两种水生萤火虫发光器的超微结构研究

论文摘要

中国大陆的萤火虫研究刚刚起步，而对于萤火虫发光器的研究，国外主要集中在陆生萤火虫光的产生、控制机制及发光器的超微结构等方面。为探讨武汉发现的两种珍稀的水生萤火虫——条背萤Luciola substriata和雷氏黄萤Luciola leii发光器与陆生种发光器结构的异同及为研究萤火虫发光的高效率提供基础，作者对这两种水生萤火虫发光器的超微结构进行了研究，结果如下。条背萤L．substriata成虫发光器较简单，由明显的两层组成——反射层和发光层。成虫发光器腹节由外向内依次为表皮、发光层、反射层和内部细胞层。反射层由排列紧密的“尿酸囊泡”构成，具有发达的气管结构，对光起反射作用；发光层由大量发光细胞构成，内含典型的发光颗粒、线粒体、内质网及大量糖原，该层通过发光细胞胞质内的生化反应而发光。条背萤L．substriata两层均由非细胞层膜包被，间距25～30μm。雷氏黄萤L．leii成虫发光器同样分为反射层和发光层。反射层由排列紧密的“尿酸囊泡”构成，具有粗大的气管结构，为发光器提供充足的氧气供应，气管外周具有上皮细胞。发光层由发光细胞构成，发光颗粒一般呈圆球状，散布于胞质内，线粒体主要位于发光细胞内部近细胞膜处，反射层与内部细胞层间可观察到发达的气管结构，与反射层内的气管结构类似。条背萤L．substriata和雷氏黄萤L．leii幼虫发光器复杂。条背萤L．substriata幼虫发光器长椭圆形，由背射层和发光层构成，由非细胞层膜包被。背射层由单层柱状细胞构成，内含大量“尿酸囊泡”。发光层细胞膜相互绞缠，含有两种类型的发光颗粒：“致密”型和“凋亡”型，含有大量的线粒体和无定形颗粒，发光细胞之间分布着大量的气管、微气管及神经末梢，同时可观察到神经突触。雷氏黄萤L．leii幼虫发光器球形，直径为0.38±0.035 mm(n=30)，由一非细胞层膜包被，分层现象不明显，发光器边缘存在大的透明区域。三级气管分支进入发光器中并且发光器中有2—4束肌肉穿过，起固定发光器的作用。发光器由发光细胞构成，内含典型的发光颗粒。发光器含有大量的气管及微气管。有大的神经与发光器相联系。此外，这两种幼虫发光器间距差异显著。两种水生萤火虫成虫与幼虫发光器结构的不同点：成虫发光器的发光颗粒主要位于发光细胞的中央部位，而幼虫发光器中的发光颗粒随机散布于胞质中；幼虫发光器具有直接的神经支配，而成虫发光器不具有：成虫发光器中的线粒体主要位于近发光细胞的细胞膜处，而幼虫发光器中的线粒体位于发光细胞内部；成虫发光器都分为反射层和发光层，而L．leii幼虫发光器中部结构致密，边缘透明，不具有两层的结构；相同点在于：发光的生化反应机制相同；发光颗粒相似；都具有发达的气管结构。与这两种水生萤火虫相比，陆生种成虫发光器反射层和发光层均无非细胞层膜包被，两层间无明显间距，发光颗粒形状不规则，气管通常形成二分支；陆生种幼虫发光层形状差异较大，背射层由单层或2～4层细胞构成；相似点在于，成虫发光器都由均由反射层和发光层构成，发光细胞内都含发光颗粒、线粒体及大量糖原，都具有发达的气管结构，发光颗粒相似。幼虫发光器都由背射层和发光层构成，都具有发达的气管和直接的神经支配，发光颗粒相似，都由非细胞层膜包被。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 1 前言
• 1.1 萤火虫的生物发光
• 1.1.1 发光机制
• 1.1.2 萤火虫的闪光信号
• 1.2 萤火虫发光器结构研究概况
• 1.2.1 萤火虫成虫发光器结构研究
• 1.2.2 萤火虫幼虫发光器结构研究
• 1.3 萤火虫发光的控制机制
• 1.3.1 氧气作为发光控制的因素
• 1.3.2 神经控制萤火虫的发光
• 1.3.3 NO控制萤火虫的发光
• 1.4 条背萤Luciola substriata和雷氏黄萤Luciola leii研究概况
• 1.4.1 条背萤Luciola substriata研究概况
• 1.4.2 雷氏黄萤Luciola leii研究概况
• 2 材料与方法
• 2.1 供试虫源
• 2.1.1 成虫的采集
• 2.1.2 幼虫的采集
• 2.2 仪器设备及主要试剂
• 2.2.1 仪器设备
• 2.2.2 主要试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 发光器的制样方法
• 2.3.2 发光器显微切片的实验方法
• 2.3.3 透射电镜超微结构观察的实验方法
• 2.3.4 幼虫发光器的解剖及数据测量方法
• 3 结果与分析
• 3.1 条背萤Luciola substriata和雷氏黄萤Luciola leii成虫发光器结构研究
• 3.1.1 条背萤L.substriata成虫发光器结构
• 3.1.2 雷氏黄萤L.leii成虫发光器结构
• 3.2 条背萤Luciola substriata和雷氏黄萤Luciola leii幼虫发光器结构研究
• 3.2.1 条背萤L.substriata幼虫发光器结构
• 3.2.2 雷氏黄萤L.leii幼虫发光器结构
• 3.2.3 条背萤L.substriata和雷氏黄萤L.leii幼虫发光器间距的比较
• 4 全文总结与讨论
• 4.1 全文总结
• 4.1.1 条背萤L.substriata成虫发光器结构
• 4.1.2 条背萤L.substriata幼虫发光器结构
• 4.1.3 雷氏黄萤L.leii成虫发光器结构
• 4.1.4 雷氏黄萤L.leii幼虫发光器结构
• 4.2 讨论
• 4.2.1 两种水生萤火虫成虫发光器结构的异同
• 4.2.2 两种水生萤火虫幼虫发光器结构的异同
• 4.2.3 两种水生萤火虫成虫与幼虫发光器结构的异同
• 4.2.4 两种水生萤火虫发光器与陆生种发光器结构的异同之处
• 参考文献
• 致谢
• 附录