昆蟲(chóng)生理學(xué)呼吸系統(tǒng)第1頁(yè)/共57頁(yè)第五章昆蟲(chóng)的呼吸系統(tǒng)

InspirationSystem第2頁(yè)/共57頁(yè)

昆蟲(chóng)通過(guò)管狀氣管系統(tǒng)直接將氧氣輸送給需氧組織、器官或細(xì)胞，在經(jīng)過(guò)呼吸作用，將體內(nèi)貯存的化學(xué)能以特定形式釋放，為生命活動(dòng)提供所需要的能量。昆蟲(chóng)的呼吸過(guò)程和一般動(dòng)物的相同，包括兩個(gè)不可分割的環(huán)節(jié)。一是外呼吸，指昆蟲(chóng)通過(guò)呼吸器官與外界環(huán)境之間進(jìn)行氣體交換，即吸入氧氣和排出二氧化碳，是一個(gè)物理過(guò)程；二是內(nèi)呼吸，指利用吸入的氧氣，氧化分解體內(nèi)的能源物質(zhì)，產(chǎn)生高能化合物—ATP，是一個(gè)化學(xué)過(guò)程。概論第3頁(yè)/共57頁(yè)第一節(jié)昆蟲(chóng)的呼吸方式由于昆蟲(chóng)體軀結(jié)構(gòu)不同生活習(xí)性不同，呼吸方式也不同，主要呼吸方式有：一、氣管呼吸（大多數(shù)陸棲昆蟲(chóng)）絕大部分陸生昆蟲(chóng)的呼吸方式。體內(nèi)有完整的逐級(jí)分支的器官系統(tǒng)，并以氣門(mén)開(kāi)口于體壁。第4頁(yè)/共57頁(yè)第5頁(yè)/共57頁(yè)第6頁(yè)/共57頁(yè)第7頁(yè)/共57頁(yè)交換。沒(méi)有氣管系統(tǒng)，用體壁直接進(jìn)行氣體二、體壁呼吸（如彈尾目）第8頁(yè)/共57頁(yè)三、氣管鰓呼吸（水生昆蟲(chóng)如蜉蝣的氣管腮和蜻蜓直腸腮）第9頁(yè)/共57頁(yè)（水生昆蟲(chóng)如龍虱）四、氣泡和氣膜呼吸第10頁(yè)/共57頁(yè)五、寄生昆蟲(chóng)的呼吸方式通過(guò)體壁直接從寄主體內(nèi)獲得氧氣第11頁(yè)/共57頁(yè)第二節(jié)氣管系統(tǒng)的來(lái)源、組成氣管的來(lái)源：外胚層第12頁(yè)/共57頁(yè)氣門(mén)（spiracle）：氣管在身體兩側(cè)的開(kāi)口氣管(trachea)（主氣管、支氣管）氣囊(airsacs)：氣管的膨大部分微氣管：氣管分支末端位于組織的部分氣管系統(tǒng)的組成第13頁(yè)/共57頁(yè)一、氣門(mén)

氣門(mén)是與外界想通的門(mén)戶(hù)，其位置大多數(shù)在身體的兩側(cè)。第14頁(yè)/共57頁(yè)1，多氣門(mén)型

①全氣門(mén)式：(Holopneustic)具有10對(duì)有效氣門(mén)，即在中、后胸上各1對(duì)，腹部8對(duì)。如蝗蟲(chóng)

②周氣門(mén)式：(Peripneustic)：具有9對(duì)有效氣門(mén)，即中胸1對(duì)，腹部有8對(duì)。如鱗翅目幼蟲(chóng)

③半氣門(mén)式：(Hemipneustic)：具有8對(duì)有效氣門(mén)，即中胸1對(duì)，腹部7對(duì)。如蕈蚊科幼蟲(chóng)

（一）氣門(mén)的類(lèi)型第15頁(yè)/共57頁(yè)2，寡氣門(mén)型

①兩端氣門(mén)式：(Amphipneustic)：具有2對(duì)有效氣門(mén)，即前胸1對(duì)，第8腹節(jié)上1對(duì)。如蠅科幼蟲(chóng)

②后氣門(mén)式：(Metapneustic)具有1對(duì)有效氣門(mén)，位于腹部最一節(jié)上。如蚊科幼蟲(chóng)

③前氣門(mén)式：(Propneustic)有1對(duì)有效門(mén)，位于前胸上。如蚊科的蛹

第16頁(yè)/共57頁(yè)半氣門(mén)式（hemipneustic）

8對(duì)有效氣門(mén)（蕈蚊幼蟲(chóng)）第17頁(yè)/共57頁(yè)后氣門(mén)式（metapneustic）

1對(duì)有效氣門(mén)（孑孓）第18頁(yè)/共57頁(yè)前氣門(mén)式（propneustic）

1對(duì)有效氣門(mén)（蚊蛹）

3，無(wú)氣門(mén)型（apneustic）：無(wú)有效的氣門(mén)第19頁(yè)/共57頁(yè)(二)氣門(mén)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的氣門(mén)僅是氣管在體壁上的一個(gè)開(kāi)口，稱(chēng)氣管口(trachealorifice)，它是體壁內(nèi)陷形成氣管后留下的原始孔。第20頁(yè)/共57頁(yè)

氣門(mén)腔(atrium)

氣門(mén)腔口(atrialorifice)

圍氣門(mén)片(peritreme)第21頁(yè)/共57頁(yè)(三)氣門(mén)的構(gòu)造

開(kāi)閉構(gòu)造位于氣門(mén)腔口的氣門(mén)。這種開(kāi)閉構(gòu)造包括1對(duì)基部相聯(lián)的唇形活瓣和垂葉。外閉式氣門(mén)

垂葉上著生有閉肌，當(dāng)閉肌收縮時(shí)，將垂葉往下拉，使兩活瓣閉合；當(dāng)閉肌松馳時(shí)，活瓣由于垂葉本身的彈性而張開(kāi)。很多昆蟲(chóng)的胸部氣門(mén)具有這種外閉式構(gòu)造，如蝗蟲(chóng)、蜚蠊、蝽類(lèi)、龍虱和蜜蜂等。根據(jù)氣門(mén)結(jié)構(gòu)和開(kāi)閉肌肉的有無(wú)第22頁(yè)/共57頁(yè)蝗蟲(chóng)氣門(mén)第23頁(yè)/共57頁(yè)

內(nèi)閉式氣門(mén)

開(kāi)閉構(gòu)造位于氣管口的氣門(mén)。這種開(kāi)閉構(gòu)造主要包括閉弓和閉帶。當(dāng)閉肌收縮時(shí)，牽動(dòng)閉帶推向閉弓而將氣管口關(guān)閉；當(dāng)閉肌松弛、開(kāi)肌收縮時(shí)，將閉帶拉回，氣管口開(kāi)啟。

大多數(shù)昆蟲(chóng)的氣門(mén)，特別是腹部氣門(mén)屬于這種類(lèi)型。這類(lèi)氣門(mén)的氣門(mén)腔口沒(méi)有活瓣，但常在氣門(mén)腔口內(nèi)側(cè)有過(guò)濾結(jié)構(gòu)，以防止灰塵、細(xì)菌和水的侵入。第24頁(yè)/共57頁(yè)家蠶幼蟲(chóng)氣門(mén)第25頁(yè)/共57頁(yè)二、氣管（一）氣管的組成及其特點(diǎn)

1.氣管組織結(jié)構(gòu)：外表皮管壁細(xì)胞內(nèi)表皮螺旋絲第26頁(yè)/共57頁(yè)氣管構(gòu)造第27頁(yè)/共57頁(yè)（1）局部地方加厚，形成螺旋絲。（A）抗壓；（B）保持氣管有彈性；（C）處于擴(kuò)張狀態(tài)，有利于氣管氣體交流暢通。（2）分化：內(nèi)層膜，相當(dāng)于上表皮中的角質(zhì)精層；外層膜，相當(dāng)于內(nèi)表皮，由脂蛋白和幾丁質(zhì)組成。第28頁(yè)/共57頁(yè)2構(gòu)造特點(diǎn)：（1）內(nèi)膜上無(wú)蠟質(zhì)（2）氣管可伸縮（3）脫皮時(shí)可脫掉3氣管的功能：通風(fēng)作用第29頁(yè)/共57頁(yè)（二）氣管的分布和排列第30頁(yè)/共57頁(yè)三、氣囊（airsac）和微氣管(tracheole)微氣管

1)概念：直徑在一微米以下的末端封閉的氣管。

2)特點(diǎn)：(1)脫皮時(shí)不脫去（2）通透性強(qiáng)氣囊

1)概念：氣管的膨大部分

2)特點(diǎn)：(1)薄而軟(2)無(wú)明顯螺旋絲第31頁(yè)/共57頁(yè)氣囊

氣囊是氣管的某些膨大成囊狀，可被壓縮的部分，常見(jiàn)于有翅亞綱昆蟲(chóng)中。一種有螺旋絲，一種沒(méi)有螺旋絲。功能（1）貯存O2；（2）強(qiáng)化通風(fēng)作用；（3）增加浮力，有利于昆蟲(chóng)的蛻皮；（4）促進(jìn)血液循環(huán)。第32頁(yè)/共57頁(yè)第33頁(yè)/共57頁(yè)微氣管

昆蟲(chóng)的氣管由粗到細(xì)進(jìn)行分枝，當(dāng)分枝到直徑為2—5um時(shí)，伸入一個(gè)掌狀的端細(xì)胞，然后由端細(xì)胞再形成一個(gè)直徑在1um以下，末端封閉的微管—微氣管伸入組織內(nèi)或細(xì)胞間，微氣管的內(nèi)壁和氣管一樣也具有螺旋絲，但在昆蟲(chóng)蛻皮時(shí)微氣管并不隨外表皮一塊蛻去。功能：氣體交換的重要場(chǎng)所。第34頁(yè)/共57頁(yè)第三節(jié)氣管系統(tǒng)的呼吸機(jī)制和控制氣體擴(kuò)散{濃度梯度氣流壓力梯度1，氣體的擴(kuò)散

體軀較小或行動(dòng)緩慢的昆蟲(chóng)，單靠氣體的擴(kuò)散作用就能夠滿(mǎn)足呼吸的需要。在保證氣體交換的條件下，盡量減少體內(nèi)水分的散失。擴(kuò)散通風(fēng){一、氣體在氣管里的傳送第35頁(yè)/共57頁(yè)部位：微氣管機(jī)制：氣體分壓管內(nèi)的O2＞管外

管內(nèi)的CO2＜管外

滲透壓（微氣管的通透性）第36頁(yè)/共57頁(yè)2，通風(fēng)作用

行動(dòng)活潑和飛行的昆蟲(chóng)，除氣體擴(kuò)散作用外，還需要有通風(fēng)作用來(lái)保證氧的迅速供應(yīng)，并盡快地排除體內(nèi)產(chǎn)生的二氧化碳。第37頁(yè)/共57頁(yè)部位：氣管、氣囊機(jī)制：體軀的運(yùn)動(dòng)氣管、氣囊的伸縮第38頁(yè)/共57頁(yè)

為了有效地進(jìn)行通風(fēng)作用，氣管系統(tǒng)產(chǎn)生了兩種適應(yīng)結(jié)構(gòu)：（1）氣管本身具有伸縮性（2）氣囊可被血壓或體軀彎曲等壓縮，表現(xiàn)出風(fēng)箱作用。昆蟲(chóng)體軀的收縮運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生通風(fēng)作用的主要原因，這種體軀的收縮運(yùn)動(dòng)也可稱(chēng)為呼吸運(yùn)動(dòng)。第39頁(yè)/共57頁(yè)a.僅背板運(yùn)動(dòng)：鞘、半翅目b.背板和腹板同時(shí)運(yùn)動(dòng)：蝗蟲(chóng)c.左右和上下壓縮同時(shí)進(jìn)行：鱗、脈翅目d.沿腹部長(zhǎng)軸伸縮：雙翅目、蜜蜂呼吸運(yùn)動(dòng)第40頁(yè)/共57頁(yè)二、微氣管中的呼吸機(jī)制微氣管空氣擴(kuò)散管外進(jìn)行氣體交換組織活動(dòng)↓產(chǎn)生代謝物↓組織液的滲透壓升高↓微氣管末端的液體進(jìn)入組織↓↓↓↓組織停止活動(dòng)代謝產(chǎn)物氧化組織液的滲透壓下降微氣管末端重新充滿(mǎn)液體

昆蟲(chóng)呼吸所需氧氣，大都是通過(guò)微氣管擴(kuò)散進(jìn)入到組織和細(xì)胞中去的。第41頁(yè)/共57頁(yè)CO2排出速度是氧氣吸入速度的35倍（原因：大氣中CO2分壓低）。{CO2排出（擴(kuò)散）體壁氣管系統(tǒng)氣管中氣流方向蝗蟲(chóng)：前竹節(jié)蟲(chóng)：后前4對(duì)進(jìn)氣后6對(duì)排氣胸部氣門(mén)排氣腹部氣門(mén)吸氣后前第42頁(yè)/共57頁(yè)為了減少水分的蒸發(fā)，昆蟲(chóng)在正常呼吸過(guò)程中總是盡量減少氣門(mén)開(kāi)啟。{蝗蟲(chóng)：CO2濃度達(dá)6.5%時(shí)，氣門(mén)開(kāi)啟。天蠶蛾蛹：每7h排一次CO2,57.4ul/g，(間隔期2.6ul/g.h）氧氣：達(dá)一定濃度時(shí)氣門(mén)關(guān)閉

如蝗蟲(chóng)：氧氣含量達(dá)18%時(shí)，氣門(mén)關(guān)閉三、氣門(mén)開(kāi)閉的調(diào)控二氧化碳：間歇式暴發(fā)釋放第43頁(yè)/共57頁(yè)昆蟲(chóng)在休息時(shí)，微氣管未稍充滿(mǎn)體液，因此，氣管內(nèi)的氣體只能到達(dá)體液之前，而不能透入組織。1，當(dāng)組織活動(dòng)時(shí)（如肌肉收縮），由于新陳代謝的廢物增多，增大了血液的濃度，增加了血液的滲透壓，微氣管內(nèi)的體液就向外滲透，氣管內(nèi)的氣體就隨著液體外透到達(dá)微氣管未端，因而O2向血液中、向組織內(nèi)擴(kuò)散。2，CO2的排出和O2的吸入一樣，也是靠擴(kuò)散作用，因大氣中CO2分壓低，所以CO2除通過(guò)氣管系統(tǒng)排除外，還可通過(guò)體壁擴(kuò)散出來(lái)。3，新陳代謝廢物被氧化以后，血液的滲透壓又復(fù)原狀，微氣管未梢就又充滿(mǎn)液體。四、氣體交換過(guò)程第44頁(yè)/共57頁(yè)第45頁(yè)/共57頁(yè)第四節(jié)氣管系統(tǒng)功能特點(diǎn)：（1）通過(guò)氣管系統(tǒng)直接送O2到各組織器官；（2）通過(guò)氣管系統(tǒng)將吸進(jìn)的分子O2變成活化的O2。昆蟲(chóng)供氧，不靠血液，直接依靠氣管各組織器官中去排出體外

CO2O2主要是呼吸酶的作用：過(guò)氧化氫酶，細(xì)胞色素酶細(xì)胞色素酶過(guò)氧化氫酶H2+O2------------→H2O2-------------→H2O+[O]第46頁(yè)/共57頁(yè)一、昆蟲(chóng)需能的特點(diǎn)有翅，活動(dòng)能力強(qiáng)，需能量大例如：飛行需要5mlO2/克.分；人跑步需要0.055mlO2/克.分。需能量的起伏大

例如：蝗蟲(chóng)，飛行時(shí)需能量5mlO2/克.分；休息需要0.055mlO2/克.分。第47頁(yè)/共57頁(yè)二、昆蟲(chóng)的呼吸代謝和能量供應(yīng)1，能源物質(zhì)及其代謝

呼吸代謝過(guò)程中產(chǎn)生能量，除以熱能的形式散失以外，一般以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存于高能的磷酸化合物中。在生理需要的時(shí)候，以適當(dāng)?shù)男问綖闄C(jī)體提供各種能量。2，呼吸代謝的能量供應(yīng)碳水化合物的氧化作用脂肪酸的氧化作用氨基酸的氧化作用第48頁(yè)/共57頁(yè)新陳代謝包括同化（合成）代謝和異化（分解）代謝。呼吸作用——異化代謝物理過(guò)程：空氣中的O2→各組織器官中去；體內(nèi)CO2→體外?；瘜W(xué)過(guò)程：氧化分解體內(nèi)的能源物質(zhì)→產(chǎn)生能量（ATP）；

CO2→送出；水有時(shí)回收。外呼吸內(nèi)呼吸第49頁(yè)/共57頁(yè)（1）外呼吸物理過(guò)程通過(guò)氣管系統(tǒng)輸送氣體的方法（氣體的擴(kuò)散作用，通風(fēng)作用（氣囊，氣管）；氣門(mén)的關(guān)、閉與CO2排出的關(guān)系；呼吸的控制中心；微氣管的氣體交換。特點(diǎn)：a、伸到組織中的末端充滿(mǎn)組織液；

b、半透性膜。第50頁(yè)/共57頁(yè)燃料：糖源，脂肪，蛋白質(zhì)氧的激活：各種呼吸酶代謝途徑呼吸商和呼吸系數(shù)（2）內(nèi)呼吸化學(xué)過(guò)程

呼吸過(guò)程中釋出的CO2

與吸收的O2之間的體積之比稱(chēng)為呼吸商或呼吸系數(shù)（RQ）。呼吸商的大小可用來(lái)判斷昆蟲(chóng)所用的能源物質(zhì)種類(lèi)和代謝途徑。RQ＝1時(shí)表示消耗的是碳水化合物；0.8表示消耗的是蛋白質(zhì)；0.7表示消耗的是脂肪。第51頁(yè)/共57頁(yè)

昆蟲(chóng)在呼吸過(guò)程中釋放CO2與消耗氧的體積比：RQ=CO2/O2RQ=1碳水化合物RQ=0.8蛋白質(zhì)RQ=0.7脂肪三、呼吸商（respiratoryquotient,RQ）第52頁(yè)/共57頁(yè)四、體溫及體溫的調(diào)節(jié)

（1）熱能的獲得：昆蟲(chóng)是變溫動(dòng)物，外熱源動(dòng)物。①運(yùn)動(dòng)；②太陽(yáng)輻射：調(diào)節(jié)曬太陽(yáng)的位置，例蝗蟲(chóng)，身體與陽(yáng)光平行，38.3℃，垂直，41.6℃。第53頁(yè)/共57頁(yè)①體軀位置②體表有特殊的構(gòu)造（鱗片）③社會(huì)性昆蟲(chóng)：特殊的方式（