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长翅目昆虫视觉器官超微结构研究

魏遥  
【摘要】:视觉器官是昆虫感知外界信息的主要媒介,在昆虫取食、交配、避敌等行为中起着重要作用。视觉器官由于自身的复杂性以及进化的保守性,在探讨节肢动物系统发育关系中有重要意义。 长翅目Mecoptera是全变态类Holometabola昆虫中唯一在其幼虫期具有复眼的类群,是与半变态类Hemimetabola昆虫联系的重要纽带,在研究昆虫纲Insecta系统发育中占据独特地位。然而对于长翅目昆虫的视觉器官(尤其是超微结构)迄今缺乏研究。 本研究借助光学显微镜、扫描以及透射电子显微镜,首次对蝎蛉科Panorpidae(蝎蛉属Panorpa、华蝎蛉属Sinopanorpa),蚊蝎蛉科Bittacidae(蚊蝎蛉属Bittacus)和拟蝎蛉科Panorpodidae(拟蝎蛉属Panorpodes)复眼的超微结构进行了详细观察和比较,并对蝎蛉科和蚊蝎蛉科昆虫单眼进行了超微结构比较。取得以下主要结果: 长翅目成虫复眼的小眼均包括1个双凸透镜状的角膜,1个四分体的晶体,2个初级色素细胞,若干个次级色素细胞,8个视网膜细胞以及由其边缘特化的微绒毛形成的闭合视杆。次级色素细胞在不同种类中,无论是个数还是形态均具有较大差别。在蝎蛉科刘氏蝎蛉Panorpa liui和蚊蝎蛉科扁蚊蝎蛉Bittacus planus具有12个次级色素细胞,而蝎蛉科六刺蝎蛉P. sexspinosa和染翅华蝎蛉Sinopanorpa tincta以及拟蝎蛉科宽甸拟蝎蛉Panorpodes kuandianensis具有16个次级色素细胞。另外,扁蚊蝎蛉复眼的次级色素细胞形状较规则,彼此联系紧密,而其它4种蝎蛉复眼的次级色素细胞两端变窄,细胞与细胞之间有较大空隙。 靠近视杆的区域存在一圈电子透明物质,在六刺蝎蛉、染翅华蝎蛉、扁蚊蝎蛉和宽甸拟蝎蛉中,这种结构排列较疏松,被称作“内质囊泡endoplasmic cisternae”;在刘氏蝎蛉中,这种电子透明物质彼此聚合在一起,被称作“栅栏组织palisade”。在视杆边缘两个视网膜细胞交界处,除刘氏蝎蛉外,其它蝎蛉均具有大小不一的“梭形空白”结构,且在同一种昆虫视网膜细胞的不同层面,“梭形空白”数量也存在差异;而在拟蝎蛉中这种结构明显小于其它3种蝎蛉。 长翅目昆虫头部均具有3个单眼,每个单眼结构相同,由角膜、角膜生成细胞、色素细胞、和视网膜(均可分为3层)组成。角膜生成细胞位于角膜下方,在扁蚊蝎蛉中很薄,而在染翅华蝎蛉中较厚。染翅华蝎蛉中,闭合的视杆由相邻两个视网膜细胞边缘特化的微绒毛组成;而在扁蚊蝎蛉中,视杆是由相应的4个细胞组成。另外,在扁蚊蝎蛉视网膜的中间层有大量的电子透明颗粒,而这种颗粒在染翅华蝎蛉中不存在。 本研究首次观察长翅目昆虫复眼及单眼的结构,并结合昆虫的生活习性和采集地的生境,对发现的若干特殊结构做了相应的分析和解释。同时,本研究还在长翅目内不同科间对复眼和单眼的超微结构进行了比较。基于其差异性和相似性,我们发现蝎蛉科与拟蝎蛉科系统发育关系较近,与蚊蝎蛉科关系较远,同时为蝎蛉科与拟蝎蛉科较蚊蝎蛉科原始提供了一定的证据。


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