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昆虫胸部结构及功能-园林植物保护及养护

时间:2023-10-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:胸部是昆虫体躯的第2体段,由前向后分为前胸、中胸和后胸3个体节。有翅亚纲昆虫大多数种类中后胸各具一对翅,即前翅和后翅,因而中胸和后胸也称为具翅胸节。足和翅是昆虫主要的运动器官,因此胸部是昆虫的运动中枢。胸部骨板高度骨化,肌肉发达,各节间紧密嵌合。较高等昆虫的腹内突通常基部愈合而成叉状,故称“叉突”。昆虫胸足最基部的一节,通常粗短,多为圆锥形或筒形。同种昆虫不同的足跗分节数可能不同。

昆虫胸部结构及功能-园林植物保护及养护

胸部是昆虫体躯的第2体段,由前向后分为前胸、中胸和后胸3个体节。各胸节上都着生有一对足,依次称为前足、中足和后足。有翅亚纲昆虫大多数种类中后胸各具一对翅,即前翅和后翅,因而中胸和后胸也称为具翅胸节。足和翅是昆虫主要的运动器官,因此胸部是昆虫的运动中枢。胸部骨板高度骨化,肌肉发达,各节间紧密嵌合。足和翅的发达程度与胸节的发达程度相关。

(一)胸部的基本构造

昆虫各胸节皆是由4块骨板构成:背面的背板,两侧的侧板和腹面的腹板。各骨板根据其所在胸节命名。

1.前胸

背板被勾缝划分为若干骨片。前胸不具翅,因而结构比较简单;也是因为没有翅的限制,较中后胸又有更大的变异空间。

(1)前胸背板,前胸的特化多发生在前胸背板上。有的种类前胸背板很发达,出现不同程度的扩展、突起等,如螳螂、犀金龟、角蝉等。有的种类前胸背板具有次生沟,由于在功能形态学方面意义不大,所以未加以命名。

(2)前胸侧板,前胸侧板结构简单,通常仅包括由一条侧沟划分成的前侧片和后侧片两部分,弹尾目、原尾目及襀翅目昆虫甚至没有形成真正的侧板。侧沟下端与胸足基节顶接的结构称为侧基突,后侧片通常退化,也有的与背板或腹板愈合。

(3)前胸腹板,多数昆虫前胸腹板不发达。有些种类前胸腹板会特化出可用于鉴别的构造,如叩甲等在前胸腹板后缘特化出一个向后的楔形突起。

2.具翅胸节

具翅胸节背板、侧板和腹板都很发达(图7-12)。

(1)背板,具翅胸节背板着生有几条比较重要的次生沟,由前向后依次为:前脊沟、前盾沟、盾间沟。前脊沟内脊扩大成悬骨,供背纵肌着生。背纵肌和背腹肌的收缩会引起翅端的下降或上升,从而引起翅的上下拍动。前盾沟与前脊沟间隔通常比较近。盾间沟位置和形状不固定,多为“Λ”形,也有的消失。

背板被次生沟划分成的骨片依次为:端背片、前盾片、盾片、小盾片。端背片是位于前脊沟之前的一条狭长骨片,在翅发达的胸节中,后面一体节的端背片会向前延伸与前一体节的背板紧密连接,因此形成前一节的后背片。有时后背片会与后侧片相连形成翅后桥。前脊沟与前盾沟间的狭片称为前盾片,有的种类前盾片两侧与前侧片连接形成翅前桥。盾片位于前盾沟与盾间沟间,是背板的主要部分。小盾片位于盾间沟之后,不同种类小盾片发达程度不同,有的种类如龟蝽科和盾蝽科等中胸小盾片可以覆盖到整个腹部。

背板侧缘有两个背翅突,是与翅相接的关节构造。前面与翅基部第一腋片相支接的称为前背翅突,后面与翅第三、四腋片相支接的称为后背翅突。

(2)侧板,具翅胸节的侧板与飞行有关,所以较之前胸侧板更为发达。侧板由侧沟划分为前侧片和后侧片。两侧片中央有时又有横沟将其划分为4片,分别称为上前侧片、下前侧片,上后侧片和下后侧片。侧沟两侧有两个突起——上端顶接于翅第2腋片下的侧翅突和下端腹面中部的侧基突。侧板在胸足基节窝前后与腹板连接,形成基前桥和基后桥。侧翅突前后膜质区中的小骨片为上侧片,根据与侧翅突的相对位置分别称前上侧片和后上侧片。有些昆虫在基节窝前方具一个小骨片,称基前转片。

(3)腹板,具翅胸节腹板以后节套前节的方式相互套叠。腹板通常具两条明显的沟—前面的前腹沟和后面的腹脊沟。腹板被沟划分为4片:前腹片、基腹片、小腹片和间腹片。前三部分统称为主腹片。根据内突形状不同,主腹片又称具叉腹片,间腹片又称具刺腹片。

图7-12 具翅胸节的构造

1—背面观;2—侧面观;3—腹面观
(仿Snodgrass)

3.胸部的内骨骼

胸部体壁内陷形成的内脊和内突统称为胸部的内骨骼。

背板的内骨骼是由前内脊两端扩大成的板状脊,称悬骨,悬骨是背纵肌主要的着生部位。通常有翅类昆虫的成虫具有3对悬骨,也有少数种类只具2对。

侧板的内骨骼称侧内脊,通常侧内脊向下方延伸成臂状侧内突,与腹板的腹内突相连。

腹板的内骨骼由腹内脊沟内陷形成的1对腹内突与内刺突组成。较高等昆虫的腹内突通常基部愈合而成叉状,故称“叉突”。腹内突是腹纵肌着生的主要部位,内刺突上也会有部分腹纵肌着生。

(二)昆虫的足

1.胸足的基本构造

胸足是昆虫胸部的分节附肢,包括前足、中足和后足,分别着生于前胸、中胸和后胸侧腹面的基节窝(或称基节臼)内。由于支接方式不同,形成了两种关节类型:基部与侧板的侧基突支接的单关节构造;具基前转片的种类,基部同时与侧基突和基前转片相支接的双关节构造。成虫的胸足分为6节,由基部向端部依次为:基节、转节、股节、胫节、跗节和前跗节。节与节之间通过关节支接(图7-13)。

(1)基节。昆虫胸足最基部的一节,通常粗短,多为圆锥形或筒形。有些种类前足基节为适应捕食而延长,如螳螂。

图7-13 足的基本构造

(仿周尧等)

(2)转节,通常较小。基部通过前、后关节与基节相连,端部与股节连接紧密,所以一般不活动。

(3)股节,也称腿节。多数种类的股节是各节中最发达的,其基部与转节紧密连接,端部与胫节通过前后关节相连接。股节发达程度与胫节活动所需肌肉的强度和大小有关。膜翅目中的部分种类股节基部会形成一个拟转节,又称为第2转节。

(4)胫节,一般细长。可以上下活动,甚至折叠到股节下。胫节上常着生有成排的齿或刺,有的种类末端有距,刺和距的有无、数目、排列方式都可以作为分类鉴别特征。通常姬蝽科、猎蝽科前足和中足胫节端部具有辅助捕食的海绵沟。直翅目的有些种类,如螽斯、蟋蟀等前足胫节具有可以接收声音的听器。

(5)跗节,通常由1~5个跗分节组成,各亚节通过膜相连。同种昆虫不同的足跗分节数可能不同。跗节中无肌肉,通过胫节肌肉控制跗节运动。有些种类跗分节发生变异,如蜜蜂前足第一跗分节凹陷,与胫节末端瓣状物一起构成净角器;后足第一跗分节膨大,称为基跗节,上面着生有毛形成花粉刷。

(6)前跗节,胸足最末端的构造。通常具有两个侧爪和一个膜质中垫。前跗节基部常有一骨片陷入最端部的跗分节内,称掣爪片,掣爪片端部中央发起的突起构造称爪间突。侧爪通常会有突起、分叶等。爪基部的瓣状构造称爪垫。爪间突与中垫一般不同时存在。

跗节和前跗节上的垫状构造多为囊状,里面充满血液,下面凹陷,能够吸附于光滑的表面,因此可以作为辅助行动的攀援器官。

2.胸足的类型和功能

昆虫的足是运动器官,多用来行走,但由于生活环境和生活方式不同,足的结构和功能也发生了变化。常见的类型有以下8种(图7-14)。

图7-14 昆虫胸足的基本类型

1—步行足;2—跳跃足;3—捕捉足;4—开掘足;5—游泳足;6—抱握足;7—携粉足;8—攀握足
(仿周尧、彩万志等)

(1)步行足,是最常见的昆虫胸足类型。通常细长,无显著特化结构,适合于行走。由于生活习性不同,虽同为步行足,功能上还是存在一定差异。还有学者把虎甲、步甲等适于快跑或捷走的足特称为疾走足。

(2)跳跃足,股节膨大,胫节细长,适合于跳跃。如跳蚤蝗虫等的后足。

(3)捕捉足,基节延长,股节发达,腹面有可供胫节折嵌的槽,通常股节与胫节会有相对成排的齿或刺而形成一个捕捉机构。如螳螂等的前足。

(4)开掘足,足粗短、扁壮,胫节宽扁膨大,股节或胫节上具齿,适于掘土。如蝼蛄等的前足。

(5)游泳足,宽扁,缘毛细长,形似船桨,适于划水。如龙虱等的后足。

(6)抱握足,粗短,跗节特别膨大并具吸盘状构造,交配时可用以挟持雌虫。如龙虱雄虫的前足。

(7)携粉足,胫节端部宽扁,外侧凹陷,边缘具毛,形成可以携带花粉的“花粉筐”。基跗节膨大,内侧具横列硬毛,形成可以用作梳集花粉的花粉梳。如蜜蜂的后足。

(8)攀握足,也称为攀援足。各节粗短,胫节端部形成指状突,与跗节和呈弯爪状的前跗节共同构成钳状构造,用以夹住攀援物。如虱的足。

昆虫幼虫一般跗节不分节,前跗节仅有一个爪,节间膜显著,节间多为单一的背关节。

(三)昆虫的翅

昆虫是整个动物界最早获得飞行能力的类群,也是无脊椎动物中唯一有翅的动物。通常昆虫在中、后胸各具一对翅,分别称为前翅和后翅。无翅亚纲和有翅亚纲的有些种类翅退化或消失。翅的飞行作用有利于昆虫的生存繁衍

1.翅的起源与构造

昆虫翅的起源问题,有3种学说具有较大影响,即1870年Gegenbaur提出的气管鳃学说;1983年Kukalova-Peck提出的侧板翅源说;1898年Packard完善并命名的侧背叶翅源说,也是最能被广为接受的一种学说,按照侧背叶学说,翅由胸部的侧背叶演化而来。

图7-15 昆虫翅的基本结构

(仿Snodgrass)

由侧背叶演化而来的翅具有双层结构。膜质表皮之间分布着气管,在气管部位,翅面变厚成为翅脉,脉腔里有神经与血液。(www.xing528.com)

昆虫的翅多近三角形,为了便于描述,各缘和角均有命名(图7-15)。在平展状态下,前方的边缘称前缘,靠近虫体边缘的称后缘或内缘,前缘和后缘之间远离虫体的称外缘。翅基部与体躯相连的角称为肩角,前缘与外缘之间的夹角称为顶角,外缘与内缘之间的夹角称为臀角。

比较进化的昆虫种类翅可以折叠,因此翅上常有褶线将翅面划分为几个区。翅基部有腋片的腋区,通常三角形;腋区通过外边的基褶与翅区分开;翅区又被从腋区外角处发出的臀褶和轭褶分为3个区:由远离体躯向靠近体躯依次为臀前区、臀区和轭区。通常翅的臀前区是最发达的区域,翅脉密且比较粗,而臀区的翅脉比较稀、细。轭区用以在飞行时连接后翅。

2.翅的类型和变异

随着生活环境条件、遗传物质改变,昆虫的翅发生了多种变异。包括退化、消失、形状、质地等的变化。

根据形状、功能和质地的变化,可以将翅分为以下9种类型。

(1)膜翅,翅薄,膜质透明,翅脉明显。如蜻蜓、蜜蜂等的翅。

(2)缨翅,翅狭长,膜质透明,边缘具细长缨状毛。如蓟马等的翅。

(3)毛翅,翅膜质,密布细毛,多不透明或半透明。如石蛾等的翅。

(4)鳞翅,翅膜质,密被鳞片,不透明。如多数蝶类、蛾类的翅。

(5)棒翅,翅退化,棍棒状,起感觉和平衡作用,又称平衡棒。如蝇的后翅。

(6)半覆翅,翅臀前区部分革质,其他部分膜质,如多数竹节虫的后翅。

(7)覆翅,翅革质,多不透明或半透明,对后翅具保护作用。如蝗虫的前翅。

(8)半鞘翅,翅基部革质,端部膜质。如蝽的前翅。

(9)鞘翅,翅骨化,坚硬,对后翅和体背具保护作用。如天牛、金龟子等的前翅。

图7-16 昆虫翅的基本类型

1—膜翅;2—缨翅;3—毛翅;4—鳞翅;5—棒翅;6—半覆翅;7—覆翅;8—半鞘翅;9—鞘翅
(仿彩万志等)

3.模式脉序和翅脉的变化

翅脉是翅上下两层翅膜间纵横分布的条纹,由翅面在气管部分加厚形成,对翅膜起支架作用。

研究角度不同,翅脉类型的分法也有所不同:

纵脉和横脉:从翅基部发出向翅边缘延伸的翅脉称纵脉,是起始于足气管的气管干的分支。横列于纵脉间的短脉称横脉。

凹脉和凸脉:昆虫的纵脉并非处于同一平面,而是凹凸相间。昆虫的翅面近于褶扇形,背面观位于褶顶的翅脉称凸脉,用“+”表示。位于褶底的称凹脉,用“-”表示。

副脉、闰脉和系脉:纵脉的分支称副脉。两相邻纵脉之间加插的纵脉称闰脉,也叫间插脉或加插脉。两条以上的脉分段连成一条脉称为系脉。

(1)脉序。翅脉在翅面上的分布形式叫做脉序,又称为脉相。同种昆虫翅脉相对稳定,不同类群存在差异。脉序是重要的昆虫分类鉴别特征,同时也是研究昆虫系统发育的重要依据。

1898年,Comstock和Needham广泛研究了不同昆虫类群翅的气管分布,将脉序归纳为一个基本形式,即假想原始脉序,在分类学与形态学上称为康——尼脉序(图7-17)。

图7-17 假想原始脉序模式图

(仿Ross)

假想原始脉序包括7条主纵脉和6条横脉:

前缘脉(Costa,C),翅最前端的一条凸脉,通常形成翅的前缘。

亚前缘脉(Subcosta,Sc),前缘脉后的一条凹脉,端部常分支为第1亚前缘脉(Sc1)和第2亚前缘脉(Sc2)。

径脉(Radius,R),亚前缘脉后的一条凸脉,通常为最强壮的翅脉。二分支为第1径脉和径分脉。径分脉二次分支为第2径脉至第5径脉(R2,R3,R4,R5)。

中脉(Media,M),翅中部径脉后的凹脉,两次分支形成第1中脉至第4中脉(M1,M2,M 3,M 4)。也有学者将其依次称为第1前中脉(MA1),第2前中脉(MA2),第1后中脉(MP1),第2后中脉(MP2)。

肘脉(Cubitus,Cu),中脉之后的凹脉,主干二分支,分别称第1肘脉(Cu1)和第2肘脉(Cu2),第1肘脉通常二分支为Cu1a和Cu1b

臀脉(Anal vein,A),位于臀区,通常为3条,也有时会有多条,臀脉通常为凸脉,但2A有时会为凹脉。命名由前至后依次为1A,2A,3A,…,n A。也有观点认为臀脉不是真正的翅脉,将其称为臀线(anal bar)。

轭脉(Jugal vein,J),具有轭区的昆虫具有的翅脉,通常有1~2条,称第1轭脉(1J)和第2轭脉(2J)。

除肩横脉外,横脉通常根据其所连接的纵脉命名(表7-1)。

表7-1 假想原始脉序中的横脉

(2)翅脉的变化。昆虫脉序在漫长的演化过程中,或多或少地发生了变化,主要表现在翅脉的增多或减少。

翅脉的增多。主要有两种情况:原有纵脉分支出现副脉;两纵脉之间出现游离的闰脉。副脉名称以原脉简写后面加a、b、c等表示,直翅目、长翅目、脉翅目、等翅目和襀翅目类昆虫多有副脉发生。闰脉名称则以其前面一条纵脉简写前加“I”表示,蜉蝣目、直翅目和蜻蜓目昆虫中多有出现。

翅脉的减少。翅脉合并或消失会导致翅脉的减少。多数昆虫都存在翅脉减少现象。若两脉来自不同主脉,则以“+”连接(也有的以“&”或“-”连接)原脉名,如M 4与Cu1合并为M 4+Cu1;若来自同一主脉,则以“+”连接下标号,如M 1和M 1合并为M 1+2

(3)翅室。由于翅脉的存在,翅面被划分为成的小室叫做翅室。翅室各边均有翅脉包围,或仅一边与翅基连接的称为闭室。有一边没有翅脉而直达翅缘的翅室称为开室。翅室以组成其前缘的纵脉命名。若有横脉将翅室划分为几个小室,则由基部至端部分别前面加第1、第2区分。若翅室前缘由合并脉组成,则以组成合并脉的后一条脉命名。若由于翅脉消失导致翅室合并,则应考虑消失的翅脉,如R3消失,则R2后的翅室称为R2+3室。

蜻蜓目、脉翅目、蜉蝣目等昆虫的翅脉形成网状,对翅室不予命名。翅脉的变化、翅室的有无、开闭都可作为昆虫分类鉴别的重要依据。

4.翅的关节构造和连锁

(1)翅的关节。翅关节由翅基部膜质区中的翅基片组成(图7-18)。肩片位于翅前缘基部;腋区的腋片,一般有3片,少数种类有4片,分别称为第1腋片、第2腋片、第3腋片和第4腋片;中片是位于第2和第3腋片之间的两块骨化较弱的骨片,邻接腋片的称内中片,邻接中脉和肘脉的称外中片。翅关节与翅的折叠及飞行等运动紧密相关。

第3腋片和中片与翅的折叠相关。侧内脊连接于第3腋片上的肌肉收缩时,第3腋片外端上举,使腋区沿两中片间的基褶上拱,牵引轭区与臀区折叠于臀前区下。第3腋片运动的拉力使翅以第2腋片与侧翅突顶接处为支点向后旋转,牵引翅覆盖到背上。翅的折叠与覆盖到背上两个动作是同时完成的。前上侧片上着生的前上侧肌收缩时,前翅以侧翅突为支点伸展。飞行是上下运动依靠背纵肌与背腹肌的交替收缩完成,前后倾斜则依靠前上侧肌与后上侧肌的交替收缩完成。

图7-18 昆虫翅的关节

(仿Snodgrass)

(2)翅的连锁。昆虫两对翅同时作为飞行器官无法获得强大的飞行能力。在长期演化适应过程中,逐渐形成以一对翅飞行,或形成连锁器官,使一对翅带动另一对翅运动,1943年Rohdendorf将这种现象命名为双翅化。常见的连锁器类型包括以下几类:

1)翅抱型,也称膨肩型、贴接型。后翅前缘基部宽阔,飞行时由于空气压力作用与前翅贴接在一起。是最原始的连锁类型,如蝶类等。

2)翅缰型,前后翅通过鬃状翅缰连锁。又包括缰鬃刺型、缰钩型和缰毛型。缰鬃刺型前翅轭区扩大,后缘着生一列轭刺,后翅前缘着生有直伸缰鬃,如澳蝎蛉等。缰钩型前翅亚前缘脉或径脉上着生有一钩状结构,称翅缰钩,后翅前缘着生一根翅缰,如鳞翅目某些类群的雄虫等。缰毛型前翅腹面着生有一簇毛状钩,后翅前缘着生有数目不等的翅缰,如多数蛾类等。

3)翅轭型,前翅轭区向后形成的指状突起,称为翅轭,如毛翅目等。

4)翅褶型,前后翅通过褶或相应构造连锁。根据前后翅连锁构造的不同又分为褶刺型、褶钩型和褶褶型。

5)翅嵌型,前翅爪片端部着生一夹状构造,上有指状突起,后翅前缘中部加厚上弯,可嵌入前翅夹状构造中。如半翅目部分种类。

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