与其他动物一样,脑是控制昆虫行为的中枢,它接受外界感觉信息的输入,并对这些信息进行识别、编码、加工和存储,最终指导昆虫产生行为反应。为了适应复杂的外界环境,昆虫的脑呈现出高度的区域化结构特点,不同区域处理不同的信息,例如蕈形体是学习记忆中心。同时,脑包含着数量众多的神经元和神经胶质细胞,并通过释放不同类型的神经递质或调质来调控着各种生理过程和行为活动。神经行为学研究表明,以昆虫神经系统为探测器,通过解开脑对环境信息的编码机制和传递通路,可以设计和开发调控昆虫行为的活性物质。桔小实蝇Bactrocera dorsalis是重要的农业害虫,危害柑桔,番石榴,芒果等250多种蔬果,每年给农业生产造成巨大的经济损失。嗅觉对桔小实蝇的寄主植物搜索起到重要的作用,这启发着人们可以基于嗅觉来开发相应的行为调节剂。通过对桔小实蝇的脑部结构及其嗅觉神经通路的研究有助于揭示其寄主选择的神经调控机制,有助于开发绿色高效的防控技术。本研究主要通过免疫组织化学染色技术,激光共聚焦成像,3D重建和神经元示踪技术构建了桔小实蝇脑神经髓3D结构模型,分析了各神经髓在脑内的位置、组成和大小;研究了触角和下颚须神经在脑内的投射区域,明确了桔小实蝇的嗅觉神经通路,并对脑神经髓中生物胺能神经元的分布特征进行了研究。主要的研究结果如下:1.桔小实蝇脑神经髓组成及3D模型的构建桔小实蝇的丘脑CRG与颚神经节GNG融合,中间具有食道穿过的孔洞。根据昆虫脑结构命名法,可将脑分成3个结构层次,分别是超级神经髓区（supercategories neuropil）,神经髓区（neuropil）和神经髓亚区（neuropil subregion）。在桔小实蝇脑内共鉴定出12个超级神经髓区,其中视叶OL、触角叶AL、蕈形体MB、中央复合体CX和侧副叶复合体LX等结构界限清晰,易识别。在这5个超级神经髓中,视叶在整个脑组织中所占的比例最高,为59.64-60.75%,触角叶次之,占1.82%。在这些结构清晰的超级神经髓周围分布着一些边界相对模糊的中央邻近神经髓区CANP,它在雌虫中占整个脑的比例是34.63%,雄虫中占35.41%。根据脑内的神经纤维束（fiber bundle）的位置将它们划分成上位神经髓SNP,腹外侧神经髓VLNP,下位神经髓INP,腹内侧神经髓VMNP,围咽神经髓PENP,颚神经节GNG和侧角LH。脑内这12个超级神经髓区还可进一步划分成43个神经髓区,其中视髓ME,侧副叶LAL,扇形体FB和前脑桥PB还可进一步分成多个神经髓亚区。聚类分析表明,虽然桔小实蝇脑的结构组成与其他昆虫类似,但各神经髓在脑内所占的比例不同。2.桔小实蝇触角叶结构特征及与嗅觉高级神经中枢的联系桔小实蝇的触角叶位于中脑,前部与触角神经相连,后部紧邻侧副叶LAL,总共包含64-65个嗅觉神经纤维球,体积在806到19592μm3之间,最大的嗅觉纤维球是位于触角叶后腹侧的PV1。统计分析结果表明,雌雄虫触角叶中有8个嗅觉纤维球的相对体积存在显著性差异,其中纤维球AM2,C1,L2和L3在雄虫中的相对体积显著大于雌虫对应的纤维球,相反A3,AD1,DM3和M1在雌虫中相对体积显著大于雄虫。在桔小实蝇中,触角叶通过4条触角叶神经束ALT与前脑的蕈形体冠CA和侧角LH联系。它们分别是内侧m ALT,外侧l ALT,中间ml ALT和横向t ALT触角叶神经束。l ALT和ml ALT直接投射至侧角LH,m ALT首先投射至蕈形体冠CA,最终进入侧角LH。此外,m ALT包含的投射神经元分成背根和腹根两个神经束支配触角叶,且这两个神经束所包含的投射神经元细胞体位置不同。3.桔小实蝇触角和下颚须神经在中枢神经系统内的投射区域在全面了解桔小实蝇脑和触角叶的结构组成之后,本章利用神经元示踪技术结合免疫染色及共聚焦成像研究了触角和下颚须神经在脑内的投射区域,旨在弄清桔小实蝇嗅觉神经通路。结果表明,下颚须神经主要投射至触角叶AL腹侧和颚神经节GNG内;触角神经投射至触角叶AL,上位神经髓区SNP,触角机械感受和运动中心AMMC,颚神经节GNG和胸腹神经节TAG等五个区域。其中,触角叶是最主要的投射区域,说明嗅觉感受是触角和下颚须的重要功能。从触角不同节段示踪染色结果可知,触角的鞭节神经投射至触角叶中,梗节投射至AMMC中,触角芒神经投射至触角叶后侧的VP2和VP3纤维球,及前脑的上位神经髓区SNP,这说明触角是一个多功能感觉器官,感受不同环境信息。触角神经支配触角叶内的56个嗅觉纤维球,占整个触角叶的86.46-86.82%;下颚须神经支配着触角叶腹内侧9个嗅觉纤维球,占13.20-13.40%,它与触角神经支配的纤维球互不重叠,这说明触角和下颚须所包含的气味受体的种类不同,感受的是不同类型的气味分子。4.生物胺能神经元在桔小实蝇脑内的分布特征利用5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）和酪氨酸羟化酶TH抗体分别标记了桔小实蝇脑内5-HT和多巴胺能神经元,分析了它们的细胞体数量和对不同神经髓的支配方式。在桔小实蝇脑内包含约86个5-HT能神经元,339个多巴胺能神经元,它们的神经纤维广泛的分布在脑内,表明它们可能参与了昆虫多种生理和行为调控。在蕈形体中,5-HT能神经纤维主要分布在蕈形体的叶,柄和蕈形体副冠ACA中,其中副冠ACA接受来自ALP细胞体群的神经纤维支配。蕈形体冠CA和侧角无5-HT能神经纤维的分布。在触角叶中,各神经纤维球接受对侧细胞体AMP的支配,这说明5-HT对嗅觉通路的调控主要在触角叶水平。在脑内成5-HT免疫阳性的神经髓还包括视叶、前视结节、中央复合体、侧副叶、上位神经髓SNP,下位神经髓INP和腹外侧神经髓VLNP等,但在AMMC和前脑桥PB中无分布。在桔小实蝇中,蕈形体垂直叶VL,内侧叶ML,冠CA和副冠ACA均包含多巴胺能神经纤维,其中蕈形体垂直叶接受PPL1细胞体群的支配,蕈形体冠CA、副冠ACA和侧角LH接受PPL2ab细胞体群的支配。在触角叶AL和AMMC中未见分布,表明多巴胺主要作用于高级嗅觉中枢蕈形体,而不是初级嗅觉中枢触角叶。上述研究结果对未来研究脑各神经髓区的功能,阐明桔小实蝇触角叶对气味识别和编码机制具有重要意义。在未来应用上,可以将触角叶作为探测器来寻找基于嗅觉的行为调节剂。此外,本研究提供的脑内生物胺分布数据,是了解生物胺调控桔小实蝇嗅觉感受,学习和记忆等行为机制的基础。