第二章—体壁

1、第二章第二章 昆虫的体壁昆虫的体壁1、什么是昆虫体壁？、什么是昆虫体壁？体壁是昆虫硬化了的皮肤，也称外骨骼（体躯最外层组织）。2、昆虫体壁有什么作用？、昆虫体壁有什么作用？一、体壁的结构一、体壁的结构底膜底膜皮细胞层皮细胞层表皮层表皮层内表皮内表皮 外表皮外表皮 上表皮上表皮护蜡层护蜡层 蜡层蜡层 表皮质层表皮质层膜原细胞膜原细胞 毛原细胞毛原细胞底膜底膜腺细胞腺细胞蜕皮腺蜕皮腺皮细胞层皮细胞层上表皮上表皮内表皮内表皮外表皮外表皮皮细胞腺孔皮细胞腺孔刚毛刚毛上上表表皮皮外外表表皮皮蜡层蜡层多元酚层多元酚层表皮质层表皮质层护蜡层护蜡层孔道孔道底膜(Basement membrane)(Basem

2、ent membrane) 是由血细胞分泌而成，主要成份含糖蛋白的胶朊纤维；它是一个双层的构造，其作用是将皮细胞层与血腔分开，具有选择透性。皮细胞层(Epidermis)(Epidermis) 皮细胞层是一单细胞层，其排列整齐，是体壁结构中唯一有生命的一层。 皮细胞层有三个主要作用：l皮细胞的主要生理功能是控制昆虫的脱皮作用，在脱皮过程中分泌脱皮液，皮细胞的主要生理功能是控制昆虫的脱皮作用，在脱皮过程中分泌脱皮液，消化旧的内表皮并吸收其产物合成新表皮，分泌和吸收作用是由其顶端的消化旧的内表皮并吸收其产物合成新表皮，分泌和吸收作用是由其顶端的原生质丝构成的孔道来进行的。原生质丝构成的孔道来进行的

3、。l一部分皮细胞分化形成了腺体如唾液腺、毒腺、脱皮腺等，统称皮细胞腺。一部分皮细胞分化形成了腺体如唾液腺、毒腺、脱皮腺等，统称皮细胞腺。l特化、形成各种外长物如刚毛、鳞片、刺和距等等，以及感觉器官。特化、形成各种外长物如刚毛、鳞片、刺和距等等，以及感觉器官。 n 表皮层表皮层 表皮层是由皮细胞分泌的一种异质的非细胞层，表皮层是由皮细胞分泌的一种异质的非细胞层，分为分为内表皮、外表皮和上表皮内表皮、外表皮和上表皮3层。层。内表皮内表皮 是由皮细胞向外分泌所形成的最后一层，也是表皮层中最厚的是由皮细胞向外分泌所形成的最后一层，也是表皮层中最厚的一层，为一层，为10-200um。 内表皮中主要含有内

4、表皮中主要含有几丁质几丁质和和蛋白质蛋白质的复合体，或称粘多糖蛋白的复合体，或称粘多糖蛋白质。质。 当昆虫饥饿和脱皮时，当昆虫饥饿和脱皮时， 内表皮可被消化、吸收，内表皮可被消化、吸收， 因而内表皮具有贮备营因而内表皮具有贮备营 养成分的功能。养成分的功能。外表皮外表皮 n在内表皮的外方，是经过鞣化反应而形成的含在内表皮的外方，是经过鞣化反应而形成的含蛋白质蛋白质层，色深而坚硬，厚层，色深而坚硬，厚3-10um3-10um，几丁质几丁质排排列呈丝状，是表皮层中最坚硬的一层。列呈丝状，是表皮层中最坚硬的一层。n昆虫节间膜等柔软的外表皮一般不发达或不含昆虫节间膜等柔软的外表皮一般不发达或不含外表皮

5、。外表皮。n昆虫在脱皮时，外表皮全部脱去。昆虫在脱皮时，外表皮全部脱去。上表皮上表皮 表皮的最外层，覆盖于昆虫的体表、气管壁及化表皮的最外层，覆盖于昆虫的体表、气管壁及化学感受器表面。该层不含有学感受器表面。该层不含有几丁质几丁质，厚度为，厚度为1-3um，上表皮的层次依昆虫种类而不同，上表皮的层次依昆虫种类而不同，从内向外一般分为从内向外一般分为表皮质层、蜡层和护蜡层。表皮质层、蜡层和护蜡层。上上表表皮皮外外表表皮皮蜡层蜡层多元酚层多元酚层表皮质层表皮质层护蜡层护蜡层孔道孔道上表皮各层的特点和作用上表皮各层的特点和作用l表皮质层：通过鞣化修复破损表皮 l蜡层：蜡质，保水。l护蜡层：含脂类和鞣

6、化蛋白质，性质稳定，保护蜡层的功能。（1）内表皮 endocuticle：最厚，10200m，无色柔软为几丁质蛋白质复合体，呈多层的片状结构，具延展性，可被消化吸收。（2）外表皮 exocuticle：310 m，坚硬而色深，为鞣化后的含骨蛋白，蜕皮时不能被吸收。（3）上表皮 epicuticle12 m，不含几丁质。依形成的次序，由内向外分为三层。二、二、 表皮的化学成分表皮的化学成分 表皮的主要组分是表皮的主要组分是几丁质和蛋白质几丁质和蛋白质，此外还有，此外还有脂类、色素和无机盐脂类、色素和无机盐类类。几丁质几丁质是一类性质稳定的含氮多糖物质（是一类性质稳定的含氮多糖物质（N-乙酰氨基葡

7、糖-氨基葡糖多聚体），），占昆虫表皮的占昆虫表皮的252540%40%。蛋白质蛋白质以多糖蛋白、鞣化蛋白、橡胶质精的形式主以多糖蛋白、鞣化蛋白、橡胶质精的形式主要存在于原表皮（内、外表皮）中。要存在于原表皮（内、外表皮）中。脂类脂类以蜡层的形式存在于上表皮。以蜡层的形式存在于上表皮。多元酚及其氧化酶多元酚及其氧化酶参与表皮的硬化与暗化。参与表皮的硬化与暗化。色素色素形成体色。形成体色。三、蜕皮三、蜕皮 昆虫的体壁由于昆虫的体壁由于外表皮的硬化外表皮的硬化，形成外，形成外骨骼，阻碍了昆虫的生长，幼虫只有进行周期骨骼，阻碍了昆虫的生长，幼虫只有进行周期性脱皮，才能继续进行生长发育。脱皮是一个性脱皮

8、，才能继续进行生长发育。脱皮是一个复杂的生理过程，并受激素的调控。复杂的生理过程，并受激素的调控。 脱皮过程包括脱皮过程包括皮层的溶离皮层的溶离 、旧表皮的消化旧表皮的消化和和新表皮的沉积新表皮的沉积等一系列等一系列连续的生理过程。连续的生理过程。 在脱皮过程开始时，皮细胞首先进行有丝分裂，皮细胞由原来在脱皮过程开始时，皮细胞首先进行有丝分裂，皮细胞由原来的扁平状变为排列紧密的圆柱状，由于皮细胞形状的改变所产生的的扁平状变为排列紧密的圆柱状，由于皮细胞形状的改变所产生的表面张力导致在皮细胞层与内表皮之间产生一个小的空隙，表面张力导致在皮细胞层与内表皮之间产生一个小的空隙，这一过这一过程称皮层溶

9、离程称皮层溶离。 随后皮细胞开始在这一间隙中随后皮细胞开始在这一间隙中分泌脱皮液分泌脱皮液，脱皮液包括蛋白酶，脱皮液包括蛋白酶和几丁酶，这些酶在开始时是无活性的，当绛色细胞在紧贴皮细胞和几丁酶，这些酶在开始时是无活性的，当绛色细胞在紧贴皮细胞分泌一层角质精层后，这些酶开始消化旧的内表皮，在消化过程中，分泌一层角质精层后，这些酶开始消化旧的内表皮，在消化过程中，会形成一层极薄的脱皮膜，脱皮膜与昆虫感受外界环境信息有关，会形成一层极薄的脱皮膜，脱皮膜与昆虫感受外界环境信息有关，与此同时，旧表皮在角质精层下面开始分泌新的前表皮（包括内表与此同时，旧表皮在角质精层下面开始分泌新的前表皮（包括内表皮和外

10、表皮）。皮和外表皮）。在消化后的旧表皮中，在消化后的旧表皮中，90%以上的物质被重新吸收以上的物质被重新吸收利用，并参与新表皮的合成。利用，并参与新表皮的合成。 就在脱皮之前，皮细胞通过蜡管在角质精层上面分泌蜡层，就在脱皮之前，皮细胞通过蜡管在角质精层上面分泌蜡层，随后昆虫开始脱皮，脱皮时的昆虫一般靠吸收大量的空气或水分，随后昆虫开始脱皮，脱皮时的昆虫一般靠吸收大量的空气或水分，并借助肌肉的收缩活动，使蜕裂线处的血压增大，最终导致蜕裂并借助肌肉的收缩活动，使蜕裂线处的血压增大，最终导致蜕裂线破裂，于是昆虫从旧表皮中钻出，留下线破裂，于是昆虫从旧表皮中钻出，留下“蜕蜕”。当昆虫脱离旧。当昆虫脱离

11、旧表皮后，同样靠吸收大量空气或水分，使新表皮扩展，虫体长大，表皮后，同样靠吸收大量空气或水分，使新表皮扩展，虫体长大，此时，皮腺开始在蜡层上分泌护蜡层。不久后，酪氨酸的酚类衍此时，皮腺开始在蜡层上分泌护蜡层。不久后，酪氨酸的酚类衍生物分泌于表皮内，经过生物分泌于表皮内，经过酚氧化酶氧化形成醌类，使外表皮中的酚氧化酶氧化形成醌类，使外表皮中的蛋白质鞣化蛋白质鞣化，鞣化蛋白质由肽链的交链作用，形成蛋白质和几丁鞣化蛋白质由肽链的交链作用，形成蛋白质和几丁质的网，体壁逐渐变暗变硬。质的网，体壁逐渐变暗变硬。 在鞣化过程结束后，昆虫内表皮还有一个继续沉积的过程。在鞣化过程结束后，昆虫内表皮还有一个继续沉

12、积的过程。脱 皮脱皮步骤脱皮步骤成熟表皮成熟表皮皮层溶离皮层溶离产生新表皮质层产生新表皮质层消化旧内表皮消化旧内表皮吸收脱皮液吸收脱皮液脱皮后的新表皮脱皮后的新表皮上表皮上表皮外表皮外表皮内表皮内表皮脱皮腺脱皮腺绛色细胞绛色细胞皮细皮细 胞胞亚表皮空间亚表皮空间绛色细胞绛色细胞非非活活性性脱脱皮皮液液表皮质表皮质绛色细胞绛色细胞已部分已部分消化的消化的内表皮内表皮脱皮液脱皮液脱皮膜脱皮膜原表皮原表皮绛色细胞绛色细胞旧表皮旧表皮脱皮膜脱皮膜未分化的未分化的原表皮原表皮未分化的未分化的 原表皮原表皮绛色细胞绛色细胞脱 皮q 凤蝶幼虫换凤蝶幼虫换“新装新装”蜕蜕表皮的鞣化和暗化表皮的鞣化和暗化脱 皮

13、是指醌类物质同原表皮中的蛋白质分子发生交是指醌类物质同原表皮中的蛋白质分子发生交联，形成鞣化蛋白，使表皮变硬的过程。表皮的鞣化作用有联，形成鞣化蛋白，使表皮变硬的过程。表皮的鞣化作用有两种途径，即醌鞣化和两种途径，即醌鞣化和 - -骨化。骨化。酪氨酸酪氨酸 N-N-乙酰多巴胺乙酰多巴胺 N-N-乙酰多巴胺乙酰多巴胺- -醌醌 鞣化蛋白鞣化蛋白 + +酶酶 二元酚氧化酶二元酚氧化酶 （蛋白质）（蛋白质）2 醌鞣化醌鞣化: : - -骨化骨化: :酪氨酸酪氨酸 N-N-乙酰多巴胺乙酰多巴胺 中间体中间体 - -骨化蛋白骨化蛋白 + + 酶酶 激活激活 （蛋白质）（蛋白质）2 酚氧化酶酚氧化酶脱 皮

14、是表皮中的酪氨酸氧化反应的另一条是表皮中的酪氨酸氧化反应的另一条重要途径。是重要途径。是醌类物质聚合成醌多聚物（真黑素），醌类物质聚合成醌多聚物（真黑素），使虫体颜色加深的过程。使虫体颜色加深的过程。脱 皮 被脑激素激活的前胸腺能分泌被脑激素激活的前胸腺能分泌蜕皮激素（蜕皮激素（MH），它的主要作用是发动皮细胞进行表皮形成过程它的主要作用是发动皮细胞进行表皮形成过程-使蜕使蜕皮。皮。 另一类是被脑激素激活的咽侧体分泌另一类是被脑激素激活的咽侧体分泌保幼激素保幼激素(JH)，维持幼虫特征，阻止变态发生。维持幼虫特征，阻止变态发生。四、昆虫体壁的色彩四、昆虫体壁的色彩 昆虫的体壁通常具有不同的色彩

15、，因其形成方式不同可分为以下昆虫的体壁通常具有不同的色彩，因其形成方式不同可分为以下3类：类：色素色、结构色、结合色色素色、结构色、结合色 。 体色的生物学意义：体色的生物学意义： 1 1、异性互相识别和寻偶的信息。、异性互相识别和寻偶的信息。 2 2、拟色、警戒色和闪光可避敌，、拟色、警戒色和闪光可避敌， 3 3、避免过多的阳光和热量、避免过多的阳光和热量 色素色色素色 色素色色素色（Pigmentary colours）又称）又称化学色化学色，由，由于昆虫体内存在某些化合物于昆虫体内存在某些化合物 ，可以吸收一部分波，可以吸收一部分波长的光波和反射一部分光波，即呈现某种颜色。长的光波和反射

16、一部分光波，即呈现某种颜色。 色素都是代谢的产物色素都是代谢的产物，如白粉蝶和黄粉蝶的，如白粉蝶和黄粉蝶的白色和黄色是由于尿酸盐类色素的存在；许多幼虫白色和黄色是由于尿酸盐类色素的存在；许多幼虫的绿色则是由于体内存在有吞入植物的叶绿素和花的绿色则是由于体内存在有吞入植物的叶绿素和花青素所致。青素所致。 结构色结构色 结构色（结构色（structural colours）又称物理色。）又称物理色。这是由于昆虫体壁上这是由于昆虫体壁上有极薄的蜡层、刻点、沟缝或鳞片等细微结构，使光波发生折射、反射或有极薄的蜡层、刻点、沟缝或鳞片等细微结构，使光波发生折射、反射或干扰而产生的各种颜色。如甲虫体壁表面的

17、金属光泽和闪光等，是永久不干扰而产生的各种颜色。如甲虫体壁表面的金属光泽和闪光等，是永久不褪的，也不能为化学药品或热水处理而消失。褪的，也不能为化学药品或热水处理而消失。 结合色结合色 结合色，又叫合成色，这是一种普遍具有的色彩，它是由色素色结合色，又叫合成色，这是一种普遍具有的色彩，它是由色素色和结构色混合而成和结构色混合而成。如紫闪蛱蝶，其翅面呈黄褐色（色素色），同时。如紫闪蛱蝶，其翅面呈黄褐色（色素色），同时也有紫色（结构色）的闪光。也有紫色（结构色）的闪光。昆虫体壁的色彩五、表皮的通透性五、表皮的通透性 表皮是昆虫与环境之间的一个通透性屏障，表皮是昆虫与环境之间的一个通透性屏障，外源性化学物质在一定条件下可穿透体壁。物质外源性化学物质在一定条件下可穿透体壁。物质的穿透能力和速率取决于体壁的结构特性，物质的穿透能力和速率取决于体壁的结构特性，物质的理化性质和环境因素，进入皮细胞的物质还会的理化性质和环境因素，进入皮细胞的物质还会受到代