中国七种蝉科昆虫精子形态及超微结构研究（半翅目：蝉科）

摘要

精子是形态和超微结构均多样化的一类特殊细胞；不同类群昆虫的精子都具有独特的特征，可为昆虫分类及系统发育分析等提供重要信息。但截至目前，关于蝉科Cicadidae昆虫精子结构的研究仍然较少，且仅涉及蝉亚科Cicadinae、姬蝉亚科Cicadettinae和特蝉亚科Tettigomyiinae的11属13种；裸蝉亚科Tibicininae昆虫精子结构一直缺乏研究。 为了进一步明晰蝉科不同类群精子的形态和超微结构，为蝉科昆虫分类及蝉次目昆虫系统发育研究提供更多信息和依据，本文分别通过荧光显微镜和透射电子显微镜对裸蝉亚科的枯蝉Subpsaltria yangi，姬蝉亚科的蟋蝉Tettigettasp.及蝉亚科的哑蝉Karenia caelatata、蟪蛄Platypleura kaempferi、蒙古寒蝉Meimuna mongolica、黑蚱蝉Cryptotympana atrata、蛉蛄Pycna repanda的成熟精子进行了观察研究。主要研究结果如下： 蝉科昆虫精子形态和超微结构基本相似。丝状的精子聚集成束且其头部嵌入均匀的同质基质中，形成精子束。头部包含较短的顶体和细胞核。颈区由中心粒和中心粒侧体组成，中心粒位于细胞核的末端；中心粒侧体是连接头部和尾部的主要细胞器，位于细胞核侧后方凹陷处。尾部一般由一个轴丝和一对对称线粒体衍生物组成，但一些物种的部分精子具有多个轴丝和线粒体衍生物；轴丝微管为典型的9 + 9 + 2模式（最外层具9个副微管，里层为9个双微管，中心为1对中央微管）；线粒体衍生物由排列有序的嵴组成，且每个衍生体内均有一个结晶区域。在鞭毛末端，轴丝微管排列变为混乱或缺失状态。精子长度在种内和种间都有明显不同，均表现出多态性。根据精子长度，哑蝉和蛉蛄的精子可被分为长精子、中长精子和短精子3种类型，枯蝉、蟋蝉、蟪蛄、蒙古寒蝉、黑蚱蝉的精子仅被分为长精子和短精子2种类型。 本研究首次在哑蝉和蛉蛄精子尾部发现一个电子致密的三角形区域，该结构在其他蝉科其他昆虫精子中未被曾发现。黑蚱蝉精子细胞核电子不致密，与已知的其他蝉科昆虫精子细胞核存在明显不同。蝉科不同类群昆虫精子的中心粒侧体也存在显著差异：蝉亚科昆虫精子中心粒侧体为鞘状结构，姬蝉亚科蟋蝉精子中心粒侧体为片层状结构，裸蝉亚科枯蝉精子中心粒侧体为颗粒状结构。 具有片层状的中心粒侧体是姬蝉亚科的一个共有衍征。本研究结果表明，中心粒侧体结构的不同可能是区别蝉科三个亚科的重要特征。基于精子中心粒侧体的超微结构并结合其他相关形态特征，哑蝉被归于蝉亚科更为合理。另外，本研究发现蝉科昆虫部分精子鞭毛具有多个轴丝和线粒体衍生物，这可能与精子鞭毛可能为受精卵提供可用的遗 传物质（细胞质遗传）以及精子游动能力（竞争性）相关。与蝉次目的角蝉总科和沫蝉总科昆虫精子相比，仅蝉科昆虫的精子表现出多态性。蝉科不同类群在精子形态和超微结构方面的差异，可为蝉科昆虫分类及蝉次目系统发育分析提供重要信息。

目录

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第一章 文献综述

1.1蝉总科昆虫概况

1.2昆虫精子形态及超微结构

1.3昆虫精子的多态性

1.4昆虫精子超微结构在分类及系统发育分析中的意义

1.5本研究的目的与意义

第二章 材料与方法

2.1标本采集及保存处理

2.2样品处理与制备

2.2.1荧光显微镜样品制备与观察

2.2.2透射电子显微镜观察样品制备与观察

2.3数据分析

第三章 结果与分析

3.1精子形态观察

3.2精子超微结构观察

3.2.1裸蝉亚科Tibicininae

3.2.2姬蝉亚科Cicadettinae

3.2.3蝉亚科 Cicadinae

第四章 结论与讨论

4.1结论

4.2主要创新点

4.3讨论

4.3.1精子超微结构研究对于哑蝉分类地位的启示

4.3.2蝉科昆虫精子中心粒侧体的结构差异

4.3.3昆虫精子的多态性

4.3.4蝉科昆虫精子线粒体衍生物的意义

4.4研究展望

参考文献

致谢

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