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。     

昆虫复眼的仿生学应用

昆虫复眼结构独特、功能优异,是重要的仿生对象。仿生学家模拟复眼特性研发了人造同位复眼照相机;模拟蜻蜓复眼结构研制了相控阵雷达;从蚂蚁、蜜蜂和其他昆虫的复眼结构中得到启示,研制了偏振光导航仪;根据甲虫的视动反应机制研制出空对地速度计。科学家还对昆虫复眼的信息加工原理进行研究,研制出寻的末制导装置;法国科学家研制出仿复眼视觉导航装置及昆虫化机器人。     

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。     

椰心叶甲啮小蜂复眼和触角在交配中的作用及其超微结构的扫描电镜观察

对寄生蜂交配行为的了解将有助于发展对其行为调控的技术,提高寄生蜂对害虫控制的效能。为探讨椰心叶甲啮小蜂Tetrastichus brontispae Ferrière的复眼和触角在交配中的作用,用水溶性黑色素和液体石蜡分别涂抹该蜂复眼和触角后观察其交配行为,并利用扫描电镜（SEM）观察其复眼和触角的超微结构,分析雌、雄蜂触角感器的分布与数量差异。结果表明：椰心叶甲啮小蜂雄蜂的复眼在交配过程中起重要作用,雌蜂复眼作用不显著。在椰心叶甲啮小蜂求偶识别和接受过程中,雄蜂触角柄节部位起主要作用,其次是棒节部位,再次是鞭节的索亚节部位,而雌蜂触角鞭节索亚节部位起主要作用,然后是棒节部位,最后是柄节部位。扫描电镜观察表明椰心叶甲啮小蜂触角上共有8种感器,其中毛形感器和板形感器是主要感器,雌、雄蜂触角有明显的性二型现象,表现为触角大小不同及触角感器类型、大小、数量、分布不同。     

棉铃虫和玉米螟成虫复眼光反应特性的比较研究

通过记录棉铃虫和玉米螟复眼的网膜电图（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｅｔｉｎｏｇｒａｍ,ＥＲＧ）比较了二者对光刺激的反应特性。结果如下：（１）二者具有相似的光谱反应曲线,均对５６２ｎｍ的光最敏感,另外对４００ｎｍ、４８３ｎｍ光也较敏感;（２）二者对这三种敏感光的光强度曲线近似,在一定范围内均近似线性递增,但玉米螟复眼ＥＲＧ在５６２ｎｍ和４８３ｎｍ下具有更高的反应幅度;（３）二者对白光的光强度曲线也近似,但随复眼适应状态及测试时间的不同,表现出不同的光敏感性。在相同条件下,棉铃虫复眼表现出更强的敏感性;同种昆虫复眼夜间比白天敏感,暗眼比亮眼敏感;（４）对不同测试时间复眼明暗状态转化的比较表明,棉铃虫复眼的ＥＲＧ反应具有更强的昼夜节律性。     

中华通草蛉复眼光感受性

运用视网膜电位（Electroretinogram,ERG）技术,对中华通草蛉Chrysopa sinica Tjedar成虫复眼在暗适应过程中对单色光和白光刺激的光感受变化进行了测定。结果表明：（1）在340～605 nm光谱范围内该草蛉的光反应表现3个峰,其中最高峰位于562 nm,次峰在524 nm,第3峰在460 nm;（2）一定光强度（LogI=4.5～0）范围内,其复眼ERG值随光强度的增强而增大,呈近线性增长式样;（3）暗适应时间影响其复眼的ERG值大小,在暗适应100 min时其ERG值达到稳定;（4）中华通草蛉复眼ERG的波形由4个部分组成：开光反应、正相电位、持续负电位和闭光反应。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

柑橘大实蝇成虫复眼的感光作用

【目的】分析柑橘大实蝇Bactrocera minax(Enderlein)成虫复眼的感光作用,为灯光诱杀柑橘大实蝇的绿色防控措施的开发和应用提供理论依据。【方法】本研究利用室内视觉行为实验方法测定遮蔽单眼、遮蔽复眼和同时遮蔽单复眼处理后不同日龄的柑橘大实蝇成虫在不同光强刺激下的趋光行为反应。【结果】与CK(未作任何遮蔽处理)相比,遮蔽复眼处理的成虫的趋光率显著降低,而遮蔽单眼处理的成虫的趋光率则基本不变。遮蔽复眼处理后的1日龄、5日龄和同时遮蔽单复眼处理后的3日龄的雌、雄成虫之间对于1 000 lx光照度的趋光率存在显著差异。不同日龄(1、3和5日龄)的成虫之间对于1 000 lx和2 000 lx光照度的趋光率均存在一定的差异。不同光强(500、1 000和2 000 lx)刺激对成虫的趋光率均有一定影响。【结论】成虫的趋光率与复眼、日龄、性别和光照强度均有关系,其中复眼的作用最明显。     

夜蛾趋光特性的研究:复眼转化过程中的行为变异

影响蛾类趋光性和灯光诱蛾效果的因素很多。过去,国内外许多观察和实验都侧重在研究光源的辐射光谱和辐射强度以及气候条件的影响。至于蛾类的主要感光器官的适应状态怎样影响趋光性,却极少引起注意。 陈元光等(1963)曾经用电生理学的方法,测出粘虫蛾复眼的暗适应过程大约为30—45分钟。Agee(1972)用电生理方法研究复眼,发现美国棉铃虫复眼在暗适应中,达到最高灵敏度的时间为30分至285分,雌、雄的平均时间分别为88分和115分;美国烟青虫雌、雄蛾的平均时间分别为119分和121分。最近,李典谟等(1977)以复眼反射光的增强作为暗适应的指标,测出烟青虫蛾在暗室内暗适应时,复眼的转化速率很不一致。快的个体约经过1小时就达到最大反射值;慢的个体则需经过3小时,而绝大多数个体(79％)则在1—2(1/2)小时内。因此,他们推测在入夜后的一段时间里,田间昆虫的眼由昼眼转化为夜眼的情况是各不相同的,并且认为这种差异会影响成虫对于灯光发生不同的行为反应。棉铃虫(Heliothis armigera)蛾是灯光防治的主要对象之一,为了进一步探索这个问题,我们认为有必要检查一下在日夜交替的自然暗适应条件下其复眼状态究竟是否一致,复眼状态怎样影响着趋光性,以便深入地了解夜蛾类趋光性的控制因素。     

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...     

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。     

关于光刺激所引起的大■复眼和视叶综合电反应的研究

(一)用一个10％ K_4Fe(CN)_6灌注的玻璃微电极記录了大蠊复眼及視叶不同深度部位对光刺激的电反应。这个电极是从对侧复眼插入的,它同时又与另外一个固定的角膜下电极作为辨差引导。对某些深度的电反应曾加以分析。 (二)电极接触基底膜时,无例外地产生一种振动电位;根据基底膜的位置卽可准确地断定复眼及視叶其他結构的位置。对复眼和视叶的結构曾簡单地加以描述。 (三)用小光点(直徑150μ)、光环(內徑150μ,外徑約1mm)和圓形光(直徑約1mm)刺激,檢查了視网膜电图的相加性和波形是否因刺激形状的不同而有所改变。結果表明,大蠊复眼視网膜电图是完全可以相加的,单相引导出的电位的形状与刺激光的形状无关。沒有証据指示在昆虫复眼有相当于脊椎动物的局部視网膜电图的存在。 (四)大蠊視网膜电图为一純负波,在这个负波里,可区別两个成分,N_1和N_2,它們在整个小网膜細胞层都可以不衰减地被記录出来;在基底膜紧下,主要只記录到N_2。視叶的外髓层也有一个正向电位反应,但它的电場不到达复眼。 (五)漸次增强明适应,N_1比N_2更快被压抑。 (六)对于大蠊視网膜电图某些部分的起源以及与其他某些昆虫的不同,本文曾加以讨論。     

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。     

光谱和光强度对龟纹瓢虫成虫趋光行为的影响

利用行为学方法研究了光谱、光强对龟纹瓢虫Propylea japonica(Thunberg)成虫的趋、避光行为的影响.结果显示:(1)在340～605nm波谱内其光谱趋光行为反应为多峰型,峰间主次不明显,紫外340nm处峰最高,趋光反应率达21%,其它各峰依大小次序分别位于绿光524nm、蓝光400～440nm和483nm处;(2)随光强增强其趋光反应率增大,白光和483nm刺激时其光强趋光行为反应呈一倒"L"型式样,524nm时呈一阶梯型,340nm时为一较平直的线型;光强最弱时仍均有一定趋光率,最强时均未出现高端平台;(3)性别对其光谱和光强度行为反应均有一定影响,但影响不大;(4)龟纹瓢虫无明显的避光反应,其避光行为可能是趋光行为衍生或其随机活动造成.结果表明:光谱对其趋光行为有一定影响,光强度的影响较大且其影响大小与波长因素有关;其复眼可感受的光强范围更宽.     

粘虫蛾复眼对不同照度的反应

<正> 光场对昆虫行为的作用是复杂的,它受多种因素的影响。例如:波长、光亮度、环境温、湿度以及季节变化和时差等外界条件及复眼的生理状况,光、暗适应程度等内在因素都直接地影响着蛾子的趋光行为。揭示这些因素之间的错综关系,对不断改进光源、合理地布局灯防区、准确地掌握开灯的有利时机,使灯光防治在综合治理中发挥高效作用是十分必要的。为     

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。