萤火虫复眼光学模型重叠成象的研究与模拟

以北京萤火虫复眼结构与生理参数为依据,基于已知的梯度折射率透镜特征,对复眼的整个光学系统进行模型化.模型的尺寸与折射率分布依据实际晶锥的测量值.通过对模型复眼的光线追迹,证明北京萤火虫复眼是一个折射重叠型复眼.重叠孔径以内入射的平行光线在视网膜水平形成一半宽度为一定值的模糊圈.利用计算机光线追迹模拟了复眼的重叠成象过程,随着象平面与晶锥近端距离的增加,信号光线的数目也逐渐增加,信噪比逐渐提高,在视网膜水平达到最大值.     

北京萤火虫复眼的模型小眼设计与光线追迹

以实际的北京萤火虫复眼结构与生理参数与依据,基于已知的ＧＲＩＮ透镜特征,把小眼的整个光学系统分成几个部分被模型化。模型中,在晶体柱部分使用了一个径向梯度折射率透镜柱具有的抛物线轮廓折射率公式;在晶锥末端所接的半椭球ＧＲＩＮ透镜部分,使用了一个径向梯度和纵向梯度分布都存在的折射率公式．模型的尺寸与折射率的大小根据实际晶锥的测量值．通过对模型小眼的光线追迹,证明模型小眼基本上是一个平行光入射,年行光出射的望远镜系统．小眼光学系统的前半部分把入射的平行光束聚焦到中间焦点,而这个点的位置恰好位于实际晶锥的腰的部位,而光线再次经过晶锥近端以后又以大致平行光束从晶锥末端出射。此模型小眼的最大入射角为３０度,在这个入射角内其角放大率基本上是相同的。随着对平行入射光束与小眼光轴的角度的增加,所产生的中间像越来越远离晶锥光轴。     

灰茶尺蠖成虫复眼的超微结构及其明暗适应中的变化

【目的】明确灰茶尺蠖Ectropis grisescens成虫复眼的超微结构及其明暗适应中的变化,探究其调光机制。【方法】采用超景深显微镜测定了灰茶尺蠖成虫复眼的小眼数量、间角、直径和曲率半径等外部参数,并通过组织切片、光学显微镜和透射电子显微镜等技术观察了复眼的内部超微结构;通过光学显微镜观察了灰茶尺蠖成虫复眼在明暗环境中分别适应2 h后晶锥结构及色素颗粒的位置变化。【结果】灰茶尺蠖成虫复眼呈半球形,雌、雄虫单个复眼分别有2 502±105和3 123±78个小眼。小眼自远端至近端由角膜、晶锥、透明区构成的屈光层和由15个视网膜细胞构成的感光层组成。2个初级色素细胞包裹着晶锥,自角膜近端延伸至视网膜细胞核区的远端;每个小眼外围由6个次级色素细胞围绕,自角膜近端延伸至基膜;在透明区内14个视网膜细胞聚集成束(非感杆束),远端与晶锥束末端连接,在感光层内形成闭合型感杆束,延伸至第15个视网膜细胞(基部视网膜细胞)。在明暗适应时,灰茶尺蠖复眼的晶锥细胞间出现开闭,色素颗粒进行纵向位移,以适应外界的光强度的变化。【结论】灰茶尺蠖成虫复眼属于重叠像眼,感杆束为“14+1”模式;屏蔽色素颗粒的移...     

北京萤火虫复眼的显微结构及其光学特性

北京萤火虫(Pyrococelia pekinensis)是一种夜行性昆虫,具有一对半球形的复眼。本文叙述了我们研究北京萤火虫复眼的结构特点,测量了屈光器的折射率,观察了在复眼不同水平的成像特点,比较了影响屈光器成像的因素,并由此得出该复眼可能是一种具有晶丝光导的联立型复眼。     

大草蛉成虫复眼的外部形态及其显微结构

用扫描电镜和光学显微镜观察了大草蛉Chrysopa pallens Ramber成虫复眼的外部形态及明、暗适应和性别对其显微结构的影响。结果发现：（1）其复眼呈半球形,位于头部两侧,略成“八”字形排列,单个复眼约由3 600个小眼组成,最前和最后小眼之间的夹角约为180°,最上和最下小眼之间的夹角约200°;（2）小眼主要由角膜、晶锥和6～8个小网膜细胞、基膜组成,外围环绕有2个初级虹膜色素细胞和6个次级虹膜色素细胞,基膜处有色素颗粒分布;（3）暗适应时,晶锥开裂程度较大,远端5～7个网膜细胞核向远端移动,与晶锥近端相接或接近,次级虹膜色素颗粒亦向远端移动包围晶锥;明适应时,晶锥开裂程度小或闭合,远端网膜细胞核向近端移动,透明带显现,大部分次级虹膜色素颗粒亦向近端移动分布在小网膜细胞柱周围,包被透明带;（4）在相同的明、暗适应下,雌、雄成虫复眼的显微结构无明显差异。结果表明大草蛉复眼为透明带明显的重叠象眼,其小眼不但具有次级虹膜色素颗粒纵向移动的常规调光机制,还存在晶锥开闭、远端网膜细胞核移动和基膜色素颗粒纵向扩散的调光新机制。     

异色瓢虫显现变种复眼的形态、显微结构及其光暗条件下的适应性变化

复眼是昆虫的主要视觉器官,对于其寻找食物、配偶、栖息场所以及学习记忆等活动具有重要作用。本研究采用扫描电镜和石蜡切片技术对异色瓢虫显现变种Harmonia axyridis ab. conspicua复眼的外部形态和内部显微结构进行了观察。结果发现：(1)复眼近椭圆形,位于头部两侧,触角窝处有缺刻,小眼表面光滑平坦,无角膜乳突结构。其雌、雄成虫复眼的小眼数分别约为705和691;(2)复眼中心区域小眼呈六边形,排列紧密,边缘区域的小眼为不规则的四边形或五边形; (3)每个小眼由角膜、晶锥、8个小网膜细胞、视杆、基膜以及色素细胞组成。晶锥由4个晶锥细胞构成,8个小网膜细胞中6个位于边缘、2个位于中央;(4)暗条件下复眼显微结构存在明显差异：光适应条件下,色素颗粒主要分布在晶锥和视杆交界处的周围,周围视杆呈环形,内、外两侧均被色素颗粒包围;暗适应条件下,色素颗粒发生纵向移动,均匀地分布在晶锥和视杆的周围,周围视杆发生扭曲呈不规则的多角形,仅外侧有色素颗粒分布。结果表明,异色瓢虫显现变种的复眼属于并列复眼,可通过色素颗粒的纵向移动以及周围视杆扭曲变形等机制来适应外界明暗环境的变化。     

北京萤火虫复眼的光学成像*

本文利用光学成像方法,研究了不同适应状态下的北京萤火虫phrococelia Pekininsis复眼所成的光学重叠像以及复眼的视场角。不同适应状态的晶体柱都能在距离复眼表面300-350μm之处形成光学重叠像。经过暗适应的晶体柱可以对不同物距的目标形成清晰的正重叠像,像的大小随物距的增大而减小;经明适应的晶体柱,成像物距范围变小,重叠像的像面亮度降低;经过漂白处理的晶体柱只能对一定的物距成像,像面亮度最低。 不同数目的晶体柱都能形成一重叠像,并随着其数目的增加,像面亮度也逐渐增强。根据对局部复眼视场范围的观察和其结构特征的了解,认为萤火虫单个复眼的视场角大于180度。     

三疣梭子蟹光感受器的形态和超微结构

用电子显微镜观察了三疣梭子蟹（Portunus trituberulatus）的光感受器。扫描电镜观察结果显示三疣梭子蟹复眼为半球形。复眼表面积约为25．12mm^2,组成的小眼为长六边形,面积约为24μm^2。复眼除背面有一拇指状的区域无小眼外,其余部分都由小眼组成。透射电镜观察显示,11个小网膜细胞组成了复眼的感光系统,分成上下两部分。4个小网膜细胞位于晶锥的两侧,组成了感光部分的远端,位于晶锥之下,7个小网膜细胞组成感光系统的主体,上下部位有重叠。两部分的小网膜结构上基本相同,都含有线粒体、多囊体、内质网、色素颗粒等,但是上部的小网膜细胞没有扳膜体,而且胞质比较致密,膜下储泡囊的空腔较小,里面有膜状结构。三疣梭子蟹感光系统有二种类型的感光细胞,可能具有不同的功能。     

棉铃虫蛾复眼的形态及显微结构

棉铃虫[Heliothis armigera(Hubner)]蛾复眼的外形约为椭球体绕长轴等切的2/5。最前和最后小眼之间的夹角约为150°,而最上和最下小眼之间的夹角约为180°,一个复眼大约包括8,900个小眼。每个小眼有一套由角膜、晶锥细胞及晶锥所组成的屈光器和分布在不同水平面上的7-9个小网膜细胞。其周围被6个次虹膜细胞所包围。两个明显可见的区域性差异为:1)复眼不同区域内小眼长度不等,背部区域最短,侧、后、腹和前各区域相继增加。2)背部区域视杆中段的横切面为矩形,其它区域的视杆为放射形。本文将小眼及其周围,从远端到基部分13个层次进行了结构上的描述。     

柚木野螟成虫复眼外部形态和超微结构观察

【目的】柚木野螟Eutectona machaeralis主要取食危害珍贵树种柚木。本研究旨在观察研究柚木野螟成虫复眼的形态、组织结构和超微结构,分析其复眼结构特征,为更好了解该物种复杂的视觉行为与感光、趋光机制的关系奠定基础。【方法】运用光学显微镜以及扫描和透射电子显微镜技术观察了柚木野螟成虫复眼的形态、组织结构和超微结构。【结果】柚木野螟成虫复眼着生于头部触角基部,呈椭球形,属对称性复眼。雌、雄成虫复眼分别有2 300~2 755和1 950~2 316个小眼。小眼呈正六边形,表面密被角膜乳突,间隙偶有感觉毛。每个小眼由1个角膜、4个晶锥细胞、1对初级色素细胞,6个次级色素细胞、不同水平面分布的12个视网膜细胞和基膜等组成。沿小眼纵轴11个视网膜细胞的向心侧细胞膜特化成细丝状微绒毛,形成放射状排列的视小杆,组合呈融合型视杆;第12个视网膜细胞位于小眼基部。基膜上方,视网膜细胞和次级色素细胞末端膨大,以轴突形式穿过基底膜。【结论】柚木野螟复眼为典型的重叠像眼,雌、雄成虫小眼排列方式及内部结构无明显差异,但雌、雄虫小眼数量和大小具有明显的性二型现象。     

棉铃虫蛾复眼的微细结构及其区域性差异

用电子显微镜观察棉铃虫蛾复眼的微细结构及其区域性差异。此复眼具有小网膜细胞柱的透明带。每个小眼包括一个外凸内平的角膜,一个晶锥,四个形成晶锥、晶束的晶锥细胞和两个围绕着晶锥的主虹膜细胞,六至八个小网膜细胞和一个基细胞。晶锥末端有一短小固定的晶束。小网膜细胞柱远侧中央有似微绒毛结构的视杆束。每个小眼被六个附色素细胞围绕。 微细结构的区域性差异:1.背方小眼视杆中段横切面近似矩形,主要由六个微绒毛平行排列的三角形视小杯组成,整个视杆包含两个互相垂直的微绒毛轴;腹方、前方、后方和侧方区域的小眼视杆中段横切面为风扇形,“V”字形视小杆内微绒毛排列不平行;2.前方区域小眼视杆中段的横切面要比后方大;3.前方、腹方区域内,有的相邻小眼的小网膜细胞柱互相连结,背方、后方区域未观察到这一现象。     

蟋蟀视觉系统的解剖结构与生理机能

蟋蟀视觉系统由单眼、复眼、视叶三部分组成。蟋蟀的单眼为背单眼,由角膜、角膜生成细胞、视网膜等组成,是提高昆虫复眼所感知的视觉刺激的兴奋水平部位;复眼是最主要的视觉器官,由角膜、晶锥、感杆束和网膜细胞、基膜组成,是光电转导和视觉级联反应的中心;视叶由神经节层、外髓和内髓组成,是视觉神经系统的中心。     

亲土苔蛾成虫复眼超微结构

【目的】重叠型眼在昆虫复眼演化中起着重要作用。本研究旨在阐明夜出型亲土苔蛾Manulea affineola复眼类型及结构特征,以期填补灯蛾亚科昆虫复眼研究的空白,扩充夜出型昆虫复眼的特征数据,为探讨重叠型眼的变异趋势及复眼演化提供依据。【方法】运用光学和透射电子显微技术观察亲土苔蛾成虫复眼的超微结构。【结果】亲土苔蛾成虫复眼具有一个透明区,由6个次级色素细胞的透明胞质构成。小眼具8个视网膜细胞,其中1个视网膜细胞较短,仅位于小眼基部。在透明区内,7个视网膜细胞聚集成一束,其远端与晶体束末端相接,但并不形成视杆。在透明区下方,这7个视网膜细胞形成一个中心融合的视杆。在复眼背缘区的小眼的视杆具有近似矩形的横截面,而其余小眼的视杆具多分支状截面。【结论】亲土苔蛾成虫复眼属于重叠型眼;复眼背缘区的矩形视杆很可能与昆虫的偏振敏感性有关。     

双斑蟋复眼和视叶的显微结构

【目的】为探索昆虫视觉信号处理的重要神经结构,详细观察和描述了直翅目(Orthoptera)蟋蟀科(Gryllidae)代表性昆虫双斑蟋Gryllus bimaculatus De Geer复眼和视叶的组织学结构特征。【方法】利用扫描电镜技术和组织学切片技术,观察分析了30只双斑蟋的复眼和视叶组织学结构。【结果】双斑蟋复眼约有3400个小眼,均为六边形结构,小眼间隙内分布有机械感受器——感觉毛和钟形感受器。每个小眼均由角膜、晶锥、感杆束、6个网膜细胞及基膜等构成。视叶呈两个扇形结构,由三大神经纤维网构成,分别为神经节层、外髓、内髓。【结论】双斑蟋复眼表面具有少量感觉毛和钟形感受器,每个小眼均由角膜、晶锥、感杆束、6个网膜细胞及基膜等构成,属并列像眼,视叶由三大神经纤维网构成。     

日行性朱红毛斑蛾和夜行性斜纹夜蛾成虫复眼结构及其对光暗条件反应的比较研究

【目的】本研究旨在比较日行性朱红毛斑蛾Phauda flammans与夜行性斜纹夜蛾Spodoptera litura复眼的外部形态和内部显微结构及自然光照和全黑暗条件下小眼结构和色素颗粒变化的异同,为进一步探索日行性和夜行性蛾类基于视觉的生存和繁殖机制奠定基础。【方法】采用扫描电子显微镜观察朱红毛斑蛾与斜纹夜蛾成虫复眼外部形态并测定其成虫复眼小眼数量与复眼长度等参数,运用石蜡切片技术观察其成虫复眼内部组织结构,通过超景深显微系统观察其成虫复眼在自然光照和全黑暗环境中的光暗适应状态。【结果】斜纹夜蛾成虫的复眼长度[(1.67±0.05) mm]和宽度[1.57±0.02) mm]及小眼数量(8 816.38±25.56)均显著大于朱红毛斑蛾成虫的复眼长度[(0.74±0.11) mm]和宽度[(0.66±0.01) mm]及小眼数量(820.55±23.69)。自然光照和全黑暗条件下,斜纹夜蛾成虫复眼发生了明显的明暗适应状态的转变,而朱红毛斑蛾成虫的复眼无明显变化。自然光照条件下,朱红毛斑蛾小眼中的色素颗粒均匀分布于感杆束和晶锥两侧,斜纹夜蛾的则分布在晶锥和透明带之间;全黑暗条件下,两...     

草地贪夜蛾成虫复眼明暗适应及黄光照射下明适应状态转化率

【目的】蛾类昆虫的趋光性与复眼明暗适应状态的转化有着直接的关系，本研究旨在阐明光照与草地贪夜蛾Spodotera frugiperda复眼明暗适应状态转化的关系。【方法】在光、暗适应条件和不同光照强度黄光照射下，在不同时间段，用相机迅速拍照，观察统计草地贪夜蛾成虫复眼的明暗适应状态及明、暗适应状态转化率。【结果】在明适应状态下，草地贪夜蛾成虫经黄光照射1 h后，随光照强度的增加，复眼明适应状态保持率逐步升高：雄成虫复眼在0.1~0.5 lx时明适应状态保持率为67.77%(有32.23%的转化为暗适应状态与中间状态)，4~6 lx时明适应状态保持率达到100%；雌成虫复眼在7~10 lx时，明适应状态保持率达98.90%。在明适应状态下，经黄光照射3 h后，草地贪夜蛾成虫复眼明适应状态保持率亦随着光照强度的增加逐步升高，在0.1~0.5 lx时雄成虫复眼明适应状态保持率为50.00%,雌成虫为32.23%；在光照强度7~10 lx时，雌雄成虫复眼明适应状态保持率分别为90.00%和100%。在暗适应状态下，草地贪夜蛾成虫经不同光照强度的黄光照射30 min后，成虫复眼向明适应状态逐渐转化：在0.1~0.5 lx光照强度时雌、雄成虫复眼明适应状态转化率均为93.33%；当光照强度达到0.6~0.9 lx时雌成虫复眼的明适应状态转化率达到100%，雄成虫复眼则在1~2 lx时达到100%。【结论】结果说明，草地贪夜蛾成虫有较强的光敏感性，且雌虫对黄光的光敏感性略强于雄虫。     

柑桔爆皮虫幼期各虫态的形态学观察

采用田间观察和室内观察相结合的方法,使用Leica MZ 16A研究型体视解剖镜,对柑桔爆皮虫Agrilus auriventris Saunders幼期各虫态的形态进行了系统的观察。结果发现：卵初产时为乳白色,后变为浅褐色并开始皱缩,末期变为黄褐色,孵化前部分卵壳分离为白色蜡质外层和黄褐色内层两层;幼虫孵化的同时直接从卵壳贴近树皮的一侧蛀入韧皮部,同时将大量虫粪排入卵壳;幼虫随着虫龄的增加钳状突的阶数和口上片的宽度发生有规律的变化,末龄幼虫在木质部作一椭圆形蛹室化蛹,身体的头部和尾部以3∶7的比例对折; 化蛹前的幼虫经历一个身体缩短的预蛹状态;刚化的蛹为乳白色,复眼颜色与身体相似,化蛹后蛹的颜色逐渐变为淡黄色,复眼颜色变为浅红褐色,后期复眼变为红褐色,口器变黑,羽化前蛹的复眼、口器和体表全部变黑;羽化过程中,成虫体表的膨胀导致蛹表皮脱裂,前翅变黑和腹部背面变成碧蓝色后羽化成完整的成虫。本结果进一步支持将柑桔爆皮虫幼虫期分为5龄。     

家蚕复眼突变系光泽眼（lu）和光泽小眼（ve）的复眼形态观察

家蚕Bombyx mori复眼突变系光泽眼(lustrous, lu）及光泽小眼(varnished eye, ve）都是由单基因控制的隐性突变, 目前为止, 其突变基因及突变机理还未知。为了了解其复眼突变性状内外部形态结构差异, 本研究以家蚕正常品系大造Dazao （Dz）为对照, 利用光学显微镜及扫描电镜对家蚕Dz, lu和ve的成虫复眼和幼虫单眼表面进行观察, 并利用石蜡切片HE染色技术对3个品系复眼内部结构进行观察。结果表明： 突变体lu和ve的复眼表面形态除了典型的富有光泽外, 复眼形状、 大小和小眼形态、 排列及数量上都与正常型明显不同。突变体lu和ve的角膜、 晶锥、 感杆束及色素细胞均发生了异常。lu和ve不仅是复眼表面形态发生了变化, 其内部结构也发生了很大的变化。本研究为lu和ve突变基因的克隆及突变机理的阐明提供了参考信息。     

昆虫复眼反光特性测量设备

<正> 许多夜行昆虫的复眼,在微光环境中好象“发光”的小点。这是因为在基膜附近有一个气管反光层,它能够把进入眼内的光线反射出来。研究复眼的“发光”现象,对于了解复眼的感光能力和物象形成等问题是很重要的,同时也有助于了解视觉与行为活动的关系。我们参考了Horridge在1972年的报告中所用的实验装置,设计并组装了复眼反射光自动测量系统。这套设备可以用来分析我们所见的虫眼反射光的来源,测量来自各方向的投射光线的反射率,探索光线在眼内的传播途径,以及比较不同种类昆虫或同种昆虫复眼在不同情况下的反射性能。现将这套设备的组成和使用方法作一简单介绍。     

龟纹瓢虫成虫的复眼形态及其显微结构

利用光镜、组织切片法观察了龟纹瓢虫Propylaea japonica(Thunberg)成虫的复眼形态及其显微结构。结果如下:(1)头正前方观,复眼外形似半球,且后方稍向内合拢。每个复眼约包括630个小眼。(2)每个小眼是由1套屈光器(1个角膜和1个晶锥)、6至8个小网膜细胞及其特化产生的视杆和基细胞等几部分组成。晶体周围及小网膜色素细胞内均含有丰富的色素颗粒。(3)小眼整体纵切显示,其上、下段色素颗粒分布相对较多,中段分布较少。(4)明、暗适应状态对小眼的色素颗粒分布有影响,性别对其分布无明显影响。明适应状态下,其色素颗粒较均匀地分布于视杆两侧上下,暗适应状态时色素颗粒则主要分布在视杆部位的上侧,显示其具有一定的重叠眼性质;而在相同的明、暗适应状态下其雌、雄成虫复眼的色素颗粒分布间无明显差异。