黄粉虫马氏管显微结构观察及功能分析

杨运华,石明旺,原丽

（河南科技学院,河南新乡 453003）

黄粉虫马氏管显微结构观察及功能分析

杨运华,石明旺,原丽

（河南科技学院,河南新乡 453003）

对黄粉虫老龄幼虫的马氏管进行了解剖、显微镜及电镜观察,结果表明：黄粉虫幼虫马氏管多为6根,着生在前后肠的交界处,并常超过体长.马氏管不同部位有不同的结构,决定了其具有不同的功能,其与肠壁细胞分泌的多浆物质组成隐肾管复合体,便于从粪便中回收水分,维持体内水分、盐分的平衡.黄粉虫幼虫马氏管结构观察和功能分析对研究其代谢生命活动的正常进行及进一步开发利用、进化研究等都具有重要意义.

黄粉虫；马氏管；形态结构；隐肾复合体

黄粉虫（TenebriomolitorLinneeus）在昆虫分类学中属于鞘翅目,拟步甲科,粉甲属.别名面包虫、高蛋白虫,通常也称黄粉甲.关于黄粉虫营养成分和营养价值的报道已经很多,它是集实验昆虫和资源昆虫于一身的“蛋白质饲料宝库”[1-3].昆虫通过排泄作用调节水分和盐分平衡,维持体内环境的相对恒定,从而保证生命活动的正常进行.马氏管在所有的排泄作用中占据主体位置[4].完成排弃代谢物和保护体内盐类及水分的平衡的双重作用,并且不同部位所发挥的作用不同[5].本实验通过对黄粉虫老龄幼虫的显微镜和电镜观察,探讨黄粉虫马氏管的形态结构及功能,为其后续研究利用提供理论依据.

1 材料和方法

1.1 材料

虫源：饲养的黄粉虫老龄幼虫.选择健康黄粉虫老龄幼虫若干条,75%酒精杀死.用卡诺氏液（无水乙醇6份、氯仿3份、冰醋酸1份）固定24 h,更换95%酒精2～3次后,用75%酒精保存.

1.2 方法

1.2.1 解剖镜及光学显微镜观察 用解剖剪自虫体两侧剪开,将黄粉虫固定于盛有生理盐水的蜡盘中,取出马氏管,保存于75%酒精中,取出部分马氏管置于培养皿中,加少许75%酒精,用XTL—3A型连续变倍体视显微镜和舜宇T3.15A视频显微镜及佳能Power ShotA650 IS进行观察及拍照.

1.2.2 扫描电镜观察 取出用75%酒精处理的马氏管,用1.0%～2.5%戊二醛固定,并用浓度逐渐增高的酒精处理,每次间隔15～20min,采用空气干燥法,干燥后的马氏管经解剖处理,用Quanta200环境扫描电子显微镜进行观察及拍照.

2 结果和分析

2.1 显微镜观察结果

黄粉虫幼虫的消化道平直而且较长,马氏管着生于中、后肠交界处,一般6条,基部较细、透明,往端部逐渐变粗,颜色也逐步加深,变为深黄色.马氏管较长,14～36mm,可充满整个体腔,大多数昆虫的马氏管均游离于血淋巴中,但是黄粉虫的6根马氏管顶端部分包被在一层有肠壁细胞分泌的多浆膜组成的围肾膜内,并与直肠紧密联结在一起,组成隐肾管复合体（cryptonephridialcomplex）.此结构有助于从粪便中回收水分和排出干燥的粪粒,便于水分回收；直肠壁厚、较细长.

图1 黄粉虫幼虫消化道和马氏管（a～d）

黄粉虫的消化道由前肠、中肠和后肠三部分组成（图1（a）～（d））.前肠较长,包括口腔、咽喉、食道、嗉囊及前胃等,其中嗉囊是食道后方的膨大部分,是食物暂时储存的场所,有初步消化的作用；前胃是前肠的最后端区域,也是消化道最特化的部位,具有磨碎食物和调节食物进入中肠的功能,并兼有过滤食物的作用；而贲门瓣是位于前胃后端由前肠突入中肠前端形成的一圈环状内褶,主要功能是引导前肠中的食物进入中肠,同时阻止中肠中的食物倒流进前肠.中肠较短,是一条前后粗细相当的管道,前端与前胃相接,后端以马氏管着生处与后肠分界；中肠的肠壁细胞层比较厚,因经常处在分泌和吸收状态.后肠是消化道的最后一段,前端以马氏管的着生处与中肠分界,后端终止于肛门；由回肠、结肠、直肠三部分组成；其功能是吸收排泄物中的水分和无机盐类,并排除食物残渣和代谢排泄物.

2.2 电镜扫描结果

黄粉虫的马氏管包括一层管壁细胞,外包一层坚韧而富弹性的基膜,基膜上分布有很多微气管和螺旋状横纹肌纤维（见图2（a）～（b））,使马氏管可以在血淋巴中伸缩扭动,广泛吸收排泄物质,上面有珠泡状薄膜似的泡形突起（水分从血腔进入管腔的通道）,此结构有利于马氏管对昆虫体内水分、盐类的平衡及调节作用.

图2 黄粉虫幼虫马氏管的电镜照片

3 结论与讨论

3.1对黄粉虫老龄幼虫的马氏管形态结构的研究和观察结果表明：马氏管为6根,并着生在前后肠的交界处,马氏管长度超过体长.研究结果对于深入研究黄粉虫老龄幼虫的马氏管功能具有指导性意义,因为未见此方面的报道.

3.2马氏管的排泄功能在于上行管从血液中搜获尿酸盐、草酸钙,向下行管方向移动；下行管的排泄物进行浓缩脱水,运送到膀胱,再从后肠排出体外.马氏管对尿酸等的排泄功能可以通过下列实验证明：将解剖出的马氏管在瓷质蒸发皿中捣碎,加数滴浓硝酸,除去残余组织,将蒸发皿在小火上蒸发干,残渣呈褐色.待残渣冷却后,加几滴25%氢氧化铵,即变为绛红色,这说明马氏管内存在较多的尿酸沉积[6].

3.3马氏管的水分、盐分平衡作用在于马氏管浸浴在血淋巴中,其与肠壁细胞分泌的多浆物质组成隐肾管复合体穿入直肠壁内吸收水分或无机盐类,以平衡血淋巴中的水分和盐分平衡.当血液中含水率下降时,马氏管从直肠液吸收大量水分,使直肠液成为高渗；相反,当血液的含水率过高时,马氏管从直肠大量吸收无机盐类,从而直肠液成为低渗.黄粉虫幼虫就是通过这种方式来调节直肠液的浓度,从而使血液的组成成分、渗透压和酸碱度等理化性质得到调节,维持体内生理环境的正常和相对稳定.有关直肠内马氏管的机能有待进一步研究.黄粉虫生活在面粉中,很难从食物中得到水,其生命活动所需水分都来自代谢水,所以黄粉虫马氏管对水分、盐分的平衡作用显得尤为重要.

昆虫与其他生物（如软体动物和环节动物）相比有显著的区别,昆虫的排泄器官来自外胚层,而其他生物的排泄器官却是来自中胚层.昆虫的强大适应能力（如飞行或陆地上干燥生活）必然要求一个高效的排泄系统,因为昆虫是靠气管呼吸,血液中没有运输氧气的血细胞,所以马氏管便可以直接从血淋巴中吸收代谢废物,并起到调节水分和盐分平衡的重要作用.马氏管在昆虫的生命进化过程中的重要意义是毋庸置疑的.

[1]丁小云,耿俊丽,魏成熙.黄粉虫体内脂类抗菌活性物质及化学成分分析[J].贵州农业科学,2010（5）：88-92.

[2]张莉莎,张建新.黄粉虫抗氧化活性肽的分离纯化研究[J].食品科学,2009,30（22）：180-183.

[3]刘玉升,王付彬.黄粉虫资源研究利用现状与进展[J].环境昆虫学报,2010,32（1）：106-114.

[4]吴静,何慧,奚耕思.黄脸油葫芦与短额负蝗马氏管组织结构比较[J].四川动物,2009,28（5）：417-420.

[5]卢晓,何慧,奚耕思.黄脸油葫芦消化道和马氏管的组织学观察[J].昆虫知识,2009,46（5）：764-767.

[6]南京农业大学.昆虫生理生化试验[M].北京：农业出版社,1993：33-38.

Yang Yunhua,ShiMingwang,Yuan Li
（Henan InstituteofScienceand Technology,Xinxiang453003,China）

In the paper,we have a certain understanding about Malpighian tubule'smorphological structure of theTenebriomolitorby observed with the microscope and electron microscope：There are six malpighian tubules ofT.molitor,growing at the junction of the foregut and hindgut；Longer than body；There are different structure and function in different parts of theT.molitor；Cryptonephridial complex was constituted by the Malpighian tubules and secretions of intestinal cells,can recovery of water from the excrement and keeping the balance of water and salt in the body.This article has an important role for the study ofTenebrionormal life activities,exploitation and evolution ofT.molitor.

Tenebriomolitor,Malpighian tubule,structure,cryptonephridialcomplex

Q965

A

1008-7516（2011）05-0030-03 Function and m icrostructure observation of M alpighian tubules inTenebrioMolitor

10.3969/j.issn.1008-7516.2011.05.007

2011-08-10

河南省科技厅基础与前沿（102300410126）

杨运华（1984-）,男,河南周口人,硕士研究生.主要从事害虫生物防治研究.

石明旺（1964-）,男,河南林州人,博士,教授.主要从事有害生物防治研究.

邓天福）