全 文 ：此文于 1999 年 3 月 19 日收到。
棉铃虫精子的超微结构及对
其辐照后变化的初步观察
杨荣新　张严峻　夏大荣　顾伟平
(浙江省农业科学院原子能利用研究所　杭州　310021)
利用透射电子显微镜技术 ,研究了棉铃虫 ( Helicoverpa armigera Hübner) 真核
精子和无核精子的超微结构 ,比较了经γ射线照射的棉铃虫精子与未照射虫精子结
构的差异。结果表明 ,棉铃虫真核精子和无核精子的顶体结构有较大差异。真核精
子有核 ,呈半月形 ,鞭毛线粒体衍生物与微管系统紧密结合 ,从头到尾在质膜上都覆
盖了许多特定结构的外长物 ;无核精子没有核 ,顶体和鞭毛通过微管连接 ,鞭毛线粒
体衍生物与微管系统结合不紧密 ,没有外长物。经照射的棉铃虫精子结构完整 ,但鞭
毛轴丝 9 组二联体微管上的动力蛋白臂减少或消失。
关键词 :棉铃虫 　精子 　超微结构 　辐射
许多学者对昆虫精子的超微结构作了大量研究 ,人们对其认识达到了新的水平[1 ] 。鳞翅
目昆虫能够产生真核精子和无核精子 ,两种精子除有核和无核的区分外 ,在顶体结构、鞭毛内
微管、线粒体衍生物及质膜上的外长物等方面均有明显差异[1 ,3 ,4 ] 。虽然有关鳞翅目昆虫精子
超微结构的研究先后在蚕桑[5 ] , 草螟[4 ] 、粉螟[6 ] ,苹果蠹蛾[8 ] ,美洲棉夜蛾[9 ] ,小地老虎[2 ]等昆
虫中开展过 ,但对于鳞翅目昆虫的重要性而言 ,这方面的研究仍不够广泛详尽。
棉铃虫 ( Helicoverpa arm igera Hübner) 是我国棉花的重大致灾害虫 ,1992 年全国有 400
多万 hm2 棉田同期特大发生 ,直接经济损失超过 100 亿元。由于该虫世代重叠 ,长期大量使
用农药已产生较强的抗药性 ,为防治该虫带来麻烦 ,应用辐射不育技术防治棉铃虫 ,不仅能有
效防治该虫的危害 ,提高棉花的产量和质量 ,而且能够达到保护生态环境的目的。因此 ,本研
究被列为“九五”期间国家科委重点攻关项目“应用辐射不育防治棉铃虫”的内容之一。
有关辐射对昆虫精子超微结构影响的研究很少 ,国内外研究结果表明 ,鳞翅目昆虫的不育
剂量比双翅目等昆虫要高 ,因此获得既要达到不育又要能与自然虫具有较强性竞争能力的不
育虫源是辐射不育成败关键。对棉铃虫精子各部分的超微结构及辐照后精子超微结构的观
察 ,对于深入探讨棉铃虫辐射不育机理有重要意义。
1 　材料与方法
取人工饲养的棉铃虫老熟蛹 ,分成两组 ,一组经 300 Gy 60 Coγ射线辐照 ,剂量率为 1 Gy/
min ;另一组作为对照。两组蛹经分辨雌雄后分别放入大号塑料纸篓中。待其羽化后 ,成虫喂
912　核 农 学 报　1999 ,13 (4) :219～222Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
以新鲜蜜糖水 (浓度为 10 %) 。羽化后 2d ,剖取棉铃虫雄蛾精巢 ,置于 215 %戊二醛中预固定
2h。经 011mol/ L p H712 磷酸缓冲液漂洗后 ,用 1 %锇酸固定 2h ,再经磷酸缓冲液漂洗后系列
乙醇脱水。经 Epson 812 包埋、超薄切片、醋酸铀和柠檬酸铅复染色后 ,在 J EM21200EX 型透
射电镜下观察及拍照。
2 　结果和分析
211 　真核精子的超微结构
棉铃虫的精子在精巢内绝大部分集成束状 ,有些还通过质膜互相粘连 ,这与未成熟的精细
胞相似。因此可以认为在精巢中的精子还未成熟 ,其进入射精管、贮精囊后可能进行了复杂的
变化方可成为完全成熟的精子 ,这有待深入研究。
棉铃虫精子有真核精子和无核精子之分。真核精子呈束状 ,每束数目不定 ,它主要由顶
体、核和鞭毛组成 ,从头到尾的细胞质膜上覆盖着一圈特定结构的外长物。真核精子的顶体横
切面呈椭圆形 ,外包一层质膜 ,内有两个互相嵌合的长形物体 ,其电子密度较高。顶体中有电
子密度较低的中心 ,为顶体内核。在顶体的外缘包有许多外长物 (图版 Ⅰ21) 。
真核精子核的横切面呈半月形 ,电子密度很高 (图版 Ⅰ22) ,这种特定形状与虫的种类有
关。鳞翅目昆虫随种类不同精子核的横切面也有所不同 ,有圆形、半圆形、心形、多边形等多种
形状[2 ,4 ] 。
真核精子的鞭毛主要由内部的线粒体衍生物和微管系统以及叶覆的外长物组成。线粒体
衍生物电子密度较高 ,成对 ,近似肾形 ,中间有不同程度的融合 (图版 Ⅰ23) 。微管系统为 9 + 9
+ 2 结构 ,即由 9 根副微管、9 根双微管和 2 根中央微管组成。线粒体衍生物与微管系统紧密
相连。鞭毛末端线粒体衍生物变小 ,并融二为一 ,然后消失 ,尔后 ,微管系统中副微管和中央微
管消失 ,最后双微管也消失 (图版 Ⅰ24) 。
真核精子外长物呈放射状 ,顶体、核和鞭毛前段都较长 ,约 200nm (图版 Ⅰ21 ,2 ,3) 。鞭毛
末鞭外长物较短 ,只有 30nm～50nm (图版 Ⅰ24) 。这种外长物由许多片层结构物组成。另外 ,
在顶体、核与含线粒体衍生物的鞭毛部存在有密度较高的块状外长物 ,此外长物在核部位最
大 ,约为其余部位的 2 倍 (图版 Ⅰ21 ,2 ,3) 。
212 　无核精子的超微结构
无核精子在精巢中也呈束状 ,每束数目不定 ,由顶体和鞭毛组成 ,没有核。无核精子顶体
的横切面不规则 ,由 2 个相邻的不规则物体组成 ;或者由 1 个不规则物上罩 1 个“∧”形组成 ;
两块物体密度有差异 ,且有不同程度的融合。顶体外细胞质膜包围界限不清楚 (图版 Ⅰ25) 。
无核精子的顶体与鞭毛结合部有一特殊结构。鞭毛的微管系统延伸后与一圆环状的电子
密度高的物质结合 ,组成类似颈部的部分 (图版 Ⅰ26) 。
无核精子的鞭毛由线粒体衍生物和 9 + 9 + 2 结构的微管系统构成。线粒体衍生物较小 ,
呈一对鞋底状 ,两者没有融合 ,与轴丝分离。鞭毛叶缘的质膜界限不清楚 (图版 Ⅰ27) 。无核精
子没有外长物。
213 　辐照对棉铃虫精子的影响
棉铃虫经γ射线辐照后 ,精子结构仍然完整 ,顶体、核的结构在电镜下观察无变化 ,鞭毛的
总体结构也没有改变 ,但其 9 组二联体微管上的动力蛋白臂数目减少或消失 (图版 Ⅰ28 ,9) 。
022 核　农　学　报 13 卷
图版 Ⅰ　Plate Ⅰ
1 　真核精子的顶体横切面×25000 　1 Cross section of acrosome of eupyrene sperm 　×25000
2 　真核精子的核的横切面×10000 　2 Cross section of nucleus of eupyrene sperm 　×10000
3 　真核精子的鞭毛前段横切面×25000 　3 Anterior cross section of flagellum of eupyrene sperm 　×25000
4 　真核精子的鞭毛末段横切面×25000 　4 Posterior cross section of flagellum of eupyrene sperm 　×25000
5 　无核精子的顶体横切面×25000 　5 Cross section of acrosome of apyrene sperm 　×25000
6 　无核精子的顶体与鞭毛连接部位横切面 ×25000 　6 Cross section of acrosome and flagellum connecting portion of apyrene
122　4 期 棉铃虫精子的超微结构及对其辐照后变化的初步观察
sperm 　×25000
7 　无核精子的鞭毛横切面×25000 　7 Cross section of flagellum of apyrene sperm 　×25000
8 　未辐射棉铃虫精子尾部横切面 ,二联体微管上有动力蛋白臂 ×50000 　8 Flagellum cross section of sperm of natural
Helicoverpa armigera , showing the protein arms on the doublet of axoneme 　×50000
8 　经辐射棉铃虫精子尾部横切面 ,二联体微管上没有动力蛋白臂 ×40000 　8 Flagellum cross section of sperm of irradiated
Helicoverpa armigera , showing no protein arms on the doublet of axoneme 　×40000
动力蛋白臂是为精子运动提供动力的结构 ,它们受损必然影响精子的运动 ,使精子的运动能力
减弱或消失 ,造成授精阻碍 ,由此造成与辐照雄虫配对交尾过的雌虫产的不受精卵比例上升。
参 考 文 献
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2 　卢中建 ,等 1 小地老虎真核和无核精子的超微结构 1 南京农业大学学报 ,1993 , (3) :38～43
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4 　Phillips D M. Morphogenesis of the lacinate appendages of Lepidopteran Spermatozoa. J Ultrastruct Res , 1971 ,34 :567～585
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SPERM ULTRASTRUCTURE OF Helicoverpa a rmigera AND
PREL IMINARY RESEARCH ON CHANGES OF SPERM
ULTRASTRUCTURE
Yang Rongxin 　Zhang Yanjun 　Xia Darong 　Gu Weiping
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy Zhejiang Academy of A gricult ural Sciences , Hangz hou 　310021)
ABSTRACT
Observations under transmission electron microscope showed that the structure was differ2
ent bet ween eupyrene sperm and aupyrene sperm of Helicoverpa a rmigera . The euyrene sperm
consists of arosome , semimoon2shaped nucleus ,flagellum and appendages on the plasma mem2
brane. The mitochondria derivative of eupyrene sperm links tightly with axoneme. The eupyrene
has no nucleus and appendages on the plasma membrane. The acrosome connects with flagellum
by protein microtubes. The mitochondria derivative of aupyrene sperm links untightly with ax2
oneme. The structure of sperm is intact after Helicoverpa a rmigera has been irradiated , but the
number of protein arms on the doublet of axoneme decreases or the arms dismiss by irradiation.
Key words : Helicoverpa arm igera Hubner , sperm , ult rast ructure , irradiation
222 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1999 ,13 (4) :219～222