1、 昆虫的呼吸过程包括两个环节昆虫的呼吸过程包括两个环节 外呼吸：外呼吸：指昆虫通过呼吸器官与外界环境之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。一个物理过程。内呼吸：内呼吸：指利用吸入的氧气，氧化分解体内的指利用吸入的氧气，氧化分解体内的能源物质，产生高能化合物能源物质，产生高能化合物ATPATP，是一个化学过，是一个化学过程。程。第十四章第十四章 昆虫的呼吸系统昆虫的呼吸系统 (respiratory system)一、气管一、气管(trachea)的组织的组织 气管由外胚层内陷而成气管由外胚层内陷而成
2、 组织结构组织结构 底膜底膜(basement membrane)管壁细胞层管壁细胞层(epithelium)内膜内膜(intima)第一节第一节 气管系统气管系统 气管系统气管系统 气门气门 气管、支气管、微气管气管、支气管、微气管 气囊气囊 螺旋丝（螺旋丝（taenidium）：）：内膜局部加厚，可增强气内膜局部加厚，可增强气管的强度、弹性，利于气体交换。管的强度、弹性，利于气体交换。二、气管的分布和排列二、气管的分布和排列 气门（气门（spiracle）气门气管气门气管(spiracular trachea)背气管背气管(dorsal trachea)腹气管腹气管(ventral tra
3、chea)内脏气管内脏气管(visceral trachea)侧纵干（侧纵干（lateral longitudinal trunk）背纵干（背纵干（dorsal longitudinal trunk）腹纵干（腹纵干（ventral longitudinal trunk）内脏纵干（内脏纵干（visceral longitudinal trunk）背气管连锁（背气管连锁（dorsal tracheal commissure）腹气管连锁（腹气管连锁（ventral tracheal commissure）昆虫气管分布模式图昆虫气管分布模式图 体躯侧面透射，示气管干体躯侧面透射，示气管干 三、微气管三
4、、微气管(tracheole)当昆虫的气管分枝当昆虫的气管分枝到直径为到直径为2 2-5 5m m时，伸时，伸入一个掌状的端细胞入一个掌状的端细胞(end cell)，由端细胞再，由端细胞再形成一组直径在形成一组直径在1 1m m以以下，末端封闭的微管下，末端封闭的微管微气管，伸入组织内或微气管，伸入组织内或细胞间，向各组织直接细胞间，向各组织直接输送氧气。输送氧气。四、气囊四、气囊(air sac)气囊是气管的某些膨气囊是气管的某些膨大成囊状，可被压缩的部分大成囊状，可被压缩的部分 气囊易被血压或体躯气囊易被血压或体躯的弯曲压缩或扩张的弯曲压缩或扩张(无螺旋无螺旋丝丝)通风作用通风作用 增加
5、浮力增加浮力 促进血液循环促进血液循环 利于器官膨大或缩小利于器官膨大或缩小 功能功能 五、气门五、气门(spiracle(spiracle或或stigma)stigma)及其开闭机制及其开闭机制 (一）气门数目、分布形式一）气门数目、分布形式 1.1.多气门型多气门型:至少具有至少具有8 8对有效的气门对有效的气门 全气门式（全气门式（holopneustic）：）：1010对有效气门对有效气门 周气门式（周气门式（peripneusticperipneustic）9 9 对有效气门（家蚕）对有效气门（家蚕）半气门式（半气门式（hemipneustic）8 8对有效气门（蕈蚊幼虫）对有效气门
6、（蕈蚊幼虫）2.2.寡气门型：具寡气门型：具1 12 2对有效对有效 气门气门 两端气门式两端气门式(amphipneustic(amphipneustic）2 2对有效气门（蝇蛆）对有效气门（蝇蛆）后气门式（后气门式（metapneustic）：）：1 1对有效气门（孓孓）对有效气门（孓孓）前气门式（前气门式（propneustic）：）：1 1对有效气门（蚊蛹）对有效气门（蚊蛹）3.3.无气门型（无气门型（apneusticapneustic）：无有效的气门）：无有效的气门 （二）（二）气门的结构气门的结构 最简单的气门仅是气管最简单的气门仅是气管在体壁上的一个开口，称气在体壁上的一个开口
7、，称气管口管口(tracheal orifice)，它，它是体壁内陷形成气管后留下是体壁内陷形成气管后留下的原始孔。的原始孔。气门腔气门腔(atrium)气门腔口气门腔口(atrial orifice)围气门片围气门片(peritreme)（三）气门的开闭机构三）气门的开闭机构(closing apparatus)(1)(1)外闭式气门：外闭式气门：关闭气门腔口，如蝗虫关闭气门腔口，如蝗虫 1 1对唇形瓣对唇形瓣 垂叶垂叶 闭肌闭肌(2)(2)内闭式气门：内闭式气门：在气门腔口，往往能见到被称为筛板的密生细在气门腔口，往往能见到被称为筛板的密生细毛的刷状过滤结构毛的刷状过滤结构(filter
8、apparatus)。气门腺气门腺(spiracular gland)：气门腺主要存在于：气门腺主要存在于水栖昆虫中，用以在气门表面分泌一层疏水性的物水栖昆虫中，用以在气门表面分泌一层疏水性的物质，便于呼吸。质，便于呼吸。内闭式气门：关闭气管口内闭式气门：关闭气管口 开闭机构开闭机构 a.闭弓闭弓(closing bow)b.b.闭带闭带(closing valve)c.c.闭肌闭肌(occlusor muscle)d.d.开肌开肌(dilator muscle)。第三节第三节 气管系统的呼吸机制和控制气管系统的呼吸机制和控制 气体扩散气体扩散 浓度梯度浓度梯度 气流压力梯度气流压力梯度 一、
9、气体的扩散一、气体的扩散 体躯较小或行动缓慢的昆虫，单靠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。作用就能够满足呼吸的需要。通风通风 扩散扩散 气体在气管里的传送气体在气管里的传送 二、通风作用二、通风作用 行动活泼和飞行的昆虫，除气体扩散作用外，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。排除体内产生的二氧化碳。为了有效地进行通风作用，气管系统产生了两为了有效地进行通风作用，气管系统产生了两种适应结构：种适应结构：（1 1）气管本身具有伸缩性）气管本身
10、具有伸缩性 （2 2）气囊可被血压或体躯弯曲等压缩，表现）气囊可被血压或体躯弯曲等压缩，表现出风箱作用。出风箱作用。昆虫体躯的收缩运动是产生通风作用的主要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。原因，这种体躯的收缩运动也可称为呼吸运动。a.a.仅背板运动：鞘、半翅目仅背板运动：鞘、半翅目 b.b.背板和腹板同时运动：蝗虫背板和腹板同时运动：蝗虫 c.c.左右和上下压缩同时进行：鳞、脉翅目左右和上下压缩同时进行：鳞、脉翅目 d.d.沿腹部长轴伸缩：双翅目、蜜蜂沿腹部长轴伸缩：双翅目、蜜蜂 呼吸运动：呼吸运动：二、微气管中的呼吸机制二、微气管中的呼吸机制 昆
11、虫呼吸所需氧气，大都是通过微气管扩散进昆虫呼吸所需氧气，大都是通过微气管扩散进组织和细胞中去的。组织和细胞中去的。微气管空气扩散管外微气管空气扩散管外 进行气体交换进行气体交换 组织活动组织活动 产生代谢物产生代谢物 组织液的渗透压升高组织液的渗透压升高 微气管末端的液体进入组织微气管末端的液体进入组织 组织停止活动组织停止活动 代谢产物氧化代谢产物氧化 组织液的渗透压下降组织液的渗透压下降 微气管末端重新充满液体微气管末端重新充满液体 COCO2 2排出速度是氧气吸入速度的排出速度是氧气吸入速度的3535倍（原倍（原因：大气中因：大气中COCO2 2分压低）。分压低）。COCO2 2排出（扩
12、散）排出（扩散）体壁体壁 气管系统气管系统 气管中气流方向气管中气流方向 蝗蝗 虫：前虫：前 竹节虫：后竹节虫：后 前前4 4对进气对进气 后后6 6对排对排气气 胸部气门排气胸部气门排气 腹部气门吸气腹部气门吸气 后后 前前 三、气门开闭的调控三、气门开闭的调控 为了减少水分的蒸发，昆虫在正常呼吸过程中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。总是尽量减少气门开启。二氧化碳：间歇式暴发释放二氧化碳：间歇式暴发释放 蝗虫：蝗虫：COCO2 2浓度达浓度达6.5%6.5%时，气门开启。时，气门开启。天蚕蛾蛹：天蚕蛾蛹：每每7h7h排一次排一次COCO2 2 ,57.4ul/g,57.4ul/g，(间隔期间隔期 2.6ul/g.h）氧气：达一定浓度时气门关闭氧气：达一定浓度时气门关闭 如蝗虫：氧气含量达如蝗虫：氧气含量达18%18%时，气门关闭时，气门关闭