缠绕蚊蝎蛉雌性生殖系统构造及卵子发生

缠绕蚊蝎蛉雌性生殖系统构造及卵子发生
闫宝荣
【摘要】雌性生殖系统构造及卵子发生过程在探讨昆虫系统发育关系中具有重要意义.本文利用半薄切片法解剖观察了缠绕蚊蝎蛉Terrobittacus implicatus (Huang&Hua,2006)雌性生殖系统的构造及卵子发生过程.结果表明,缠绕蚊蝎蛉雌虫的卵巢由7根多滋式卵巢管组成,各个卵巢管的大小和长度不同.每个卵巢管可分为端丝、生殖区(原卵区)、生长区(卵黄区)和卵巢管柄4个部分.生长区由5到6个线形排列的卵室组成,每个卵室中有1个卵母细胞和3个滋养细胞.卵子发生可以分为3个时期,即卵黄发生前期、卵黄发生期、以及卵壳形成期.在卵子发生的整个过程中,卵母细胞、滋养细胞及滤泡细胞的形态均有明显变化.
【期刊名称】《环境昆虫学报》
【年(卷),期】2018(040)005
【总页数】7页(P1136-1142)
【关键词】缠绕蚊蝎蛉;卵子发生;卵母细胞;滋养细胞;滤泡细胞
【作者】闫宝荣
【作者单位】川北幼儿师范高等专科学校,四川广元628017
【正文语种】中文
【中图分类】Q964;S476
缠绕蚊蝎蛉Terrobittacus implicatus (Huang & Hua, 2006)属长翅目
Mecoptera蚊蝎蛉科Bittacidae昆虫。

蚊蝎蛉科昆虫体型较大，外形极似双翅目大蚊科昆虫，故而得名。

又因成虫不能在表面行走，通常以捕捉式前足悬挂于植物叶片边缘或枝条上，以张开的中、后足捕捉飞过的猎物，是典型的守株待兔型捕食者，故又称之为hangingfly (Byers & Roggero, 1992; Byers, 2002)。

缠绕蚊蝎
蛉雄性的阳茎丝很长，缠绕成圈，因而得名(Huang & Hua, 2006；Tan & Hua, 2009)。

比较形态学研究表明，昆虫的卵子发生和卵巢管结构不仅可被用来进行种类划分，而且可用于揭示其系统发育关系及其进化趋势。

鉴于此，本文选择缠绕蚊蝎蛉雌虫为研究对象，对其生殖系统进行解剖观察，并对单个卵巢管进行半薄切片观察，以期为长翅目昆虫的系统发育提供依据。

1 材料与方法
1.1 标本采集与保存
缠绕蚊蝎蛉雌虫采用网捕法，采集于陕西省岚皋县南宫山，保存于70%酒精中。

1.2 解剖观察
将雌成虫去除足、翅，置于Nikon SFC-18光学实体解剖镜下对生殖系统进行解剖，并拍照。

后放在Bouin氏固定液中固定12 h，再转入70%酒精中保存。

1.3 卵巢管外部形态观察
将卵巢解剖为单个卵巢管，挑取几根完整的卵巢管放置在载玻片上，滴甘油覆盖(防止观察过程中烤干样品)，选取一根在显微镜下观察，并用Nikon
CoolPix5000型数码相机拍照。

1.4 半薄切片
分别进行以下8步处理。

漂洗：用磷酸缓冲液漂洗5次，时间间隔为5-25 min。

脱水：用梯度酒精脱水(30%→50%→70%→80%→90%→95%→100%→100%)，时间间隔为10-20 min。

渗透：先用Epon812 ∶丙酮=1 ∶3(v/v)渗透2 h，然后用Epon812 ∶丙酮
=1 ∶1(v/v)渗透4 h；之后用Epon812 ∶丙酮=3 ∶1(v/v)渗透12 h；再用纯Epon812渗透24 h；最后用纯Epon812渗透24 h。

包埋：在包埋板中加入纯Epon812后将单个卵巢管用解剖针或者毛笔转移进去，摆好位置。

烘干：30℃烘箱中烘干24 h，后在60℃烘箱中再烘干48 h。

切片：将包埋块修成梯形，用手动切片机连续切片，厚度为1.5 μm。

染色及镜检：用亚甲基蓝染色后烘片再用Nikon Eclipse 50i光学显微镜镜检。

照相：用Nikon CoolPix 5000型数码像机拍照。

2 结果与分析
2.1 缠绕蚊蝎蛉雌性生殖系统组成
缠绕蚊蝎蛉的雌性生殖系统包括1对卵巢，2根侧输卵管，1根开口于生殖腔的中输卵管，1对附腺，1个接受和贮藏精子的受精囊以及与内骨相连的附腺管和受精囊管。

卵巢位于腹部的后半部分，以侧输卵管为中心基本上对称着生，向内聚合，各个卵巢管紧密贴合，总体上成葫芦形，较大。

2根侧输卵管在第7腹节的最后一段神经节下面汇合形成1个中输卵管，中输卵管粗而直，沿身体中线向腹末延伸，其后连接着生殖腔，附腺、受精囊及中输卵管都着生在生殖腔上，附腺的中管开口于生殖腔的背中部。

附腺是一个非常长的管状器官，较粗壮，从第6腹节的前部
延伸至第9腹节。

在其后端，附腺先侧向剧烈弯曲，然后向中部回折，在进入中
管前形成一个明显的折叠。

附腺管由两个侧输卵管之间从腹面翻至背面，在中输卵管和受精囊管背面延伸至生殖腔。

受精囊很长，豆芽状，位于第7腹节末至第8
腹节前部，生殖腔的开口处。

受精囊管盘绕在受精囊表面，端部自身回绕。

中输卵管的两侧各有一个微小结构，为侧附腺。

图1 缠绕蚊蝎蛉的卵巢和附腺Fig.1 Ovary and accessory glands of
Terrobittacus implicatus注：A，卵巢及卵巢管；B，附腺。

Note: A, Ovary
and ovarioles; B, Accessory glands.
每个卵巢由7根同步发生的多滋式卵巢管组成，各个卵巢管的大小和长度不同。

每个卵巢管可以分为端丝、生殖区(原卵区)、生长区(卵黄区)和卵巢管柄4个部分(图2)。

端丝极细且较短，生殖区位于端丝下方，其间细胞分裂旺盛，卵原细胞经
有丝分裂和减数分裂形成4个子细胞，其中1个细胞最终发育成卵母细胞，剩余
的3个子细胞分化为滋养细胞，生长区占据卵巢管的大部分，由5到6个线形排
列的卵室组成，每个卵室由1个卵母细胞和3个滋养细胞组成，卵母细胞被一圈
卵泡细胞所包围(图3;图5C;图6A,图6C)。

图2 卵巢管的光镜照片Fig.2 Ovariole注：A，示端丝、生殖区、生长区；TF，
端丝；G，生殖区；V，生长区；B，示滋养细胞和卵母细胞；O，卵母细胞；NC，滋养细胞。

Note: A, Terminal filament, germarium, and vitellarium; TF, Terminal filament; G, Germarium; V, Vitellarium; B, Nurse cell and oocyte; O, Oocyte; NC, Nurse cell.
2.2 卵子发生
2.2.1 卵子发生的分期
根据卵室的大小、卵室内卵母细胞的体积与滋养细胞的比例、滋养细胞核的变化及卵黄蛋白出现的时间、数量、分布等，将卵子发生过程分为3个时期：卵黄发生
前期、卵黄发生期以及卵壳形成期。

卵黄发生前期是指卵原细胞分化为卵母细胞到卵黄蛋白在卵母细胞中沉积之前；卵黄发生期是指卵内开始出现卵黄蛋白到整个卵内充满卵黄蛋白为止；卵壳形成期是指卵黄沉积停止，滤泡细胞合成并分泌卵壳蛋白，最终形成卵壳的时期。

卵黄发生前期的卵室相当小，位于生长区的前部，而卵壳形成期的卵室位于卵巢管的基部。

滋养细胞给处于卵黄发生前期的卵母细胞提供大分子物质，如mRNA、rRNA及各种细胞器。

从卵黄发生前期到后期，卵母细
胞核(生殖泡)相当大，呈球形，包含了大量密集多核的聚集物。

在卵黄形成期，卵母细胞的体积有相当大的增加。

图3 卵母细胞、滋养细胞和滤泡细胞Fig.3 Oocyte, nurse cell and follicular cell 注：O，卵母细胞；NC，滋养细胞；FC，滤泡细胞；NO，卵母细胞核。

Note: O, Oocyte; NC, Nurse cell; FC, Follicular cell; NO, Nucleus of oocyte.
2.2.2 卵黄沉积
卵细胞的卵黄是由蛋白质、脂类和碳水化合物等大分子组成的复合物，其中蛋白质是主要成分。

卵黄蛋白质的来源，一是由卵母细胞自身合成；二是可由滋养细胞、卵泡细胞和血淋巴供给。

在卵黄形成前期，滋养细胞的DNA、RNA、蛋白质、脂肪粒以及糖类物质都会传给卵母细胞。

在有些情况下，线粒体和核糖体也能转移。

卵泡细胞在这个阶段的合成也很活跃。

滋养细胞RNA的主要作用可能是组成卵母细胞蛋白质合成所需要的核糖体。

卵母细胞中卵黄的沉积发生在卵巢管的下部，结果使体积迅速增大。

卵母细胞与滋养细胞相连一端的胞质边缘逐渐有小卵黄颗粒的形成，小的卵黄颗粒相互融合，并开始向卵母细胞中央移动。

随后开始沉积，出现小的卵黄球。

最后在整个卵母细胞中可见大量的卵黄颗粒(图4C,图4D;图6C)。

图4 卵黄形成Fig.4 Vitellogenesis注：A，卵黄大部分脱落；B，卵黄发生前期；C，卵黄发生期(白色颗粒为脂肪粒，蓝色小颗粒为卵黄颗粒)；D，卵黄颗粒放大图。

Note: A, Most of the yolk falls off; B, Previtellogenesis stage; C, Vitellogenic stage(The white granules are fat granules, and the blue granules are yolk granules); D, Enlarged view of yolk granules.
图5 卵母细胞Fig.5 Oocyte注：A，卵黄发生前期的卵母细胞；B，C，卵黄发生期的卵母细胞。

Note: A, Oocyte in previtellogenesis stage;B, C, Oocyte
invitellogenic stage.
图6 卵室Fig.6 Egg chamber注：A，卵室(可清晰看见卵母细胞和滋养细胞的核)；B，表层的卵室；C，D，卵黄发生期的卵室。

Note: A, The oocyte and nurse cell nucleus are visible in egg chamber; B, Surface of egg chamber; C, D, Egg chambers in vitellogenic stage.
2.2.3 卵母细胞的变化
卵母细胞的增长较缓慢，此时滋养细胞的营养物质逐渐传递给卵母细胞，卵母细胞体积逐渐变大，滤泡细胞逐渐包围卵母细胞。

但在尖端中部滤泡细胞较少，因为滤泡细胞的营养物质由此处传给卵母细胞。

其细胞核位于中央，为洋梨型，体积约占卵母细胞体积的1/7，可以看到亮白色的脂肪粒，随机分布在卵母细胞中，还有少量染成蓝色的卵黄颗粒。

随后，由于卵黄的大量形成，卵母细胞体积迅速增大，卵黄颗粒和脂肪粒也大量增加(图6 C,图4D)，整个卵母细胞为卵圆形(图5)。

在生长区处于不同卵室的卵母细胞的大小不同，其体积顺次逐渐变大。

在卵壳形成时的卵母细胞为球形，生殖泡清晰可见。

产卵前，卵黄和卵壳的形成都已完成，卵壳上的卵孔也已形成，卵孔的形成是在卵壳形成期。

卵孔形成细胞是由滤泡细胞特化而来，位于滤泡上皮的后端，围绕着卵母细胞。

2.2.4 滋养细胞的变化
一个卵室内有3个滋养细胞，但由于切片的角度及位置的差异，一般在图片中看
到的是1个或2个滋养细胞，在生长区内滋养细胞与卵母细胞是交替排列的，滋
养细胞的核很大，其浓缩的染色质物质清晰可见，为半球形或卵形。

体积比卵母细胞小得多，与卵母细胞紧密相接，包围在一个卵室中。

2.2.5 滤泡细胞的变化
滤泡细胞的形状变化明显，刚开始为圆球形，后变为长的圆柱形。

整齐而紧密地形成一层，包围着卵母细胞，其在滋养细胞与卵母细胞交界的地方分布较少，其余部
位分布较均匀。

滤泡细胞对卵黄发生、卵黄膜及卵壳的形成均有重要作用，当卵壳完全形成时，滤泡细胞逐渐退化消失。

从图7中可见，此时的滤泡细胞已为近圆形，核较大，清晰可见，核物质染色较深。

图7 滤泡细胞Fig.7 Follicular cell
3 结论与讨论
在本研究中，通过解剖发现缠绕蚊蝎蛉雌虫的两侧卵巢都是由7根卵巢管组成，而谭江丽(2006)解剖扁蚊蝎蛉Bittacus planus发现其卵巢管为8根，缠绕蚊蝎蛉和扁蚊蝎蛉的生殖系统组成大致相同，但卵巢管数目却有差异，说明卵巢管的构造在种间存在较大的变异。

因而卵巢管构造的研究，可作为种的划分依据。

在研究中作者还发现这7根卵巢管的长度和大小是不一样的，虽然它们是同步合成的，但是有可能是合成速率不同，或者是营养物质从滋养细胞向卵母细胞运输的过程中产生了差异使得这7根卵巢管在长度和大小上产生了差异。

卵巢管结构和卵子发生过程在很多昆虫类群中都已被研究(Büning, 1994, 1998)，拟黑多刺蚁Polyrhachis vicina的雌性生殖系统为典型的多滋式卵巢管(Simiczyjew, 1996, 2003; 詹光杰, 2007)，在长翅目中，大多数科的昆虫雌性生殖系统也是多滋式卵巢管。

本研究发现缠绕蚊蝎蛉亦为典型的多滋式卵巢管，每个卵巢管可以分为端丝、生殖区(原卵区)、生长区(卵黄区)和卵巢管柄4个部分。

生殖区包含有生殖细胞簇和前卵泡细胞。

而生长区是由多个线形排列的卵室组成，每个卵室包含4个生殖细胞(3个多倍体的滋养细胞以及1个卵母细胞)。

每个卵室外被一层滤泡上皮细胞所包围。

组织学观察表明滋养细胞的合成非常活跃，其积累大量的营养物质。

在卵子发生的后期，滋养细胞的细胞质物质通过胞间连丝迅速转移至卵母细胞。

然而在整个卵子发生过程中，卵母细胞的合成却不活跃。

与侯小燕(2007)研究的8种蝎蛉科昆虫的生殖系统进行比较，发现缠绕蚊蝎蛉雌虫的生殖系统与蝎蛉科昆虫有很多相似的地方。

比如大部分种类的生殖系统位于第
3到第9腹节，受精囊基本成豆瓣状，附腺、受精囊及中输卵管都着生在生殖腔上，1个卵室内都含有1个卵母细胞与3个滋养细胞等(Simiczyjew, 2003; Hou & Hua, 2008; Ma & Hua, 2010)。

但蝎蛉的卵巢管数目相比蚊蝎蛉的要多，蝎蛉的
大多在10根以上，而本文中所研究的缠绕蚊蝎蛉为7根，谭江丽(2006)所研究的扁蚊蝎蛉为8根，均少于10根，这似乎可作为蚊蝎蛉科相比蝎蛉科更为原始的证据。

在卵室数目上，侯小燕(2007)所研究的 8种蝎蛉，在卵室数目上有3类，长瓣蝎
蛉Furcatopanorpa longihypovalva、刘氏蝎蛉P.liui以及长白山蝎蛉
P.changbaishana有10个以上的卵室，染翅蝎蛉Sinopanorpa tincta、大蝎蛉Dicerapanorpa magna、路氏新蝎蛉Neopanorpa lui的卵室在3个左右，而太白蝎蛉Cerapanorpa obtusa和南五台蝎蛉C.nanwutaina是4-6个卵室。

本文
研究的缠绕蚊蝎蛉卵巢管生长区内的卵室为5-6个，与太白蝎蛉和南五台蝎蛉的
卵室数目相似。

此外，本研究中解剖得到缠绕蚊蝎蛉的卵巢管左右都为7根，谭江丽(2006)解剖
得到扁蚊蝎蛉的卵巢管左右都为8根，这种左右卵巢对称分布的现象在Bittacus pilicornis中也是这样(Potter, 1938)。

因此作者认为，在蚊蝎蛉中左右卵巢是对
称分布的，这与蝎蛉中卵巢不对称分布的情况是不同的，这正是科间所存在的较大差异。

本文利用半薄切片观察到了亮白色的脂肪粒和少量染色后成蓝色的卵黄颗粒，但是其他营养物质却很难看到，有待于利用超薄切片法进行进一步的显微观察。

参考文献( References)
【相关文献】
Büning J.The Insect Ovary.Ultrastructure, Previtellogenic Growth and Evolution [M]. London: Chapman & Hall, 1994: 400.
Büning J.The ovariole:Structure, type, and phylogeny [J]. Micr osc.Anat.Invert., 1998, 11: 897-932.
Byers GW, Roggero RJ.Hanging-flies of Panama (Mecoptera: Bittacidae)In: Quintero D and Aiello A.Insects of Panama and Mesoamerica:Selected Studies [M]. Oxford: Oxford University Press, 1992: 594-599.
Byers GW.Scorpionflies, hangingflies, and other Mecoptera [J].The Kansas School Naturalist, 2002, 48: 3-15.
Hou parative Study on the Female Reproductive System in Panorpidae (Mecoptera)[D]. Yangling: Northwest A & F University, 2007: 19-32.[侯小燕.蝎蛉科昆虫雌性生殖系统比较研究 [D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2007: 19-32]
Hou XY, Hua BZ.Structure of the female reproductive system in a scorpionfly, Panorpa liui [J]. Chinese Bulletin of Entomology, 2007, 44 (2): 238-240.[侯小燕, 花保祯.刘氏蝎蛉雌性生殖系统的构造 [J]. 昆虫知识, 2007, 44 (2): 238-240]
Hou XY, Hua BZ.Structure of the female reproductive systems in Panorpidae (Mecoptera)with remarks on their taxonomic significance [J]. Acta Zootaxonomica Sinica, 2008, 33: 427-434.
Huang PY, Hua BZ.Four new species of the Chinese Bittacus Latreille (Mecoptera, Bittacidae)[J]. Acta Zootaxonomica Sinica, 2006, 30: 393-398.
Ma N, Hua BZ.Structure of ovarioles and oogenesis in Panorpa liui Hua (Mecoptera: Panorpidae)[J]. Acta Entomologica Sinica, 2010, 53 (11): 1220-1226.[马娜, 花保祯.刘氏蝎蛉卵巢管结构和卵子发生 [J]. 昆虫学报, 2010, 53 (11): 1220-1226]
Potter E.The internal anatomy of the order Mecoptera [J].Trans.R.Entomol.Soc.Lond., 1938, 87: 467-501.
Simiczyjew B.Cyto-and histochemical studies of the ovariole of Panorpa communis (Insect: Mecoptera)[J]. Folia Histochem.Cytobiol., 1996, 34: 151-154.
Simiczyjew B.Structure and formation of the eggshell in Panorpodes paradoxa McLachlan, 1875(Mecoptera: Panorpodidae)[J]. Polish J.Entomol., 2003, 72: 89-97.
Tan JL.Morphology and Biology of Bittacus planus [D]. Yangling: Northwest A & F University, 2006: 25-28.[谭江丽.扁蚊蝎蛉Bittacus planus形态学及生物学研究 [D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2006: 25-28]
Tan JL, Hua BZ.Terrobittacus, a new genus of the Chinese Bittacidae (Mecoptera)with descriptions of two new species [J]. Journal of Natural History, 2009, 43: 2937-2954. Zhan GJ.Polyrhachis Vicina Roger Ant Reproductive System and the Gametogenesis Microscopic Study [D]. Xi'an: Shanxi Normal University, 2007: 28-29.[詹光杰.拟黑多刺蚁Polyrhachis vicina Roger生殖系统和配子发生的显微结构 [D]. 西安: 陕西师范大学, 2007: 28-29]。