荧光磁性纳米颗粒的摄取用于测定昆虫的液体吸收能力

本实验的总体目标是利用混合了荧光磁性纳米颗粒的蔗糖溶液，评估液态取食昆虫取食过程中各项生理参数。该方法有助于回答昆虫学领域的一些关键问题，例如昆虫口器结构与功能之间的关系以及昆虫的取食机制。该技术的主要优势在于，能够确定昆虫是否能够摄取以液滴形式或液膜形式存在的液体。

本演示使用蓝瓶苍蝇，因为其液体摄取能力和口器形态已有充分记录。也可使用家蝇、菜粉蝶及其他以液体为食的昆虫。获取蝇蛹后，将其置于环境培养箱中，在每日18小时光照、23°C条件下培养。

成虫从蛹中羽化后，在实验前不要喂食。实验用食物需配制含20%蔗糖溶液，并加入每毫升0.5毫克的纳米颗粒。然后，准备一个由操纵器、夹具和饲喂平台组成的饲喂装置。

在饲喂阶段，使用凹面载玻片盛放食物。同时准备多种不同孔径的尼龙网滤膜和膜滤器，以覆盖凹面载玻片。首先将昆虫的身体、足和翅膀包裹在折叠的纸巾中。

仅使头部和口器部分暴露。操作时，通过捏紧昆虫的翅膀使其固定。现在，将包裹在纸巾中的翅膀置于两片载玻片之间并固定。

然后夹紧两张载玻片，并将夹子固定在操作器上。接着，使用操作器将昆虫固定在饲喂装置上方。随后，将30微升饲喂溶液滴加到凹面载玻片的中央，并用一片多孔滤纸覆盖溶液。

液滴会沿着滤纸扩散并填充其孔隙。接下来，将昆虫放置在适当位置，使其口器远端能够接触到湿润的滤纸，且仅能接触到载玻片的平坦部分，无法从凹面区域取食。此时，使用昆虫针将昆虫口器伸展至滤纸上，让昆虫取食45秒。

如果昆虫没有表现出取食兴趣，使用解剖针将口器保持在滤纸上持续45秒以完成取食。至此，取食程序结束。进行解剖时，向一个50毫升的培养皿中加入足量的PBS，以浸没昆虫身体。

将此装置与所有解剖工具一同置于显微镜下。现在，从滤纸上取下昆虫，保持其翅膀闭合。然后，使用弹簧显微解剖剪去除头部、足和翅膀，并将胸部和腹部放入 PBS 中。

解剖肠道时，首先抓住腹部远端的体壁，从后端开始沿侧面向前剪开体壁直至胸部。操作时需特别小心，确保仅剪开体壁，避免损伤消化道。接着，在昆虫针的辅助下，去除腹部体壁、脂肪体及其他组织，直至培养皿中仅剩胸部和消化道。

现在识别嗉囊。它是一个囊状结构，位于胸部与腹部连接处附近。如有需要，可对胸部进行额外剪开，以暴露嗉囊。

然后，剪除剩余的胸部组织，仅保留消化道和嗉囊。为检测是否摄入了纳米颗粒，首先使用尖头解剖镊子将嗉囊转移至盖玻片上，以便成像观察。操作时需小心，避免嗉囊破裂。

立即使用倒置共聚焦显微镜在20倍放大倍数下，通过CY3通道或相差模式对作物进行成像。为识别已摄入的纳米颗粒，将磁力搅拌子在作物附近约10毫米处来回移动，每次往复运动持续约1秒。

挥动磁铁的同时，缓慢移动操作台，以观察近乎透明的嗉囊内纳米颗粒的运动情况。如果嗉囊中存在纳米颗粒，它们将与磁力搅拌子同步摆动。昆虫从多孔表面取食溶液时，必须通过 Plateau 不稳定性形成稳定的液桥，以克服将液体保留在孔隙中的毛细管压力。

据预测，昆虫取食通道的尺寸将决定其能够取食的最小孔径。在解剖昆虫以检测其是否摄入纳米颗粒后，对其口器进行成像，以测量食物通道的尺寸。对于蝇类，测量了假气管和口部开口的直径。

对摄入的纳米颗粒进行分析表明，昆虫远端口器导管尺寸与昆虫能够取食的最小孔径之间存在密切关系。这种关系在近端口器部分并未观察到。因此，双翅目昆虫的液体摄取首先发生在假气管中，而非口部开口处，且毛细作用在取食过程中必然发挥重要作用。

观看本视频后，您应该能够充分理解如何将纳米颗粒溶液喂食给昆虫、解剖昆虫以分离其嗉囊，并随后检查嗉囊中的纳米颗粒。在进行该操作时，解剖过程需格外小心。如果嗉囊破裂，其中的液体内容物和纳米颗粒可能溢出，从而破坏您的样本。