意大利蝗血細(xì)胞形態(tài)學(xué)研究

何 嵐，張永軍*，樊泰山，季 榮*

(1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆特殊環(huán)境物種多樣性應(yīng)用與調(diào)控實(shí)驗(yàn)室,中亞區(qū)域跨境有害生物聯(lián)合控制國(guó)際研究中心，烏魯木齊 830054；2.新疆伊寧市察布查爾縣草原工作站, 新疆察布查爾縣 835300)

意大利蝗血細(xì)胞形態(tài)學(xué)研究

何 嵐1，張永軍1*，樊泰山2，季 榮1*

(1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆特殊環(huán)境物種多樣性應(yīng)用與調(diào)控實(shí)驗(yàn)室,中亞區(qū)域跨境有害生物聯(lián)合控制國(guó)際研究中心，烏魯木齊 830054；2.新疆伊寧市察布查爾縣草原工作站, 新疆察布查爾縣 835300)

血細(xì)胞是昆蟲免疫防御、代謝和分泌等生理活動(dòng)的重要參與者。本文通過(guò)Gimesa-Wright試劑盒染色法研究了意大利蝗成蟲血細(xì)胞類型。結(jié)果表明，意大利蝗存在原血胞、漿血胞、粒血胞、脂血胞、囊血胞、巨核細(xì)胞6種細(xì)胞。粒血胞、脂血胞和漿血胞是意大利蝗主要的血細(xì)胞類型，分別占細(xì)胞總數(shù)的42.04%、29.60%和23.32%。研究結(jié)果為深入研究意大利蝗血細(xì)胞的功能及其對(duì)意大利蝗適應(yīng)環(huán)境的機(jī)制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

意大利蝗；血細(xì)胞；昆蟲

血細(xì)胞在昆蟲免疫防御、黑化作用、代謝和分泌活動(dòng)中均發(fā)揮了重要作用。昆蟲基本的血細(xì)胞類型包括原血胞(Prohemocytes)、漿血胞(Plasmatocytes)、粒血胞(Granulocytes)(傅貽玲，1982a；Klowden, 2008)，除此之外，還可分為球形細(xì)胞(Spherulocytes)、囊血胞(Cystocytes)、類絳血胞(Oenocytoids)、脂血胞(Adipohemocytes)、巨核血細(xì)胞(Megakaryocytes)等(Klowden, 2008；任彩紅等，2014)。不同類型的細(xì)胞行使各自的功能，普遍認(rèn)為原血胞為昆蟲的干細(xì)胞，主要存在于造血器官中(Lavine and Strand, 2002; Klowden, 2008)。漿血胞和粒血胞是主要的免疫細(xì)胞，參與吞噬、包囊和結(jié)節(jié)作用(Elrod-Ericksonetal., 2000; Schmidtetal., 2001)。球形細(xì)胞是某些昆蟲如地中海粉斑螟Ephestiakuhniella化蛹前中性脂肪聚集的部位(Arnold, 1952)。類絳血胞能產(chǎn)生酚氧化酶的前體物質(zhì)，可參與血淋巴的黑化作用、體液免疫(Ashida and Dohke, 1980; Iwama and Ashida, 1986; Jiangetal., 1997)及包囊反應(yīng)(Lavine and Strand, 2002)。黑腹果蠅Drosophilamelanogaster中的層狀血細(xì)胞(Lamellocytes)也參與包囊反應(yīng)(Nappi and Streams, 1969; Vass and Nappi, 2001)。昆蟲血細(xì)胞還可分泌多種防衛(wèi)分子(Muta and Iwanaga, 1996; Iwanaga and Kawabata, 1998)，影響昆蟲營(yíng)養(yǎng)代謝和生長(zhǎng)(Wigglesworth, 1955, 1959)。因此，明確昆蟲血細(xì)胞的功能是深入理解昆蟲免疫及其環(huán)境適應(yīng)機(jī)制的重要前提，而了解昆蟲血細(xì)胞的類型是深入研究血細(xì)胞功能的基礎(chǔ)。

昆蟲血細(xì)胞類型多樣，不同種類昆蟲血細(xì)胞類型存在差異。例如，黑翅痂蝗Bryodemanigroptera包括原血胞、漿血胞、粒血胞、類絳色血細(xì)胞、囊血胞、脂血胞、蠕形細(xì)胞和巨核血細(xì)胞8種類型(任彩紅等，2014)；東亞飛蝗Locustamigratoriamanilensis包括原血胞、漿血胞、粒血胞和類絳血胞4種類型(賈雷坡等，2011)。

意大利蝗Calliptamusitalicus廣泛分布于歐洲大陸，是新疆荒漠半荒漠草原的優(yōu)勢(shì)為害種類，每年給新疆造成巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)損失。研究發(fā)現(xiàn)，意大利蝗的發(fā)生與新疆同期氣候變暖有關(guān)(楊洪升等，2007)，并從生理生化物質(zhì)、呼吸代謝等方面探討了意大利蝗對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制(王冬梅等，2014；李爽等，2015)。本文采用Gimesa-Wright染色法，試圖明確意大利蝗血細(xì)胞的類型，以期為深入研究意大利蝗血細(xì)胞的功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為從免疫生理的角度探討意大利蝗對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

意大利蝗成蟲于2015年8月采自新疆伊寧察布查爾縣。選擇健康、體重相近的成蟲120頭(♀ ∶♂=1 ∶1)，用清水洗凈蟲體，吸水紙吸干后剪中足，用一次性毛細(xì)管吸取10 μL血淋巴置于EP管中，預(yù)冷的蒸餾水稀釋5倍，混勻后取10 μL稀釋液做涂片。用Gimesa-Wright染色試劑盒(購(gòu)自上海生工)進(jìn)行染色和封片。將制作好的血涂片于尼康顯微鏡(尼康50i)下觀察，采用尼康圖像采集分析系統(tǒng)(DS-Fi1C-U3)進(jìn)行拍照、計(jì)數(shù)、測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

研究發(fā)現(xiàn)，意大利蝗成蟲血細(xì)胞類型包括原血胞Prohaemocytes、漿血胞Plasmatocytes、粒血胞Granulocytes、脂血胞Adipohemocytes、囊血胞Cystocytes和巨核細(xì)胞Megakaryocytes(圖1 A-I)，其中粒血胞、脂血胞和漿血胞為主要類型的細(xì)胞，分別占42.04%、29.60%和23.32%，原血胞、囊血胞和巨核細(xì)胞比例較少，總共占5.04%。

6種細(xì)胞形狀和大小各異。原血胞(圖1 A)也稱原始血細(xì)胞，幾乎看不到細(xì)胞質(zhì)，染色后細(xì)胞核呈紫紅色或深藍(lán)色，圓形或橢圓形，平均大小為10.24 μm×8.79 μm。原血胞數(shù)量約占細(xì)胞總數(shù)的2.72%(表1)。漿血胞(圖1 B)形態(tài)多樣，圓形、橢圓形、梭形或不規(guī)則形等，細(xì)胞平均大小為14.78 μm×11.33 μm。細(xì)胞核圓形或橢圓形，染色后呈紫紅色、紫藍(lán)色或深藍(lán)色，核平均大小為10.98 μm×8.87 μm。細(xì)胞質(zhì)均一，被染成淡藍(lán)色、紅色、綠色等多種顏色，有些為透明色。漿細(xì)胞數(shù)量較多，平均約占細(xì)胞總數(shù)的23.32%(表1)。粒血胞(圖1 C-D)形態(tài)多樣，有圓形、橢圓形、梭形、三角形和不規(guī)則形等，細(xì)胞平均大小為16.77 μm×11.32 μm。細(xì)胞核多為圓形和橢圓形，少數(shù)為不規(guī)則形，被染成紫紅色或者深藍(lán)色，平均大小為10.60 μm×8.01 μm。與漿細(xì)胞的顯著區(qū)別是，粒血胞細(xì)胞質(zhì)中含有許多紅色或藍(lán)色顆粒物質(zhì)，顆粒大小不一，多數(shù)直徑小于1 μm，有些細(xì)胞質(zhì)中顆粒分布較為密集，有的較為稀疏。粒血胞數(shù)量較多，平均約占細(xì)胞總數(shù)的42.04%(表1)。囊血胞(圖1 E-F)細(xì)胞核多為圓形或橢圓形，直徑平均為10.02 μm×8.29 μm。細(xì)胞質(zhì)破碎，被染成粉紅色、紫紅色，圍在細(xì)胞核外，或者集聚在細(xì)胞核一側(cè)，有些細(xì)胞核外圍有一圈透明帶。這類細(xì)胞數(shù)量較少，平均約占細(xì)胞總數(shù)的1.93%(表1)。脂血胞(圖1 G-H)是意大利蝗血細(xì)胞中個(gè)體較大型的細(xì)胞，有圓形、橢圓形、梭形，多數(shù)為不規(guī)則形。細(xì)胞平均大小為22.45 μm×16.68 μm。細(xì)胞核多為圓形，被染成紫紅色或深藍(lán)色，平均大小為10.34 μm×9.16 μm。細(xì)胞質(zhì)中有許多輪廓清晰、大小不等、多少不一的透明脂肪泡，有些細(xì)胞質(zhì)中有顆粒物質(zhì)。意大利蝗脂血胞較多，僅次于粒血胞，占細(xì)胞總數(shù)的29.60%(表1)。巨核血細(xì)胞(圖1 I)形態(tài)類似于原血胞，細(xì)胞質(zhì)很少或幾乎看不到，直徑為其它細(xì)胞核的2-3倍。這類細(xì)胞數(shù)量極少，不到細(xì)胞總數(shù)的0.5%。

圖1 意大利蝗血細(xì)胞光學(xué)顯微圖片F(xiàn)ig.1 The optical microscope’s image of the hemocytes from Calliptamus italicus注：A，原血胞；B，漿血胞；C-D，粒血胞；E-F，囊血胞；G-H，脂血胞；I，巨核細(xì)胞；放大倍數(shù)，×1000；標(biāo)尺=5 μm。Note：A, Prophemocytes; B, Plasmatocytes; C-D, Granulocytes; E-F, Cystocytes; G-H, Adipohemocytes; I, Megakaryocytes; Magnification, ×1000; Scale bar=5 μm.

表1 意大利蝗血細(xì)胞大小及比例(平均值±SE)

3 結(jié)論與討論

本文發(fā)現(xiàn)意大利蝗存在6種類型的血細(xì)胞，其中原血胞、漿血胞和粒血胞為3種基本形態(tài)的血細(xì)胞，與多數(shù)昆蟲一樣(王世貴和周志軍，2007；賈雷坡等，2011；任彩紅等，2014)，意大利蝗還包含有脂血胞、囊血胞、巨核細(xì)胞。從細(xì)胞形態(tài)上看，除原血胞和巨核細(xì)胞外，其他各類細(xì)胞均能看到明顯的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核形狀相似、大小均一，但細(xì)胞質(zhì)區(qū)別較大。囊血胞的胞質(zhì)破裂，通常聚集在細(xì)胞核的一側(cè)；漿血胞胞質(zhì)中無(wú)顆粒物質(zhì)，亦無(wú)透明脂肪泡；粒血胞的胞質(zhì)中存在數(shù)量不等的顆粒物質(zhì)，但無(wú)脂肪泡；而脂血胞胞質(zhì)中存在數(shù)量不一、大小不等的脂肪泡，有些還有顆粒物質(zhì)。值得注意的是，意大利蝗脂血胞較大，且脂肪泡所占直徑大，有的甚至達(dá)到5-7 μm，這與黑翅痂蝗脂血胞區(qū)別較大(任彩虹等，2014)。原血胞看不到細(xì)胞質(zhì)，巨核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)極少，后者細(xì)胞核直徑是原血細(xì)胞直徑的2-3倍。因此，可以從形態(tài)上明顯區(qū)分這六類細(xì)胞。

本文未發(fā)現(xiàn)意大利蝗存在獨(dú)特的細(xì)胞類型，但是不同類型細(xì)胞的比例與其它昆蟲存在明顯差異。意大利蝗成蟲的粒血胞、脂血胞和漿血胞比例分別占細(xì)胞總數(shù)的42.04%、29.60%和23.32%，原血胞、囊血胞和巨核細(xì)胞較少，三者合計(jì)占總數(shù)的5%。漿血胞和粒血胞是主要的免疫防衛(wèi)細(xì)胞，參與吞噬、結(jié)節(jié)、包囊、傷口愈合等免疫反應(yīng)(Lavine and Strand, 2002)；粒血胞還可轉(zhuǎn)化為其它類型的細(xì)胞如脂血胞，參與存儲(chǔ)脂肪和分泌功能(傅貽玲，1982b)。意大利蝗粒血胞和漿血胞比例極高，預(yù)示其具有較高的免疫防衛(wèi)能力，是適應(yīng)環(huán)境的重要生理基礎(chǔ)。

意大利蝗脂血胞比例極高，與其它蝗蟲存在極大差異，例如，任彩虹等(2014)報(bào)道黑翅痂蝗脂血胞所占比例不到1%。沙漠蝗Schistocercagregaria主要血細(xì)胞類型包括具有液泡且含有顆粒的漿血胞、有顆粒但無(wú)液泡的漿血胞、具有許多光亮顆粒且有絲狀偽足的粒血胞等(Gillespieetal., 2000)，其中有液泡且含有顆粒的漿血胞與本文所觀察到的脂血胞相似，但作者使用相差顯微鏡觀察，未做細(xì)胞染色處理，本文是染色后再用油鏡觀察，參照國(guó)內(nèi)有關(guān)蝗蟲的細(xì)胞分類方法進(jìn)行分類，分析認(rèn)為沙漠蝗中有液泡且有顆粒的漿血胞與我們觀察到的脂血胞是同類細(xì)胞。遺憾的是，該文僅提到這類細(xì)胞是主要的細(xì)胞類型之一，但并未詳細(xì)描述各類型細(xì)胞的大小和數(shù)量，沙漠蝗中該類細(xì)胞是否與脂血胞具有相似的比例及功能，以及它們的比例為何與其它蝗蟲如黑翅痂蝗相差甚遠(yuǎn)，是否與其適應(yīng)不同環(huán)境有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。盡管許多研究報(bào)道昆蟲血細(xì)胞不僅參與免疫防衛(wèi)反應(yīng)，也參與蛋白質(zhì)合成、代謝、分泌等重要生理活動(dòng)(Wigglesworth, 1955, 1959; 傅貽玲, 1982b; Muta and Iwanaga, 1996; Iwanaga and Kawabata, 1998)，但有關(guān)脂血胞功能的研究報(bào)道較少，傅貽玲(1982a)認(rèn)為，脂血胞可能起到貯藏血淋巴脂肪的作用。血淋巴中儲(chǔ)存的脂肪是否可作為抗逆物質(zhì)，從而增強(qiáng)意大利蝗的抗逆性，脂血胞是否還參與其他生命活動(dòng)，仍需進(jìn)一步研究。

本文首次明確了意大利蝗血細(xì)胞的形態(tài)和類型，確定了粒血胞、脂血胞、漿血胞為主要的細(xì)胞類型；應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究這幾類主要血細(xì)胞的功能，以及如何通過(guò)抑制這幾類細(xì)胞的作用并研發(fā)新型有效的蝗蟲生物制劑，為草原蝗蟲的生物治理提供依據(jù)。

圖書館的專用培養(yǎng)教室一般在一至六個(gè)左右，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)目前的高校學(xué)生規(guī)模，我國(guó)高校教育已經(jīng)由原有的精英教育向普及化教育轉(zhuǎn)變，對(duì)于相應(yīng)的圖書館信息素養(yǎng)教育的設(shè)施需求也在不斷擴(kuò)大，而具有專用教室的高校只有4.1%。除了教學(xué)場(chǎng)所的不足外，教學(xué)設(shè)施也不足以滿足信息素養(yǎng)教育的需求，配置的電腦數(shù)目已經(jīng)不能滿足教學(xué)需求。由于目前學(xué)生一般自行配置電腦，圖書館對(duì)電腦的配置也就缺乏重視，但是素養(yǎng)教育需要一些特殊的軟件與材料，圖書館配置的臺(tái)式電腦未能滿足需求。相應(yīng)的投影儀設(shè)備也有所不足，這些都需要校方重視并改善。

References)

Arnold J. The haemocytes of the Mediterranean flour moth,EphestiakühniellaZell. (Lepidoptera: Pyralididae) [J].CanadianJournalofZoology, 1952, 30 (6): 352-364.

Ashida M, Dohke K.Activation of pro-phenoloxidase by the activating enzyme of the silkworm,Bombyxmori[J].InsectBiochemistry, 1980, 10 (1): 37-47.

Elrod-Erickson M, Mishra S, Schneider D. Interaction between the cellular and humoral immune responses inDrosophila[J].CurrentBiology, 2000, 10 (13): 781-784.

Fu YL. Hemocytes of insect (1) [J].ChineseBulletinofEntomology, 1982a, 3: 45-47. [傅貽玲. 昆蟲的血細(xì)胞(一)[J]. 昆蟲知識(shí), 1982a, 3: 45-47]

Fu YL. Hemocytes of insect (2) [J].ChineseBulletinofEntomology, 1982b, 4: 37-38+41. [傅貽玲. 昆蟲的血細(xì)胞(二)[J]. 昆蟲知識(shí), 1982b, 4: 37-38+41]

Gillespie JP, Burnett C, Charnley AK. The immune response of the desert locustSchistocercagregariaduring mycosis of the entomopathogenic fungus,Metarhiziumanisopliaevaracridum[J].JournalofInsectPhysiology, 2000, 46 (4): 429-437.

Iwama R, Ashida M.Biosynthesis of prophenoloxidase in hemocytes of larval hemolymph of the silkworm,Bombyxmori[J].InsectBiochemistry, 1986, 16 (3): 547-555.

Iwanaga S, Kawabata S, Muta T. New types of clotting factors and defense molecules found in horseshoe crab hemolymph: Their structures and functions [J].TheJournalofBiochemistry, 1998, 123 (1): 1-15.

Jiang H, Wang Y, Ma C,etal. Subunit composition of pro-phenol oxidase fromManducasexta: Molecular cloning of subunit proPO-P1 [J].InsectBiochemistryandMolecularBiology, 1997, 27 (10): 835-850.

Klowden MJ. Physiological Systems in Insects [M]. Beijing: Beijing Science Press. 2008: 369-372.

Lavine MD, Strand M R. Insect hemocytes and their role in immunity [J].InsectBiochemistryandMolecularBiology, 2002, 32 (10): 1295-1309.

Li S, Wang DM, Li J,etal. Differences in heat to lerance and physio-biochemical mechanisms between adult female and maleCalliptumusitalicus(Orthopera; Acrididae) [J].ChineseJournalofAppliedEntomology, 2015, 52 (4): 960-967. [李爽, 王冬梅, 李娟, 等. 雌雄意大利蝗耐高溫差異及其生理生化響應(yīng)對(duì)策[J]. 應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào), 2015, 52 (4): 960-967]

Muta T, Iwanaga S. The role of hemolymph coagulation in innate immunity [J].CurrentOpinioninImmunology, 1996, 8 (1): 41-47.

Nappi AJ, Streams FA. Hemocytic reactions ofDrosophilamelanogasterto the parasitesPseudeucoilamellipesandP.Bochei[J].JournalofInsectPhysiology, 1969, 15 (9): 1551-1566.

Ren CH, Li XY, Wu Z,etal. Morphology of the hemocytes ofBryodemanigropteraZheng[J].ChineseJournalofAppliedEntomology, 2014, 51 (2): 540-547. [任彩紅, 李小玉, 吳哲, 等. 黑翅痂蝗血細(xì)胞形態(tài)學(xué)的研究[J]. 應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào), 2014, 51 (2): 540-547]

Vass E, Nappi AJ. Fruitfly immunity [J].BioScience, 2001, 51 (7): 529-535.

Wang DM, Li J, Li S,etal. Effects of temperature on the respiratory metabolism ofCalliptamusitalicus(Orthoptera: Acrididae) [J].ActaEntomologicaSinica, 2014, 57 (3): 373-378. [王冬梅, 李娟, 李爽, 等. 溫度對(duì)意大利蝗呼吸代謝的影響[J]. 昆蟲學(xué)報(bào), 2014, 57 (3): 373-378]

Wang SG, Zhou ZJ. The morphology and classification of hemocytes in a locustCatantopspinguis[J].ChinsesBulletinofEntomology, 2007, 44 (2): 241-244+310. [王世貴, 周志軍. 紅褐斑腿蝗血細(xì)胞的形態(tài)與分類[J]. 昆蟲知識(shí), 2007, 44 (2): 241-244+310]

Wigglesworth VB.The role of the haemocytes in the growth and moulting of an insect,Rhodniusprolixus(Hemiptera) [J].JournalofExperimentalBiology, 1955, 32 (4): 649-663.

Wigglesworth VB. Insect blood cells [J].AnnualReviewofEntomology, 1959, 4 (1): 1-16.

Yang HS, Ji R, Xiong L,etal. Effect of meteorological factors on locust occurrence in the North of Mt. Tianshan in Xinjiang [J].ChineseBulletinofEntomology, 2007, 44 (4): 517-520. [楊洪升, 季榮, 熊玲, 等. 氣象因子對(duì)北疆地區(qū)蝗蟲發(fā)生的影響[J]. 昆蟲知識(shí), 2007, 44 (4): 517-520]

StudyonmorphologyofhemocytesinCalliptamusitalicus

HE Lan1, ZHANG Yong-Jun1*, FAN Tai-Shan2, JI Rong1*

(1. College of Life Science, Xinjiang Normal University, Key Laboratory of Special Environment Biodiversity Application and Regulation in Xinjiang, International Center for the Collaborative Management of Cross-border Pests in Central Asia, Urumqi 830054, China; 2. Grassland Workstation of Chabuchaer County in Yining, Chabuchaer County 835300, Xinjiang Province, China)

Hemocytes are important factors that influence immunity, metabolism, and secretion of insect. Morphology and type proportion of hemocytes fromCalliptamusitalicuswas studied by Gimesa-Wright method. The results revealed that there were prohemocytes, plasmatocytes, granulocytes, adipohemocytes, cystocytes, and megakaryocytes inC.italicus. Granulocytes, adipohemocytes and plasmatocytes were main hemocytes that account for 42.04%, 29.60%, and 23.32% of the total hemocytes, respectively. The results provided data for further study on function of hemocytes and their effect on environmental adaption ofC.italicus.

Calliptamusitalicus; hemocyte; insect

何嵐，張永軍，樊泰山，等.意大利蝗血細(xì)胞形態(tài)學(xué)研究[J].環(huán)境昆蟲學(xué)報(bào)，2017,39(5):1100-1104.

Q965;S433.2

A

1674-0858(2017)05-1100-05

新疆特殊環(huán)境物種多樣性應(yīng)用與調(diào)控實(shí)驗(yàn)室招標(biāo)課題(XJTSWZ-2015-02);國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2015DFR30290)；新疆師范大學(xué)博士啟動(dòng)基金(XJNUBS1517)

何嵐，女，1982年生，湖南人，博士研究生，講師，研究方向?yàn)槔ハx生態(tài)學(xué)，E-mail：helanv@126.com

*通訊作者Author for correspondence, E-mail: yjzhang@xjnu.edu.cn;Jirong@xjnu.edu

Received: 2016-06-15; 接受日期Accepted: 2016-08-10