目44
- 3．4．2 螳螂目44-45
- 3．4．3 半翅目45
- 3．4．4 同翅目45
- 3．4．5 鞘翅目45-46
- 3．4．6 双翅目46
- 3．4．7 膜翅目46-49
- 4． 讨论49-53
- 4．1 “肺”定义的合理性49-50
- 4．2 “肺”与昆虫的进化关系50-51
- 4．3 “肺”功能的扩展51
- 4．4 影响“肺”结构变化的主要因素51-52
- 4．5 “肺”功能的进一步探讨52-53
- 5． 结论53-54
- 参考文献54-59
- 致谢59-60
- 作者简介60-61
- 图版说明61-76
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