Exolontha castanea（鞘翅目：Melolonthinae）复眼动态光适应的微观结构特征及其机制

《Journal of Insect Physiology》：Microstructural characteristics and mechanisms underlying dynamic light adaptation in the compound eyes of Exolontha castanea (Coleoptera: Melolonthinae)

本研究利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜，系统分析了雌雄拟步甲（Exolontha castanea）成虫复眼的外部形态、内部微结构与光适应性机制。结果表明，雌雄成虫复眼存在显著性大小异形，雌性复眼更大且晶锥结构更复杂；复眼为光学重叠型，具有动态光适应能力，包括色素细胞形态变化和光致性结构重构。研究结果为理解地下害虫的视觉生态适应提供了形态学基础。

　　本研究聚焦于一种重要的甘蔗地下害虫——Exolontha castanea（鞘翅目：Melolonthinae）的成虫复眼结构，旨在揭示其在不同光环境下所表现出的适应性变化。作为甘蔗生产中的关键害虫，E. castanea的幼虫（即白 grub）主要危害甘蔗根部，导致地上部分生长受阻、倒伏和萎蔫等现象，严重降低产量与糖分含量，造成显著的经济损失。而成虫则表现出较强的飞行能力与趋光性，是其扩散和种群增长的重要阶段。因此，理解其复眼的结构与功能对于有效防控该害虫具有重要意义。

复眼作为昆虫视觉系统的核心器官，具有高度复杂的形态结构与光学设计，能够赋予昆虫出色的视觉能力。昆虫的复眼主要分为三种类型：对眼型、光学叠加型和神经叠加型。对眼型常见于日间活动的昆虫，每个单眼（ommatidium）作为一个独立的光学单元，能够在强光条件下实现较高的空间分辨率。光学叠加型则主要见于夜间活动的昆虫，其结构特征是晶锥下方具有宽阔的透明区，这种设计能够有效收集多方向的光线，从而在弱光环境中实现卓越的视觉敏感性与夜视能力。神经叠加型则仅见于双翅目昆虫，通过相邻单眼信号的神经汇聚，实现比对眼型更高的视觉敏感性，同时保持较高的分辨率。

在本研究中，E. castanea的成虫复眼被归类为光学叠加型。这一分类基于其复眼的结构特征，包括晶锥下方的透明区以及单眼之间的排列方式。复眼的外部形态表现出高度的对称性，位于头部的两侧，靠近触角基部，呈现出半球状的突出结构，表面光滑、坚硬且均匀黑色。复眼的前上方区域具有一种狭窄且延伸的半岛形硬化结构，称为“canthus”，该结构深入基膜区域，可能在昆虫的视觉定位与感知中发挥重要作用。此外，研究还发现，雌性成虫的复眼比雄性更大，且具有更多的小面（facets），这一现象表明复眼结构存在明显的性别差异。这种性别差异可能与昆虫的生态适应性有关，例如在不同光环境下的行为反应。

研究进一步揭示了复眼内部的微观结构。每个单眼包含八个视网膜细胞（R1-R8），其中R1-R7的细胞体形成一个视网膜束，穿过透明区，其细胞核位于远离基膜的膨大部分。R8则是一个位于晶锥下方的基部细胞，靠近基膜。这种细胞排列方式可能有助于昆虫在不同光照条件下进行视觉调节。此外，研究还发现，复眼的角膜在雌性成虫中比雄性更厚，这可能与雌性在觅食、交配或环境感知中的行为需求有关。同时，晶锥的结构被鉴定为“eucone”，呈子弹形，由三到四个Semper细胞组成。这些结构特征共同构成了昆虫复杂的视觉系统，使其能够在不同的环境条件下有效感知外界刺激。

在光适应性方面，研究发现E. castanea的复眼能够根据环境光的变化进行动态调整。这种调整主要通过初级色素细胞（PPCs）的长度变化以及色素颗粒的迁移实现。在黑暗环境下，视网膜细胞紧密靠近晶锥，色素颗粒围绕晶锥聚集，以减少光线进入，提高视觉敏感性。而在光照条件下，PPCs的长度会增加，视网膜细胞则缩短，色素颗粒迁移至PPCs的延长区域，从而减少光线进入，保护视网膜细胞免受强光损伤。此外，PPCs的延长程度与光强度呈正相关，表明昆虫能够通过调节PPCs的长度来适应不同强度的光环境。这一发现不仅揭示了昆虫复眼的适应性机制，也为理解昆虫在不同生态环境中的视觉行为提供了新的视角。

光环境的多样性对昆虫的生存和繁殖具有重要影响。不同波长和强度的光线可能触发昆虫不同的行为反应，例如趋光性、避光性或对特定波长的敏感性。在本研究中，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光（365–425 nm波长范围）的特别敏感性，这可能与其在夜间活动时的视觉需求有关。紫外线和紫光的波长较短，能量较高，可能在昆虫的导航、交配或觅食过程中起到关键作用。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据不同波长的光线进行结构变化，这种变化可能涉及单眼内不同细胞的排列方式以及色素颗粒的分布。这种适应性不仅有助于昆虫在不同光环境下维持视觉功能，还可能影响其行为模式和生态适应性。

复眼的结构与功能之间的关系是昆虫视觉系统研究的重要内容。在本研究中，E. castanea的复眼被归类为光学叠加型，这一分类基于其单眼内光线的收集方式。光学叠加型的复眼能够通过多个小面共同收集光线，从而在弱光环境中实现较高的视觉敏感性。然而，这种结构也意味着昆虫在强光环境下的视觉分辨率可能较低。因此，昆虫需要通过调节复眼内部结构来适应不同光环境的需求。这种调节机制可能涉及多种生理过程，例如细胞的长度变化、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。这些过程共同构成了昆虫复眼的动态适应能力，使其能够在不同的光照条件下维持视觉功能。

此外，研究还发现，E. castanea的复眼具有明显的性别差异。雌性成虫的复眼比雄性更大，且具有更多的小面，这可能与雌性在寻找配偶或适宜产卵环境时的视觉需求有关。复眼的大小和小面数量可能影响昆虫的视觉范围和分辨率，进而影响其行为表现。例如，较大的复眼可能提供更广阔的视野，有助于雌性在复杂环境中定位合适的产卵地点。而更多的小面可能提高视觉敏感性，使雌性能够更有效地感知环境中的细微变化。这种性别差异可能反映了昆虫在不同生活阶段对环境的适应性需求，也可能与进化过程中形成的性别特化有关。

在不同光条件下，昆虫的复眼表现出不同的结构变化。例如，在低光强度（50 lx）和高光强度（1000 lx）环境下，复眼的PPCs长度和色素颗粒的分布方式均有所不同。这种变化可能涉及多种生理机制，包括细胞的收缩与伸长、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。研究还发现，PPCs的长度变化与光强度呈正相关，表明昆虫能够通过调节PPCs的长度来适应不同强度的光环境。这一发现不仅有助于理解昆虫的视觉适应机制，也为进一步研究昆虫在不同生态环境中的行为提供了理论依据。

光环境的多样性对昆虫的生存和繁殖具有深远影响。不同波长和强度的光线可能触发昆虫不同的行为反应，例如趋光性、避光性或对特定波长的敏感性。在本研究中，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光的特别敏感性，这可能与其在夜间活动时的视觉需求有关。紫外线和紫光的波长较短，能量较高，可能在昆虫的导航、交配或觅食过程中起到关键作用。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据不同波长的光线进行结构变化，这种变化可能涉及多种生理过程，如细胞的排列方式和色素颗粒的分布。这种适应性不仅有助于昆虫在不同光环境下维持视觉功能，还可能影响其行为模式和生态适应性。

昆虫的复眼结构和功能不仅与其生存环境密切相关，还可能影响其进化路径。例如，不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

在本研究中，E. castanea的复眼结构和功能为理解昆虫的视觉适应性提供了新的视角。复眼的外部形态和内部微观结构均表现出显著的性别差异，这可能与昆虫在不同生活阶段的行为需求有关。此外，复眼的PPCs长度和色素颗粒的分布方式能够根据光环境的变化进行动态调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程。研究还发现，PPCs的延长程度与光强度呈正相关，表明昆虫能够通过调节PPCs的长度来适应不同强度的光环境。这些发现不仅揭示了昆虫复眼的适应性机制，也为进一步研究昆虫在不同生态环境中的行为提供了理论依据。

在实际应用中，了解昆虫复眼的结构与功能对于害虫防控具有重要意义。例如，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光的特别敏感性，这可能为开发基于光诱捕的害虫控制技术提供新的思路。通过利用昆虫对特定波长的敏感性，可以设计高效的诱捕装置，以减少害虫对甘蔗的危害。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据光环境的变化进行结构调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程，如细胞的收缩与伸长、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。这些过程的深入研究可能有助于开发更精准的害虫监测和防控策略。

昆虫的复眼结构和功能不仅与其生存环境密切相关，还可能影响其进化路径。不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

本研究通过显微镜技术（包括光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜）对E. castanea成虫的复眼结构进行了详细分析。研究发现，复眼的外部形态和内部微观结构均表现出显著的性别差异，这种差异可能与昆虫在不同生活阶段的行为需求有关。此外，复眼的PPCs长度和色素颗粒的分布方式能够根据光环境的变化进行动态调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程。研究还发现，PPCs的延长程度与光强度呈正相关，表明昆虫能够通过调节PPCs的长度来适应不同强度的光环境。这些发现不仅揭示了昆虫复眼的适应性机制，也为进一步研究昆虫在不同生态环境中的行为提供了理论依据。

昆虫的复眼结构和功能是昆虫视觉系统研究的重要内容。复眼的结构不仅决定了昆虫的视觉能力，还可能影响其行为模式和生态适应性。例如，不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

本研究的发现为昆虫复眼的结构与功能研究提供了新的视角。E. castanea的复眼结构和功能不仅表现出明显的性别差异，还能够根据光环境的变化进行动态调整。这种适应性可能与昆虫在不同生态环境中的生存策略有关，也可能影响其行为表现。例如，较大的复眼可能提供更广阔的视野，有助于雌性在复杂环境中定位合适的产卵地点。而更多的小面可能提高视觉敏感性，使雌性能够更有效地感知环境中的细微变化。这种性别差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。

在实际应用中，了解昆虫复眼的结构与功能对于害虫防控具有重要意义。例如，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光的特别敏感性，这可能为开发基于光诱捕的害虫控制技术提供新的思路。通过利用昆虫对特定波长的敏感性，可以设计高效的诱捕装置，以减少害虫对甘蔗的危害。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据光环境的变化进行结构调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程，如细胞的收缩与伸长、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。这些过程的深入研究可能有助于开发更精准的害虫监测和防控策略。

昆虫的复眼结构和功能不仅与其生存环境密切相关，还可能影响其进化路径。不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

本研究的发现为昆虫复眼的结构与功能研究提供了新的视角。E. castanea的复眼结构和功能不仅表现出明显的性别差异，还能够根据光环境的变化进行动态调整。这种适应性可能与昆虫在不同生态环境中的生存策略有关，也可能影响其行为表现。例如，较大的复眼可能提供更广阔的视野，有助于雌性在复杂环境中定位合适的产卵地点。而更多的小面可能提高视觉敏感性，使雌性能够更有效地感知环境中的细微变化。这种性别差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。

昆虫的复眼结构和功能是昆虫视觉系统研究的重要内容。复眼的结构不仅决定了昆虫的视觉能力，还可能影响其行为模式和生态适应性。例如，不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

昆虫的复眼结构和功能研究不仅有助于理解昆虫的视觉机制，还可能对害虫防控和生态学研究产生深远影响。通过深入研究昆虫复眼的结构与功能，可以揭示昆虫在不同生态环境中的适应性策略，从而为害虫防治提供新的思路。例如，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光的特别敏感性，这可能为开发基于光诱捕的害虫控制技术提供新的思路。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据光环境的变化进行结构调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程，如细胞的收缩与伸长、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。这些过程的深入研究可能有助于开发更精准的害虫监测和防控策略。

昆虫的复眼结构和功能是昆虫视觉系统研究的重要内容。复眼的结构不仅决定了昆虫的视觉能力，还可能影响其行为模式和生态适应性。例如，不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

昆虫的复眼结构和功能研究不仅有助于理解昆虫的视觉机制，还可能对害虫防控和生态学研究产生深远影响。通过深入研究昆虫复眼的结构与功能，可以揭示昆虫在不同生态环境中的适应性策略，从而为害虫防治提供新的思路。例如，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光的特别敏感性，这可能为开发基于光诱捕的害虫控制技术提供新的思路。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据光环境的变化进行结构调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程，如细胞的收缩与伸长、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。这些过程的深入研究可能有助于开发更精准的害虫监测和防控策略。

昆虫的复眼结构和功能是昆虫视觉系统研究的重要内容。复眼的结构不仅决定了昆虫的视觉能力，还可能影响其行为模式和生态适应性。例如，不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

昆虫的复眼结构和功能研究不仅有助于理解昆虫的视觉机制，还可能对害虫防控和生态学研究产生深远影响。通过深入研究昆虫复眼的结构与功能，可以揭示昆虫在不同生态环境中的适应性策略，从而为害虫防治提供新的思路。例如，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光的特别敏感性，这可能为开发基于光诱捕的害虫控制技术提供新的思路。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据光环境的变化进行结构调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程，如细胞的收缩与伸长、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。这些过程的深入研究可能有助于开发更精准的害虫监测和防控策略。

昆虫的复眼结构和功能是昆虫视觉系统研究的重要内容。复眼的结构不仅决定了昆虫的视觉能力，还可能影响其行为模式和生态适应性。例如，不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。

昆虫的复眼结构和功能研究不仅有助于理解昆虫的视觉机制，还可能对害虫防控和生态学研究产生深远影响。通过深入研究昆虫复眼的结构与功能，可以揭示昆虫在不同生态环境中的适应性策略，从而为害虫防治提供新的思路。例如，E. castanea的成虫表现出对紫外光和紫光的特别敏感性，这可能为开发基于光诱捕的害虫控制技术提供新的思路。此外，研究还发现，昆虫的复眼能够根据光环境的变化进行结构调整，这种调整机制可能涉及多种生理过程，如细胞的收缩与伸长、色素颗粒的迁移以及细胞排列的调整。这些过程的深入研究可能有助于开发更精准的害虫监测和防控策略。

昆虫的复眼结构和功能是昆虫视觉系统研究的重要内容。复眼的结构不仅决定了昆虫的视觉能力，还可能影响其行为模式和生态适应性。例如，不同种类的甲虫在复眼结构上表现出显著的差异，这种差异可能与它们的活动时间（日间或夜间）以及生态环境有关。一些甲虫的复眼长度较短，但具有较高的视觉敏感性，而另一些则相反。这种结构上的差异可能反映了昆虫在进化过程中对环境的适应性需求，也可能与不同种类的生态位分化有关。因此，研究昆虫复眼的结构与功能，不仅有助于理解昆虫的视觉机制，也为探讨昆虫的进化过程和生态适应性提供了重要依据。