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目的:
1.用免疫组织化学结合激光共聚焦扫描显微镜对昆虫触角叶内结构进行扫描,研究触角叶的神经纤维球结构。
2.应用多道电生理(MultichannelRecording,MR)记录神经放电方法,研究斜纹夜蛾(Spodopteralitura,鳞翅目,夜蛾科)嗅觉第一级神经中枢触角叶(AntennalLobe,AL)神经元对6种重要的气味(芳香类、脂类与绿叶气味)及2种性信息素(Z9,E11-14:Ac与Z9,E12-14:Ac)的电生理反应,根据气味刺激前后500ms内产生脉冲(Spike)数目的变化,明确斜纹夜蛾触角叶神经元的反应方式及雄雌虫在嗅觉感受能力方面的差异。
3.为了明确植物气味对昆虫寄主定向和选择行为的影响,通过Y形风洞来研究斜纹夜蛾对6种植物气味的嗅觉定向反应。揭示中枢神经系统对各种气味化合物的电生理反应及与行为的关系,明确对嗅觉信息处理方式的性别差异。
方法:
1.解剖昆虫完整触角叶组织,经过戊二醛固定、梯度酒精脱水和透明等一系列处理后,用激光共聚焦扫描显微镜对昆虫触角叶结构进行5μm光学切片扫描。
2.本研究用6种重要的气味(芳香类、脂类与绿叶气味)及2种性信息素(Z9,E11-14:Ac与Z9,E12-14:Ac)激活斜纹夜蛾触角叶的神经网络,并用多道电生理手段同时记录触角叶内多个神经元的反应方式。参照anducasexta的方法,解剖斜纹夜蛾成虫脑部,露出触角叶,不断滴加生理盐水。将16通道的硅电极插到触角叶中获得信号,用气味标样刺激,分对刺激前后信号进行分析,了解神经元对气味的反应特点。
3.将传统的Y形管改造成由有机玻璃制造的中型Y形风洞,通过斜纹夜蛾对对照组与标样气味之间的比较,作出选择意向,从而来不同区域的分布量。
结果:
1.激光共聚焦扫描结果显示:经该方法处理后在激发光488nm下能清晰扫描出昆虫触角内典型结构神经纤维球,并且可清晰看到斜纹夜蛾雄性触角叶结构内的扩大型神经纤维球复合体(MacroglomerularComplex,MGC),而在相应雌性昆虫体内都没有此复合体。此外雌雄触角叶内存在数量较多的普通神经纤维球(OrdinaryGlomeruli,OG)。另外通过5μm分层扫描得到斜纹夜蛾的触角叶平均厚度约为130μm,神经纤维球数量约为35。
2.MR结果:AL具有三种自发放电模式的神经元:弥散形放电、中度放电与爆发性放电。神经元对气味的刺激反应也有三种类型:兴奋性、抑制性与无反应。兴奋性神经元数目明显多于抑制性神经元。反应强度也明显受刺激浓度的影响:有些反应与浓度成正比;而有些反应在气味浓度最大时反而有所下降,存在一定的阈值;而有些神经元反应保持不变。广谱型的神经元几乎对六种植物气味都呈现反应;也存在特异型的神经元,选择性地对一种味有反应。对六种刺激物都显示兴奋性反应的神经元进行统计分析,发现雌雄成虫对芳香化合物的反应明显强于对其它两类化合物的反应,而雄性对各种气味的反应强于雌性。雌性对两种性信息素没有反应,雄性对次要成分Z9,E12-14:Ac的反应程度强于主要成分Z9,E11-14:Ac。
3.在测试浓度范围内,单组分的植物气味对雌性昆虫没有明显的引诱作用;雄虫对芳香族化合物特别的偏好,但苯甲醛除外;对脂类化合物与植物气味只在很小的浓度范围内有引诱作用。低浓度条件下,分布在标样区的斜纹夜蛾数量大于分布在对照区,高浓度下则反之。
结论:
1.斜纹夜蛾单侧触角叶中存在大约35个神经纤维球,神经纤维球中存在各种反应谱不一致的神经元。神经元各司其职,不同反应谱图的神经元有助于Spodopteralitura正确识别环境中复杂地气味。抑制性及存在反应阈值的神经元保证整体神经活动正确、有序进行,避免过度反应,扰乱识别气味过程。
2.雌雄对于气味反应强度的差异可能是由两者不同地生理活动造成的,雌性主要负责寻找栖息地、产卵活动,而雄性多负责交配。雌虫对性信息素没有明显反应;雄虫对性信息素存在明显反应,且不受浓度影响。可能的原因是雄虫触角叶存在扩大型神经纤维球MGC,而雌虫没有此结构。
3.风洞试验证实单组分的植物气味对雌性昆虫没有明显的引诱作用;雄虫特别嗜好对芳香族化合物,这与MR结果一致,对芳香类化合物反应大于其它凡类化合物,且雄性反应大于雌性。斜纹夜蛾趋向低浓度的气味,避开浓度大的气味。