意大利蝗血细胞形态学研究

何 岚，张永军*，樊泰山，季 荣*

(1.新疆师范大学生命科学学院，新疆特殊环境物种多样性应用与调控实验室,中亚区域跨境有害生物联合控制国际研究中心，乌鲁木齐 830054；2.新疆伊宁市察布查尔县草原工作站, 新疆察布查尔县 835300)

意大利蝗血细胞形态学研究

何 岚1，张永军1*，樊泰山2，季 荣1*

(1.新疆师范大学生命科学学院，新疆特殊环境物种多样性应用与调控实验室,中亚区域跨境有害生物联合控制国际研究中心，乌鲁木齐 830054；2.新疆伊宁市察布查尔县草原工作站, 新疆察布查尔县 835300)

血细胞是昆虫免疫防御、代谢和分泌等生理活动的重要参与者。本文通过Gimesa-Wright试剂盒染色法研究了意大利蝗成虫血细胞类型。结果表明，意大利蝗存在原血胞、浆血胞、粒血胞、脂血胞、囊血胞、巨核细胞6种细胞。粒血胞、脂血胞和浆血胞是意大利蝗主要的血细胞类型，分别占细胞总数的42.04%、29.60%和23.32%。研究结果为深入研究意大利蝗血细胞的功能及其对意大利蝗适应环境的机制提供了基础数据。

意大利蝗；血细胞；昆虫

血细胞在昆虫免疫防御、黑化作用、代谢和分泌活动中均发挥了重要作用。昆虫基本的血细胞类型包括原血胞(Prohemocytes)、浆血胞(Plasmatocytes)、粒血胞(Granulocytes)(傅贻玲，1982a；Klowden, 2008)，除此之外，还可分为球形细胞(Spherulocytes)、囊血胞(Cystocytes)、类绛血胞(Oenocytoids)、脂血胞(Adipohemocytes)、巨核血细胞(Megakaryocytes)等(Klowden, 2008；任彩红等，2014)。不同类型的细胞行使各自的功能，普遍认为原血胞为昆虫的干细胞，主要存在于造血器官中(Lavine and Strand, 2002; Klowden, 2008)。浆血胞和粒血胞是主要的免疫细胞，参与吞噬、包囊和结节作用(Elrod-Ericksonetal., 2000; Schmidtetal., 2001)。球形细胞是某些昆虫如地中海粉斑螟Ephestiakuhniella化蛹前中性脂肪聚集的部位(Arnold, 1952)。类绛血胞能产生酚氧化酶的前体物质，可参与血淋巴的黑化作用、体液免疫(Ashida and Dohke, 1980; Iwama and Ashida, 1986; Jiangetal., 1997)及包囊反应(Lavine and Strand, 2002)。黑腹果蝇Drosophilamelanogaster中的层状血细胞(Lamellocytes)也参与包囊反应(Nappi and Streams, 1969; Vass and Nappi, 2001)。昆虫血细胞还可分泌多种防卫分子(Muta and Iwanaga, 1996; Iwanaga and Kawabata, 1998)，影响昆虫营养代谢和生长(Wigglesworth, 1955, 1959)。因此，明确昆虫血细胞的功能是深入理解昆虫免疫及其环境适应机制的重要前提，而了解昆虫血细胞的类型是深入研究血细胞功能的基础。

昆虫血细胞类型多样，不同种类昆虫血细胞类型存在差异。例如，黑翅痂蝗Bryodemanigroptera包括原血胞、浆血胞、粒血胞、类绛色血细胞、囊血胞、脂血胞、蠕形细胞和巨核血细胞8种类型(任彩红等，2014)；东亚飞蝗Locustamigratoriamanilensis包括原血胞、浆血胞、粒血胞和类绛血胞4种类型(贾雷坡等，2011)。

意大利蝗Calliptamusitalicus广泛分布于欧洲大陆，是新疆荒漠半荒漠草原的优势为害种类，每年给新疆造成巨大的经济、社会和生态损失。研究发现，意大利蝗的发生与新疆同期气候变暖有关(杨洪升等，2007)，并从生理生化物质、呼吸代谢等方面探讨了意大利蝗对环境的适应机制(王冬梅等，2014；李爽等，2015)。本文采用Gimesa-Wright染色法，试图明确意大利蝗血细胞的类型，以期为深入研究意大利蝗血细胞的功能提供基础数据，并为从免疫生理的角度探讨意大利蝗对环境的适应机制提供理论依据。

1 材料和方法

意大利蝗成虫于2015年8月采自新疆伊宁察布查尔县。选择健康、体重相近的成虫120头(♀ ∶♂=1 ∶1)，用清水洗净虫体，吸水纸吸干后剪中足，用一次性毛细管吸取10 μL血淋巴置于EP管中，预冷的蒸馏水稀释5倍，混匀后取10 μL稀释液做涂片。用Gimesa-Wright染色试剂盒(购自上海生工)进行染色和封片。将制作好的血涂片于尼康显微镜(尼康50i)下观察，采用尼康图像采集分析系统(DS-Fi1C-U3)进行拍照、计数、测量。

2 结果与分析

研究发现，意大利蝗成虫血细胞类型包括原血胞Prohaemocytes、浆血胞Plasmatocytes、粒血胞Granulocytes、脂血胞Adipohemocytes、囊血胞Cystocytes和巨核细胞Megakaryocytes(图1 A-I)，其中粒血胞、脂血胞和浆血胞为主要类型的细胞，分别占42.04%、29.60%和23.32%，原血胞、囊血胞和巨核细胞比例较少，总共占5.04%。

6种细胞形状和大小各异。原血胞(图1 A)也称原始血细胞，几乎看不到细胞质，染色后细胞核呈紫红色或深蓝色，圆形或椭圆形，平均大小为10.24 μm×8.79 μm。原血胞数量约占细胞总数的2.72%(表1)。浆血胞(图1 B)形态多样，圆形、椭圆形、梭形或不规则形等，细胞平均大小为14.78 μm×11.33 μm。细胞核圆形或椭圆形，染色后呈紫红色、紫蓝色或深蓝色，核平均大小为10.98 μm×8.87 μm。细胞质均一，被染成淡蓝色、红色、绿色等多种颜色，有些为透明色。浆细胞数量较多，平均约占细胞总数的23.32%(表1)。粒血胞(图1 C-D)形态多样，有圆形、椭圆形、梭形、三角形和不规则形等，细胞平均大小为16.77 μm×11.32 μm。细胞核多为圆形和椭圆形，少数为不规则形，被染成紫红色或者深蓝色，平均大小为10.60 μm×8.01 μm。与浆细胞的显著区别是，粒血胞细胞质中含有许多红色或蓝色颗粒物质，颗粒大小不一，多数直径小于1 μm，有些细胞质中颗粒分布较为密集，有的较为稀疏。粒血胞数量较多，平均约占细胞总数的42.04%(表1)。囊血胞(图1 E-F)细胞核多为圆形或椭圆形，直径平均为10.02 μm×8.29 μm。细胞质破碎，被染成粉红色、紫红色，围在细胞核外，或者集聚在细胞核一侧，有些细胞核外围有一圈透明带。这类细胞数量较少，平均约占细胞总数的1.93%(表1)。脂血胞(图1 G-H)是意大利蝗血细胞中个体较大型的细胞，有圆形、椭圆形、梭形，多数为不规则形。细胞平均大小为22.45 μm×16.68 μm。细胞核多为圆形，被染成紫红色或深蓝色，平均大小为10.34 μm×9.16 μm。细胞质中有许多轮廓清晰、大小不等、多少不一的透明脂肪泡，有些细胞质中有颗粒物质。意大利蝗脂血胞较多，仅次于粒血胞，占细胞总数的29.60%(表1)。巨核血细胞(图1 I)形态类似于原血胞，细胞质很少或几乎看不到，直径为其它细胞核的2-3倍。这类细胞数量极少，不到细胞总数的0.5%。

图1 意大利蝗血细胞光学显微图片Fig.1 The optical microscope’s image of the hemocytes from Calliptamus italicus注：A，原血胞；B，浆血胞；C-D，粒血胞；E-F，囊血胞；G-H，脂血胞；I，巨核细胞；放大倍数，×1000；标尺=5 μm。Note：A, Prophemocytes; B, Plasmatocytes; C-D, Granulocytes; E-F, Cystocytes; G-H, Adipohemocytes; I, Megakaryocytes; Magnification, ×1000; Scale bar=5 μm.

表1 意大利蝗血细胞大小及比例(平均值±SE)

3 结论与讨论

本文发现意大利蝗存在6种类型的血细胞，其中原血胞、浆血胞和粒血胞为3种基本形态的血细胞，与多数昆虫一样(王世贵和周志军，2007；贾雷坡等，2011；任彩红等，2014)，意大利蝗还包含有脂血胞、囊血胞、巨核细胞。从细胞形态上看，除原血胞和巨核细胞外，其他各类细胞均能看到明显的细胞核和细胞质，细胞核形状相似、大小均一，但细胞质区别较大。囊血胞的胞质破裂，通常聚集在细胞核的一侧；浆血胞胞质中无颗粒物质，亦无透明脂肪泡；粒血胞的胞质中存在数量不等的颗粒物质，但无脂肪泡；而脂血胞胞质中存在数量不一、大小不等的脂肪泡，有些还有颗粒物质。值得注意的是，意大利蝗脂血胞较大，且脂肪泡所占直径大，有的甚至达到5-7 μm，这与黑翅痂蝗脂血胞区别较大(任彩虹等，2014)。原血胞看不到细胞质，巨核细胞的细胞质极少，后者细胞核直径是原血细胞直径的2-3倍。因此，可以从形态上明显区分这六类细胞。

本文未发现意大利蝗存在独特的细胞类型，但是不同类型细胞的比例与其它昆虫存在明显差异。意大利蝗成虫的粒血胞、脂血胞和浆血胞比例分别占细胞总数的42.04%、29.60%和23.32%，原血胞、囊血胞和巨核细胞较少，三者合计占总数的5%。浆血胞和粒血胞是主要的免疫防卫细胞，参与吞噬、结节、包囊、伤口愈合等免疫反应(Lavine and Strand, 2002)；粒血胞还可转化为其它类型的细胞如脂血胞，参与存储脂肪和分泌功能(傅贻玲，1982b)。意大利蝗粒血胞和浆血胞比例极高，预示其具有较高的免疫防卫能力，是适应环境的重要生理基础。

意大利蝗脂血胞比例极高，与其它蝗虫存在极大差异，例如，任彩虹等(2014)报道黑翅痂蝗脂血胞所占比例不到1%。沙漠蝗Schistocercagregaria主要血细胞类型包括具有液泡且含有颗粒的浆血胞、有颗粒但无液泡的浆血胞、具有许多光亮颗粒且有丝状伪足的粒血胞等(Gillespieetal., 2000)，其中有液泡且含有颗粒的浆血胞与本文所观察到的脂血胞相似，但作者使用相差显微镜观察，未做细胞染色处理，本文是染色后再用油镜观察，参照国内有关蝗虫的细胞分类方法进行分类，分析认为沙漠蝗中有液泡且有颗粒的浆血胞与我们观察到的脂血胞是同类细胞。遗憾的是，该文仅提到这类细胞是主要的细胞类型之一，但并未详细描述各类型细胞的大小和数量，沙漠蝗中该类细胞是否与脂血胞具有相似的比例及功能，以及它们的比例为何与其它蝗虫如黑翅痂蝗相差甚远，是否与其适应不同环境有关，有待进一步研究。尽管许多研究报道昆虫血细胞不仅参与免疫防卫反应，也参与蛋白质合成、代谢、分泌等重要生理活动(Wigglesworth, 1955, 1959; 傅贻玲, 1982b; Muta and Iwanaga, 1996; Iwanaga and Kawabata, 1998)，但有关脂血胞功能的研究报道较少，傅贻玲(1982a)认为，脂血胞可能起到贮藏血淋巴脂肪的作用。血淋巴中储存的脂肪是否可作为抗逆物质，从而增强意大利蝗的抗逆性，脂血胞是否还参与其他生命活动，仍需进一步研究。

本文首次明确了意大利蝗血细胞的形态和类型，确定了粒血胞、脂血胞、浆血胞为主要的细胞类型；应当进一步研究这几类主要血细胞的功能，以及如何通过抑制这几类细胞的作用并研发新型有效的蝗虫生物制剂，为草原蝗虫的生物治理提供依据。

图书馆的专用培养教室一般在一至六个左右，这远远不能满足我国目前的高校学生规模，我国高校教育已经由原有的精英教育向普及化教育转变，对于相应的图书馆信息素养教育的设施需求也在不断扩大，而具有专用教室的高校只有4.1%。除了教学场所的不足外，教学设施也不足以满足信息素养教育的需求，配置的电脑数目已经不能满足教学需求。由于目前学生一般自行配置电脑，图书馆对电脑的配置也就缺乏重视，但是素养教育需要一些特殊的软件与材料，图书馆配置的台式电脑未能满足需求。相应的投影仪设备也有所不足，这些都需要校方重视并改善。

References)

Arnold J. The haemocytes of the Mediterranean flour moth,EphestiakühniellaZell. (Lepidoptera: Pyralididae) [J].CanadianJournalofZoology, 1952, 30 (6): 352-364.

Ashida M, Dohke K.Activation of pro-phenoloxidase by the activating enzyme of the silkworm,Bombyxmori[J].InsectBiochemistry, 1980, 10 (1): 37-47.

Elrod-Erickson M, Mishra S, Schneider D. Interaction between the cellular and humoral immune responses inDrosophila[J].CurrentBiology, 2000, 10 (13): 781-784.

Fu YL. Hemocytes of insect (1) [J].ChineseBulletinofEntomology, 1982a, 3: 45-47. [傅贻玲. 昆虫的血细胞(一)[J]. 昆虫知识, 1982a, 3: 45-47]

Fu YL. Hemocytes of insect (2) [J].ChineseBulletinofEntomology, 1982b, 4: 37-38+41. [傅贻玲. 昆虫的血细胞(二)[J]. 昆虫知识, 1982b, 4: 37-38+41]

Gillespie JP, Burnett C, Charnley AK. The immune response of the desert locustSchistocercagregariaduring mycosis of the entomopathogenic fungus,Metarhiziumanisopliaevaracridum[J].JournalofInsectPhysiology, 2000, 46 (4): 429-437.

Iwama R, Ashida M.Biosynthesis of prophenoloxidase in hemocytes of larval hemolymph of the silkworm,Bombyxmori[J].InsectBiochemistry, 1986, 16 (3): 547-555.

Iwanaga S, Kawabata S, Muta T. New types of clotting factors and defense molecules found in horseshoe crab hemolymph: Their structures and functions [J].TheJournalofBiochemistry, 1998, 123 (1): 1-15.

Jiang H, Wang Y, Ma C,etal. Subunit composition of pro-phenol oxidase fromManducasexta: Molecular cloning of subunit proPO-P1 [J].InsectBiochemistryandMolecularBiology, 1997, 27 (10): 835-850.

Klowden MJ. Physiological Systems in Insects [M]. Beijing: Beijing Science Press. 2008: 369-372.

Lavine MD, Strand M R. Insect hemocytes and their role in immunity [J].InsectBiochemistryandMolecularBiology, 2002, 32 (10): 1295-1309.

Li S, Wang DM, Li J,etal. Differences in heat to lerance and physio-biochemical mechanisms between adult female and maleCalliptumusitalicus(Orthopera; Acrididae) [J].ChineseJournalofAppliedEntomology, 2015, 52 (4): 960-967. [李爽, 王冬梅, 李娟, 等. 雌雄意大利蝗耐高温差异及其生理生化响应对策[J]. 应用昆虫学报, 2015, 52 (4): 960-967]

Muta T, Iwanaga S. The role of hemolymph coagulation in innate immunity [J].CurrentOpinioninImmunology, 1996, 8 (1): 41-47.

Nappi AJ, Streams FA. Hemocytic reactions ofDrosophilamelanogasterto the parasitesPseudeucoilamellipesandP.Bochei[J].JournalofInsectPhysiology, 1969, 15 (9): 1551-1566.

Ren CH, Li XY, Wu Z,etal. Morphology of the hemocytes ofBryodemanigropteraZheng[J].ChineseJournalofAppliedEntomology, 2014, 51 (2): 540-547. [任彩红, 李小玉, 吴哲, 等. 黑翅痂蝗血细胞形态学的研究[J]. 应用昆虫学报, 2014, 51 (2): 540-547]

Vass E, Nappi AJ. Fruitfly immunity [J].BioScience, 2001, 51 (7): 529-535.

Wang DM, Li J, Li S,etal. Effects of temperature on the respiratory metabolism ofCalliptamusitalicus(Orthoptera: Acrididae) [J].ActaEntomologicaSinica, 2014, 57 (3): 373-378. [王冬梅, 李娟, 李爽, 等. 温度对意大利蝗呼吸代谢的影响[J]. 昆虫学报, 2014, 57 (3): 373-378]

Wang SG, Zhou ZJ. The morphology and classification of hemocytes in a locustCatantopspinguis[J].ChinsesBulletinofEntomology, 2007, 44 (2): 241-244+310. [王世贵, 周志军. 红褐斑腿蝗血细胞的形态与分类[J]. 昆虫知识, 2007, 44 (2): 241-244+310]

Wigglesworth VB.The role of the haemocytes in the growth and moulting of an insect,Rhodniusprolixus(Hemiptera) [J].JournalofExperimentalBiology, 1955, 32 (4): 649-663.

Wigglesworth VB. Insect blood cells [J].AnnualReviewofEntomology, 1959, 4 (1): 1-16.

Yang HS, Ji R, Xiong L,etal. Effect of meteorological factors on locust occurrence in the North of Mt. Tianshan in Xinjiang [J].ChineseBulletinofEntomology, 2007, 44 (4): 517-520. [杨洪升, 季荣, 熊玲, 等. 气象因子对北疆地区蝗虫发生的影响[J]. 昆虫知识, 2007, 44 (4): 517-520]

StudyonmorphologyofhemocytesinCalliptamusitalicus

HE Lan1, ZHANG Yong-Jun1*, FAN Tai-Shan2, JI Rong1*

(1. College of Life Science, Xinjiang Normal University, Key Laboratory of Special Environment Biodiversity Application and Regulation in Xinjiang, International Center for the Collaborative Management of Cross-border Pests in Central Asia, Urumqi 830054, China; 2. Grassland Workstation of Chabuchaer County in Yining, Chabuchaer County 835300, Xinjiang Province, China)

Hemocytes are important factors that influence immunity, metabolism, and secretion of insect. Morphology and type proportion of hemocytes fromCalliptamusitalicuswas studied by Gimesa-Wright method. The results revealed that there were prohemocytes, plasmatocytes, granulocytes, adipohemocytes, cystocytes, and megakaryocytes inC.italicus. Granulocytes, adipohemocytes and plasmatocytes were main hemocytes that account for 42.04%, 29.60%, and 23.32% of the total hemocytes, respectively. The results provided data for further study on function of hemocytes and their effect on environmental adaption ofC.italicus.

Calliptamusitalicus; hemocyte; insect

何岚，张永军，樊泰山，等.意大利蝗血细胞形态学研究[J].环境昆虫学报，2017,39(5):1100-1104.

Q965;S433.2

A

1674-0858(2017)05-1100-05

新疆特殊环境物种多样性应用与调控实验室招标课题(XJTSWZ-2015-02);国际科技合作专项(2015DFR30290)；新疆师范大学博士启动基金(XJNUBS1517)

何岚，女，1982年生，湖南人，博士研究生，讲师，研究方向为昆虫生态学，E-mail：helanv@126.com

*通讯作者Author for correspondence, E-mail: yjzhang@xjnu.edu.cn;Jirong@xjnu.edu

Received: 2016-06-15; 接受日期Accepted: 2016-08-10