尖唇散白蚁精子发生的调节研究

摘要

白蚁是社会性昆虫，隶属等翅目，其群体中存在若干不同形态的个体类型，每个形态都有其不同的职能、严密的分工、协调的生活，称为品级分化。白蚁品级分为生殖蚁和非生殖蚁，生殖蚁包括原始蚁王蚁后、短翅补充繁殖蚁和无翅型补充繁殖蚁；非生殖型包括工蚁和兵蚁。非生殖型-生殖型两个对立品级可以相互转化，巢群中失去原始生殖蚁后，群体中工蚁就会分化为补充繁殖蚁，补充巢群的需要，从而有效地促进白蚁的社会群体发展和延续。白蚁是地球生物圈中的一员，是动物食物链重要的一环，并与其它动植物构成错综复杂的生态系统，在这个系统中它发挥着极其重要的功能和作用。由于它以各种纤维为食，每年消耗地球上近1/3的有机物，并通过代谢排出大量的CO2和甲烷气体，直接影响大气的成分。同时白蚁的取食行为危害农、林、水利交通、金融、化工和房屋建筑等多个领域。
　　 随着分子生物学技术的发展和应用，对白蚁品级分化、生殖发育的研究已经从简单的描述发展到对其调节机制的深入研究。本文以尖唇散白蚁(Reticulitermes aculabialis)为研究对象，应用显微组织学、免疫组织化学方法，对其各个品级精子发生和显微结构以及类雄激素受体在精子发生中的免疫细胞化学表达和原癌基因c-fos对精子发生的调节进行了研究，探讨白蚁不同品级的生殖生理及其品级分化的分子调节机制。研究结果如下：
　　 ⑴繁殖蚁、工蚁和兵蚁三个品级间精巢发育的程度有显著差异。三者精巢最大横切面积相对大小之比为：繁殖蚁∶工蚁=1.7；繁殖蚁∶兵蚁=29.3；工蚁∶兵蚁=17.1。繁殖蚁和工蚁精巢管内有精子的形成，工蚁和繁殖蚁精子的发生都经历了：精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精细胞和精子形成时期；工蚁精巢中有大量次级精母细胞呈细胞凋亡状态。兵蚁生殖细胞发育仅有精原细胞、初级精母细胞和次级精母细胞时期，没有精细胞和精子产生。工蚁和兵蚁生殖细胞的切面面积显著小于同一时期繁殖蚁的生殖细胞。各品级之间生殖功能分化与生殖细胞发育有直接关系，工蚁有转化为补充繁殖蚁和兵蚁的能力；而兵蚁由于精巢极度退化不能产生精细胞和精子，因此是非生殖品级分化的终极形式，不具有转化成补充繁殖蚁或其它品级的能力。
　　 ⑵在繁殖蚁和工蚁精子发生过程中都有类雄激素受体(androgen receptor，AR)免疫阳性细胞的分布，均分布于初级精母细胞的细胞质和细胞核中；与繁殖蚁相比，AR在工蚁中的表达较弱。研究结果表明AR的表达与精子发生过程中初级精母细胞的减数分裂有关，雄激素及其受体通过调控精母细胞的第一次减数分裂来影响白蚁精子的发生。虽然工蚁的精巢发育受抑制，但其精子发生和维持具有与繁殖蚁相同的激素调节机制，能形成精子。本研究为工蚁性腺退化不育，但根据群体的变化又可以发育为补充繁殖蚁的特殊的生理功能提供了组织学依据。
　　 ⑶原癌基因c-fos表达产物Fos蛋白参与了白蚁的精子发生。研究已证明Fos蛋白参与哺乳动物中精子发生过程中的调控，但在昆虫精子发生中有关Fos的表达和调控尚未见报道。为了探讨c-fos在白蚁精子发生过程中的作用和比较繁殖蚁与工蚁Fos表达的差异，我们应用免疫细胞化学方法，检测了尖唇散白蚁的精巢中是否存在Fos。结果显示，繁殖蚁发育到成虫期有c-fos免疫阳性反应，c-fos阳性物质定位于精原细胞的细胞核中；工蚁和末龄若虫精子发生过程中没有c-fos免疫阳性物质的出现。研究结果表明Fos通过调控精原细胞增殖参与精子发生，使繁殖蚁精巢中能够形成足够的精子，以便受精。另一方面，工蚁和末龄若虫均未见c-fos免疫阳性物质，表明工蚁和末龄若虫性腺均发育不完全或发育受抑制。Fos在分飞成虫的精原细胞中表达，在理论上为工蚁不具生殖能力而繁殖蚁具有生殖能力提供了分子水平证据。
　　 本文从组织显微结构以及分子水平上，表明了工蚁和兵蚁不具生殖能力的结构基础和分子调节机制，但在群体需要的情况下，工蚁又具有转化为补充繁殖蚁的组织学基础，同时其分子水平也将发生相应的改变，这为揭示白蚁各品级分化中性腺的调节机制提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1白蚁的品级类型

1.1.1生殖型

1.1.2非生殖型

1.2白蚁的品级分化

1.3白蚁品级分化的调节

1.3.1环境对白蚁品级分化的调节

1.3.2激素对白蚁品级分化的调节

1.3.3基因对白蚁品级分化的调节

1.4白蚁的婚飞

1.5白蚁的生殖系统

1.6精子发生及调控

1.6.1激素对精子发生的调节

1.6.3原癌基因对精子发生的调节

第二章尖唇散白蚁工蚁、兵蚁和繁殖蚁精子发生的比较研究

2.1材料与方法

2.1.1材料

2.1.2样品制备与实验方法

2.1.3图像与数据分析

2.2结果

2.2.1繁殖蚁、工蚁和兵蚁精巢发育

2.2.2繁殖蚁、工蚁和兵蚁精子发生过程

2.2.3繁殖蚁、工蚁和兵蚁精子发生各个阶段生殖细胞面积大小的比较

2.3讨论

2.4小结

第三章类雄激素受体在尖唇散白蚁繁殖蚁和工蚁精子发生中的免疫细胞化学表达

3.1材料和方法

3.1.1材料

3.1.2样品制备

3.1.3免疫细胞化学反应程序

3.2结果

3.2.1类雄激素受体在尖唇散白蚁繁殖蚁精巢中的分布

3.2.2类雄激素受体在尖唇散白蚁工蚁精巢中的分布

3.3讨论

3.4小结

第四章原癌基因c-fos在尖唇散白蚁繁殖蚁和工蚁精子发生中的免疫细胞化学表达

4.1材料与方法

4.2结果

4.3讨论

4.4小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢