蝶类复眼小眼面表面超微结构的比较研究

利用扫描电子显微镜观察了6种蝶复眼小眼面的表面结构。发现小眼面表面覆盖着均匀的小圆形凸起颗粒,在中央处有一由凹凸及纹褶构成的特殊结构。这种结构在蝶类各科之间有明显区别,表现其各自的不同特征。     

家蚕光泽小眼(varnished eye)突变基因的精细定位

家蚕(Bombyx mori)光泽小眼(varnished eye,ve)突变体是家蚕突变品种中少数关于家蚕复眼形态异常的自然隐性突变品种之一,表现为成虫复眼小,表面富有光泽,有瘤状突起;小眼数量少且不规则。经典遗传学连锁图谱将ve基因定位在第6连锁群32.2座位,但到目前为止,该突变性状的形成机理仍不清楚。文章以突变品种ve和对照品种Dz为亲本,杂交产生的F1代雄个体与轮回亲本ve雌个体回交产生的BC1代为材料进行ve基因的精细定位。通过对ve低密度连锁图谱分析发现,ve基因被定位在SNP3~SNP6之间,物理图谱距离大约为1.2 Mb。利用1563个BC1代个体构建ve高密度连锁图谱,最终将ve基因定位在SNP5~SNP61之间,物理图谱距离大约为221.8 kb。通过家蚕基因数据库对ve最终定位区域内进行预测基因检索,发现有6个预测基因。对6个预测基因进行生物信息学分析和测序,这些候选基因都有可能参与家蚕复眼形成,但在编码区没有发现ve特异的突变位点;对这些候选基因进行表达分析,发现编号为BGIBMGA013642的候选基因在ve复眼形成过程中的表达量明显比正常对照Dz低,推测该基因为最佳候选基因。     

白薯天蛾的复眼结构及形态特征

白薯天蛾Herse convolvuli L.复眼的外部形状与棉铃虫蛾Heliothis armigera Hübner眼虽较相似但其结构却明显不同,大小也不等,其长为4.28毫米,宽为3.78毫米,整个复眼大约有27,000个小眼组成。小眼密度为1177.9/毫米,约为棉铃虫蛾小眼密度的1/3。复眼不同部位上的小眼长度不等,侧部最短,背、后、前、腹依次递增。视杆长度占小眼总长的比例明显地短于棉铃虫,其侧部小眼的视杆约占小眼总长的23%,而腹部视杆仅占小眼总长的18%左右。屏蔽色素移动的幅度也较小,当充分光适应色素带最宽时才仅占屈光器加透明区总长的35%左右,同样条件下棉铃虫蛾眼的色素带可宽达80%以上。网膜细胞在透明区基部膨大,细胞核大多数在此集中。本文对小眼及小眼间16个不同水平的横切面进行了形态上的描述并根据小眼结构上的某些特征讨论了与其功能和蛾子趋光行为之间相关的一些问题。     

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。     

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。     

桃小食心虫复眼的外部形态及结构特征*

桃小食心虫(Carposina nipponensis Wals)蛾复眼的外部形态与棉铃虫(Heliothis armi-gera Hubner)蛾等较相似,但大小及结构明显不同,它的体长为o.54毫米,宽为o.50毫米,每只复眼大约有l500个小眼组成。 小眼密度为每平方毫米3301个。透明区占小眼总长的64%。网膜细胞多在远端膨大,细胞核也大都在此集中。本文对小眼及其周围分10个层次进行了描述和摄影。     

锯缘青蟹复眼的形态和超微结构

对锯缘青蟹(Scylla serrata)的复眼做了电镜观察。扫描电镜下,半球形复眼的背面有一拇指状的无小眼区。透射电镜下,小眼为十足目短尾类特有的长六边形;复眼内小眼的感光系统包括了11个小网膜细胞(RCs),4个RCs位于感光部分的远端,7个RCs构成了感光系统的近端主体;上下两群细胞连接处清晰显示“4 7”且有局部交错的结构。这与三疣梭子蟹和罗氏沼虾溞状幼体的文献记述相似,而与蜘蛛蟹和中华绒螯蟹的“1 7”结构不同,可能与它们对视觉依赖程度差异有关。     

红火蚁复眼的扫描电镜观察

了解红火蚁Solenopsis invicta Buren复眼形态结构及其与不同性别、品级的关系,为探索其基于视觉行为习性的、有效的非化学防控措施提供新思路和依据。采用扫描电镜技术,比较研究红火蚁工蚁、有翅雌蚁、雄蚁的复眼形态差异。结果表明:(1)工蚁复眼圆形,略外凸,小眼数约110个;雌蚁复眼长椭圆形,外凸,小眼数约510个;雄蚁复眼近半球形,小眼数约805个;(2)工、雌和雄蚁复眼中心区域小眼排列较紧密,多为较规则的五、六边形,边缘区域小眼排列不紧密,多为不规则的四至六边形,且少量相邻小眼的间距较大。工蚁、雌蚁和雄蚁复眼小眼面积大小依次为500,360,348.61μm2,同品级内小眼面大小相差不大;(3)雌、雄蚁复眼中心区域近背区小眼间着生少量感觉毛,感觉毛长度和直径依次为:雌蚁17.5~90.2,2.16~4.29μm,雄蚁17.5~27.9,1.41~2.52μm。表明雌蚁、雄蚁复眼及视力较发达,工蚁则较弱,不同性别或品级个体复眼的形状、小眼数目和形状、表面被物均有较大差异和区域性分化。     

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。     

螺旋粉虱成虫的复眼形态及其内部结构

采用扫描电镜和组织切片法,观察了螺旋粉虱Aleurodicus dispersus Russell成虫复眼的形态及其显微结构。结果表明,螺旋粉虱复眼半球状,呈“∞”形分布于头部两侧,单个复眼约由253个小眼组成;各小眼面微凸,复眼中心区域小眼多为规则的六边形,密集排列似蜂窝状;近背区边缘小眼多为五边形或近圆形,小眼排列疏松,且少量相邻小眼的间距较大。雌、雄复眼小眼面积约为85μm2。单个小眼由角膜、晶体、网膜细胞及其特化产生的视杆和基细胞等几部分组成。晶体有四个晶锥细胞构成,晶体、视杆周围和色素细胞内均含有大量的色素颗粒。螺旋粉虱的复眼属于并置复眼。光、暗条件下,小眼的色素颗粒分布有所不同。光适应条件下,色素颗粒较均匀地分布于视杆上下两侧;暗适应状态下,色素颗粒则主要分布在视杆上侧和晶体下侧。而在相同的明、暗适应条件下,性别对色素颗粒的分布无显著影响。     

家蚕半乳糖凝集素BmGalectin-4的表达、纯化及性质分析

【目的】鉴定一种新的家蚕Bombyx mori半乳糖凝集素(galectin)基因,分析其序列和结构特征,测定其在微生物感染后的表达变化,分析其重组表达蛋白与微生物及微生物表面多糖分子的结合特性。【方法】利用TBlastN从家蚕基因组数据库中搜索得到一种新的半乳糖凝集素基因,命名为BmGalectin-4。利用生物信息学分析其序列和结构特征,用半定量RT-PCR检测家蚕分别感染病原菌绿脓杆菌Pseudomonas aeruginosa、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和白色念珠菌Candidiasis albicans后BmGalectin-4在不同组织中的表达变化,采用原核表达技术对该基因进行重组表达,并利用亲和层析得到纯化的蛋白。通过ELISA检测BmGalectin-4与细菌和真菌的结合;通过Western blot检测它与多糖的结合。【结果】序列分析显示,BmGalectin-4是一种串联重复型半乳糖凝集素,含有2个糖识别结构域,其结构非常保守。RT-PCR检测表明,BmGalectin-4在家蚕脂肪体、血细胞和中肠中都有表达,且感染细菌和真菌后其表达有显著变化。纯化的重组BmGalectin-4与革兰氏阳性菌、阴性菌和真菌有较强的结合,与微生物表面多糖的结合试验表明其识别有较高的特异性。【结论】BmGalectin-4 是一个典型的串联重复型半乳糖凝集素,可能参与家蚕对病原微生物的免疫防御反应。本研究为进一步研究昆虫中半乳糖凝集素的功能奠定了基础。     

感染球孢白僵菌的家蚕免疫应答差异表达基因分析

【目的】筛选家蚕Bombyx mori应对白僵菌Beauveria bassiana侵染的应答基因, 以进一步研究家蚕抵御真菌侵染的分子机制。【方法】采用新一代Solexa高通量测序技术对感染白僵菌及未感染白僵菌的对照组家蚕进行了测序分析, 筛选差异表达基因; 结合生物信息学工具分析差异表达基因的功能注释、 分类及涉及的信号通路等; 应用荧光定量PCR技术验证10个基因的差异表达。【结果】通过测序和生物信息学分析共获得377个差异表达基因, 其中表达上调基因236个, 下调基因141个; KEGG通路分析表明, 各通路中既有表达上调的基因, 也有下调基因; 12个上调基因、 26个下调基因参与3个显著性富集的KEGG通路, 即核糖体、 氨酰tRNA生物合成和剪接体通路。定量PCR与测序结果显示, 溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S-转移酶、 肽聚糖识别蛋白等与免疫应激相关的蛋白基因均呈现表达上调。【结论】本研究筛选获得的差异表达基因, 特别是上调表达的基因可能与家蚕应对白僵菌侵染的应答机制有关, 其中与免疫应激相关的蛋白基因如溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S 转移酶、 肽聚糖识别蛋白基因等可能直接参与了家蚕对白僵菌的免疫识别和防御, 研究结果为从分子水平阐明家蚕抵御真菌侵染的防御机制和白僵菌对家蚕的致病机理提供新的依据。     

低温冷藏提高家蚕滞育卵NAD含量和胞质苹果酸脱氢酶活性

为了调查5℃低温处理是否改变家蚕Bombyx mori卵滞育NAD代谢, 本研究利用HPLC和分光光度法测定了经25℃和5℃分别处理的滞育卵中NADH 含量、 NAD⁺含量、 乳酸脱氢酶（LDH）活性和胞质苹果酸脱氢酶（cMDH）活性。结果表明： 5℃处理的NAD（NADH + NAD⁺）含量和cMDH活性分别增加了106%和53%, 并且显著高于25℃处理（P< 0.01）; 但是两种处理的NADH/NAD⁺比值和LDH活性没有显著差异（P> 0.05）。据此推测, 5℃低温处理加强了家蚕滞育卵NAD⁺合成和再生能力。     

氟化物对家蚕耐氟和氟敏感品种肠道中留存产酶菌群落组成和多样性的影响

【目的】研究氟化物对家蚕Bombyx mori肠道内留存产酶菌的影响, 有助于了解家蚕耐氟和氟敏品种的耐氟力差异。【方法】分别给家蚕耐氟品种T6和氟敏品种734添食NaF溶液浸泡后的新鲜桑叶, 至5龄第3天取材。采用筛选培养基筛选产蛋白酶、 纤维素酶、 脂肪酶、 淀粉酶的菌株, 并结合16S rDNA系统发育关系, 对菌株进行分类鉴定。【结果】家蚕肠道内产消化酶细菌有芽孢杆菌属Bacillus、 葡萄球菌属Staphylococcus、 肠杆菌属Enterobacter和不动杆菌属Acinetobacter和微小杆菌属Exiguobaterium, 其中芽孢杆菌Bacillus sp.、 葡萄球菌Staphylococcus sp. 和不动杆菌Acinetobacter sp.细菌可同时产4种酶。氟中毒后T6肠道内产酶菌由5种减少到4种, 734肠道内产酶菌由2种减少到1种。【结论】家蚕肠道内留存的产酶菌与家蚕自身的耐氟能力相关。     

芸香苷对家蚕谷胱甘肽-S-转移酶部分基因的诱导表达

谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferases, GSTs) 是对一种机体的解毒代谢起重要作用并可以被诱导的酶系。为了从分子水平上探究家蚕Bombyx mori GSTs 基因与植物次生物质芸香苷代谢的关系, 本实验采用双跟踪标定定量PCR (dual-spike-in qPCR)方法, 用 5×10^-1, 5×10^-2, 5×10^-3 ng/μL 3 个浓度芸香苷溶液处理家蚕5龄幼虫, 并对各组织中 GSTs Epsilon 家族不同基因的转录水平进行检测。结果显示, 浓度为 5×10^-2 ng/μL 的芸香苷溶液能诱导GSTs 基因的转录水平发生显著变化。在中肠中, BmGSTe1, BmGSTe2 和 BmGSTe6的诱导转录水平较高, 在诱导后24 h达到最大值; 在脂肪体中BmGSTe1, BmGSTe6和BmGSTe7的转录水平相对较高且分别在诱导后 2 h, 2 h和4 h 达到最大值; 而GSTs基因在马氏管中表达量均很低或者检测不到表达。与 5×10^-2 ng/μL 浓度相比, 5×10^-1 ng/μL 的芸香苷溶液诱导后各基因的转录水平上升的幅度较小并且达到峰值的时间不同, 而 5×10^-3 ng/μL 浓度的芸香苷溶液并不能使GSTs基因的诱导转录水平发生变化。结果提示, 家蚕 GSTs Epsilon 家族基因对芸香苷的代谢具有重要作用。     

PI3K和受体型酪氨酸激酶介导家蚕麻痹肽免疫诱导信号的传递

【目的】普遍存在于鳞翅目昆虫中的ENF肽具有非常相似的结构和生理功能, 对昆虫的发育、 免疫、 应激反应等方面都起着重要的调控作用。有研究报道, 作为ENF肽家族成员之一的家蚕Bombyx mori麻痹肽（paralytic peptide, PP）通过激活MAPK来调控家蚕的免疫应答, 但其完整的分子作用机制尚不明确。本研究旨在解析传递家蚕PP免疫诱导信号的分子通路。【方法】首先通过荧光定量PCR检测了多种昆虫细胞系在PP诱导下抗菌肽基因的转录水平, 并利用Western blot检测p38 MAPK的磷酸化水平, 然后利用不同信号传递分子的抑制剂处理BmE细胞筛选参与传递PP免疫诱导信号的分子。【结果】PI3K抑制剂LY294002和受体型酪酸激酶抑制剂Genistein抑制了PP对BmE细胞抗菌肽基因表达的诱导作用; 且BmE细胞和家蚕血细胞在PP的诱导下, Akt和大小约为70 kDa的细胞膜蛋白均出现磷酸化水平的动态变化。【结论】PI3K/Akt信号通路和Genistein敏感性的受体型酪氨酸激酶介导了PP免疫诱导信号的传递。     

家蚕磷酸吡哆醇氧化酶基因的表达谱分析

【目的】了解家蚕Bombyx mori维生素B6关键代谢酶磷酸吡哆醇氧化酶（pyridoxine- 5′-phosphate oxidase, PNPO）基因在家蚕不同发育阶段及5龄幼虫不同组织中的表达差异。【方法】将家蚕PNPO基因的重组表达质粒pET-22b(+)-PNPO转化入大肠杆菌Escherichia coli Rosetta中诱导表达, 纯化蛋白制备多克隆抗体。分别采用荧光定量PCR和Western blot方法对家蚕PNPO基因进行了转录水平和翻译水平的表达分析。【结果】在家蚕发育水平上, 5龄幼虫的PNPO翻译量为最高。PNPO基因在5龄幼虫各组织中的转录水平由高到低依次为精巢、 头、 中肠、 马氏管、 卵巢、 表皮、 脂肪体、 丝腺; 翻译量也以精巢为最高, 其次是头、 中肠和马氏管。【结论】明确了PNPO在家蚕各发育阶段及5龄幼虫各组织中的表达情况。     

两广地区家蚕白僵菌的SSRs遗传多样性

为查明广东和广西地区家蚕Bombyx mori病原白僵菌的来源及其菌株间的相互关系, 本研究利用了微卫星标记（simple sequence repeats, SSRs）技术, 分别对采自广东、 广西蚕区的白僵菌菌株居群之间和居群之内的遗传多态性进行了研究。结果发现, 两广白僵菌居群之间的基因分化系数（Gst）是0.0590, 多态位点百分率（PPL）为97.73%, Nei氏基因多样性指数（H）为0.1896, Shannon氏信息多样性指数（I）为0.3165, 表明两广家蚕来源的白僵菌居群间的遗传分化较小; 两个居群内部的遗传多态性研究结果分别是广东白僵菌居群的PPL=68.18%, H=0.1910, I=0.3044, 而广西白僵菌居群的PPL=65.91%, H=0.1713, I=0.1791, 表明广东白僵菌居群的遗传多样性水平较高, 广西白僵菌居群遗传多样性水平相对较低。最后, 利用Nei氏遗传距离进行了两广地区白僵菌菌株间地理来源关系的聚类分析, 结果表明实验室保存菌株单独聚为类群Ⅰ, 而不同采集地的菌株聚为类群Ⅱ。结果反映了生产来源的白僵菌菌株存在遗传多态性和基因分化现象, 暗示了家蚕白僵病病原来源的复杂性, 还说明应用SSRs技术进行家蚕白僵病病原的溯源是一条可行的途径。     

家蚕细胞色素P450基因CYP6AE21的克隆、表达分析及亚细胞定位

信号失活是嗅觉动态过程的一个重要步骤, 这一过程涉及多样的气味降解酶类。本研究利用RT-PCR方法从家蚕Bombyx mori雄蛾的触角中克隆了一个细胞色素P450基因CYP6AE21。该基因含有一个1 572 bp的开放阅读框（open reading frame, ORF）, 编码523个氨基酸, 预测分子量为60.5 kD, 等电点为8.4, 含有细胞色素P450的特征序列血红素结合位点区域。CYP6AE21和CYP6AE2基因一样在相同位置含有1个内含子序列, 且相应的2个外显子大小相同。两者的核苷酸序列相似性达到94.5%, 且在基因组上以头尾相连的方式成簇排列, 中间由约7.6 kb核苷酸序列隔开。CYP6AE21在幼虫的头部和脂肪体, 以及雄蛾和雌蛾的触角中表达量较高; 在幼虫的其他组织和蛾的多个组织中也有一定的表达。P450酶系的重要组分之一--NADPH细胞色素P450还原酶（cytochrome P450 reductase, CPR）基因也在雌蛾和雄蛾触角中高水平表达, 而在其他组织中表达量相对较低。亚细胞定位分析表明CYP6AE21表达产物定位于细胞质中。推测CYP6AE21和CYP6AE2是由其中一个基因加倍复制形成的; 此P450的功能之一可能是参与内化进细胞的气味分子的降解清除。     

镉胁迫对家蚕脂肪体脂质过氧化物含量及抗氧化酶活性和mRNA表达的影响

【目的】探讨鳞翅目模式昆虫家蚕Bombyx mori作为重金属污染的监测指示生物在镉胁迫下的酶反应及相关的基因表达。【方法】给家蚕幼虫期全龄添食镉(Cd²⁺), 调查不同性别家蚕5龄幼虫脂肪体中脂质过氧化物丙二醛（MDA）的含量, 超氧化物歧化酶（SOD）、 过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性及其基因表达水平的变化。【结果】Cd²⁺胁迫对雌雄家蚕MDA 含量均具有浓度效应关系, MDA含量随Cd²⁺胁迫浓度的升高而增加。Cd²⁺胁迫下, SOD和CAT活性表现为先升后降的变化趋势, Pearson相关性分析显示SOD和CAT活性变化有显著相关性(雄: R=0.770, P=0.001; 雌: R=0.854, P=0.000）。雌性家蚕脂肪体中CAT活性变化和Cat mRNA水平的表达具有正相关性（R=0.712, P=0.003）。雄性家蚕脂肪体中GSH-Px活性随Cd²⁺胁迫浓度的升高而增加, 显示浓度 效应关系, 12.5~50 mg/kg Cd²⁺胁迫组GSH-Px活性与对照相比有显著差异（P<0.05）, 其活性和GSH-Px mRNA水平的表达具有正相关性（R=0.834, P=0.000）; 雌性家蚕脂肪体中GSH-Px活性表现为先升后降的变化趋势, 12.5 mg/kg Cd²⁺胁迫组GSH-Px活性与对照相比有显著增加（P<0.01）。【结论】结果表明, 急性镉胁迫对家蚕脂肪体有明显的毒性作用, 其作用机制与脂质过氧化加剧和抗氧化酶活性变化有关。家蚕对重金属镉的解毒机制有性别相关性。