王吉申，崔 俊，劉憶琀，丁 申，歐萬發(fā)，李孟樓

(西北農林科技大學 林學院，陜西 楊凌 712100)

花絨寄甲巨型昆蟲圍心細胞的掃描電鏡觀察

王吉申，崔 俊，劉憶琀，丁 申，歐萬發(fā)，李孟樓

(西北農林科技大學 林學院，陜西 楊凌 712100)

【目的】 研究花絨寄甲圍心細胞形態(tài)、數量和分布特點，為了解其結構和功能提供基礎。【方法】 以經多代繁育的花絨寄甲幼蟲、蛹和成蟲為材料，用掃描電鏡對其心臟和巨型圍心細胞形態(tài)進行解剖觀察?！窘Y果】 花絨寄甲的背血管屬于直管型，心臟起始于第2腹節(jié)，心臟表面覆蓋著縱向的心包膜肌肉，心臟由6個心室組成，每個心室兩側分別整齊排列著5～7對巨型圍心細胞，直徑達(114.2±3.9) μm?；ńq寄甲幼蟲、蛹和成蟲期圍心細胞的數量和形態(tài)無顯著差異，圍心細胞與心室接觸表面的空隙處存在大量血細胞?！窘Y論】 花絨寄甲的圍心細胞在胚胎期可能已完成了所有的分化和發(fā)育，具備了完整的功能。

花絨寄甲；心臟；圍心細胞；超微結構

花絨寄甲(Dastarcushelophoroides(Fairmaire))隸屬于穴甲科(Bothrideridae)，分布于中國和日本，是天牛的重要天敵[1-2]。用花絨寄甲防治天牛具有對環(huán)境安全、防治效果顯著、控害周期長等優(yōu)點。有關花絨寄甲的生物學特性、人工飼養(yǎng)及其對多種天牛的防治效果已有研究報道[3-6]。隨著花絨寄甲釋放和利用技術的完善與成熟，有關其在天牛防治上的應用研究發(fā)展迅速[7-10]。提高花絨寄甲的飼養(yǎng)效率、保持飼養(yǎng)種群的質量成為目前需要解決的問題之一，西北農林科技大學林學院森林害蟲生物防治實驗室飼養(yǎng)的部分花絨寄甲成蟲壽命已達9年以上，但仍具備一定的生殖力，分析花絨寄甲體內器官的解剖結構特征，對更加有效地飼養(yǎng)和利用花絨寄甲具有重要意義。

在昆蟲的開放型循環(huán)系統(tǒng)中，圍心細胞是一種重要的吞噬細胞(Athrocytes)，其又稱為腎原細胞(Nephrocytes)、背腎細胞，具有類似于肝臟細網內皮系統(tǒng)的作用，含有正鐵血紅素、膽綠素，可吞噬帶有負電荷的膠體，具有調節(jié)昆蟲血淋巴中物質平衡、清除血淋巴中有毒物質的功能[11-13]。Das等[14]采用細胞凋亡的方式去除果蠅圍心細胞后，發(fā)現其壽命和抗藥性顯著降低。本研究在前期的解剖試驗中發(fā)現，花絨寄甲成蟲背血管兩側整齊排列著索狀的巨型圍心細胞(Pericardial cell,PCs)，但其他昆蟲的圍心細胞排列不整齊，且常難以辨別。為探討花絨寄甲這種細胞是否與其維持長壽命有關，本研究對花絨寄甲的心臟及圍心細胞進行了掃描電鏡觀察，以期為深入了解其細胞結構和功能提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 試 蟲

花絨寄甲成蟲、幼蟲和蛹由西北農林科技大學林學院森林昆蟲實驗室提供，1998年3月和7月自中國陜西省武功縣采集花絨寄甲成蟲，并分別繁育和飼養(yǎng)至今，飼養(yǎng)室日均溫為(22.35±4.72) ℃，16 h光照/8 h黑暗。幼蟲接種于替代寄主飼養(yǎng)，成蟲飼喂人工飼料[4,15]。選擇個體大小一致的花絨寄甲幼蟲、蛹和成蟲各20頭用于試驗。

1.2 試蟲處理及圍心細胞的解剖

在解剖鏡下分別解剖花絨寄甲幼蟲、蛹和成蟲。配制1 mol/L、pH 7.2 磷酸緩沖液作為解剖液。用昆蟲針將成蟲固定于蠟盤上，在解剖液中用手術刀去除成蟲腹板，用磷酸緩沖液沖洗，去除腹部器官、脂肪體和血淋巴后，將含背血管和圍心細胞的背部組織放入體積分數2.5%戊二醛固定液中于4 ℃下固定備用。

用昆蟲針將幼蟲或蛹固定于蠟盤上，在解剖液中用手術刀沿體側剖開蟲體，用昆蟲針固定表皮，露出試蟲內部組織，用磷酸緩沖液小心沖洗，去除腹部器官、脂肪體和血淋巴，用剪刀去除背板以外其他表皮部分，將含背血管和圍心細胞的背部組織放入體積分數2.5%的戊二醛固定液中，于4 ℃下固定備用。

1.3 圍心細胞解剖樣品的掃描電鏡觀察

將1.2中的圍心細胞解剖材料用0.1 mol/L pH 7.2磷酸緩沖液漂洗4次后，置于體積分數1%鋨酸中，4 ℃下固定2 h，再用0.1 mol/L、pH 7.2磷酸緩沖液漂洗3次；然后依次用體積分數30%，50%，75%，80%，90%和100%的乙醇各脫水1次，體積分數100%丙酮脫水2次；用乙酸異戊酯置換丙酮2次后，利用CO2在其臨界溫度(31.26 ℃)下干燥。將樣品在真空離子鍍膜儀內噴鍍10～20 nm的金薄膜，然后置于掃描電子顯微鏡下觀察并拍照。

2 結果與分析

2.1 花絨寄甲成蟲心臟的解剖觀察

花絨寄甲的背血管包括頭部大血管(Cephalic aorta)、胸部大血管(Thoracic aorta)和心臟(Heart)3段(圖1)。掃描電鏡觀察結果表明，花絨寄甲成蟲的背血管屬于直管型(圖2-A)；心臟起始于第2腹節(jié)，心臟表面的心包膜由縱向心包膜肌肉和結締組織構成，心臟由6個心室組成(v1～v6)，每個心室兩側分別排列著5～7對巨型圍心細胞，翼狀肌和心臟兩側的5～7對巨型圍心細胞與心臟表面粘連(圖2-A，B)；圍心細胞分布于背血管兩側，整齊排列成索狀(圖1，圖2-A)；心臟的每個小室前端有1個小管突進前面的心室，形成小室間的瓣膜(圖2-C)；每個心室末端有心門，提供血淋巴進入心臟的通道(圖2-D)。

2.2 花絨寄甲幼蟲、蛹和成蟲圍心細胞的解剖觀察

花絨寄甲成蟲各心室兩側整齊排列著由一束比翼狀肌牽引的5～7對巨型圍心細胞，細胞飽滿，呈球形，直徑為(114.2±3.9) μm，翼狀肌絲端部陷進圍心細胞表面(圖3-A，B)；動脈兩側的圍心細胞呈不規(guī)則的扁長圓狀，由結締組織將其與動脈表面相連接，從而附著在動脈兩側(圖3-C)。圍心細胞與心室接觸的表面有很多形狀和大小不一的突起，從而在接觸處形成了大小不一的孔洞，孔洞間可見血細胞(圖3-D，E)；圍心細胞表面的這些突起則深入到心室表面的結締組織(心包膜)中(圖3-F)。花絨寄甲幼蟲、蛹的心臟及圍心細胞形態(tài)與成蟲沒有差異(圖4)，幼蟲的圍心細胞直徑為(141.1±2.3) μm，蛹的圍心細胞直徑為(79.4±4.2) μm。由此可見，圍心細胞可能在代謝功能上與血淋巴有關，也可能與血淋巴的新陳代謝及心室的物質交換相關。

圖1 花絨寄甲成蟲的腹部背血管及圍心細胞 A.成蟲背板；B.成蟲心臟和圍心細胞；C.背血管模式圖；箭頭所示為圍心細胞所在位置Fig.1 The dorsal vessel and pericardial cell in abdominal of adult D.helophoroides A.The tergum of D.helophoroides adult;B.The heart and pericardial cell of D.helophoroides adult; C.The mode pattern of dorsal vessel;Arrowhead.The location of pericardial cell

圖2 花絨寄甲成蟲心臟的掃描電鏡觀察A．直管型心臟；B．心臟表面心包膜的縱向肌肉；C．心臟小室的前末端；D．心臟側壁的心門；a．翼狀?。籪．脂肪體；mk．瓣膜；h．心臟；o．心門；p1．心室側的巨型圍心細胞；p2．動脈側圍心細胞；ps．心包膜；v1～v6．心室Fig.2 SEM images of the heart of adult D.helophoroides A.The tubular heart;B.Heart covered by longitudinal muscles of pericardial septum;C.The extreme of heart ventricle;D.The ostium of the heart wall;a.Alary muscles;f.Fat body;mk.Valve;h.Heart;o.Ostium;p1.The big pericardial cells alongside the heart ventricle; p2.The pericardial cells alongside the artery;ps.Pericardium;v1-v6.6 different ventricular

圖3 花絨寄甲成蟲圍心細胞的掃描電鏡觀察A．每個心室旁的圍心細胞； B．第2心室旁的p1型圍心細胞；C．第5心室旁的p2型圍心細胞；D．圍心細胞上的血細胞和供血細胞進出的孔洞；E．圍心細胞與心室接觸處的乳狀或梁狀突起； F．圍心細胞突起與心室表面的連接；h．心臟；p1．心室側的巨型圍心細胞；p2．動脈側圍心細胞；a．翼狀??；f．脂肪體； bc．血細胞；po．圍心細胞上的孔洞；ct．圍心細胞的突起 Fig.3 SEM images of the pericardial cells of adult D.Helophoroides A.Pericardial cells located alongside each heart ventricle;B.The P1 type pericardial cell alongside the second heart ventricle;C.The P2 type pericardial cell alongside thefifth heart ventricle;D.Some ostias on the pericardial cells for the turnover of hemocytes; E.The mastoid or beam process between pericardial cell and heart ventricle;F.The connection between pericardial cell and heart ventricle;h.Heart;p1.The big pericardial cells alongside the heart ventricle;p2.The pericardial cells alongside the artery;a.Alary muscles;f.Fat body; bc.Blood cell (hemocytes);po.The ostias on pericardial cell;ct.The connective tissue sheath on pericardial cell

圖4 花絨寄甲幼蟲和蛹心臟及圍心細胞的掃描電鏡觀察A．幼蟲；B．蛹；p1．心室側的巨型圍心細胞；a．翼狀??；h．心臟；f．脂肪體 Fig.4 SEM images of the pericardial cells of D.helophoroides larva and pupa

3 討 論

對果蠅心臟發(fā)育的研究發(fā)現，不同發(fā)育階段試蟲的圍心細胞數量存在很大差異；在胚胎期，沿背血管有120～130個圍心細胞分布，而到了成蟲期則只有40～50 個圍心細胞[16-17]；那些消失的圍心細胞在成蟲期分化成為其他細胞，其中8個分化成為翼心臟細胞(Wing hearts)[18]，其余的分化成為與心臟相關的腎原細胞(Nephrocytes)[14,19-20]。與上述研究結果不同，本研究發(fā)現，花絨寄甲幼蟲、蛹和成蟲圍心細胞的數量和形態(tài)無顯著差異。而Shah等[21]認為，果蠅胚胎期圍心細胞與成蟲期圍心細胞的超微結構相似，表明其在胚胎分化早期已經具備所有的功能。因此推測，花絨寄甲的圍心細胞在胚胎期就完成了所有的分化和發(fā)育，具備了完整的功能。

前人在研究中發(fā)現，果蠅、蜜蜂等昆蟲的圍心細胞均是鑲嵌在翼狀肌中的獨立懸浮細胞，其基部未與心臟表面連接，不參與昆蟲心臟的形態(tài)發(fā)育，只具有腎原細胞功能，吞噬和清除血淋巴中的雜質和毒素[14,22]。而在鞘翅目七星瓢蟲(Coccinellaseptempunctata)圍心細胞的細胞質中檢測到了神經分泌物質的存在，表明圍心細胞是神經血器官附件，具有神經分泌功能[23]。本研究發(fā)現，花絨寄甲的p1型圍心細胞表面的突起深入到心臟表面的結締組織(心包膜)中，且圍心細胞表面存在不同形狀和大小的孔洞，可能是分泌物質進出的通道。另外，果蠅[12]、蚊[13]、弄蝶[24]、煙草天蛾[25]等昆蟲的圍心細胞直徑僅為25～80 μm，且未與心臟直接連接。本研究中花絨寄甲p1型圍心細胞直徑達(114.2±3.9) μm，顯然屬于特大型昆蟲圍心細胞，p1型圍心細胞與心室接觸表面的空隙處存在大量血細胞。花絨寄甲p1型圍心細胞的生理功能及其與血淋巴新陳代謝和心臟的物質交換之間是否存在直接關系等，還有待進一步研究。

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SEM study of the giant pericardial cells ofDastarcushelophoroides

WANG Ji-shen,CUI Jun,LIU Yi-han,DING Shen,OU Wan-fa,LI Meng-lou

(CollegeofForestry,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 Research on the morphology,amount and distribution characteristics of pericardial cells inDastarcushelophoroides,can provide the basis for understanding their structure and function better.【Method】 The heart and pericardial cell were dissected from larvae, pupae and adultsDastarcushelophoroidesand then were investigated using scanning electron microscopy.【Result】 The dorsal vessel ofDastarcushelophoroideswas a straight tube.The heart covered by a muscular tube located directly below the dorsal cuticle began from the second abdominal uromere,and it consisted 6 ventricles with 5-7 pericardial cells located alongside each heart ventricle and alary muscles displaying ramifications that extend from the body wall to the heart surface.The diameter of the pericardial cells was (114.2±3.9) μm,and the morphology,amount of pericardial cells from larvae,pupae and adultsDastarcushelophoroideshad no significant difference.【Conclusion】 The result indicates that the differentiation and development of pericardial cells ofDastarcushelophoroidesare completed during embryonic period, and possesse integrated function.

Dastarcushelophoroides;heart;pericardial cell;ultrastructure

2013-12-02

國家自然科學基金項目(31170608)；2012年國家級大學生科技創(chuàng)新項目“羥基馬桑毒素對花絨寄甲圍心細胞超微結構的影響”(1210712046)

王吉申(1991-)，男，云南永德人，西北農林科技大學林學院森林保護專業(yè)2010級本科生。

李孟樓(1957-)，男，陜西富平人，教授，博士生導師，主要從事森林害蟲防治及殺蟲劑毒理研究。

時間:2015-03-12 14:17

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.04.002

S763

A

1671-9387(2015)04-0123-05

網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150312.1417.002.html