白蚁表皮碳氢化合物研究进展

近年来, 固相微萃取等现代技术的使用显著促进了白蚁表皮碳氢化合物研究的开展。至今, 已有约29种白蚁的表皮碳氢化合物组分得到鉴定, 分属于木白蚁科、 鼻白蚁科、 原白蚁科和白蚁科, 其组分主要为正烷烃、 含有不同数量甲基的支链烷烃及少量烯烃。白蚁表皮碳氢化合物不仅具有一定的科、 属特异性, 大多数种类还具备特有组分, 表明其可作为种间识别的指标。表皮碳氢化合物组分在种内个体识别方面的作用, 在低等白蚁中多获得了支持性结果, 但也有研究认为在这些种类中表皮碳氢化合物不是种内个体识别（同巢个体识别）的唯一指标。发现其与品级分化的相关是近年来白蚁表皮碳氢化合物研究的重要进展。有些种类表皮碳氢化合物的年消长与生殖蚁的分化有关; 而另一些种类生殖蚁含有表皮碳氢化合物特有组分, 其含量与生殖蚁的生殖状态有关, 提示其可能在品级分化中发挥重要作用。作为研究白蚁品级分化和维持机理的新方向, 表皮碳氢化合物值得进一步研究探索。     

黑翅土白蚁表皮碳氢化合物的品级特征

【目的】探索黑翅土白蚁Odontotermes formosanus(Shiraki)表皮碳氢化合物的品级特征。【方法】应用固相微萃取、气相色谱和气相色谱-质谱联用等技术,对不同品级、不同龄期个体表皮碳氢化合物进行检测。【结果】工蚁、兵蚁、幼蚁、长翅生殖蚁表皮碳氢化合物组分种类相同(32种),主要为正烷烃、支链烷烃和烯烃等。非生殖品级中组分含量变化特点表现在,工蚁(大工蚁和小工蚁):1-十九碳一烯显著低于幼蚁和兵蚁;大工蚁:三十一烷、三十四烷显著低于小工蚁和幼蚁;小工蚁(巢内工蚁):2,8,8-三甲基十烷显著高于、十六烷和十八烷低于其他非生殖品级;兵蚁:十四烷显著低于、2-me-1-C19:1高于其他非生殖品级,三十一烷、三十四烷显著低于小工蚁和幼蚁;1龄幼蚁:十六烷高于其他非生殖品级;2龄幼蚁:(E)-9-4-me C18高于其他非生殖品级;3龄幼蚁:1-十九碳一烯、四十四烷高于其他非生殖品级;此外,1龄、2龄、3龄幼蚁的3,3,6-三甲基十烷、2-me-(E)-7-C16:1显著高于、8-十七碳一烯显著低于其他非生殖品级。生殖品级与非生殖品级比较,十二烷、十四烷、十七烷、三十一烷、2,8,8-三甲基十烷、8-乙基十五烷、2,6-二甲基十七烷、8-十七碳一烯、1-十七碳一烯、1-十八碳一烯、9-十九碳一烯的含量差异显著。【结论】黑翅土白蚁不同品级个体表皮碳氢化合物种类相同,组分含量存在差异,可用于巢内品级间识别。不同龄幼蚁和不同发育阶段工蚁,表皮碳氢化合物存在特征性组分含量,表皮碳氢化合物分泌随个体发育而改变。     

尖唇散白蚁兵蚁和工蚁卵巢和卵子形态特征的比较

兵蚁和工蚁是白蚁中的非生殖品级,兵蚁是由工蚁分化产生。为了探讨兵蚁品级性腺不育的原因以及兵蚁和工蚁性腺发育的差异,采用组织学染色观察与测量方法对尖唇散白蚁Reticulitermes aculabialis Tsai et Hwang的兵蚁和工蚁的卵子发生各阶段进行比较和分析。结果显示:两者性腺发育大小呈极显著性差异(P<0.01),兵蚁与工蚁卵巢横切面面积之比约为1∶7;兵蚁的卵子发生与工蚁相比,仅有卵母细胞的分化期,没有生长期;兵蚁的卵母细胞比工蚁的小,两者的分化期卵母细胞体积之比约为1∶16。该结果表明工蚁向兵蚁转化过程中性腺进一步退化,兵蚁性腺极度退化使其丧失了成为补充繁殖蚁的可能性。该研究结果为兵蚁不能生殖提供组织学上的证据,同时又揭示了兵蚁和工蚁在潜在生殖能力差异方面的组织学基础。     

黑胸散白蚁工蚁与工蚁型补充生殖蚁体内抗氧化酶和解毒酶的活性及基因表达变化

【目的】社会性白蚁的工蚁可以转化成补充生殖蚁参与生殖,提高自身适合度。本研究旨在探究工蚁转变成补充生殖蚁后,与氧化应激抗衰老相关的抗氧化酶和解毒酶活性的变化,为揭示生殖蚁的繁殖和抗衰老机制提供参考。【方法】利用生化方法分别测定黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis工蚁、工蚁型补充生殖蚁和原始生殖蚁体内的2种抗氧化酶过氧化氢酶(catalase, CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)与4种解毒酶酸性磷酸酶(acid phosphatase, ACP)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, AKP)、羧酸酯酶(carboxylesterase, CarE)和细胞色素P450(cytochrome P450, CYP450)的酶活性;同时利用qRT-PCR检测这些酶对应的基因RsCAT, RsSOD, RsACP, RsCYP450和RsCarE的表达量。【结果】与雌性工蚁相比,黑胸散白蚁工蚁型补充生殖蚁体内的CAT, SOD, ACP, AKP和CarE活性显著上升,分别达到雌性工蚁的5.82, 1.41, 1.39, 2.27和2.70倍,CYP450活性在两品级间没有显著差异;RsCAT, RsSOD, RsACP, RsCarE和RsCYP450的表达量也显著增加。补充生殖蚁体内CAT和ACP活性显著高于原始生殖蚁的,而SOD和AKP活性在两品级间没有显著差异;雌雄补充生殖蚁RsCAT的相对表达量分别是原始生殖蚁的5.68和3.60倍,RsACP的相对表达量分别是原始生殖蚁的81.12和46.72倍。【结论】黑胸散白蚁工蚁由非生殖品级转化为生殖品级以后,体内抗氧化酶和解毒酶的酶活力和基因表达水平显著升高,从一定程度上揭示了生殖品级的抗衰老机制。     

黑翅土白蚁触角感器的扫描电镜观察

【目的】通过黑翅土白蚁Odontotermes fomosanus(Shiraki)幼蚁、工蚁、兵蚁触角感器种类、数量及分布的研究,分析不同龄幼蚁、工蚁和兵蚁的触角感器特征,为进一步研究触角感器发育特点及不同个体的行为分化机制提供参考。【方法】通过扫描电镜观察触角形态,分析触角节数、感器种类、数量及分布特征。【结果】工蚁、兵蚁、幼蚁个体触角长度差异显著,触角长度顺序:工蚁>兵蚁>3龄幼蚁>2龄幼蚁>1龄幼蚁;触角感器共有9种类型,分别为短毛形感器、长毛形感器、短刺形感器、长刺形感器、锥状B?hm氏鬃毛、球状钟形感器、刺突状钟形感器、球状钟形感器与刺突状钟形感器中间型、长刺具泡状感器。工蚁、兵蚁缺少长刺具泡状感器。幼蚁触角感器种类和数量随龄数而增加,1龄幼蚁具7种感器,缺少球状钟形感器和球状钟形感器与刺突状钟形感器中间型2种类型;2龄幼蚁具有8种感器,缺球状钟形感器;3龄幼蚁具有全部9种类型感器。【结论】黑翅土白蚁幼蚁、工蚁、兵蚁触角节数和感器显著差异,可作为幼蚁龄数以及非生殖品级判别的形态指标,应用于白蚁非生殖品级行为多型等相关研究。     

黑胸散白蚁的分飞成熟年龄及生殖蚁对子代个体分化的抑制作用

实验室配对饲养黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis表明,黑胸散白蚁新群体在原始生殖蚁控制下,83.30%的群体在第9年分出了有翅成虫,16.70%的群体在第7年发生有翅成虫分飞,平均分飞成熟年龄为8.67年;由补充生殖蚁控制的群体在第6年即有53.85%的群体发生分飞,第7年有46.15%的群体分飞,平均分飞成熟年龄为6.38年,较原始生殖蚁控制的群体发生分飞平均提前2.29年。初次发生分飞时群体内个体数量前者明显多于后者。研究还发现,群体内补充生殖蚁的数量与分飞发生的早迟关系不大。作者认为在黑胸散白蚁中,原始生殖蚁对补充生殖蚁和若蚁的产生具有较强的抑制作用,而补充生殖蚁对上述品级的分化虽有一定抑制,但不如原始生殖蚁强。认为黑胸散白蚁群体发展速度在品级分化的调节上起到不可忽视的作用,但一定要在生殖蚁分泌外激素的能力开始减弱后才能发挥效应。     

圆唇散白蚁补充生殖蚁发育过程中的卵黄蛋白原基因的表达及卵子发生

【目的】研究圆唇散白蚁Reticulitermes labralis(Hsia)补充生殖蚁分化及发育过程中卵黄蛋白原(Vitellogenin,Vg)基因的表达、卵母细胞的发育以及子代品级分化。【方法】通过使用实时定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction)技术测定补充生殖蚁从分化到产卵的过程中Vg基因相对表达量的动态变化;采用组织染色的方法进行卵母细胞发育阶段的观察;对子代的数量及分化进行统计分析。【结果】补充生殖蚁发育过程中,Vg基因表达呈现先升高后降低的动态变化模式。在补充生殖蚁分化后的第10天开始形成具卵黄的卵母细胞,在20 d时具卵黄卵母细胞的数量达到最高值。第1个月至第3个月,补充生殖蚁的产卵数逐渐增加,分别为(2.45±1.43)、(7.68±2.53)和(12.10±7.09)粒。第3个月,巢内开始出现幼蚁,数量为(5.15±2.41)头;第10个月,巢群内有工蚁、前兵蚁和兵蚁的分化,分别为(17.03±2.28)、(1.45±0.31)和(0.79±0.18)头。【结论】在新建巢群中,若蚁的分化在工蚁和兵蚁分化之后。圆唇散白蚁若蚁在巢群需要的时候,可以在很短时间内转化为补充生殖蚁;Vg基因的表达水平与卵母细胞的卵黄形成相关,Vg基因表达量的增加启动了卵母细胞的卵黄摄取过程。虽然单个补充生殖蚁产卵量不如单个原始生殖蚁的多,但是在一个巢内补充生殖蚁总的产卵数目要远远超过原始生殖蚁,因为补充生殖蚁的数量比原始生殖蚁的数量多。因此补充生殖蚁对巢群稳定和发展具有重要作用。     

尖唇散白蚁工蚁、兵蚁和繁殖蚁精子发生的比较研究

为探讨白蚁非生殖品级和生殖品级生殖细胞发育差异,采用组织学染色技术对尖唇散白蚁Reticulitermes aculabialis Tsaiet Hwang繁殖蚁、工蚁和兵蚁的精巢发育以及精子发生进行了显微观察和比较研究。结果发现3个品级间精巢发育的程度差异很大,三者精巢切面面积相对大小之比为:繁殖蚁∶工蚁=1.7∶1;繁殖蚁∶兵蚁=29.3∶1;工蚁∶兵蚁=17.1∶1。繁殖蚁和工蚁精巢管内有精子的形成,工蚁和繁殖蚁精子的发生都经历了精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精细胞和精子时期,但工蚁有大量次级精母细胞呈细胞凋亡状态。兵蚁生殖细胞发育仅有精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞,没有精细胞和精子产生。工蚁的生殖细胞显著小于同一时期繁殖蚁的生殖细胞,兵蚁的各时期生殖细胞均极显著小于繁殖蚁同一时期的生殖细胞。研究表明各品级之间生殖功能分化与生殖细胞发育有直接关系,工蚁有转化为补充繁殖蚁和兵蚁的能力;而兵蚁由于精巢极度退化不能产生精细胞和精子,因此是非生殖品级分化的终极形式,不具有转化成补充繁殖蚁或其它品级的能力。     

黑胸散白蚁幼期不同品级的发育和分化

在黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis发育和分化过程中,发现有假工蚁、假若蚁两种虫态。假工蚁由6龄和7龄工蚁转化发育而来,假若蚁由4龄和5龄若蚁转化发育而来。显微测量结果表明,黑胸散白蚁的胚后发育主要包括2个龄期的幼蚁期、6个以上龄期的工蚁期、4个龄期的若蚁期和有翅成虫。在此基础上分析了其他虫态的分化来源,发现兵蚁由3～7龄工蚁分化发育而来,翅鳞型和长翅芽型补充生殖蚁由6龄若蚁转化发育而来,短翅芽型补充生殖蚁由4龄和5龄若蚁转化发育而来,微翅芽型补充生殖蚁既可由4～6龄工蚁转化发育而来,又可由假工蚁和假若蚁转化发育而来,无翅型补充生殖蚁由3～7龄工蚁转化发育而来。提出了黑胸散白蚁群体中不同品级个体的可能分化途径。     

黑胸散白蚁幼期不同品级的发育和分化

在黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis发育和分化过程中,发现有假工蚁、假若蚁两种虫态。假工蚁由6龄和7龄工蚁转化发育而来,假若蚁由4龄和5龄若蚁转化发育而来。显微测量结果表明,黑胸散白蚁的胚后发育主要包括2个龄期的幼蚁期、6个以上龄期的工蚁期、4个龄期的若蚁期和有翅成虫。在此基础上分析了其他虫态的分化来源,发现兵蚁由3～7龄工蚁分化发育而来,翅鳞型和长翅芽型补充生殖蚁由6龄若蚁转化发育而来,短翅芽型补充生殖蚁由4龄和5龄若蚁转化发育而来,微翅芽型补充生殖蚁既可由4～6龄工蚁转化发育而来,又可由假工蚁和假若蚁转化发育而来,无翅型补充生殖蚁由3～7龄工蚁转化发育而来。提出了黑胸散白蚁群体中不同品级个体的可能分化途径。