● 摘要
蝗虫是重要的无脊椎动物和初级消费者，它是昆虫纲(Insecta)直翅目(Orthoptera)中比较大的一个类群，属低等而典型的原始有翅昆虫。全世界已记载的蝗虫多达1O000多种，其中可以造成蝗灾的有几十种，形成不同危害的蝗虫百种之多。目前我国已知蝗虫一千余种，对农业、牧业和林业能够造成不同程度危害的就有60多种。人类历史上，蝗灾经常与水灾和旱灾相间或相伴发生，已成为人类社会的三大自然灾害之一，而蝗灾所造成的巨大经济损失和影响波及自然生态系统和社会经济系统等方面。当前鉴于蝗虫潜在的巨大资源、危害种类带来的巨大经济损失，以及蝗虫生命周期短、便于养殖等诸多方面的因素，使得对蝗虫的研究引起许多生物学家们的关注与兴趣。进入21世纪，随着科学和经济的迅速发展、学科间的相互渗透，以及现代科学技术的推广与应用，蝗虫研究领域相继由形态学、分类学、生物学、解剖学、生理学、生物化学和生态学等基础学科研究向更广泛的交叉学科发展与深入，研究也从宏观渐至微观，并且在生态系统、群落、种群、个体、器官、细胞、基因等各个层次展开。 本论文首次对东北寒冷地区——吉林省四平地区蝗虫进行生殖生态学研究，应用野外捕捉和养殖、形态解剖与测量、免疫组织化学和生物统计比较分析等方法，对该地区蝗虫种群发生的季节动态、优势蝗虫卵巢和精巢发育动态变化、1O 种常见蝗虫卵子发生组织学研究及其配子发生时原癌基因c-kit特异性表达、6种优势蝗虫配子发生时原癌基因 c-kit 特异性表达的增龄变化等方面生殖生理机制进行探讨，以期为蝗虫生物防治和蝗虫资源利用提供理论依据。研究结果如下： 1 系统调查了四平地区蝗虫资源，报道了该区域内直翅目(Orthoptera)蝗总科(Acridoidea)中蝗虫群落组成和时间动态变化。结果显示，四平地区蝗总科昆虫隶属于6科，22属，27种；蝗虫发生时间动态变化表明蝗虫6月末始有发生，到八月中旬达到峰值，为6科、19属、22种，10月初尚有少数蝗虫存在，1O月中旬之后全部消亡。根据蝗虫种群发生数量百分比，确定绿牧草蝗(O.viridulus (Linnaeus))、中华蚱蜢(Acinerea Thunberg)、黄胫小车蝗((O.infernalis Sauss)、素色 异爪蝗(Eu.unicolor (Ikonn.))、条纹异爪蝗(Eu.vittatus Zheng)、异翅负蝗 (A.heteroptera B.-Bienko)和长翅素木蝗(S.shirakii(I.B01.))为本地区优势蝗虫。动态 分析表明，不同蝗虫种群发生、发育历期、发生高峰和消亡规律各不相同，体现 出蝗虫为适应生态环境而形成各自的发生规律及种间差异。 2 通过对吉林省四平地区6种优势蝗虫野外罩养，从成虫出现到死亡期间， 对蝗虫卵巢和精巢发育动态变化进行观察、测量和统计分析。研究结果表明，蝗 虫成虫刚出现时，卵巢发育水平较低，但是后期发育迅速，其体积呈现幂指数增 长曲线模式，并且卵巢发育始终维持在高度发育的水平上，卵巢发育基本符合五 个发育级别；而蝗虫成虫刚出现时，精巢发育水平较高，后期发育幅度较小，随 着虫体的发育精巢体积达到峰值后出现下降趋势。不同蝗虫卵巢和精巢发育的体 积变化曲线各不相同，具有种间差异。蝗虫精巢和卵巢发育出现不同步现象。综 合分析，蝗虫生殖器官发育是在多种生态因子的综合作用下，通过神经-激素水平 的精确调控进行，最终导致卵巢和精巢发育存在时空差异和种间差异，为种间生 殖隔离提供保障。 3 通过对四平地区1O种常见蝗虫卵巢组织学观察、测量和统计分析，结果 显示，根据卵母细胞、细胞核和滤泡上皮细胞形态和数量变化以及细胞内营养物 质和卵黄的形成与积累等，蝗虫卵子发生基本符合3个时期8个阶段划分标准。 蝗虫卵子发生过程中细胞学特点是卵母细胞体积变化极其剧烈，尤以卵黄发生时 期卵母细胞体积增长最为显著，其体积曲线变化呈指数增长模式，卵母细胞的细 胞核增长显著，滤泡细胞形态和体积出现显著的阶段性变化，表明卵母细胞对滤 泡细胞存在着某种精密的周期性调控，同时滤泡细胞还要完成为卵母细胞提供营 养物质的生理使命。在蝗虫卵子发生过程中卵母细胞和滤泡细胞阶段性变化还具 有种间差异。卵黄发生是昆虫卵子发生过程中的重大生理事件，在有关激素调节 下卵母细胞、细胞核以及滤泡细胞都相应发生许多形态和功能上改变，为卵黄积 累进行积极的加工合成、运输和贮存工作。 4 运用免疫组织化学和Motic Images Advanced3.2图象分析系统测量了400 倍视野下蝗虫配子发生过程中，c-kit免疫反应阳性面积百分比及阳性颗粒平均面 积，代表c-kit阳性表达的强弱和阳性颗粒大小。对四平地区1O种常见蝗虫配子 发生时c-kit特异性表达和定位研究，发现在蝗虫精子发生过程的各阶段都有c-kit 阳性表达，但是表达强弱不同。在精原细胞时期有较弱的c-kit阳性表达，阳性颗 粒细小；在初级精母细胞时期c-kit阳性表达显著增强，阳性颗粒粗大；在次级精 母细胞时期c-kit阳性表达继续增强，阳性颗粒细小；成熟精子时期也有较强的c-kit 阳性表达，阳性颗粒细小，阳性颗粒分布于精子的头部和尾丝等处。在蝗虫精子 发生中，生精细胞内c-kit蛋白特异性表达呈递增态势，说明c-kit蛋白直接参与 并调控着精子增殖和分化的每个进程。同时还发现在精巢小管末端有c-kit阳性颗 粒成团存在，在受精囊壁腺细胞中有分泌c-kit阳性颗粒现象。这些贮存精子的位 点出现c-kit阳性颗粒，推测c-kit蛋白还可能参与成熟精子运动和维系生理活性 等功能。 在蝗虫卵子发生1-6阶段卵母细胞中有c-kit阳性表达，阳性表达强弱出现阶 段性变化，在7-8阶段卵母细胞内未见有c-kit阳性表达。卵原细胞时期c-kit阳性 表达较强，阳性颗粒粗大；卵母细胞开始发育后c-kit阳性表达强度下降，颗粒细 小，在卵母细胞发育中期前后再次出现c-kit阳性表达增加趋势，阳性颗粒粗大； 卵母细胞开始积累卵黄后，c-kit阳性表达迅速降低直至消失。在蝗虫卵子发生中 c-kit蛋白特异性表达呈现递减态势，尤其是在卵黄发生时期没有c-kit蛋白表达， 推测c-kit蛋白可能与抑制卵母细胞减数分裂有关，对生长期卵母细胞具有较为重 要调控作用。同时还发现，在卵母细胞发育后期，滤泡细胞有大量分泌c-kit阳性 颗粒现象，而且滤泡细胞产生的阳性颗粒并不进入卵母细胞中，仅分布在卵母细 胞表面；输卵管管壁腺细胞具有合成和分泌c-kit阳性颗粒现象并分布在管壁内 侧，这些现象说明c-kit蛋白可能还参与成熟卵母细胞表面活性的维系。 此外，对10种蝗虫精子发生和卵子发生过程中c-kit阳性表达强度进行种间 比较分析，发现不同种蝗虫存在着明显的种间差异，认为是不同种蝗虫在相同生 态环境中在行为和生理等方面与环境长期协同进化的结果，为种间生殖隔离提供 生理水平上的保证。总之，c-kit/SCF系统在蝗虫配子发生过程中的不同表达水平， 说明该系统参与对各个阶段生殖细胞发育进程的调控，并且是成熟配子存活的重 要因子甚至参与精卵识别等受精环节，进一步推测激素水平调控对c-kit蛋白阶段 性的特异表达起着主导作用。 5 对四平地区6种优势蝗虫配子发生时c-kit蛋白特异性表达增龄变化研究， 发现在蝗虫精子发生和卵子发生过程中，c-kit阳性表达强度出现季节变化规律， c-kit阳性表达基本是在成虫发育初期达到峰值，表明c-kit蛋白调控活动在此时期 最为活跃，为产生大量正常和成熟的配子所必需；而随着成虫发育的进行，c-kit 阳性表达强度开始出现不同程度下降趋势，并维持在一种弱表达状态。推测这种 周期性变化与蝗虫配子成熟程度相关，以此来维持配子发生持续进行。比较不同 种蝗虫配发生过程中c-kit阳性表达增龄变化曲线，还可以看出不同种蝗虫之间存 在着种间差异，推测是由于不同时期激素浓度差异调控所致。 6 在整理以往采集的昆虫标本时还发表蝗虫三新种，分别为：长岭异爪蝗 (E．changlingensis sp.nov.)，吉林雏蝗(C.jilinensis sp.nov.)，佳木斯金色蝗 (Ch.jiamusi sp.nov.)，模式标本现保存于东北师范大学生命科学学院。