第五章 昆虫的呼吸系统 Inspiration System,董小林 Mobile：15872150205 ：78465837 dongxl@,昆虫通过管状气管系统直接将氧气输送给需氧组织、器官或细胞，在经过呼吸作用，将体内贮存的化学能以特定形式释放，为生命活动提供所需要的能量 昆虫的呼吸过程和一般动物的相同，包括两个不可分割的环节一是外呼吸，指昆虫通过呼吸器官与外界环境之间进行气体交换，即吸入氧气和排出二氧化碳，是一个物理过程；二是内呼吸，指利用吸入的氧气，氧化分解体内的能源物质，产生高能化合物—ATP，是一个化学过程概 论,第一节 昆虫的呼吸方式,由于昆虫体躯结构不同生活习性不同，呼吸方式也不同，主要呼吸方式有： 一、气管呼吸（大多数陆栖昆虫） 绝大部分陆生昆虫的呼吸方式体内有完整的逐级分支的器官系统，并以气门开口于体壁 没有气管系统，用体壁直接进行气体 二、 体壁呼吸（如弹尾目）,三、气管鳃呼吸（水生昆虫如蜉蝣的气管腮和蜻蜓直肠腮）,（水生昆虫如龙虱） 四、气泡和气膜呼吸,五、寄生昆虫的呼吸方式,通过体壁直接从寄主体内获得氧气,第二节 气管系统的来源、组成,气管的来源：外胚层,气门（spiracle）：气管在身体两侧的开口 气管(trachea)（主气管、支气管） 气囊(air sacs)：气管的膨大部分 微气管：气管分支末端位于组织的部分,气管系统的组成,一、气门,气门是与外界想通的门户，其位置大多数在身体的两侧。
1，多气门型 ① 全气门式：(Holopneustic)具有10对有效气门，即在中、后胸 上各1对，腹部8对 如蝗虫 ② 周气门式：(Peripneustic)：具有9对有效气门，即中胸1对，腹部有8对如鳞翅目幼虫 ③半气门式：(Hemipneustic)： 具有8对有效气门，即中胸1对，腹部7对 如蕈蚊科幼虫,（一）气门的类型,2，寡气门型 ① 两端气门式：(Amphipneustic)：具有2对有效气门，即前胸1 对，第8腹节上1对 如蝇科幼虫 ② 后气门式： (Metapneustic)具有1对有效气门，位于腹部最一节上如蚊科幼虫 ③ 前气门式：(Propneustic)有1对有效门，位于前胸上如蚊科的蛹,半气门式（hemipneustic） 8对有效气门（蕈蚊幼虫）,后气门式（metapneustic） 1对有效气门（孑孓）,前气门式（propneustic） 1对有效气门（蚊蛹）,3，无气门型（apneustic）：无有效的气门,(二)气门的结构 最简单的气门仅是气管在体壁上的一个开口，称气管口(tracheal orifice)，它是体壁内陷形成气管后留下的原始孔。
气门腔(atrium) 气门腔口(atrial orifice) 围气门片(peritreme),(三)气门的构造,开闭构造位于气门腔口的气门这种开闭构造包括1对基部相联的唇形活瓣和垂叶外闭式气门,垂叶上着生有闭肌，当闭肌收缩时，将垂叶往下拉，使两活瓣闭合；当闭肌松驰时，活瓣由于垂叶本身的弹性而张开很多昆虫的胸部气门具有这种外闭式构造，如蝗虫、蜚蠊、蝽类、龙虱和蜜蜂等根据气门结构和开闭肌肉的有无,,蝗虫气门,内闭式气门,开闭构造位于气管口的气门这种开闭构造主要包括闭弓和闭带当闭肌收缩时，牵动闭带推向闭弓而将气管口关闭；当闭肌松弛、开肌收缩时，将闭带拉回，气管口开启大多数昆虫的气门，特别是腹部气门属于这种类型这类气门的气门腔口没有活瓣，但常在气门腔口内侧有过滤结构，以防止灰尘、细菌和水的侵入家蚕幼虫气门,二、气管,（一）气管的组成及其特点,1.气管组织结构：,外表皮,管壁细胞,内表皮,,螺旋丝,气管构造,（1）局部地方加厚，形成螺旋丝 （A）抗压； （B）保持气管有弹性； （C）处于扩张状态，有利于气管气体交流畅通 （2）分化：内层膜，相当于上表皮中的角质精层； 外层膜，相当于内表皮，由脂蛋白和几丁质组成。
2 构造特点： （1）内膜上无蜡质 （2）气管可伸缩 （3）脱皮时可脱掉,3 气管的功能：,通风作用,（二）气管的分布和排列,,,,,,,,,三、气囊（air sac）和微气管(tracheole),微气管 1) 概念：直径在一微米以下的末端封闭的气管 2) 特点：(1) 脱皮时不脱去 （2）通透性强,气囊 1) 概念：气管的膨大部分 2) 特点：(1) 薄而软 (2) 无明显螺旋丝,气 囊,气囊是气管的某些膨大成囊状，可被压缩的部分，常见于有翅亚纲昆虫中一种有螺旋丝，一种没有螺旋丝功能,（1）贮存O2； （2）强化通风作用； （3）增加浮力，有利于昆虫的蜕皮； （4）促进血液循环微气管,昆虫的气管由粗到细进行分枝，当分枝到直径为2—5um时，伸入一个掌状的端细胞，然后由端细胞再形成一个直径在1um以下，末端封闭的微管—微气管伸入组织内或细胞间，微气管的内壁和气管一样也具有螺旋丝，但在昆虫蜕皮时微气管并不随外表皮一块蜕去功能：气体交换的重要场所第三节 气管系统的呼吸机制和控制,1，气体的扩散 体躯较小或行动缓慢的昆虫，单靠气体的扩散作用就能够满足呼吸的需要在保证气体交换的条件下，尽量减少体内水分的散失。
部位： 微气管 机制 ： 气体分压 管内的O2＞管外 管内的CO2＜管外 渗透压 （微气管的通透性）,2，通风作用 行动活泼和飞行的昆虫，除气体扩散作用外，还需要有通风作用来保证氧的迅速供应，并尽快地排除体内产生的二氧化碳部位： 气管 、气囊 机制： 体躯的运动 气管、气囊的伸缩,为了有效地进行通风作用，气管系统产生了两种适应结构： （1）气管本身具有伸缩性 （2）气囊可被血压或体躯弯曲等压缩，表现出风箱作用 昆虫体躯的收缩运动是产生通风作用的主要原因，这种体躯的收缩运动也可称为呼吸运动a. 仅背板运动：鞘、半翅目 b. 背板和腹板同时运动：蝗虫 c. 左右和上下压缩同时进行：鳞、脉翅目 d. 沿腹部长轴伸缩：双翅目、蜜蜂,呼吸运动,二、微气管中的呼吸机制,,昆虫呼吸所需氧气，大都是通过微气管扩散进入到组织和细胞中去的CO2排出速度是氧气吸入速度的35倍（原因：大气中CO2分压低）为了减少水分的蒸发，昆虫在正常呼吸过程中总是尽量减少气门开启氧气：达一定浓度时气门关闭 如蝗虫：氧气含量达18%时，气门关闭,三、气门开闭的调控,二氧化碳：间歇式暴发释放,昆虫在休息时，微气管未稍充满体液，因此，气管内的气体只能到达体液之前，而不能透入组织。
1，当组织活动时（如肌肉收缩），由于新陈代谢的废物增多，增大了血液的浓度，增加了血液的渗透压，微气管内的体液就向外渗透，气管内的气体就随着液体外透到达微气管未端，因而O2向血液中、向组织内扩散 2，CO2的排出和O2的吸入一样，也是靠扩散作用，因大气中CO2分压低，所以CO2除通过气管系统排除外，还可通过体壁扩散出来 3，新陈代谢废物被氧化以后，血液的渗透压又复原状，微气管未梢就又充满液体四、气体交换过程,第四节 气管系统功能,特点：（1）通过气管系统直接送O2到各组织器官； （2）通过气管系统将吸进的分子O2变成活化的O2主要是呼吸酶的作用：过氧化氢酶，细胞色素酶 细胞色素酶 过氧化氢酶 H2+O2------------→ H2O2 -------------→ H2O+[O],一、昆虫需能的特点,有翅，活动能力强，需能量大 例如：飞行需要5ml O2/克.分；人跑步需要0.055ml O2/克.分 需能量的起伏大 例如：蝗虫，飞行时需能量5mlO2/克.分；休息需要0.055mlO2/克.分 二、昆虫的呼吸代谢和能量供应,1，能源物质及其代谢,呼吸代谢过程中产生能量，除以热能的形式散失以外，一般以化学能的形式储存于高能的磷酸化合物中。
在生理需要的时候，以适当的形式为机体提供各种能量2， 呼吸代谢的能量供应,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,新陈代谢,包括同化（合成）代谢和异化（分解）代谢呼吸作用—— 异化代谢,物理过程：空气中的O2→各组织器官中去； 体内CO2→体外 化学过程：氧化分解体内的能源物质→产生能量（ATP）； CO2 →送出； 水有时回收外呼吸,内呼吸,（1）外呼吸 物理过程,通过气管系统输送气体的方法（气体的扩散作用，通风作用（气囊，气管）； 气门的关、闭与CO2排出的关系； 呼吸的控制中心； 微气管的气体交换 特点：a、伸到组织中的末端充满组织液； b、半透性膜燃料：糖源，脂肪，蛋白质 氧的激活：各种呼吸酶 代谢途径 呼吸商和呼吸系数,（2）内呼吸 化学过程,呼吸过程中释出的CO2 与吸收的O2之间的体积之比称为呼吸商或呼吸系数（RQ）呼吸商的大小可用来判断昆虫所用的能源物质种类和代谢途径 RQ＝1时表示消耗的是碳水化合物；0.8表示消耗的是蛋白质；0.7表示消耗的是脂肪昆虫在呼吸过程中释放CO2与消耗氧的体积比：RQ=CO2/O2 RQ=1 碳水化合物 RQ=0.8 蛋白质 RQ=0.7 脂肪,三、呼吸商（respiratory quotient, RQ）,四、体温及体温的调节,（1） 热能的获得：,昆虫是变温动物，外热源动物。
① 运动； ②太阳辐射：调节晒太阳的位置，例蝗虫，身体与阳光平行，38.3℃，垂直，41.6℃①体躯位置 ②体表有特殊的构造（鳞片） ③社会性昆虫：特殊的方式,（2）热能的调节,例如蜜蜂，夏天巢温34-35℃，实际上气温是高于35℃，运水降温；振动翅膀，起通风作作用（扇子）冬天，运动，腹部肌肉的收缩 白蚁：恒温（巢温），巢的结构特殊，本身有通风设备冬天温度不够，引进真菌，使之发酵，产生热量，维持巢温1. 杀虫剂影响呼吸商（RQ） 如有机磷和除虫菊酯类神经毒剂，中毒初期吸O2量增加 RQ→小；麻痹阶段吸O2量剧减 RQ→大 2. 熏蒸剂对呼吸酶有抑制作用 如溴甲烷、氯化苦以及细胞毒剂氢化物等,导致呼吸代谢率降低而死亡 提高熏蒸剂作用效果的途径：提高环境温度或二氧化碳的浓度，使昆虫呼吸加强 3. 油乳剂和黏着展布剂的作用 油乳剂易进入气门 黏着展布剂可堵塞气门,第五节 昆虫呼吸作用与害虫防治的关系,1，机械堵气门：40-50年代，油乳剂 2，合成有机农药：90%以上是神经毒剂，呼吸本身就是由神经控制的神经毒剂最后破坏的都是呼吸代谢神经毒剂抑制呼吸酶的作用，例如：氰化钾——氰化气，破坏细胞色素氧化酶；鱼藤酮，抑制线粒体上的辅酶，影响三羧酸循环。
3，用药与环境：昆虫生活的环境和昆虫体内生理状况熏蒸剂，烟雾剂,作业与思考题,1. 昆虫有哪些呼吸方式？ 2.气管呼吸的机制和调控方法是怎样的？ 3.谈谈昆虫呼吸作用与害虫防治的关系。