文摘
消化道的油松abietis幼虫是直管分为前肠、中肠和后肠。口后,前肠是进一步分为咽,食道(作物),和前胃内衬角质层。一双肌肉,chitin-lined袋分支前前肠和消化道侧面。胃盲位于前中肠,在整个中肠围食膜形成和观察。单个层中肠柱状上皮细胞紧靠在基板一端与微绒毛扩展到肠道内腔。Nidi再生细胞的观察之间的柱状上皮细胞基底层。马氏管连接到后中肠。后肠由幽门,肌肉回肠直肠连接到一个球状,然后打开肛门。
1。介绍
昆虫肠道形态和功能依赖于几个因素包括昆虫分类单元,发展阶段,摄食行为和食物来源1,2),但所有昆虫内脏都遵循相同的基本计划。前和后肠源自胚胎外胚层,内衬角质层(2- - - - - -4]。中间组件,或中肠,没有表皮覆盖,一般认为起源于胚胎内胚层[2,5,6]。前肠通常为短期食品储存和运输中肠功能(3),食品被酶消化和营养吸收在柱状上皮。后肠分为幽门,回肠,直肠,水和盐的地方可能被吸收,通过肛门粪便通过从身体2,4]。马氏管连接中肠和后肠交界处可能在一边或另结根据昆虫(7,8]。1895年,波尔达(9)描述肠道形态选择的例子从每个家庭在膜翅目昆虫。六十年后,麦克斯韦(10内部幼虫)广泛的比较解剖学叶蜂的来自11个科132种,收集在世界范围内,为了解决某些问题相关叶蜂的分类法。麦克斯韦(10)确定两个主要内部解剖特点建立之间的进化关系叶蜂类群是唾液腺和马氏管。
松黄叶蜂香脂冷杉(油松abietis)(膜翅目:松叶蜂科),是北美土著和普遍,幼虫饲料主要香脂冷杉(冷杉属balsamea),白云杉(云杉glauca)和黑云杉(云杉马里亚纳)[11]。油松abietis可能是一种复杂的时序差异在生活史和宿主选择产卵和喂养可能提供菌株的隔离机制,否则可以自由交配(12]。纽芬兰岛上(纽芬兰和拉布拉多省(NL),加拿大),疫情香脂冷杉种群叶蜂通常发生在5 - 15年周期和4至5年(13]。这里,香脂冷杉叶蜂幼虫过冬后出现在春末夏初,鸡蛋,排卵前一年然后本年度的针头的香脂冷杉树。雄性幼虫化蛹后第五个幼虫体育场,而女性可能会通过一个加法龄幼虫蛹前(14]。成人出现在夏末,交配雌性将女性卵子和未交配的雌性,雄性鸡蛋(产雄孤雌生殖)。香脂冷杉种群爆发叶蜂是天然的被害虫流行病nucleopolyhedrovirus (NeabNPV:Gammabaculovirus:Baculoviridae(15))(16]。叶蜂npv只感染中肠(17),所以之前检查的病理NeabNPV在幼虫香脂冷杉叶蜂因为报告的一般缺乏叶蜂内脏解剖,我们首先进行考试的解剖学和组织学的健康消化道香脂冷杉叶蜂幼虫。
2。材料和方法
2.1。幼虫集合
香脂冷杉分支,包含n abietis幼虫,收集的前缘香脂冷杉叶蜂爆发老人的池塘边,问,加拿大(49°7′23.3′′N: 57 45.6°51′′′W) 2003年7月21页之间。幼虫被保持在20公斤香脂冷杉树叶棕色纸袋在4°C最多48 h。幼虫从树叶中删除,头颅用解剖显微镜配备测量校准物镜测微计。幼虫头壳宽度在0.96至1.5毫米之间,对应第三——fifth-instar幼虫(14),被转移到无菌100 mm×15毫米的塑料培养皿为12 - to15-h饥荒时期。幼虫被允许吸收10%的水溶液中巴氏杀菌蜂蜜和被放置在清洁(5分钟浸泡在0.25%水NaOCl其次是三个下半场在自来水冲洗),新鲜的香脂冷杉枝,在环境室温72 h(大约20°C)监控NeabNPV感染的迹象。
2.2。组织准备工作
2.2.1。Paraplast部分
幼虫在Bouin淹没整个固定剂(美国电子显微镜科学,哈特菲尔德,Pa) 24 - 48 h。幼虫在分级冲洗和脱水乙醇系列丁醇和嵌入Paraplast +(舍伍德医疗,圣路易斯,密苏里州,美国)。嵌入式材料使用钢组织被切割刀在美国光学(820年纽约州布法罗)斯宾塞旋转切片机将削减部分10μ米厚。串行部分清洁显微镜玻片上染色使用修改后的祈祷的召唤染色技术(18),在乙醇脱水Hemo-D(费舍尔科学、公平的草坪,新泽西,美国)和安装在Permount(费舍尔科学、公平的草坪,新泽西,美国)。
2.2.2。Epon-Araldite部分
幼虫收获和环氧树脂包埋埋准备第一注入固定剂(2.5% gluteraldehyde - 0.05 M钠甲次砷酸盐- 0.1 M蔗糖pH值7.4)使用1-cc 27 g1/2注射器和针头(美国新泽西州,正欲富兰克林湖)。正面和反面被移除的头颅和第八腹足,然后,分别从血腔肠道被拉到新鲜的固定剂,使用细钳。肠子切除low-gelling-temperature环氧嵌入被嵌入在2%琼脂糖(SeaPlaque:融合生物制品、大利好,美国)保持肠道的完整性内容(19]。内脏被削减大约在前,中期,和后肠部分,在琼脂糖re-embedded,转移到1.5毫升微型离心机管包含新鲜固着在一夜之间在4°C。肠道样本冲洗20°C各15分钟0.05钠甲次砷酸盐含有蔗糖0.1米,0.05米的蔗糖和蔗糖postfixation 1% OsO紧随其后4在0.05钠甲次砷酸盐缓冲,pH值为7.4 1 h在20°C。样品收到了两个下半场冲洗在同一个缓冲区后跟两个10分钟前在蒸馏水洗全体染色在4%水醋酸双氧铀在一夜之间,在黑暗中在4°C (19]。两个额外的10分钟洗水是紧随其后的是在分级丙酮脱水系列(30 - 100%)和嵌入在Epon-Araldite [20.](Epon-5 g, Araldite-5 g, DDSA-12 g, dmp - 30 - 500μL)(电子显微镜科学,哈特菲尔德,Pa,美国)。部分被使用RMC MT-7超微切片机在1μ光学显微镜和80 - 90 nm电子显微镜使用Diatome(比尔、瑞士)组织和钻石刀,分别。薄片放在干净的玻璃幻灯片,沾染了甲苯胺blue-basic洋红(Canemco-Marivac、圣劳伦、QC、加拿大),安装在Permount。超薄部分100 -网铜网格沾2%醋酸双氧铀和0.01%柠檬酸铅。数字光学显微镜图像捕获使用尼康Eclipse 80 i / DS相机(美国纽约尼康仪器,梅尔维尔)。电子显微镜图片在日立H7000透射电子显微镜拍摄(米西索加,,加拿大)在75千伏。
3所示。结果
3.1。消化道
的n abietis幼虫消化道直接并运行完整的幼虫的身体的长度,前嘴,后肛门之间,分为三个不同的区域(数据1和2):前肠(数字3- - - - - -9)、中肠(数字9- - - - - -13)和后肠(数字13- - - - - -19)。前肠形成肠道的大约22%的总长度。一双肌肉憩室的袋分支前前肠(数字1,3,4)和连接到口腔前庭(图5)。像所有组件的前肠,这些袋内衬角质层。后的口腔前庭与后方指挥表皮棘肌咽(数字6- - - - - -8),其次是食道扩大后方形成作物(数据6和9)。前胃(数据9和10)的特点是厚的角质层,中肠前的前肠的最后一部分。胃盲包围前中肠,在这个区域,围食膜是由细胞的贲门和前中肠(数字9和10)。中肠的消化管的长度的63%左右,其中大部分由柱状上皮细胞冲撞到基板上,然后环绕圆周和纵向肌肉(图11和12)。Nidi再生细胞隔柱状上皮细胞和基板(数据相邻11)。年底后中肠,就前面的幽门后肠的上皮细胞形成褶皱(数字13和14),这个地区的细胞似乎贡献材料围食膜(图15)。马氏管观察,插入后中肠结束前幽门(图14)。后肠占剩下的15%的消化道,包括幽门,回肠,直肠和肛门(数字13- - - - - -19),所有的内衬角质层。幽门不一样宽的中肠,收紧进一步回肠(数字2和13),形成肌管的特点是厚厚的角质层(数字16和17)。长方体的上皮起伏,由细胞(图17)。后回肠直肠是球状的,植物废料可以看到包裹在鞘形成的围食膜(图18)。的外表面角质层衬里的肛门后方直接刺和内向刚毛(图19)。
3.2。的唾液腺
一双唾液腺侧面消化道和开放到口腔前庭(图1)。腺由一对大管道,每个许多腺体细胞的表面(数字20.- - - - - -25)。观察颗粒内外腺体细胞的细胞质(数字22和23)。的唾液腺由一层上皮细胞微绒毛面临中央腔的导管,分泌物观察(数字20.,24,25)。
数据3- - - - - -6,9,10,13- - - - - -16,18- - - - - -21光显微图paraplast部分。数据7,8,11,17,22- - - - - -25光显微图环氧树脂部分,和图吗12是一个电子显微照片的环氧树脂部分。
4所示。讨论
叶蜂是食植物的和松叶蜂科食叶害虫的针叶树树(松科)消化系统适应了这一目的。憩室的袋,分支diprionid幼虫前肠,用于存储host-plant-derived萜类化合物中生搬硬套防御性行为对捕食者(21- - - - - -27]。就像n abietis憩室的袋的n黄叶幼虫已经证明是肌肉囊内衬一层不透水的角质层(21]。袋的内容的化学conifer-feeding diprionid叶蜂[21- - - - - -24)和pergid叶蜂吃桉树(28)反映了化学的食物来源。食物来源和幼虫体育场也可以影响反刍流体的体积。红发的松叶蜂(n lecontei美联储)幼虫松果体banksiana转载0.26±0.02μL和0.07±0.04μL当美联储p . resinosa(24];second-instar红松叶蜂(n nanulus nanulus)发布58.9±2.3%的转载第一驱逐液体体积和低数量的未来两驱逐,而五龄幼虫释放40.5±2.0%在第一次返流和低但类似的数量在接下来的两个返流(24]。Diprion扎幼虫美联储high-resin饮食产生大量的液体和蛹的重量高于幼虫饲料低树脂,表明这种化学防御很低的成本和维护(27]。然而,可能有负面影响之间的平衡high-resin酸内容初龄幼虫(例如,更长的开发时间)和优势积极作用(化学防御)末龄幼虫n黄叶幼虫(23]。香脂冷杉叶蜂幼虫已被证明执行最佳(更好的生存和茧权重)当他们可以吃所有年龄类叶(29日]。
其余的前肠参与食物的摄入量,研碎,运动回到中肠(2,3]。肌肉组织和后方直接刺在咽的角质层n abietis幼虫会帮助这些函数。食道是放大作为临时存储器官,和前胃,其上覆盖着厚厚的角质层,参与食物的浸渍(2,3]。前胃的贲门是专门的细胞分泌围食膜(30.]。围食膜由贲门细胞只被认为是II型围食膜和被发现,例如,在成人鳞翅目幼虫双翅目和几31日]。I型围食膜产生沿整个长度或两端的中肠1]。I型围食膜在鞘翅目(甲虫),Dictyoptera(蟑螂),膜翅目昆虫(蜜蜂、蚂蚁、黄蜂),鳞翅目(飞蛾和蝴蝶),和成人hematophagous双翅目(例如,雌蚊)31日]。在幼虫n abietis、材料用于观察围食膜的形成是由细胞分泌的贲门(前胃)和前和后中肠上皮细胞。贲门的发展可能是一个适应允许昆虫围食膜的生产大量的局部地区肠道(32]。在幼虫叶蜂,大量生产的重要性中肠围食膜前地区的中肠上皮细胞的保护将磨损的锯齿状边缘部分人造食品(31日)和潜在的有害微生物病原体,同时允许通过的分子(消化的酶和产品)endo -和ectoperitrophic空间之间(30.]。膜翅目昆虫中,初始阶段的消化发生在endoperitrophic空间,中间阶段ectoperitrophic空间,最后阶段在中肠上皮细胞的表面31日]。只有消化的酶参与初始阶段之间自由移动穿过围食膜endo -和ectoperitrophic空间(31日]。逆流的水从后中肠盲被认为这些酶再通行,ectoperitrophic空间,前中肠,他们可以重新进入endoperitrophic空间(31日]。
叶蜂幼虫有明显的胃盲10];然而,有膜翅目昆虫,进化的趋势向细腰亚目,胃盲丢失和它们的功能取代前中肠细胞(31日]。在的另一端n abietis幼虫中肠、马氏管空到ectoperitrophic空间前的幽门后肠。麦克斯韦(10)报道称,大约有28个马氏管n swainei幼虫和当她指出,“所有物种的一般结构油松单调的相似;差异上发现一个小级别描述swainei,abietis,lecontei”,你可以假设也存在类似的数量n abietis。在她的论文,麦克斯韦33提供的幼虫消化道画一条线n abietis从组织学部分(她的盘子II, E),显示了消化道的结构类似于我们的观察。然而在麦克斯韦的画,折叠的上皮似乎在中肠的中部地区,而我们观察到他们在前部和后部的中肠(数字2,9,13,14)。这种差异的原因还不清楚,但可能是麦克斯韦从这些我们分段,分段不同幼虫视距的差异可能是由于固定工件或可能是材料检查麦克斯韦NeabNPV感染。NeabNPV是高度传染性香脂冷杉种群叶蜂幼虫和NeabNPV可以通过幼虫后不久出现从鸡蛋和迅速传播到其他幼虫34]。在我们检查的材料,柱状上皮细胞和nidi再生细胞的细胞中观察到原则的幼虫中肠的中部地区n abietis。简单的幼虫肠道n abietis也许是反映肠道细菌的多样性较低(即由文化无关的分子技术。,聚合酶链反应扩增和测序的守恒的16 s rRNA基因从微生物群)[35,36]。
桑托斯和Serrao37)研究了47种蜜蜂的回肠和得出的结论是,在一般情况下,回肠是chitin-lined管由长方体的单层细胞,没有证据的解剖专业化和回肠包围一层圆形肌肉。这也描述的回肠n abietis幼虫。直肠的n abietis幼虫似乎也有一个简单的结构组成的单层上皮细胞的薄角质层和更少的比回肠肌肉。粪球在直肠被围食膜覆盖。麦克斯韦(10)是指“直肠牙齿”模式和使用的可能性这一特点来区分不同种类的松叶蜂科;她说她打算发表一篇关于这个主题。不幸的是,如果她发表一篇论文,我们无法找到它。一般来说,麦克斯韦(10]报告两行直肠的牙齿松叶蜂科(例如,n swainei,Diprion(Gilpinia)hercyniae)。我们观察到许多,看到的牙齿和刚毛衬里的肛管的角质层n . abietis但目前尚不清楚麦克斯韦指的是这两种结构。
唾液在昆虫作为食品进入消化道的润滑剂;它可能包含酶和38)也可能不31日)参与消化。唾液腺叶蜂和更高的膜翅目昆虫的唇腺。与叶蜂的唾液腺,腺体细胞显然是明显的唾液腺(10,39),更高的膜翅目昆虫的腺体细胞已经被纳入唾管内壁(40]。除了生产唾液,唾液腺叶蜂也可能功能的丝腺茧生产在某些团体,如长节叶蜂科、茎蜂科,和Tenthredinoidae (Blasticotomidae除外)而不是其他人,例如,Pamphiliidae,树蜂科,Xiphydriidae(见[41])。蜜蜂(的蜜蜂),丝绸生产开始和结束在第五幼虫体育场prepupal时期(前42,43]。据推测,一个类似的过程将发生在幼虫体育场前蛹化n abietis和其他diprionid叶蜂。
麦克斯韦(10,33)进行她的研究的内部解剖132种叶蜂幼虫的值来确定内部特征指标的分类和系统发育关系的观点叶蜂是单源组的一部分,广腰亚目。然而,最近的研究表明,叶蜂不是单元(44,45]。相反,叶蜂形式的不同总科的主要进化分支线从一个常见的膜翅目昆虫的祖先Euhymenoptera (Orussoidea和细腰亚目)(45]。内部解剖结构的差异观察到麦克斯韦(10,33)可能代表了不同群体的长期存在和独立的进化历史叶蜂检查。考试的特殊releveance的幼虫肠道组织学diprionid叶蜂等n abietis是松叶蜂科叶蜂的只有家人,在gammabaculoviruses已确定,孤立,和验证46,47]。因此,当前的论文提供信息的消化道健康diprionid叶蜂幼虫对病理学的研究在diprionid gammabaculoviruses叶蜂可以相比。
确认
这项工作是支持的研究补助金c . j . Lucarotti和d·b·莱文的自然科学和工程研究理事会(NSERC)通过一个工业研究与森林保护有限的合作(林肯,新布伦瑞克)和NSERC生物电控制网络,并通过赠款从加拿大和加拿大自然资源为c . j . Lucarotti森林服务。作者欣然承认艾莉森·康纳斯的援助在切片石蜡包埋材料和罗伯·约翰和蕾妮Lapointe关键论文的评论。