昆虫复眼形态结构及感光机制研究进展

复眼是昆虫的主要视觉器官,昆虫复眼形态、结构的研究是理解昆虫感光的基础。本文从昆虫复眼的外部形态、内部微观结构和功能以及对光的感受机制作一简要综述,且对今后昆虫复眼的研究方向进行了展望。     

昆虫复眼结构及视觉导航研究进展

复眼是昆虫主要的视觉器官,具有感受物体的大小、形状和颜色等功能。研究复眼结构是了解昆虫感光机制的基础,进而明确视觉信号在昆虫行为中的作用。昆虫的复眼包括了重叠像眼和并列像眼两种类型,重叠像眼具有聚光作用,可以感受到低强度的光,但是分辨率较低;并列像眼没有聚光作用,分辨率较高。大多数白天活动的昆虫具有并列像眼,夜晚活动的昆虫具有重叠像眼。分子生物学、视网膜电位和行为学研究结果均表明昆虫对紫外、蓝和绿光最敏感。昆虫利用天体和地面目标物信号定向和导航,依靠天体发出的偏振光和地面目标物与背景颜色的对比度进行视觉判断,对于任何一种昆虫,这两种信号都可能同时应用。视觉信号在昆虫定位植物寄主、寻找配偶和产卵过程中起着至关重要的作用,不能低估昆虫视觉能力的作用。利用昆虫对不同波长光波的趋性,研制专一性强的诱捕装置,可为害虫的无公害防治提供理论基础。     

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。     

昆虫单眼的结构和功能

大多数昆虫的视觉器官除了复眼外还有一些简单的小眼,称为单眼。昆虫成虫和半变态类若虫的单眼称为背单眼,位于头顶两复眼之间。背单眼在数目和结构上都有较大变化,但基本结构包括角膜晶体、一层角膜生成细胞(覆盖在角膜晶体上)、视网膜(由大约1000个感光细胞构成,视类群而不同)。背单眼对弱光比较敏感,但在图像感知方面的作用并不显著;它是一种“激发器官”,可以增加复眼的感知能力。全变态昆虫的幼虫既没有复眼也没有背单眼,但在其头部两侧有些类似复眼小眼的侧单眼。侧单眼的结构也与小眼相似,包括角膜,晶体和由一些视网膜细胞组成的视杆。侧单眼是完全变态类昆虫幼虫仅有的感光器官,与复眼一样,它们可以感知颜色、形状、距离等等。     

三只复眼的昆虫

<正> 昆虫畸型怪胎,过去有过一些报道,如触角、上颚、足或翅的异常情况。但总的说来,发现很少。 本文报道新发现的一头具有三只复眼的昆虫,作为“昆虫小品”,以飨读者,增加一点《昆虫知识》的趣味性。 1981年6月30日在杭州浙江农业大学植保系大门口玻璃窗上获得一头日本黑瘤姬蜂Coccygomimusnipponicus(Uchida)雄蜂(浙江农业大学寄生峰标本室编号814689)。在鉴定时发现此峰头部有三只奇怪的复眼(见图),即在左复眼之上方生有另一只小形复眼,眼面小眼与正常复眼一样,而原来左复眼长和宽都比正常的复眼为小,且复眼内缘在触角窝附近平直,一点不凹入。右复眼之大小形状正常。此外,由于左侧多生了一个复眼,占据了部分头顶空间,左面的侧单眼亦向前移位而靠近中单眼。     

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。     

昆虫的复眼

主要对昆虫复眼的结构、功能及其应用和仿生学研究进展进行简单介绍.     

蒙古寒蝉末龄若虫与成虫复眼的形态、组织结构和超微结构

【目的】本研究旨在明确蒙古寒蝉Meimuna mongolica末龄(5龄)若虫与成虫复眼的差异,探讨蝉总科昆虫在若虫与成虫生态位发生改变的过程中复眼的形态结构及功能变化。【方法】采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术,详细观察和比较研究了蒙古寒蝉末龄若虫和成虫复眼的一般形态、组织结构和超微结构。【结果】蒙古寒蝉的复眼为并列像眼。出土羽化前其末龄若虫复眼的颜色逐渐由白色变为红色至深褐色,成虫复眼则为浅褐色。末龄若虫复眼表面具有毛形感器、锥形感器和刺形感器,成虫复眼表面无感器。末龄若虫白色复眼的表面为完整的角膜,未分化形成小眼面;末龄若虫红色和深褐色复眼则由许多五边形或六边形小眼组成,排列不甚规则;成虫复眼均由排列整齐的等边六边形小眼组成。末龄若虫白色复眼内部由大量细胞团构成,未分化形成小眼结构;在末龄若虫深褐色复眼中,小眼次级色素细胞的细胞核集中分布在视杆和晶锥之间;在成虫复眼中,小眼次级色素细胞的细胞核分布在晶锥近心端周围。末龄若虫深褐色复眼中的初级色素细胞和小网膜细胞内的色素颗粒分布较均匀,而成虫复眼小网膜细胞内的色素颗粒都分布在视杆周围。【结论】蒙古寒蝉不同发育阶段的...     

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。     

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。     

大双角蝎蛉幼虫复眼超微结构及其在全变态类幼虫侧单眼演化中的意义

【目的】长翅目(Mecoptera)是全变态类昆虫中唯一在幼虫期具有复眼而无侧单眼的类群,是研究昆虫复眼与侧单眼之间演化关系的理想材料。本研究旨在阐明长翅目幼虫复眼的结构特征,为探讨长翅目幼虫复眼与其他全变态类幼虫侧单眼之间的进化关系提供依据。【方法】本研究运用光学显微镜、扫描和透射电子显微镜技术观察了蝎蛉科(Panorpidae)大双角蝎蛉Dicerapanorpa magna(Chou)幼虫复眼的超微结构,并依据其结构特征对长翅目幼虫复眼在全变态类幼虫侧单眼演化中的意义进行了探讨。【结果】结果表明,大双角蝎蛉幼虫复眼属于并列像眼,由50多个小眼组成。小眼由1个角膜、1个晶体、8个视网膜细胞、2个初级色素细胞和数个次级色素细胞等组成。视网膜细胞分为4个远端细胞和4个近端细胞。远端视网膜细胞的视小杆向上延伸包裹着晶体的基部,使视杆末端呈漏斗状。【结论】分层的视网膜细胞和漏斗状的视杆很可能是长翅目幼虫复眼的共有祖征。这两个特征不存在于长翅目成虫复眼中,但存在于许多渐变态类昆虫中。由此推测,长翅目幼虫复眼可能与渐变态类昆虫的复眼存在同源关系。我们认为,长翅目幼虫独有的复眼很可能是全变态类昆虫的祖征,其他全变态类幼虫的侧单眼可能是由复眼演化来的。     

10眼菌紫质光感受器及其对运动边的检测

铜（或不锈钢）／保护膜／紫膜薄膜／氧化铟锡型菌紫质光电池（有时也叫做光感受器）具有微分光电流特性和方波型光电压特性。用该种光电池仿昆虫复眼的小眼结构构制了１０眼菌紫质光感受器,用其模拟动物神经节细胞的ＯＮ中心感受野并用于运动边的检测     

一种模拟昆虫视觉系统并行信息处理功能的光学实现

本文提出了一种新的模拟生物视觉神经系统并行信息处理功能的光学方法,它采用了昆虫复眼透镜阵列处理器和非相干光源实现图像矩阵正交变换,它为光神经计算提供了一种可能实现的新途径.     

昆虫重叠型复眼的光学综合成象特性

本文计算了复眼锥形晶体柱端面凸球对输入数值孔径的作用,讨论了昆虫重叠型复眼的非相干综合成象特性.     

雌性意大利蜜蜂复眼形态发育及其视蛋白基因的表达

【目的】复眼作为大多数昆虫最重要的视觉器官,其小眼数量和体积大小一定程度上反映了昆虫视觉能力的强弱。视蛋白作为视觉感知中的功能性分子,在光信号转导过程中具有重要作用,基因的表达受到外源和内源等多种因素的影响。本研究旨在探讨蜂王和工蜂复眼形态发育及视蛋白基因的时间表达模式。【方法】选取3群群势相当的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica蜂群进行人工育王,采集蜂王与工蜂蛹期各日龄蜂蛹及新蜂样品,采用扫描电镜技术观察蜂王和工蜂复眼的外部形态结构,利用Image J软件测量复眼短长轴、面积、小眼个数、小眼面积和小眼直径;采用实时定量PCR技术检测蜂王和工蜂蛹期紫外光视蛋白基因（UV-sensitiveopsin,UVop）、绿光视蛋白基因（Greenopsin,Lop1）和蓝光视蛋白基因（Blue-sensitive opsin,BLop）3种视蛋白基因的mRNA表达水平。【结果】蜂王和工蜂均是在蛹期末龄（出房前）分化出小眼;出房后,蜂王和工蜂复眼面积均变小（P＜0.001）,蜂王复眼短轴（P＜0.05）、面积（P＜0.001）、小眼个数（P＜0.001）均显著小于工蜂,但...     

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。     

棉铃虫复眼对过强刺激的调光反应

<正> 灯光防治是贯彻“预防为主,综合防治”植保方针的一项有效措施。了解害虫复眼的特性,对研究趋光行为的原理是非常重要的。 复眼对光的反应甚为复杂。就对光的强度而言,有能不能感受和能不能耐受的反应。也就是说,任何一种光强度对复眼的影响至少存在着照明作用的有无和大小以及刺眼(眩目)作用的有无和大小。有关昆虫复眼敏感度的研究     

广东省南昆山蚱科一新属一新种

本文记述采自广东省龙门县南昆山的蚱科一新属一新种。模式标本保存于中山大学昆虫研究所标本室。 尖额蚱属Sibynae新属 头顶在复眼前十分突出,近似三棱形,背面平坦,中央缺纵隆线,侧缘平直。颜面十分倾斜。触角位于复眼之间的下缘,13节,丝状。侧单眼在复眼中部之间、触角之上方;中     

昆虫趋光的性别差异及其影响因素

趋光是众多夜行性昆虫的主要行为特征之一.研究表明: 许多夜行性昆虫的趋光存在明显的性别差异现象,而这种差异受多种因素的影响.本文从雌雄成虫飞行能力差异导致其飞行距离与高度的不同、雌雄成虫复眼结构差异导致其对光源反应不同,以及雌雄成虫对光源和环境刺激的敏感性不同等方面综述了导致昆虫趋光性别差异的因素,并探讨了昆虫趋光性别差异的应用及今后研究方向.     

昆虫“绝顶聪明”：微小大脑能完成复杂行为

人们普遍认为昆虫是没有思维活动的低等动物。然而,别看昆虫的大脑小如针尖,它们的智力却一点不逊于体形庞大的高等动物。英国科学家最新研究发现,昆虫不仅有思维活动、会数数、懂得分门别类,甚至可以识别人脸。“消除偏见”来自英国玛丽女王学院、伦敦大学和剑桥大学的科学家用计算机模拟昆虫大脑开展实验。实验结果显示,昆虫的大脑容量足以使它们拥有思维活动。