储藏物昆虫生理学课件

储藏物昆虫的生理学第一节体腔与各器官的相互位置

一、体腔

昆虫体的外表包裹着一个由体壁组成的外壳，其内充塞着流动的血淋巴。所有的内脏都浸浴在其中，称为体腔或血腔。昆虫的体腔通常由纤维肌膈（横膈）分成三部分，称为血窦。昆虫腹部的横切图围心细胞脂肪体背血管背血窦背膈围脏窦腹血窦腹膈腹神经索消化道二、各器官的位置体壁消化道马氏管循环器官呼吸器官神经系统肌肉内分泌生殖器官第一节体腔与各器官的相互位置昆虫剖视图肌肉背血管消化道卵巢腹神经索马氏管一、体壁的作用

决定昆虫的体型；防御外界有害物的侵入；防止体内水分失散；供肌肉着生；储备营养物质。第二节体壁及其生理二、体壁的结构

昆虫的体壁来源于胚胎发育时期的外胚层，由基膜、真皮细胞层和表皮层组成。基膜皮细胞层表皮层内表皮外表皮上表皮内外第二节体壁及其生理昆虫体壁模式构造刚毛刚毛上表皮外表皮内表皮孔道皮细胞底膜腺细胞绛色细胞毛原细胞二、体壁的结构（一）底膜也称基膜，由中性粘多糖组成。作用是保护和联络皮细胞。（二）真皮细胞层

真皮细胞层由一层排列整齐的单细胞层。一些真皮细胞细胞在发育过程中可特化成腺体（如蜡腺、臭腺、毒腺等）、降色细胞、毛原细胞及感觉细胞等。真皮细胞层的主要生理功能是：分泌蜕皮液，消化旧表皮的内表皮层，并将被消化的物质吸收到体内重新利用；分泌新的表皮层；形成的外长物；修补外伤等。第二节体壁及其生理第二节体壁及其生理二、体壁的结构（三）表皮层由三层组成，自内而外依次为内表皮、外表皮和上表皮。1.内表皮

该层是三个表皮层中最厚的一层（10～200μm）。许多昆虫在饥饿或蜕皮时可将内表皮消化，然后被虫体重新吸收。内表皮一般柔软无色，其主要成分是几丁质-蛋白质的复合体。第二节体壁及其生理二、体壁的结构（三）表皮层由三层组成，自内而外依次为内表皮、外表皮和上表皮。2.外表皮外表皮位于内表皮的外方，该层的颜色较深，是三个表皮层中最硬的一层。在节间膜处，外表皮一般很不发达，甚至缺如，因此活动自如。外表皮坚硬的主要原因是含有鞣化蛋白（也叫骨质蛋白）。内外表皮的化学性质相似，皆含有几丁质和蛋白质。但内表皮不含鞣化蛋白质。第二节体壁及其生理二、体壁的结构（三）表皮层由三层组成，自内而外依次为内表皮、外表皮和上表皮。3.上表皮

上表皮位于表皮层的最外层，覆盖于昆虫的体表、气管壁以及化学感受器的表面，仅1～3μm。该层不含几丁质。上表皮虽薄，但其结构却相当复杂，由内向外一般可分为角质精层（表皮质层）、蜡质层、护蜡层，有些昆虫还有多元酚层。上表皮是昆虫体壁重要的通透性屏障。第二节体壁及其生理三、表皮的主要化学成分（一）几丁质

几丁质（chitin）存在于昆虫体壁的内外表皮中。几丁质是一种高分子含氮多糖物质，其结构类似于纤维素，是由许多（至少数百个）乙酰氨基葡萄糖单位联合而成，其化学式是（C8H13O5N）n，结构式为：HOHOHHOCH2OHHHONHCCH3OHCH2OHOHHHOHNHCCH3OHHOHOHHOCH2OHHHONHCCH3OHCH2OHOHHHOHNHCCH3OHO几丁质的化学结构

几丁质是一种无色无定型的固体，化学性质非常稳定。不溶于水、稀酸、稀碱、乙醇、乙醚等有机溶剂，仅能溶于少数溶剂和浓硫酸。海藻糖海藻糖酶葡萄糖己糖激酶ATPADP1-磷酸葡糖磷酸葡糖变位酶6-磷酸葡糖6-磷酸果糖磷酸葡糖异构酶6-磷酸果糖转氨酶谷氨酰氨谷氨酸1-磷酸-N-乙酰氨基葡糖UDP-N-乙酰葡糖磷酸化酶UDPPDiUDP-N-乙酰氨基葡糖几丁合成酶（N-乙酰氨基葡糖）n（几丁质）几丁质的合成途径6-磷酸氨基葡糖磷酸乙酰葡糖变位酶第二节体壁及其生理三、表皮的主要化学成分（二）蛋白质蛋白质是昆虫表皮层的主要成分，约占表皮干重的一半以上。表皮中的几丁质以纤维状存在，借共价键和非共价键与其周围的蛋白质或其他物质相连接，形成复合蛋白及几丁－蛋白复合体。昆虫体壁的硬化原因，主要是蛋白质在多元酚氧化酶和酪氨酸酶的作用下，侧链与苯醌类结合形成鞣化鞣化蛋白质。第二节体壁及其生理三、表皮的主要化学成分（三）脂类、多元酚与色素

脂类是形成上表皮蜡质层中蜡质的主要原料，脂类的缺乏可导致上表皮形成受阻。

多元酚普遍存在与外表皮中，在新表皮形成过程中向下扩散，在其氧化酶的作用下，氧化为苯醌，苯醌与蛋白质结合形成硬化的鞣化蛋白质。表皮呈现黑色是由于黑色素存在的缘故，它是酪氨酸的氧化物；类胡萝卜素可以使昆虫的表皮呈现黄色、橙色和红色。第二节体壁及其生理四、昆虫的蜕皮过程

昆虫的体壁具有坚硬的表皮，缺乏足够的延展性，限制了虫体的生长。昆虫的生长必须经过周期性的蜕皮。在蜕皮过程中，整个体表及其外长物和体壁的内陷如前肠、后肠、气管等均蜕掉。蜕皮可分为以下几个阶段：

（一）准备阶段（二）新表皮的形成（三）蜕皮（四）暗化与硬化第二节体壁及其生理五、体壁的衍生物体壁的衍生物包括外长物和细胞腺体。（一）体壁外长物

非细胞性外长物（如微毛、脊纹、刻点、小突起等）细胞性外长物单细胞外长物（如刚毛、鳞片）多细胞外长物（如刺、距等）体壁外长物昆虫体壁外长物1～2非细胞性外突；3.刺；4.距；5.刚毛；6.腺毛；7.鳞片；1234567第二节体壁及其生理五、体壁的衍生物（二）皮细胞腺在真皮细胞层中有一些细胞特化成具有特殊分泌功能的腺体，由导管伸出表皮层，其分泌物可通过导管输送到体壁外。这些腺体有的是单细胞腺体，有的是多细胞腺体。常见的腺体有唾液腺、蜕皮腺、丝腺、胶腺、性诱腺、蜡腺、臭腺等。

皮细胞腺的类型第二节体壁及其生理六、体色昆虫的体壁上常常呈显出不同的颜色，这些颜色可分为两大类。一类被称为结构色，另一类被称为色素色。第三节消化系统及其生理

消化系统包括一根自口腔至肛门的消化道和与消化有关的腺体。昆虫将摄取的食物经消化系统的消化、吸收，再经血淋巴输送到各组织、器官中去，用于昆虫的生长和发育。

一、消化道的结构与功能昆虫的消化道包括前肠、中肠和后肠三大部分。玉米象成虫消化道前肠中肠后肠马氏管第三节消化系统及其生理一、消化道的结构与功能（一）前肠

前肠前端是口腔，前肠通常可分为咽喉、食道、嗉囊、前胃。以伸入中肠的贲门瓣与中肠为界。前肠来源于胚胎发育时期的外胚层。澳洲蜚蠊消化道口咽喉食道嗉囊前胃胃盲囊中肠前后肠直肠肛门蜚蠊的前肠食道纵肌环肌内膜嗉囊前胃前胃齿前胃垫胃盲囊纵肌环肌中肠喷门瓣黑粉虫成虫前肠的横切面环肌肠壁细胞纵肌内膜肠腔第三节消化系统及其生理一、消化道的结构与功能（一）前肠

前肠主要功能为：摄取食物；输送食物；储存食物；磨碎食物。第三节消化系统及其生理一、消化道的结构与功能（二）中肠

中肠是一条前后粗细较均匀的管道，前面与嗉囊或前胃相连，后面以幽门瓣与后肠为界。中肠来源于胚胎发育时期的内胚层，自内向外依次为：围食膜、肠壁细胞层、基膜、环肌、纵肌、围膜。中肠肠壁细胞层较厚，肠壁细胞有分化；没有含几丁质的内膜；有一围食膜；肌肉层薄，可允许小分子营养物质、水分和无机盐通过。杂拟谷盗成虫中肠的横切面隐窝纵肌环肌肠壁细胞围食膜肠腔昆虫中肠横切面模式图纵肌环肌肠壁细胞肠腔围食膜基膜

中肠肠壁细胞具有分泌、消化和吸收作用。组成中肠肠壁的细胞主要有消化细胞、原始细胞，有些种类的昆虫还有杯状细胞。因此，中肠的主要功能是消化食物并吸收。第三节消化系统及其生理一、消化道的结构与功能（三）后肠

后肠起自幽门瓣，终于肛门。组织学上与前肠基本相似，仅肌肉层排列与中肠类似。几丁质内膜较前肠薄。后肠一般可分为前后肠（包括回肠和结肠）和后后肠（直肠）。直肠内常有环状的或瓣状的直肠垫或直肠突。后肠来源于外胚层。黑粉虫的直肠横切肠腔直肠垫马氏管

后肠一般除了排除废渣外，还有回收水分和无机盐的作用。另外，马氏管的排泄物也经由后肠与食物残渣一起排出体外。第三节消化系统及其生理二、昆虫的消化与营养需要（一）消化的概念（二）酶的种类与作用（三）中肠消化液的pH值（四）昆虫对营养成分的需要第四节呼吸系统及其生理一、昆虫呼吸的特点昆虫呼吸作用包括两个过程：其一是氧气进入虫体和二氧化碳释放出体外的过程，称为气体交换，属于物理过程；其二是氧与基质结合产生能量的过程，此过程是在虫体的细胞内进行的呼吸，称为呼吸代谢，是化学过程。昆虫的呼吸特点：通过气管系统将氧气直接输送到组织中去。第四节呼吸系统及其生理二、气管系统的结构（一）气门气门是气管在昆虫体壁上的开口，位于胸部和腹部一些体节的两侧。气门可以调节和控制虫体内体内气体的流通和水分的蒸发。昆虫气门构造的几种类型1.无翅亚纲昆虫的气门2.3.4.有翅亚纲昆虫的气门气门口体壁气管1气门腔口过滤机构气门腔开闭瓣气管口气管4气门腔口围气门片气门腔气管口气管2唇形隆起片气门腔气管口气管3第四节呼吸系统及其生理二、气管系统的结构（二）气管气管是昆虫体内气体流动的通道，也是气体扩散的场所，是具螺旋状丝内壁且具弹性的呼吸管道。气管是体壁内陷形成的，因而其组织学与体壁基本相同，只是内外恰好相反，但气管的上表皮没有护蜡层和蜡质层，外表皮和内表皮局部特化形成螺旋丝，沿气管壁呈螺旋状伸展，使气管腔经受一定的压力时仍能保持圆筒状，有利于气体在体内流通。气管的构造外表皮螺旋丝内表皮管壁细胞第四节呼吸系统及其生理二、气管系统的结构（二）气管气管的分布模式是，每个体节气门气管之后分为三支：背气管、腹气管和内脏气管。

背气管即通向背部的气管，分布到背部肌肉、心肌及其他组织中；腹气管通向腹部，分布到腹部肌肉、腹神经索与腹部其他组织中；内脏气管通向内脏窦，分布到消化道、脂肪体和生殖腺。昆虫气管分布模式1.体躯横切面2.侧面透视背血管背板背气管内脏气管气门气管腹气管背膈消化道气门腹神经索腹膈腹板1背血管背纵干背纵干侧纵干侧纵干气门消化道内脏纵干腹纵干腹神经索腹纵干内脏纵干2二、气管系统的结构（三）微气管昆虫体内的气管由大到小一再分支，分到直径为2～5μm的支气管时，则进入掌状的管顶细胞，其后再分为数支直径约1μm以下的微气管。微气管虽细，但其管壁上仍有螺旋丝，封闭的微气管末端伸入肌肉纤维或其他组织细胞间。微气管管壁极薄，易为气体透过。第四节呼吸系统及其生理分布在肌肉上的微气管1.静止状态2.运动状态肌肉支气管端细胞支气管空气柱部分液体柱部分12第四节呼吸系统及其生理三、气体交换昆虫的气体交换在气管系统中进行。其交换的方式主要靠气体扩散和虫体的通风作用来完成。气体扩散是依靠虫体内外的气体分压的差别来进行的。微气管末端的气体交换，是靠代谢过程中血淋巴的渗透压改变来完成的（见上页图）。第四节呼吸系统及其生理三、气体交换昆虫在进行剧烈运动时还可以借助于通风来补偿氧气的不足。昆虫进行飞翔等剧烈运动时所需氧气剧增，这时昆虫可通过背板与腹板的上下运动、或两侧板的左右运动、或腹节的前后伸缩运动来加快呼吸，这种呼吸方式叫做通风。第四节呼吸系统及其生理四、呼吸代谢生物体的新陈代谢包括同化作用和异化作用两个方面。有机体从外界环境中摄取营养物质并把它们转化成为机体自身物质的过程，称为同化作用；有机体分解自身的物质，把分解产物排出，并在物质分解时释放能量供给机体生命活动的需要，这一过程称为异化作用。第四节呼吸系统及其生理四、呼吸代谢（一）糖类代谢多糖物质一般分解转化为葡萄糖后才能被细胞利用。葡萄糖经过无氧酵解过程产生乳酸，再在有氧条件下经丙酮酸进入三羧酸循环，经氧化磷酸化作用产生ATP。由于翅肌中含有大量的α-磷酸甘油酯酶，因此，在翅肌中糖酵解的主要产物为α-磷酸甘油酯。昆虫在飞翔中需要的大量能量，一般都是经α-磷酸甘油酯循环，脱下的氢原子再参与呼吸链中的“氧化还原酶系”，并进行氧化磷酸化反应产生ATP供给的。第四节呼吸系统及其生理四、呼吸代谢（二）脂肪代谢

脂肪在虫体内借助脂酶的作用可分解释放出脂肪酸。脂肪酸在降解过程中进行β-氧化反应，形成乙酰辅酶A。然后进入三羧酸循环，产生ATP。

（三）蛋白质代谢

蛋白质在消化道内经消化酶作用，分解成肽类，最后分解为氨基酸。这些氨基酸在昆虫体内可通过转氨作用，生成新的氨基酸，也可转变为相应的酮酸。在特殊情况下，也可以进入三羧酸循环，产生能量。第四节呼吸系统及其生理四、呼吸代谢

在呼吸代谢中，常以呼吸商（RQ）表示参与代谢物质的性质。即呼吸过程中呼出二氧化碳的量与吸入氧气的量的比值：

RQ=CO2/O2

在呼吸代谢中，参与代谢的物质不同，则呼吸商也不同。实验证明，RQ=1时，被氧化的是糖类；RQ=0.7时，被氧化的是脂肪；RQ=0.8时，被氧化的是蛋白质。第四节呼吸系统及其生理五、杀虫剂对昆虫呼吸作用的影响通过作用于昆虫的呼吸酶类，导致昆虫呼吸过程障碍的杀虫剂，称为呼吸毒剂。ADPATPNADHNAD＋脱氢酶FADH3黄素蛋白2e鱼藤酮还原的辅酶Q氧化的辅酶Q2e2H+2Fe+++2Fe++细胞色素bADPATP2e抗霉素A2Fe+++细胞色素C1C22e2Fe++ADPATP2e氰化物CO磷化氢2Fe++2Fe+++细胞色素a细胞色素a32Fe+++2Fe++2eH2O1/2O2CO22H+FAD呼吸链中氧化-还原连续反应示意图

昆虫循环系统主要由血淋巴、背血管和辅助搏动器官等组成。其特点为开管式循环，即血淋巴在体腔内各器官和组织之间按一定的方向运行，血淋巴只在某些部位有专一的管道。血淋巴运行的管道主要是背血管，背血管由心脏和大动脉组成。

循环系统的主要功能是运输营养物质、激素和代谢产物；血淋巴中的血细胞还具有吞噬作用、免疫作用、凝血作用、解毒作用等。第五节循环系统心脏收缩图解昆虫的背血管动脉翼肌背膈心室

昆虫排泄系统的主要功能是移除新陈代谢过程中产生的二氧化碳和氮素废物；调节体液中无机盐类和水分的平衡，从而保持血淋巴的一定渗透压和化学组成，使各器官能进行正常的生理活动。昆虫的排泄物包括气体、液体和固体，即二氧化碳、水、氮素废物和无机盐的结晶体。昆虫的主要排泄器官和组织包括：体壁及其特化结构；气管系统；消化道壁；马氏管；脂肪体和围心细胞等。第六节排泄器官一、马氏管构造与类型

马氏管为末端盲闭的管道，着生在中、后肠的交界处，末端游离或附着在后肠上形成“隐肾”。马氏管来源于外胚层。可分为四个类型：1.直翅目型2.鞘翅目型3.半翅目型4.鳞翅目型第六节排泄器官昆虫马氏管的主要类型1.直翅目型2.鞘翅目型3.半翅目型4.鳞翅目型箭头表示物质运动方向1234二、马氏管的排泄机制昆虫马氏管尿酸排泄和沉积模式图直肠H2ONa＋

K＋H2O尿酸尿酸盐Na＋K＋pH7.2pH6.6马氏管基段马氏管顶段H2ONa＋尿酸沉淀第六节排泄器官第六节排泄器官三、其他排泄器官

脂肪体和围心细胞可吸收血淋巴中的尿酸及其他代谢物，并将其暂时或永久性地储存。所以脂肪体和围心细胞也称为储存排泄器官。

神经系统是昆虫机体的主要调节机构。神经系统全面调节体内各器官各组织及其生理过程，使其适应体内外环境的变化，维持生命活动的正常进行。神经系统实现其调节机能的基本方式是反射活动，通过感受器接受体内外环境的各种变化（即刺激），并把刺激的能量转化为神经冲动，经传入神经传至中枢神经系统，经过中枢神经系统的分析综合作用，将信息沿传出神经传至效应器，以支配和调节各器官的活动。称为一个“反射弧”。第七节神经系统及主要感觉器官第七节神经系统及主要感觉器官一、神经系统及其基本结构

昆虫的神经系统由外胚层的一部分细胞特化而成，属腹神经索型，是环节动物和节肢动物特有的形式。（一）神经系统的基本结构1.神经元

神经元即神经细胞。在形态上和其他组织的细胞极不相同，是具有突起的细胞，即由细胞体和细胞突起构成。神经元的模式构造细胞体树状突轴状突侧支端丛端丛第七节神经系统及主要感觉器官神经元按结构可分为：单极神经元、双极神经元、多极神经元。神经元按功能可分为：感觉神经元、运动神经元、联系神经元、神经分泌细胞。神经原的类型运动神经原（单极）2.感觉神经原（双极）3.感觉神经原（多极）123第七节神经系统及主要感觉器官一、神经系统及其基本结构

（一）神经系统的基本结构2.神经节神经节是卵圆形或多角形的构造，每一体节内有左右合并的神经节一个。前后端各有两根神经索与邻近的神经节相连，构成腹神经索。神经节由很多神经细胞和神经纤维集合而成。每一个神经节的两侧各有2～3根侧神经。整个神经节外面包有一层由神经围膜和鞘细胞构成的神经鞘。昆虫体神经节的模式图中神经神经索第1侧神经第2侧神经神经髓第3侧神经神经鞘神经细胞第七节神经系统及主要感觉器官一、神经系统及其基本结构

（二）神经系统的组成昆虫的神经系统在解剖学上可分为中枢神经系统、交感神经系统和外围神经系统三部分。1.中枢神经系统中枢神经系统包括脑、咽（食道）下神经节和腹神经索。昆虫脑的剖面前脑叶中脑后脑第七节神经系统及主要感觉器官2.交感神经系统交感神经系统可分为口道交感神经、中神经和复合神经节三大部分。

口道交感神经是位于前肠背面的一些小神经节及神经，其分支可分布到唇基、上唇和背血管上。

中神经普遍存在于幼虫体内。中神经位于腹神经索的两神经索之间，起源于前一神经节。中神经向后延伸至中途，常分出一对侧神经到附近的气管、气门和气门闭肌上，控制气门的生理活动。

复合神经节是腹神经索中的最后一个神经节，也属于中枢神经系统。第七节神经系统及主要感觉器官3.外围神经系统除中枢神经系统和交感神经系统以外，分布于虫体体壁真皮细胞层内或细胞层下、消化道壁、背血管等处的感觉神经元和分布于体壁肌上的运动神经末梢等组成的网络都属于周围神经系统。其作用是将昆虫体感受到的内部和外部环境的各种信息传递到中枢神经，并将中枢神经的信息传递到相应的效应器。

第七节神经系统及主要感觉器官二、神经传导的机理（一）静息电位在静息状态下，神经膜外面任意两点间的电位都是相等的，但在膜内和膜外却存在着明显的电位差，即膜内为负，膜外为正。这种在静息状态下神经纤维膜内外两侧存在的电位差叫做静息电位，这种状态，称为极化状态。在静息状态下，膜只对K+有通透性，因此K+顺着浓度梯度从膜内向膜外扩散，K+外流的结果，使膜内电荷较负，膜外较正，直至达到一种平衡状态。因此，静息电位实际上就是K+的平衡电位。第七节神经系统及主要感觉器官二、神经传导的机理（二）动作电位神经受到刺激兴奋时产生可传导性的电位变化称为神经动作电位。当神经的某一部位接受刺激后就产生兴奋，兴奋部位的膜通透性发生改变，允许Na+透过。由于膜外的Na+浓度极高，膜外体液中的Na+立即涌入膜内，致使膜外电位迅速下降，膜内电位迅速上升，膜内外的电位差消失，这一过程叫做去极化。再发展下去，进而出现膜外电位较负膜内电位较正的状态，称为复极化。第七节神经系统及主要感觉器官二、神经传导的机理（三）神经纤维（轴突）上的冲动传导

K+Na+

＋＋

－－

静息电位（极化状态）K+Na+－－＋＋

Na+

＋＋－－

动作电位（去极化、复极化）Na+K+Na+＋＋－－＋＋

Na+

－－＋＋－－复原区钠泵传导区静息区冲动传导方向冲动传导方向

－＋＋＋－－ABC

＋－＋－＋

－ABC

局部电流降低了B点的膜电位，膜的透性发生改变，Na＋流入膜内，发生新的去极化和复极化。冲动过后，A点膜内的Na＋由钠泵压出膜外，形成新的静息电位，称为超极化。第七节神经系统及主要感觉器官二、神经传导的机理（四）突触传导任何一个反射活动都是由多个神经元共同完成的。然而，各神经元之间在结构上并不连续，两膜之间有一均匀的裂隙，宽约200～500埃，称为突触间隙。这种接触点称为突触。

神经突触的传导机理第七节神经系统及主要感觉器官三、神经毒剂对神经传导的影响

有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的主要作用：是对乙酰胆碱脂酶起抑制作用，使乙酰胆碱不能水解，大量积累在突触部位，不断地激活突触后膜上的乙酰胆碱受体，突触后神经长时间处于兴奋状态。同时，突触部位的正常神经传导受阻，中毒的害虫最初出现高度兴奋、痉挛，最后瘫痪、死亡。

除虫菊与拟除虫菊酯的毒理机制主要是物理作用：即抑制了神经膜的离子通道，使膜的渗透性不正常，因而使神经传导受抑制，最后达到麻痹死亡。也有人认为，除虫菊酯有很好的脂溶性，它可能溶于神经膜的脂肪层中，从而产生了改变膜的渗透性的作用。第七节神经系统及主要感觉器官四、昆虫的感觉器官

请大家自学。本节大纲没要求，有兴趣可自学。第八节肌肉系统及其生理第九节内分泌与激素生理一、激素的定义由昆虫的内分泌系统向体内分泌的、可调节昆虫自身生长发育的微量活性化合物称为激素（hormone）。昆虫的内分泌系统由神经分泌细胞和一些腺体组成。它分泌的激素不是通过特殊的分泌管道输送出来，而是由腺体细胞直接释放进血淋巴，然后再由血淋巴循环转运到全身各处的靶标部位。

第九节内分泌与激素生理二、几种重要的昆虫激素昆虫体内的激素很多，但研究得比较多也比较清