昆虫气管和气门

昆虫的呼吸器官，是由外胚层内陷而成的管状气管系统。它的特点是将氧气直接输送到组织中去，而不像高等动物那样需要血液来传送。有些昆虫的呼吸方式为体壁呼吸，气泡和气膜呼吸及气管鳃呼吸，但绝大多数昆虫是靠气管系统呼吸。昆虫的气管系统依其生理功能分为气门（spiracle）、气管（trachea）和微气管（tracheole）3个部分（图1－25）。

（一）气门

昆虫的气门（spiracle）数目和位置随昆虫的种类而异。通常位于胸部与腹部的背板与侧板之间的薄膜上。气门数最多为12对，一般成虫和幼虫多为10对，胸部的2对分别位于中、后胸的侧板上或侧板间膜上；腹部8对分别位于第1～8腹节背板的两侧或侧板侧膜上，共计10对。具有10对气门的昆虫叫做全气门式昆虫。一般情况下，直翅目为10对（胸部2对，腹部8对），鳞翅目、双翅目为9对（胸部2对，腹部7对），半翅目和同翅目为10对（胸部3对，腹部7对），而介壳虫仅有气门2对。

图1－25　昆虫的气管系统

注：a．触角；b．脑；i．足；n．神经索；pI．须；s．气门；sI．气门支；t．气管主干；v．腹支；vs．内脏支气管（仿Ross等，1982）

1．气门类型　昆虫气门的数目可分为3种类型：

（1）多气门型：至少有8对气门，包括3种类型：①全气门式，具有10对有效气门；②周气门式，具有9对有效气门；③半气门式，具有8对有效气门。

（2）寡气门型：具有1～2对有效气门。包括3种类型：①两端气门式：具有2对气门，分别位于前胸和第8腹节，如双翅目家蝇科，丽蝇科幼虫。②后气门式：有1对有效气门，位于腹部最后一节，如双翅目蚊科幼虫。③前气门式：只有l对有效气门，位于前胸，如蚊科的蛹。

（3）无气门型：没有有效的气门。如双翅目摇蚊幼虫。

气门是圆形小孔，最简单最原始的气门就是气管在表皮上的开口（如无翅亚纲昆虫的气门），但绝大多数昆虫的气门都有一些特殊结构，如：①气门片（peritreme），是体壁上骨化的气门腔四周的一圈骨片；②气门室（atrium），是气门片下方的小室，室底连接气管；③气门闭器（closing apparatus），是以活瓣与肌肉相连接，掌握气门的开与关；④过滤器（filter apparatus），是气门室壁常生有绒毛或其他表皮突起，形成过滤器，以防异物侵入；⑤围气门腺（peristigmatic gland），可分泌油状或其他物质，以防止气门被润湿。

2．气门构造　气门构造变化较多，各种昆虫可不相同，同一昆虫中的胸部与腹部气门也不一样。但可根据气门的开闭结构的不同将其分为外闭式气门和内闭式气门两类：

（1）外闭式气门：在气门腔外部关闭气门腔口的称为外闭式气门，外闭式气门一般较简单，气门腔口有1对卵圆形，基部相连的唇形活瓣。活瓣基部有骨化的垂叶，垂叶上连接有闭肌。当闭肌收缩时，将垂叶下拉使唇瓣闭合；闭肌松弛时，因骨片具有弹性而使气门开启。如蜚蠊具有这类气门。

（2）内闭式气门：在气门腔内部关闭气管口的称为内闭式气门。内闭式气门有多种类型，其中较典型者包括：部分气门腔壁硬化形成的半圆形闭弓，闭弓对侧的气门腔壁特化成柔韧的内褶——闭带，闭带边缘是可活动的骨化的闭弓，以及控制闭弓活动的闭肌，抑或还有开肌。当闭肌收缩时，闭弓牵动闭带将其推向对侧，使气管口关闭；闭肌松弛时，因闭弓的弹性或开肌的收缩，将闭带拉回而使气管口开启。

气门对虫体内水分蒸发和体内气体流通起着调节作用。一般生活在潮湿环境下的昆虫，气门常较大，并且是开放式的。生活在干燥环境中的昆虫，气门较小，且有减少水分蒸发的构造。一般情况下，有些昆虫某一部分气门是常关闭的，以便减少水分的蒸发。

（二）气管

气管（trachea）是富有弹性的管状物，在充满空气时呈银白色，气管内膜作螺旋状加厚，具有保持气管扩展和增加弹性的作用。气管有主干和分支，由粗到细，一再分支，最后分成许多微气管，着生在组织间或细胞内。

通常每一体节的气管在离气门不远处分为3条主支，而从气门到分支处的一小段气管，称为气门气管，3条主支分别是：①背气管（dorsal trachea），为经背面延伸的一支，分支进入背面体壁肌及背血管等处；②腹气管（abdominal trachea），为经腹面延伸的一支，分支进入腹面肌肉及神经索，在有足及翅的体节，分支亦进入足与翅；③内脏气管（visceral trachea），是向中央延伸的一支，分支在消化道，并进入脂肪体，在有生殖器官的体节，亦进入生殖器官。

若干有翅昆虫的气管一部分膨大成薄壁的囊，即气囊（air sac），用以减轻体重及储藏空气，帮助呼吸，如家蝇等快速飞翔的昆虫，其气囊布满整个体腔。

水栖昆虫的呼吸器官发展成为气管鳃（tracheal gill），以摄取溶于水中的氧，有各种不同的形状。第1种为丝状，或略为叶状，富有气管和微气管的气管鳃（如蚊、蚋等幼虫）；第2种为气门片与一对或几对气门的气门室部分突出为长的气门鳃，它对水中或空气中的呼吸都能适应（大蚊科、蚋科、虻科均有此结构）；第3种是管状或指状，有时可以翻转，内含血液的血鳃（如摇蚊幼虫）。

（三）微气管

虫体内的气管，分支到直径为2～5μm时则进入星形的端细胞，在其后又分为数支直径约1μm以下的微气管（tracheole）。微气管虽细，但其内壁上仍有直径约为0．025μm的螺旋丝。微气管的末端为肌肉纤维或其他组织，因其管壁极薄，易为气体透过。微气管不含几丁质，在蜕皮时不脱落，这是与气管的主要区别之处。

（四）气体的交换

气体在气管系统内的传送，主要靠气体的扩散作用和气管的通风作用来完成。

1．扩散作用　昆虫生命活动需要的氧气，是借大气与气管间、气管与微气管间、微气管与组织间的氧气压力差，从大气中直接获取的。由于代谢的作用，使组织内部消耗了氧，产生了CO2，因而使大气中氧的分压高于气管内氧的分压，气管内CO2的分压高于大气中CO2的分压，所以氧气能向气管内扩散，CO2则能向气管外扩散。

2．通风作用　通风作用也叫换气运动，是指昆虫依靠腹部的收缩、扩张，帮助气体在气管系统内进行气体交换的一种形式。具有气囊的昆虫，气囊的胀缩能加强气管内的通风作用。