南方绿蝽（Nezara viridula）卵胶分泌机制及卵壳超微结构研究：揭示卵泡细胞来源的卵胶及其功能意义

《Arthropod Structure & Development》：Egg glue secretion and chorion morphology of the Southern Green Stinkbug Nezara viridula L. (Hemiptera: Pentatomidae)

本研究针对重要农业害虫南方绿蝽（Nezara viridula）缺乏已知卵胶分泌腺体的问题，通过光学显微镜、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）技术，揭示了其卵胶由卵泡细胞分泌，并详细描述了卵壳的防水性结构。该研究不仅阐明了卵胶的分泌来源，还发现了卵壳前部的蘑菇状再入式结构具有超疏水功能，对理解昆虫生殖生物学及开发新型害虫防控策略和仿生材料具有重要意义。

　　

在纷繁复杂的昆虫世界中，确保后代的存活是物种延续的关键。对于许多昆虫而言，将卵牢固地附着在合适的基质上，是抵御风雨、天敌等外界威胁的第一道防线。这一任务通常由一种神奇的“胶水”——卵胶来完成。在大多数昆虫中，卵胶由雌虫生殖道内特化的附属腺体（称为 colleterial glands）分泌。然而，有一种广泛分布且危害严重的农业害虫——南方绿蝽（Nezara viridula L.，半翅目：蝽科），其雌虫生殖道内却缺乏这种专门的腺体。那么，这种害虫是如何生产卵胶，将其卵块牢牢固定在植物叶片上的呢？这个谜团长期以来悬而未决。此外，对其卵壳的精细结构，特别是可能与其生存适应性相关的功能形态，也缺乏深入的了解。为了解决这些问题，由 Asmita Baral、Silvana Piersanti、Gianandrea Salerno、Stanislav Gorb 和 Manuela Rebora 组成的研究团队，对南方绿蝽的卵胶分泌机制和卵壳形态进行了系统研究，其成果发表在《Arthropod Structure & Development》期刊上。

为了揭示南方绿蝽卵胶的来源和卵壳的精细结构，研究人员综合运用了多种显微技术。他们首先在实验室条件下饲养并获取交配后的雌性成虫。随后，通过光学显微镜观察其生殖系统和卵子在卵巢管内的状态。研究的关键在于利用透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）观察卵巢管和卵子的超薄切片，以在细胞水平上寻找卵胶合成的证据。同时，他们使用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）和冷冻扫描电镜（cryo-SEM）来观察自然产下的卵块以及卵壳表面的三维形貌，特别是用于评估卵壳特定区域的疏水性。

3. 结果

3.1. 卵胶的定位与分泌细胞

研究首先确认了南方绿蝽雌性生殖系统的组成，包括一对各有七根卵巢管的卵巢、两侧输卵管、总输卵管、受精囊和生殖腔。在卵巢管的营养区（vitellarium）和柄区（pedicel），研究人员在成熟卵子的卵壳（chorion）与包裹卵子的卵泡细胞（follicular cells）之间，发现了一层透明的粘性物质，即卵胶。通过半薄切片和TEM观察，发现这层卵胶物质在染色后清晰可见，尤其是在成熟卵子周围。更为关键的是，TEM图像显示，卵泡细胞富含大量的分泌囊泡（vesicles）、线粒体（mitochondria）以及突出的微绒毛（microvilli）。这些囊泡内的分泌物正是通过微绒毛被释放到卵泡细胞与卵壳之间的空隙中，从而形成了卵胶。值得注意的是，即使在卵壳完全形成后，这些卵泡细胞仍然保持着活跃的分泌状态，表明它们是卵胶持续生产的工厂。

3.2. 卵壳形态与超疏水结构

对产下的卵进行扫描电镜观察显示，南方绿蝽的卵呈桶状，卵壳表面装饰有许多大小不一的锥形突起（conical projections）。卵的前端有一个称为卵盖（operculum）的圆形结构。围绕卵盖边缘有一圈深色环带，高倍镜下观察发现，该区域密布着蘑菇状（mushroom-shaped）结构。从这一区域还伸出约30个棒状的呼吸角（aero-micropylar processes），其表面呈网状多孔结构，顶端有开口，被认为是精子进入的通道。为了测试卵壳的润湿性，研究人员在卵上涂抹多元醇溶液，并通过冷冻电镜观察。结果发现，多元醇溶液无法润湿卵盖边缘的蘑菇状结构区域，该区域保持干燥，而卵的其他部位则被液体覆盖。这表明，由蘑菇状结构构成的再入式微结构（re-entrant microstructure）赋予了该区域极强的疏水（或更准确地说是抗润湿）能力。

3.3. 卵胶在产卵后的特性

对自然产在植物叶片上的卵块观察发现，卵胶不仅存在于卵块底部，将整个卵块牢固地粘附在基质上，也存在于相邻卵子的侧面，将它们粘合在一起。电镜图像显示，固化后的卵胶能够精确地复制植物叶片表面的特征（如表皮细胞形状）以及相邻卵子卵壳上的装饰结构，形成清晰的印痕（imprints）。这表明卵胶具有良好的流动性和适应性，能够紧密贴合不同粗糙度和形貌的表面，从而实现强大的附着力。此外，卵胶的致密程度随位置而异，底部的胶层更厚更致密，而卵子之间的胶层则相对疏松、呈纤维状。

4. 讨论

本研究通过超微结构分析明确揭示了南方绿蝽卵胶的分泌来源：并非来自缺失的附属腺体，而是由卵巢管内的卵泡细胞承担了这一重任。这一发现修正了此前认为卵胶分泌仅限于卵巢管柄区的观点，表明其在营养区即已开始并持续进行。卵泡细胞所具有的典型分泌细胞特征（丰富的囊泡、线粒体和微绒毛）强有力地支持了这一结论。这一机制与某些缺乏附属腺体的水生昆虫（如蜉蝣）类似，体现了昆虫生殖策略的多样性。

对于卵壳形态，研究首次详细描述了南方绿蝽卵壳前端的蘑菇状再入式结构及其卓越的抗润湿功能。这种结构通过形成气穴，稳定了Cassie-Baxter润湿状态，有效防止液体渗透，确保了呼吸角区域的干燥和气体交换功能的正常进行，对于暴露在露水、飞溅雨水等潮湿环境中的卵的生存至关重要。这种生物疏水结构的设计原理，与自然界中著名的超疏水表面（如荷叶、水蕨以及跳虫的体表）有异曲同工之妙，为仿生超疏水材料的开发提供了新的灵感。

卵胶能够精确复制接触表面形貌的特性，解释了其为何能在多种不同的植物表面（如具有毛状体、蜡质层的叶片）上都表现出强大的粘附力。这种适应性粘附机制对于像南方绿蝽这样的多食性害虫的成功定殖至关重要。

综上所述，这项研究不仅解决了南方绿蝽卵胶来源这一基础生物学问题，详细描述了其卵壳的功能形态，更重要的是为未来研究奠定了基础。下一步，深入探究卵胶的化学组成、机械性能（如粘附强度）以及其疏水结构的物理原理，将有助于开发针对性的害虫防控技术（例如，通过干扰卵胶粘附来清除卵块），并可能启发新型环保生物粘合剂和功能性仿生材料的设计与应用。这项研究深刻展示了从基础昆虫学研究中挖掘出的巨大应用潜力。