黃粉蟲馬氏管顯微結構觀察及功能分析

楊運華,石明旺,原麗

（河南科技學院,河南新鄉 453003）

黃粉蟲馬氏管顯微結構觀察及功能分析

楊運華,石明旺,原麗

（河南科技學院,河南新鄉 453003）

對黃粉蟲老齡幼蟲的馬氏管進行了解剖、顯微鏡及電鏡觀察,結果表明：黃粉蟲幼蟲馬氏管多為6根,著生在前后腸的交界處,并常超過體長.馬氏管不同部位有不同的結構,決定了其具有不同的功能,其與腸壁細胞分泌的多漿物質組成隱腎管復合體,便于從糞便中回收水分,維持體內水分、鹽分的平衡.黃粉蟲幼蟲馬氏管結構觀察和功能分析對研究其代謝生命活動的正常進行及進一步開發利用、進化研究等都具有重要意義.

黃粉蟲；馬氏管；形態結構；隱腎復合體

黃粉蟲（TenebriomolitorLinneeus）在昆蟲分類學中屬于鞘翅目,擬步甲科,粉甲屬.別名面包蟲、高蛋白蟲,通常也稱黃粉甲.關于黃粉蟲營養成分和營養價值的報道已經很多,它是集實驗昆蟲和資源昆蟲于一身的“蛋白質飼料寶庫”[1-3].昆蟲通過排泄作用調節水分和鹽分平衡,維持體內環境的相對恒定,從而保證生命活動的正常進行.馬氏管在所有的排泄作用中占據主體位置[4].完成排棄代謝物和保護體內鹽類及水分的平衡的雙重作用,并且不同部位所發揮的作用不同[5].本實驗通過對黃粉蟲老齡幼蟲的顯微鏡和電鏡觀察,探討黃粉蟲馬氏管的形態結構及功能,為其后續研究利用提供理論依據.

1 材料和方法

1.1 材料

蟲源：飼養的黃粉蟲老齡幼蟲.選擇健康黃粉蟲老齡幼蟲若干條,75%酒精殺死.用卡諾氏液（無水乙醇6份、氯仿3份、冰醋酸1份）固定24 h,更換95%酒精2～3次后,用75%酒精保存.

1.2 方法

1.2.1 解剖鏡及光學顯微鏡觀察 用解剖剪自蟲體兩側剪開,將黃粉蟲固定于盛有生理鹽水的蠟盤中,取出馬氏管,保存于75%酒精中,取出部分馬氏管置于培養皿中,加少許75%酒精,用XTL—3A型連續變倍體視顯微鏡和舜宇T3.15A視頻顯微鏡及佳能Power ShotA650 IS進行觀察及拍照.

1.2.2 掃描電鏡觀察 取出用75%酒精處理的馬氏管,用1.0%～2.5%戊二醛固定,并用濃度逐漸增高的酒精處理,每次間隔15～20min,采用空氣干燥法,干燥后的馬氏管經解剖處理,用Quanta200環境掃描電子顯微鏡進行觀察及拍照.

2 結果和分析

2.1 顯微鏡觀察結果

黃粉蟲幼蟲的消化道平直而且較長,馬氏管著生于中、后腸交界處,一般6條,基部較細、透明,往端部逐漸變粗,顏色也逐步加深,變為深黃色.馬氏管較長,14～36mm,可充滿整個體腔,大多數昆蟲的馬氏管均游離于血淋巴中,但是黃粉蟲的6根馬氏管頂端部分包被在一層有腸壁細胞分泌的多漿膜組成的圍腎膜內,并與直腸緊密聯結在一起,組成隱腎管復合體（cryptonephridialcomplex）.此結構有助于從糞便中回收水分和排出干燥的糞粒,便于水分回收；直腸壁厚、較細長.

圖1 黃粉蟲幼蟲消化道和馬氏管（a～d）

黃粉蟲的消化道由前腸、中腸和后腸三部分組成（圖1（a）～（d））.前腸較長,包括口腔、咽喉、食道、嗉囊及前胃等,其中嗉囊是食道后方的膨大部分,是食物暫時儲存的場所,有初步消化的作用；前胃是前腸的最后端區域,也是消化道最特化的部位,具有磨碎食物和調節食物進入中腸的功能,并兼有過濾食物的作用；而賁門瓣是位于前胃后端由前腸突入中腸前端形成的一圈環狀內褶,主要功能是引導前腸中的食物進入中腸,同時阻止中腸中的食物倒流進前腸.中腸較短,是一條前后粗細相當的管道,前端與前胃相接,后端以馬氏管著生處與后腸分界；中腸的腸壁細胞層比較厚,因經常處在分泌和吸收狀態.后腸是消化道的最后一段,前端以馬氏管的著生處與中腸分界,后端終止于肛門；由回腸、結腸、直腸三部分組成；其功能是吸收排泄物中的水分和無機鹽類,并排除食物殘渣和代謝排泄物.

2.2 電鏡掃描結果

黃粉蟲的馬氏管包括一層管壁細胞,外包一層堅韌而富彈性的基膜,基膜上分布有很多微氣管和螺旋狀橫紋肌纖維（見圖2（a）～（b））,使馬氏管可以在血淋巴中伸縮扭動,廣泛吸收排泄物質,上面有珠泡狀薄膜似的泡形突起（水分從血腔進入管腔的通道）,此結構有利于馬氏管對昆蟲體內水分、鹽類的平衡及調節作用.

圖2 黃粉蟲幼蟲馬氏管的電鏡照片

3 結論與討論

3.1對黃粉蟲老齡幼蟲的馬氏管形態結構的研究和觀察結果表明：馬氏管為6根,并著生在前后腸的交界處,馬氏管長度超過體長.研究結果對于深入研究黃粉蟲老齡幼蟲的馬氏管功能具有指導性意義,因為未見此方面的報道.

3.2馬氏管的排泄功能在于上行管從血液中搜獲尿酸鹽、草酸鈣,向下行管方向移動；下行管的排泄物進行濃縮脫水,運送到膀胱,再從后腸排出體外.馬氏管對尿酸等的排泄功能可以通過下列實驗證明：將解剖出的馬氏管在瓷質蒸發皿中搗碎,加數滴濃硝酸,除去殘余組織,將蒸發皿在小火上蒸發干,殘渣呈褐色.待殘渣冷卻后,加幾滴25%氫氧化銨,即變為絳紅色,這說明馬氏管內存在較多的尿酸沉積[6].

3.3馬氏管的水分、鹽分平衡作用在于馬氏管浸浴在血淋巴中,其與腸壁細胞分泌的多漿物質組成隱腎管復合體穿入直腸壁內吸收水分或無機鹽類,以平衡血淋巴中的水分和鹽分平衡.當血液中含水率下降時,馬氏管從直腸液吸收大量水分,使直腸液成為高滲；相反,當血液的含水率過高時,馬氏管從直腸大量吸收無機鹽類,從而直腸液成為低滲.黃粉蟲幼蟲就是通過這種方式來調節直腸液的濃度,從而使血液的組成成分、滲透壓和酸堿度等理化性質得到調節,維持體內生理環境的正常和相對穩定.有關直腸內馬氏管的機能有待進一步研究.黃粉蟲生活在面粉中,很難從食物中得到水,其生命活動所需水分都來自代謝水,所以黃粉蟲馬氏管對水分、鹽分的平衡作用顯得尤為重要.

昆蟲與其他生物（如軟體動物和環節動物）相比有顯著的區別,昆蟲的排泄器官來自外胚層,而其他生物的排泄器官卻是來自中胚層.昆蟲的強大適應能力（如飛行或陸地上干燥生活）必然要求一個高效的排泄系統,因為昆蟲是靠氣管呼吸,血液中沒有運輸氧氣的血細胞,所以馬氏管便可以直接從血淋巴中吸收代謝廢物,并起到調節水分和鹽分平衡的重要作用.馬氏管在昆蟲的生命進化過程中的重要意義是毋庸置疑的.

[1]丁小云,耿俊麗,魏成熙.黃粉蟲體內脂類抗菌活性物質及化學成分分析[J].貴州農業科學,2010（5）：88-92.

[2]張莉莎,張建新.黃粉蟲抗氧化活性肽的分離純化研究[J].食品科學,2009,30（22）：180-183.

[3]劉玉升,王付彬.黃粉蟲資源研究利用現狀與進展[J].環境昆蟲學報,2010,32（1）：106-114.

[4]吳靜,何慧,奚耕思.黃臉油葫蘆與短額負蝗馬氏管組織結構比較[J].四川動物,2009,28（5）：417-420.

[5]盧曉,何慧,奚耕思.黃臉油葫蘆消化道和馬氏管的組織學觀察[J].昆蟲知識,2009,46（5）：764-767.

[6]南京農業大學.昆蟲生理生化試驗[M].北京：農業出版社,1993：33-38.

Yang Yunhua,ShiMingwang,Yuan Li
（Henan InstituteofScienceand Technology,Xinxiang453003,China）

In the paper,we have a certain understanding about Malpighian tubule'smorphological structure of theTenebriomolitorby observed with the microscope and electron microscope：There are six malpighian tubules ofT.molitor,growing at the junction of the foregut and hindgut；Longer than body；There are different structure and function in different parts of theT.molitor；Cryptonephridial complex was constituted by the Malpighian tubules and secretions of intestinal cells,can recovery of water from the excrement and keeping the balance of water and salt in the body.This article has an important role for the study ofTenebrionormal life activities,exploitation and evolution ofT.molitor.

Tenebriomolitor,Malpighian tubule,structure,cryptonephridialcomplex

Q965

A

1008-7516（2011）05-0030-03 Function and m icrostructure observation of M alpighian tubules inTenebrioMolitor

10.3969/j.issn.1008-7516.2011.05.007

2011-08-10

河南省科技廳基礎與前沿（102300410126）

楊運華（1984-）,男,河南周口人,碩士研究生.主要從事害蟲生物防治研究.

石明旺（1964-）,男,河南林州人,博士,教授.主要從事有害生物防治研究.

鄧天福）