昆虫形态学

昆虫形态学是昆虫学的一个分支学科,专注于研究昆虫的外部形态特征和内部结构。

发展史
早期发展
于1685年出版的《昆虫简史》]]
17世纪以来显微镜的发明与显微技术的发展为昆虫形态学研究提供了有力支持,使科学家得以详细观察昆虫的微观结构。同一时期,意大利解剖学家马尔切洛·马尔皮吉发现了以其名字命名的马氏管(Malpighian tubule)和昆虫背气管的分布。荷兰昆虫学家皮埃尔·莱昂尼特(Pierre Lyonnet)在1762年详细描述了芳香木蠹蛾(Cossus cossus)幼虫的肌肉组织,记录了其1647块肌肉结构,并首次发现围食膜。

19世纪至现代
19世纪,德裔阿根廷昆虫学家赫尔曼·布尔迈斯特(Carl Hermann Conrad Burmeister)出版了《昆虫学手册》(Handbuch der Entomologie)第一卷。20世纪初,法国昆虫学家路易斯·费利克斯·亨内吉(Louis Félix Henneguy)和意大利昆虫学家安東尼奧·柏累斯(Antonio Berlese)出版的昆虫学专著进一步推动了昆虫形态学的发展、美国昆虫学家罗伯特·埃文斯·斯诺德格拉斯(Robert Evans Snodgrass)的《昆虫形态学原理》(The Principles of Insect Morphology),以及德国昆虫学家赫尔曼·韦伯(Herrmann Weber)的多部昆虫学著相继出版。然而该方法不利于解剖学和分子生物学研究。

常用的70-80%乙醇固定能在一定程度上保存软组织;用于高质量基因组测序的标本则需固定于95-100%乙醇中,但会使软组织脱水变脆。福尔马林-冰醋酸-乙醇(FAA,配比为6:1:10,若乙醇配比占17份,则称为Landowsky液)固定液适用于解剖、组织切片等;其他固定液还有卡尔溶液、布氏液、等。。切片通常使用专用的切片机,以及玻璃刀或金刚石刀。

扫描电子显微镜
Aradus betulae)触角上感觉器官的分布]]

扫描电子显微镜自1970年代以来广泛应用于昆虫体表结构研究。在准备样品的时,标本需要经过清洁、梯度脱水和临界点干燥处理,干燥后通过导电胶布固定在样品台上。在扫描前,用金、铂等导电材料在标本表面喷涂薄层以提高成像质量。。

准备样品时,样品需经过固定、染色、树脂包埋及超薄切片等复杂工序,最终置于透射电子显微镜下观察。该技术具有高三维分辨率和自动数据采集的特点,但仅适用于微型标本。

序列切片表面扫描电镜的样品制备与透射电子显微镜类似,但在树脂包埋之前染色、脱水,然后超薄切片,每切一片的同时会扫描图像,最后将得到的大量图像进行3D重建。

聚焦离子束扫描电子显微镜
聚焦离子束扫描电子显微镜配备高度聚焦的离子束,能够精确去除样品特定部位以研究其表面以下的结构。

三维重建技术
Stenocranus acutus跳跃肌肉的三维旋转视图]]

三维重建技术基于组织学切片、微型计算机断层扫描图像和激光共聚焦扫描显微镜数据等高质量形态学数据集,通过对图像的对齐和分割,可以构建昆虫内部组织或外部轮廓的三维模型,还可以生成供展示的3D打印模型。

几何形态学
几何形态学通过对昆虫形态特征的精确测量与分析,为分类学、种内变异、系统发育及化石研究提供重要依据。

参考文献

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