優(yōu)雅蟈螽雄性附腺發(fā)育過程的超微結(jié)構(gòu)

張小霞，常巖林，石福明，周娜

(河北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002)

優(yōu)雅蟈螽雄性附腺發(fā)育過程的超微結(jié)構(gòu)

張小霞，常巖林，石福明，周娜

(河北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002)

利用透射電鏡(TEM)技術(shù)研究了優(yōu)雅蟈螽GampsocleisgratiosaBrunner von Wattenwyl雄性附腺不同發(fā)育時(shí)期的超微結(jié)構(gòu).結(jié)果表明：優(yōu)雅蟈螽雄性附腺乳白長腺管和乳白短腺管在末齡若蟲期已分化形成腺管，透明腺管在羽化之后形成腺管.優(yōu)雅蟈螽雄性附腺在發(fā)育過程中，上皮細(xì)胞中的細(xì)胞器表現(xiàn)出由分散到集中和由少到多的趨勢；腺管管腔中的分泌物由少到多，成熟期分泌物充滿整個(gè)管腔.

直翅目；優(yōu)雅蟈螽；雄性附腺；發(fā)育

昆蟲雄性附腺形態(tài)不同，功能多樣，其分泌物主要成分是蛋白質(zhì)，是精液的主要成分[1-2].在雌雄交配過程中，雄性附腺分泌物對(duì)雌蟲行為和生理的調(diào)節(jié)具有重要作用[3-4].目前昆蟲雄性附腺的研究主要集中在形態(tài)結(jié)構(gòu)、起源、發(fā)育、分泌物的生理生化特性和分泌物的功能等方面[1,5-7].

昆蟲雄性附腺在顯微結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)等方面具有種間差異性，即使是同種昆蟲也可能有明顯的區(qū)域特異性和時(shí)序性[6].優(yōu)雅蟈螽雄性附腺發(fā)達(dá)，代表了螽斯類昆蟲雄性附腺的結(jié)構(gòu)特征，搞清其雄性附腺的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)深入了解螽斯類的生殖能力具有重要意義.馮曉麗等[8]對(duì)優(yōu)雅蟈螽雄性附腺顯微結(jié)構(gòu)及其分泌蛋白特性等方面的研究做了報(bào)道.本文在了解優(yōu)雅蟈螽雄性附腺顯微結(jié)構(gòu)及分泌蛋白特性的基礎(chǔ)上僅對(duì)其附腺的發(fā)育過程進(jìn)行研究，為闡明螽斯雄性附腺的功能奠定基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1試蟲、試劑與儀器

研究材料為采自河北順平的優(yōu)雅蟈螽GampsocleisgratiosaBrunner von Wattenwyl成蟲，室內(nèi)蟲籠飼養(yǎng)，每籠1雌1雄.室內(nèi)產(chǎn)卵，越冬后的卵在室內(nèi)孵化，飼養(yǎng)孵化的個(gè)體至末齡若蟲及羽化后的成蟲.

主要試劑：直翅目昆蟲生理鹽水(NaCl 6.8 g，MgCl2·6H2O 0.2 g，CaCl20.2 g，KCl 0.2 g，NaHCO30.15 g，葡萄糖7.7 g，H2O 1 000 mL)、DMP-30(2,4,6,-三(二甲氨基甲基)苯酚)、MNA(甲基內(nèi)次甲基四氫苯二甲酸酐)、環(huán)氧樹脂Epon812、DDSA(十二烷基琥珀酸酐)、四氧化鋨、戊二醛、檸檬酸鉛、醋酸鈾.

主要儀器：Nikon YS2-H光學(xué)顯微鏡；Reichert-Jung超薄切片機(jī)；JEM-100SX透射電鏡.

1.2雄性附腺不同發(fā)育時(shí)期超微結(jié)構(gòu)的觀察

1.2.1 取材

分別解剖優(yōu)雅蟈螽雄性末齡若蟲、羽化后1～9 d的成蟲、羽化后10～15 d的成蟲和性成熟的成蟲，在直翅目昆蟲生理鹽水中分離雄性附腺的乳白長腺管、乳白短腺管和透明腺管.

1.2.2 固定

將分離的乳白長腺管、乳白短腺管和透明腺管立即投入體積分?jǐn)?shù)為2.5%的戊二醛中，4 ℃固定1 h.在0.1 mol/L磷酸緩沖液(pH 7.4)中反復(fù)漂洗后，加入質(zhì)量濃度為10 g/L的四氧化鋨4 ℃固定2 h.

1.2.3 包埋

梯度脫水后，將材料轉(zhuǎn)移到環(huán)氧樹脂中包埋.

1.2.4 切片與觀察

超薄切片機(jī)切片，厚度60 nm.將切片撈在200目(孔徑約150 μm)或300目(孔徑約100 μm)的銅網(wǎng)上，醋酸鈾及檸檬酸鉛雙染色，透射電子顯微鏡觀察并拍照.

2 結(jié)果

優(yōu)雅蟈螽雄性附腺腺管的發(fā)育分化始于末齡若蟲期.根據(jù)腺管上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)以及管腔中分泌物的多少，將其雄性附腺的發(fā)育過程劃分為4個(gè)時(shí)期描述，即末齡若蟲期、羽化后1～9 d的初生期、羽化后10～15 d的少生期、性成熟后的成熟期.

2.1乳白長腺管發(fā)育的超微結(jié)構(gòu)

2.1.1 末齡若蟲期的超微結(jié)構(gòu)

末齡若蟲期，乳白長腺管分化形成.管壁結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)大致分為圍膜、肌肉層、基膜、上皮細(xì)胞層4部分，上皮細(xì)胞附著在基膜上，基膜外環(huán)繞橫紋肌纖維及富含微氣管的圍膜.末齡若蟲期管壁上皮細(xì)胞排列不規(guī)則，未形成單層.上皮細(xì)胞中只有一些游離的核糖體(圖1A)，細(xì)胞頂部微絨毛稀疏且長短不一，排列不規(guī)則(圖1B).腺管管腔小，管腔中未見分泌物(圖1C).

2.1.2 初生期的超微結(jié)構(gòu)

羽化后1～9 d的個(gè)體，乳白長腺管管壁上皮細(xì)胞與末齡若蟲期相似，上皮細(xì)胞排列不規(guī)則.上皮細(xì)胞中含有一些游離的核糖體(圖1D)，靠近管腔的區(qū)域分布有少量分泌泡和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(圖1E).上皮細(xì)胞頂部微絨毛稀疏，管腔擴(kuò)大但未見分泌物(圖1F).

A.端部上皮細(xì)胞；B.微絨毛；C.腺管管腔；D.基部上皮細(xì)胞；E.端部上皮細(xì)胞；F.腺管管腔.er.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；L.腺管管腔；mi.微絨毛；n.細(xì)胞核；r.核糖體；sv.分泌泡.標(biāo)尺 = 1 μm.

2.1.3 少生期的超微結(jié)構(gòu)

羽化后10～15 d的個(gè)體，乳白長腺管上皮細(xì)胞發(fā)育為單層，細(xì)胞中含有大量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(圖2A)，靠近管腔的細(xì)胞頂部區(qū)域有線粒體分布(圖2A).腺管管腔較初生期明顯擴(kuò)大，管腔中出現(xiàn)少量電子密度高的顆粒狀分泌物(圖2B).

2.1.4 成熟期的超微結(jié)構(gòu)

性成熟后乳白長腺管管壁上皮細(xì)胞為單層，細(xì)胞層薄，排列規(guī)則，腺管管腔大.細(xì)胞基部及頂部鄰近微絨毛的區(qū)域富含粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，細(xì)胞頂部區(qū)域含有大量分泌泡(圖2C)，大量核糖體游離或附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上(圖2D).細(xì)胞頂部微絨毛長且不規(guī)則，周圍分散有電子透明的空泡(圖2D).腺管管腔中含有大量大小不等的分泌物，分泌物呈細(xì)顆粒狀和電子致密的顆粒狀物質(zhì)(圖2E).偶爾存在上皮細(xì)胞凋亡現(xiàn)象(圖2F).上皮細(xì)胞的分泌方式以局部分泌為主(圖2D).

A.端部上皮細(xì)胞；B.分泌物；C.分泌泡；D.微絨毛 ；E.分泌物；F.細(xì)胞凋亡.er.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；f.細(xì)顆粒物質(zhì)；g.高爾基體；gr.顆粒物質(zhì)；mi.微絨毛；mt.線粒體；n.細(xì)胞核；sv.分泌泡；v.電子透明空泡.標(biāo)尺=1 μm.

2.2乳白短腺管發(fā)育的超微結(jié)構(gòu)

2.2.1 末齡若蟲期的超微結(jié)構(gòu)

乳白短腺管的發(fā)育分化始于末齡若蟲期，上皮細(xì)胞排列不規(guī)則，未形成單層(圖3A).上皮細(xì)胞中有一些游離的核糖體.細(xì)胞頂部質(zhì)膜形成微絨毛，稀疏且短(圖3B)，管腔中沒有分泌物(圖3A).

2.2.2 初生期的超微結(jié)構(gòu)

剛羽化的個(gè)體，乳白短腺管上皮細(xì)胞排列不規(guī)則，細(xì)胞中含有一些游離的核糖體，細(xì)胞頂部臨近管腔存在一些分泌泡，微絨毛較若蟲期長，但排列仍不規(guī)則(圖3C,D).腺管管腔中未見分泌物(圖3D).

A.腺管整體結(jié)構(gòu)；B.微絨毛；C.腺管管腔周圍；D.腺管管腔.L.腺管管腔；mi.微絨毛；n.細(xì)胞核；sv.分泌泡.標(biāo)尺= 1 μm.

2.2.3 少生期的超微結(jié)構(gòu)

羽化10 d后的個(gè)體，乳白短腺管的上皮細(xì)胞形成單層，排列規(guī)則，細(xì)胞之間連接緊密，細(xì)胞頂部臨近管腔的區(qū)域有一些粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(圖4A).腺管中央有大小不等的分泌物(圖4B).

2.2.4 成熟期的超微結(jié)構(gòu)

性成熟后乳白短腺管的管壁上皮細(xì)胞層厚，腺管管腔相對(duì)較小.上皮細(xì)胞中富含粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(圖4C)，線粒體數(shù)量較多(圖4D)，細(xì)胞端部與腺管管腔之間有較多高爾基體及分泌泡分布(圖4D, F).腺管管腔中富含2種分泌物：一種為細(xì)纖維狀物質(zhì)，形成網(wǎng)狀空泡，中間鑲嵌著電子致密的顆粒狀物質(zhì)(圖4E)；另一種為纖維狀的顆粒物，形成多邊形，包裹著大小不等的、電子致密的圓球狀或多邊形物質(zhì)(圖4F).上皮細(xì)胞的分泌方式以局部分泌為主(圖4F).

A.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；B.分泌物；C.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；D.細(xì)胞器；E.分泌物；F.腺管管腔周圍.cj.細(xì)胞連接；er.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；fm.纖維狀物質(zhì)；g.高爾基體；gr.顆粒物質(zhì)；mi.微絨毛；mt.線粒體；n.細(xì)胞核；pv.多邊形分泌物；sv.分泌泡.標(biāo)尺= 1 μm.

2.3透明腺管發(fā)育的超微結(jié)構(gòu)

2.3.1 初生期的超微結(jié)構(gòu)

羽化之后，在乳白長腺管和乳白短腺管之間出現(xiàn)透明腺管.羽化1～9 d透明腺管管壁上皮細(xì)胞排列不規(guī)則，未形成單層.腺管管腔較小.管壁上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)與前2類腺管相似，管壁結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次為：上皮細(xì)胞層、基膜、肌肉層、圍膜.上皮細(xì)胞靠近管腔的頂部含有一些分泌泡(圖5A)，細(xì)胞之間連接緊密(圖5B).管腔中未見分泌物.

2.3.2 少生期的超微結(jié)構(gòu)

羽化10 d后的透明腺管管壁上皮細(xì)胞為單層，相對(duì)前一時(shí)期管腔較大.上皮細(xì)胞靠近基膜的細(xì)胞質(zhì)中含有大量電子透明小泡(圖5C)，上皮細(xì)胞靠近管腔的頂部含有較多分泌泡，管腔中含有少量電子致密的顆粒狀分泌物(圖5D).

2.3.3 成熟期的超微結(jié)構(gòu)

性成熟后透明腺管的管壁上皮細(xì)胞扁平，單層排列.上皮細(xì)胞基部含有大量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間存在片層體結(jié)構(gòu)(圖5E).與前一時(shí)期相似，上皮細(xì)胞富含電子透明的小泡.腺管管腔中，接近管腔中心的分泌物為絨球狀的物質(zhì)和松散的細(xì)顆粒物質(zhì)；靠近上皮細(xì)胞的分泌物為電子致密的顆粒物和纖維狀物質(zhì)(圖5F).上皮細(xì)胞的分泌方式主要為頂質(zhì)分泌(圖5F).

A.分泌泡；B.細(xì)胞連接；C.電子透明小泡；D.管腔中的分泌物；E.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；F.細(xì)胞頂膜部微絨毛和分泌物.b.片層體；bl.基膜；cj.細(xì)胞連接；er.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；fm.纖維狀物質(zhì)；gr.顆粒物質(zhì)；mi.微絨毛；mt.線粒體；n.細(xì)胞核；sv.分泌泡；v.電子透明小泡.標(biāo)尺= 1 μm.

3 討論

Kaulenas等認(rèn)為昆蟲雄性附腺腺體一般成形于末齡若蟲期或蛹期，羽化數(shù)天后會(huì)迅速增長[6].黃粉蟲Tenebriomolitor雄性附腺在蛹期已形成腺管，分泌上皮細(xì)胞中含有少量的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及分散的線粒體，羽化后附腺分泌細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體數(shù)量迅速增加[9].家蟋蟀Achetadomesticus在羽化之后，雄性附腺的上皮細(xì)胞中逐漸聚集大量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，2～3周腺體發(fā)育成熟[10].

優(yōu)雅蟈螽成蟲雄性附腺腺管數(shù)量眾多，有數(shù)百根，至少可以分為3類，即乳白長腺管、乳白短腺管和透明腺管[8].該蟲與黃粉蟲類似，雄性附腺的乳白長腺管和乳白短腺管在末齡若蟲期已經(jīng)發(fā)育為管狀，但其管壁上皮細(xì)胞未形成單層，細(xì)胞之間連接不緊密，靠近管腔的細(xì)胞排列相對(duì)規(guī)則，上皮細(xì)胞內(nèi)僅有一些核糖體，管腔小，管腔中也沒有分泌物.透明腺管與乳白長腺管、乳白短腺管不同，其形成較晚，到羽化后才出現(xiàn).

優(yōu)雅蟈螽雄性成蟲羽化后的少生期3類腺管的基本結(jié)構(gòu)趨向一致，與成熟期的腺管結(jié)構(gòu)相似，上皮細(xì)胞逐漸形成單層，腺管管腔開始出現(xiàn)少量分泌物.

優(yōu)雅蟈螽雄性成蟲性成熟期的3類腺管上皮細(xì)胞均為單層，排列緊密，細(xì)胞內(nèi)有大量核糖體、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、高爾基體等細(xì)胞器，管腔中聚集了大量分泌物.上皮細(xì)胞富含粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、高爾基體，具有分泌細(xì)胞的功能，與管腔中出現(xiàn)大量分泌物相一致.成熟期乳白長腺管管壁上皮細(xì)胞存在細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象(圖2F).細(xì)胞凋亡是一個(gè)受到一系列相關(guān)基因嚴(yán)格調(diào)控的細(xì)胞死亡過程，細(xì)胞分裂產(chǎn)生新的細(xì)胞，替換那些衰老的、失去功能的細(xì)胞[11-12].筆者推測，性成熟期乳白長腺管管壁上皮細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象可能是上皮細(xì)胞的正常更替，即使附腺發(fā)育成熟后仍然存在細(xì)胞分裂產(chǎn)生新的細(xì)胞.該蟲雄性附腺在發(fā)育過程中，上皮細(xì)胞中的細(xì)胞器在種類和數(shù)量上表現(xiàn)出由分散到集中和由少到多的趨勢，管腔中分泌物從無到有，從少到多，最后管腔中充滿分泌物.

盡管優(yōu)雅蟈螽雄性成蟲附腺腺管數(shù)量眾多，種類較多，但其發(fā)育過程基本遵循一般昆蟲雄性附腺的發(fā)育規(guī)律.其雄性附腺的發(fā)育分化始于末齡若蟲期，羽化后附腺上皮細(xì)胞快速分裂分化，細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器迅速增加，管腔中累積大量分泌物.

[1]GILLOTT C.Male accessory gland secretions: modulators of female reproductive physiology and behavior[J].Ann Rev Entomol, 2003, 48: 163-184.

[2]WOLFNER M F.The gifts that keep on giving: physiological functions and evolutionary dynamics of male seminal proteins inDrosophila[J].Heredity, 2002, 88: 85-93.

[3]CHEN P S.The functional morphology and biochemistry of insect male accessory glands and their secretions[J].Ann Rev Entomol, 1984, 29: 233-255.

[4]SWANSON W J.Sex peptide and the sperm effect inDrosophilamelanogaster[J].Pnas, 2003, 100(17): 9643-9644.

[5]COUCHE G A, GILLOTT C.Structure of the accessory reproductive glands of the male migratory grasshopper,Melanoplussanguinipes[J].Morphol, 1990, 203: 219-245.

[6]KAULENAS M S.Insect accessory reproductive structures: function, structure and development[M].New York : Sprinkler-Verlag, 1992：1-159.

[7]ROGINA B.The effect of sex peptide and calorie intake on fecundity in femaleDrosophilamelanogaster[J].Scientific World Journal, 2009, 9: 1178-1189.

[8]馮曉麗, 常巖林, 王莉，等.優(yōu)雅蟈螽雄性附腺結(jié)構(gòu)與分泌蛋白特性[J].昆蟲知識(shí), 2009, 46(5): 761-764.

FENG Xiaoli, CHANG Yanlin, WANG Li， et al.Structure and traits of secreted proteins of male accessory glands ofGampsocleisgratiosa[J].Chinese Bulletin of Entomology, 2009, 46(5): 761-764.

[9]HAPP G M.Structure and development of male accessory glands in insects[C]//KING R C, AKAI H.Insect Ultrastructure.New York: Plenum Press, 1984, 2: 365-396.

[10]KAULENAS M S, POTSWALD H E, BURNS A L ，et al.Development of structural and functional specializations for export protein synthesis by the accessory gland of the male cricket,AchetadomesticusL.(Orthoptera: Gryllidae)[J].Int J Insect Morphol & Embryol, 1979, 8(1): 33-49.

[11]BIALIK S, KIMCHI A.The death-associated protein kinases: structure, function and beyond[J].Annu Rev Biochem, 2006, 75: 189-210.

[12]EISENBERG-LERNER A, BIALIK S, SIMON H-U，et al.Life and death partners: apoptosis, autophagy and the cross-talk between them[J].Cell Death Diff, 2009, 16(7):966-975.

UltrastructureofmaleaccessoryglanddevelopmentfromGampsocleisgratiosa

ZHANGXiaoxia,CHANGYanlin,SHIFuming,ZHOUNa

(College of Life Sciences, Hebei University, Baoding 071002, China)

The ultrastructure of diffrent developmental periods fromGampsocleisgratiosaBrunner von Wattenwyl were examined by TEM (transmission electron microscope).The results revealed that long opalescent gland and short opalescent gland were fully differentiated in last-instar nymph but hyaline gland after eclosion.In epithelial cells, organelles under went the change from dispersed to concentrative and few to more during the male accessory glands development.Secretions under went the change from few to more and were filled in whole gland lumen in mature period.

Orthoptera;Gampsocleisgratiosa; male accessory glands; development

10.3969/j.issn.1000-1565.2013.01.012

2012-02-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31093430；31071955)

張小霞(1985-)，女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，河北大學(xué)碩士研究生.E-mail:shuqi1229@126.com

常巖林(1965-)，女，山西壽陽人，河北大學(xué)副教授，主要從事昆蟲生理研究.E-mail:changylin@126.com

O96

A

1000-1565(2013)01-0057-06

(責(zé)任編輯趙藏賞)