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Observations histochimiques et histoenzymologiques sur le tube digestif de quelques Homoptères Cercopides et Jassides
7. IllsectPhysiol.,1968,
Vol.
14, pp. 569 to 579.
Pergamon Press. Printed in Great Britain
OBSERVATIONS HISTOCHIMIQUES ET HISTOENZYMOLOGIQUES SUR LE TUBE DIGESTIF DE QUELQUES HOMOPTERES CERCOPIDES ET JASSIDES J. GOURANTON Groupe de Recherches de Biologie cellulaire, FacultC des Sciences, 35-Rennes, France (Received
28 December
1967)
Abstract-The
repartition of glycogen and several enzymes has been studied in the Malpighian tubules and the gut of some Homoptera (Cercopidae and Jassidae). Observations have been made which confirm the existence in the midgut and the Malpighian tubules of these insects of functional specializations in relation to the peculiar morphology of the digestive tract. INTRODUCTION CIHEZ les insectes, les recherches histoenzymologiques concernent principalement la phosphomonoestCrase alcaline tant dans le tube digestif (ARVY, 1962) que dans les tubes de Malpighi. La /3-glucuronidase a CtC mise en Cvidence dans les tubes de Malpighi de nombreux insectes (ARVY, 1963). Nous disposons Cgalement de quelques don&es sur les estirases carboxyliques. Une tweenestQase a &k localike dans le tube digestif de plusieurs espkces de blattes (DAY et PO~NING, 1949; EISNER, 1955), de Galleria mellonella (PRZELECKA et al., 1959) et de Dysdercus fasciatus (KHAN et FORD, 1967). Une acCtylnaphtolestCrase a CtC d&elCe dans le tube digestif de Lucilia cuprina (WATERHOUSE, 1955), de Rhodnius prolixus (WIGGLESWORTH, 1958) et de Galleria mellonella (PRZELECKA et al., 1959). Des activitks eskasiques carboxyliques ont CtC Cgalement montrkes dans les tubes de Malpighi de plusieurs insectes (MARTOJA, 1961; PRZELECKA et WRONISZEWSKA, 1959; BACCETTI et al., 1963; MAZZI et BACCETTI, 1963). La &partition du glycogkne est connue dans les tubes digestifs de plusieurs insectes et sa prksence a CtC signalke, d de nombreuses reprises, dans les tubes de Malpighi d’insectes divers (GABE, 1962). Les tests histochimiques ont rCvClC, dans le tube digestif des insectes, des diffkrences fonctionnelles plus frappantes que celles qui ressortent des Ctudes histologiques (WATERHOUSE, 1957). Le tube digestif des Homoptk-es Cicadoidea a une forme tout g fait particuli&.re par suite de la presence d’une chambre filtrante. Quelques rares travaux biochimiques ont CtC consacrk g la recherche des prott?ases et des amylases dans le tube digestif de plusieurs insectes de ce groupe (NUORTEVA,1954; SAXENA, 1954). Mais le tube digestif des Horriopt&res Cicadoidea n’a jamais, dans le pas&, ttt l’objet d’ktudes histoenzymologiques. RCcemment nous avons mis en Cvidence divers constituants polysaccharidiques et plusieurs ClCments mirkraux dans des
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J. GO~JRANTON
regions bien definies de l’intestin moyen de divers insectes Cicadoidea (GOURANTON, 1967a, b; 1968b; GOURANTONet FOLLIOT, 1968). Existe-t-i1 une repartition particuliere des enzymes dans ce tube digestif de type particulier ? Pour repondre B cette question, nous avons recherche, dans le tube digestif et les tubes de Malpighi de plusieurs Homopttres Cercopides et Jassides, les enzymes dont on connait le mieux la repartition chew les autres insectes, pour que la comparaison avec ces demiers soit facilitee. Nous avons Cgalement locali& le glycogene puisque sa repartition dans le tube digestif des insectes a CtCl’objet de plusieurs travaux (GABE, 1962). MATERIEL ET METHODES Nos observations portent principalement sur les adultes d’Aphrophora a& Fall (Cercopidae), les larves et les adultes de Philaenus spumurius l,. (Cercopidae), les larves et les adultes de CicadeZZuoiridis L. (Jassidae), les adultes d’EusceZis obsoletw Kirschb. (Jassidae). Pour la recherche du glycogene, les tubes digestifs ont ettc fixes dans le Gendre a 2°C ou par congelation-dissolution et dans le Carnoy (sans chloroforme) a 2°C. Le glycogene a CtCmis en evidence par la reaction au PAS-dimedon et la reaction de Bauer. 11 a CtCidentifie au moyen de la digestion par l’amylase salivaire. La phosphatase alcaline et les esterases carboxyliques ont ettc recherchees sur des pieces fix&es a l’acetone a 2°C et incluses dans la paraffine. Les sites d’activite de la phosphatase alcaline ont CtC mis, en evidence par la methode aux azoiques. Les sites d’activite des esterases carboxyliques ont CtCdeceits par la methode aux tweens et par la methode a l’acetate d’a-naphtol-Fast blue B (PEARSE,1960). Des controles ont CtCrealis& soit par incubation dans un milieu depourvu de substrat, soit par inhibition de l’enzyme (sous l’action de la chaleur ou du cyanure de potassium). La localisation de la p-glucuronidase a ettc obtenue par immersion des tubes digestifs et des tubes de Malpighi, sans fixation prealable, dans le bain de Seligman et toll. suivant le pro&de utilise par ARVY(1963). Des preparations temoins ont CtCobtenues par incubation dans des bains depourvus de glucuronide. OBSERVATIONS 1. Morphologic du tube digestif Chez les Homopteres Cercopides (Fig. l), l’intestin moyen forme une boucle, la partie terminale (imt) venant en contact avec une dilatation de la partie initiale (imi). Les regions proximales des tubes de Malpighi (tM) viennent Cgalement au contact de cette poche. Comme l’intestin moyen terminal, ils s’insinuent sous la couche musculaire de I’intestin moyen initial et repoussent son Cpithelium. Ainsi se trouve forme un dispositif connu sous le nom de chambre filtrante. Avec LICENT (1912), nous distinguerons plusieurs regions dans I’intestin moyen: une poche formee par l’intestin moyen initial dont l’tpithelium s’insinue entre les regions proximales des tubes de Malpighi et la region terminale de l’intestin moyen, une gouttiere (g) ou region non dilatee de l’intestin moyen initial, un segment conique (SC), une boucle intestinale comportant deux regions nettement distinctes
OBSERVATIONS tM
imi
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SUR
LE
TUBE
rm
DIGESTIF
DES
HOMOPThS
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FIGS. 1 et 2. Repartition du glycogene. 1, Aphrophora alni (ad&e); 2, Cicadella viridis (adulte). FIGS. 3 et 4. Repartition de la /?-glucuronidase. 3, Philaenus spumarius (adulte) ; 4, Cicadella viridis (adulte). Sur les schemas, le dispositif de la chambre filtrante a Cte simplifie. En rtalite l’epithelium de I’intestin moyen initial s’insinue entre les differents tubes de Malpighi (voir Fig. 16). La densite du figure (pointille noir ou noir complet) est proportionnelle suivant les cas a la quantid de glycogene present ou a l’intensid de l’activid enzymatique considtree. ar, ampoule rectale; ba, branche aller de la boucle intestinale; br, branche retour; etr, etranglement separant les deux branches chex les Cercopides; g, gouttiere; imi, intestin moyen initial; imt, intestin moyen terminal; ip, intestin posdrieur; oes, oesophage; rbo, region bosselee des tubes de Malpighi ; rm, recouvrante musculaire ; s, separation entre les deux branches intestinales chez les Jassides (correspond a l’btranglement chez les Cercopides); sb, segment a brochosomes; SC, segment conique; sm, segment muqueux; tM, tube de Malpighi.
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J. GOURANTON
(une branche aller, ba; une branche retour, br) &pa&es par un Ctranglement (Ctr). L’intestin posterieur (ip) tres long, debute a la sortie de la chambre filtrante (region de jonction entre les tubes de Malpighi et I’intestin). 11 se termine par une ampoule rectale (ar) contre laquelle viennent s’appliquer les extremites libres des quatre tubes de Malpighi. Ceux-ci presentent un aspect bosselk sur la plus grande partie de leur longueur. Chez la larve (Fig. 7), entre la region bosselee et la region filiforme proximale, se trouve un segment muqueux (sm) qui disparait chez l’adulte (GOURANTON, 1968a). Chez les Jassides (Fig. 2), les tubes de Malpighi presentent un segment median a brochosomes (sb) (GOURANTON et MAILLET, 1967) tandis que la complication de la chambre filtrante varie suivant les especes. Chez Cicadella viridis, elle est comparable a celle des Cercopides. Ajoutons que chez cet insecte, les extremites distales des tubes de Malpighi s’insinuent sous la couche musculaire de l’ampoule rectale, repoussant l’epithelium de l’intestin. Quant a la separation (s) entre les deux branches de la boucle, elle est encore tres nette, bien qu’il n’y ait plus d’etranglement. 2. RLpapartition du glycog&e (Figs. 1 et 2) Le glycogene a CtC recherche chez les adultes d’Aphrophora, de Philaenus et de Cicadella. 11 varie beaucoup en quantite entre individus d’une mCme espece. Sa repartition est sensiblement identique entre des animaux d’especes differentes: oesophage, branche aller de la boucle du mesenteron (surtout la partie terminale), branche retour (sauf dans la partie initiale), region terminale de l’intestin posdrieur, regions distales des tubes de Malpighi. 3. Re’partition de la t%gZucuronidase (Figs. 3 et 4) L’activite p-glucuronidasique a CtC recherchee chez les adultes de Philaenus et de Cicadella. Elle est importante tout le long de l’intestin posterieur et dans les tubes de Malpighi jusqu’a la chambre filtrante. On note cependant une activite plus faible dans la region effilee proximale de ceux-ci. La branche aller de la boucle intestinale presente Cgalement une activite qui est assez forte dans le cas de Cicadella. 4. Rkpartition de la phosphatase alcaline (Figs. 5-8) Chez les ad&es d’Aphrophora (Fig. 5) et de Philaenus (Fig. 6), l’activite phosphatasique alcaline histochimiquement decelable est importante dans la premiere partie de la branche retour de la boucle intestinale, ainsi que dans les regions proximales visibles des tubes de Malpighi. 11 faut noter que l’activite est moindre dans la region des tubes de Malpighi qui correspond a l’ancien segment muqueux de la larve. En ce qui concerne la region anterieure de I’intestin moyen, des differences apparaissent entre ces deux insectes. L’activite enzymatique est dCcelCe dans tous les cas dans le segment conique. Elle s’etend en outre a tout l’intestin moyen initial chez Aphrophora et, au contraire, au debut de la branche aller de la boucle intestinale chez Philaenus.
ORSERVATIONS SUR LE TUBE DIGESTIF DES HOMOPThFS
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Chez la larve de PhiZuenus(Fig. 7), la repartition de l’enzyme montre de leg&s differences avec celle de l’adulte. L’activitC enzymatique n’est pas dkelable dans le segment muqueux, dans la branche aller et dans la premiere region de la branche retour. Par centre, le long de cette demitre branche, l’activite eruymatique est forte jusqu’a la chambre filtrante. Elle peut m6me s’etendre quelque peu 9 l’interieur de la chambre filtrante le long de cette branche intestinale et le long des tubes de Malpighi.
FIGS. 5-8 I. Rbpartition de la phosphataae alcaline. 5, Aphrophora alni (adulte) ; 6, Philaems spumarius (adulte) ; 7, Philaenus spunuwius (larve) ; 8, CicaaWk viridis (larve et adulte).
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J. GOURANTON
Precisons que les activites phosphatasiques alcalines dont nous venons de faire &at sont localisees uniquement dans les bordures en brosse des cellules. Un nouveau type de repartition de la phosphatase alcaline existe chez les larves et les adultes de CicadeZZa(Fig. 8). L’activite enzymatique ne peut &re dCcelCe que dans les segments a brochosomes des tubes de Malpighi. L’activitC phosphatasique, t&s importante, est presente dans tout le cytoplasme des cellules; elle semble IiCe aux brochosomes (GOURANTON,1967~). Des differences aussi tranchees nous ont conduit a rechercher la repartition de l’enzyme chez d’autres Homoptbres producteurs de brochosomes. Chez Euscelis obsoletus Kirschb. (Jassidae), une forte activite phosphatasique alcaline se situe dans la bordure en brosse de la branche retour et dans celle des regions proximales des tubes de Malpighi. Chez Typhlocyba douglasi Edw. (Typhlocybidae), l’activid enzymatique est localisee dans la bordure en brosse de la premiere region de la branche retour. Aucune activite n’a Cte d&eke dans les segments a brochosomes de ces deux insectes. 5. R&partition de la tweenestkase (FZ;gs.9 et 10) Chez les larves et les ad&es de Philaenus (Fig. 9), la bordure en brosse de toute la partie anterieure de l’intestin moyen, presque jusqu’a l’etranglement, hydrolyse le tween 40 et le tween 60. Une t&s ICgere activite enzymatique peut etre Cgalement observee dans la region terminale de la branche retour. Chez Euscelis, la repartition de l’enzyme est tout a fait comparable. Chez les larves et les adultes de CicadelZa (Fig. lo), l’activite enzymatique se situe uniquement dans les segments a brochosomes des tubes de Malpighi. L’enzyme est localisee dans tout le cytoplasme de ces cellules. 6. Re’partition de l’ac&yZnaphtoZestt+a (F&s. 11 et 12) Chez PhiZaqus (larve et ad&e) et chez CicadeZZa(larve et ad&e), la bordure en brosse de toute la region anterieure de I’intestin moyen, jusqu’a l’etranglement, possbde une activite ac&ylnaphtolestCrasique. Chez Philaenus, cette activite est plus faible dans la region terminale de la branche aller. Chez la larve de cet insecte, une leg&e activite peut &tre Cgalement dCcelCe dans la premiere region de la branche retour. DISCUSSION Glycogtke D’une facon g&r&ale, les regions ectodermiques du tube digestif des insectes contiennent du glycogene (GABE, 1962). Par la presence de ce polysaccharide dans l’oesophage et dans l’intestin posterieur, les Homopdres ttudits ne different done pas des autres insectes. Dans le mesenteron nous avons rencontre une repartition sensiblement identique pour les differentes especes. Mais il est difficile de tenter une comparaison avec les autres insectes car la repartition du glycogene dans le mesenteron a montre de grandes differences chez‘ des insectes pourtant voisins (WIGGLESWORTH,1942; PACAUD, 1950; PIERSON, 1956; WATERHOUSEet STAY, .. 1955).
OBSERVATIONS‘SUR
LE TUBE DIGESTIF
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DES HOMOPTkRES
p-Glucuronidase Les de kRVY tenant a dix-sept genres, ont dans la plupart de leur Ctendue, sinon dans leur totalite, une forte activite /?-glucuronidasique. Une assez forte activite a tte Cgalement decelte au niveau de l’intestin moyen de plusieurs insectes. Chez les Homopteres Ctudies, la repartition de l’enzvme montre quelques particularites : forte activite enzymatique dans l’intestin posdrieur, absence d’activid dans les
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RCpartition de la tweenesdrase. 9, Philaenus spumarius (adulte) ; 10, Cicadella viridis (larve et adulte). FIGS. 11 et 12. RCpartition de 1’acttylnaphtolestCrase. 11, PJaiZaenusspumrius (adulte); 12, CicadeZZa wiridis (larve et adulte). FIGS. 9 et 10.
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regions des tubes de Malpighi incluses dans la chambre filtrante, activite presente uniquement dans la branche aller de la boucle intestinale. Phosphatase alcaline Tous les insectes etudies, A l’exception de CicadelZa, presentent une forte activite phosphatasique alcaline dans la branche retour du m&sent&on, activite qui se limite le plus souvent a la region contenant les spherites minCraux. Nous avons Ctabli la nature de ces concretions (GOURANTON, 1968b); elles contiennent de nombreux elements minkaux, notamment du calcium, sous forme de carbonates et de phosphates. Chez la larve de Phzkenus, ~l’enzyme disparait au voisinage de l’etranglement dans une zone ou nous avons observe une degradation des concretions. La presence de cette enzyme est probablement en rapport avec la formation des concretions. Chez les vertbbres, les phosphomonoest&ases sont en relation avec la calcification (MOOG, 1946). Tous les insectes kudib, sauf Cicadella et Typhlocyba, presentent une forte activite phosphatasique alcaline dans les regions proximales visibles des tubes de Malpighi. Les portions incluses dans la chambre filtrante en sont depourvues. Malgre de I&g&-esdifferences dans la region anterieure de I’intestin moyen chez ces m2mes insectes, il existe une certaine unit& tant dans la repartition de l’enzyme le long du tube digestif et des tubes de Malpighi, que dans sa localisation dans les cell&s (bordure en brosse uniqu$ment). Par la presence d’une activite enzymatique seulement dans ses cell&s a brochosomes, Cicadda nous montre une repartition totalement differente pour la phosphatase alcaline. Cette repartition est d’autant plus curieuse que les segments a brochosomes de plusieurs autres insectes ne manifestent aucune activite.
FIG. 13. R&ion de passage de la branche aller (bn) B la branche retour (br) de la boucle intestinale chez Cicadella u&Xs (ad&e). On note tm arr6t brutal du glycogene. Coloration PAS-dim&don. x 400. FIG. 14. M&ne region observk chew la larve de Philaemasjwmarius. L’&ranglement eat bien marque. Une leg&e activite ac&ylnaphtolest&asique persiste dam la bordure en brosse des cellules it concr&ions de la branche retour: x 250. FIG. 15. R&ion de contact entre la region bosselee (rbo) et la region B brochosomes (sb) dans lea tubes de Malpighi de la larve de CkuiZZa WE&. Une forte activite tweenest&a&que est prksente dans les cellules a brochosome-s. x 400. FIG. 16. Portion de chambre filtrante chez la larve de Phi&~emcs spumarius. Seule la bordure en brosse de I’intestin moyen initial (imi) qui forme la gout&e (g) et s’insinue entre les tubes de Malpighi (tM) posstie une activite adtylnaphtolesdrasique. x 250. FIG. 17. Activite phosphatasique alcaline dans la bordure en brosse de la branche retour du m&sent&on de la larve de Phit’aenus spumarius. x 400. FIG. 18. Activid phosphatasique alcaline dans la bordure en brosse de la region proximale des tubes de Malpighi chez EusceZisobsoletes. x 990.
OBSERVATIONS
SUR
LE
TUBE
DIGESTIF
DES
HOMOPTJkRES
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En dehors des Homoptltres, la repartition de la phosphatase alcaline est Cgalement tres variable, tant dans le tube digestif que dans les tubes de Malpighi (DAY, 1949). Cependant, dans ces derniers, l’activite enzymatique est frequemment localisee dans le segment proximal (MARTOJA,1959; BACCETTI et al., 1963; MAZZI et BACCETTI,1963). C’est Cgalement le cas de la plupart des insectes que nous avons decrits, si l’on excepte les parties des tubes de Malpighi incluses dans la chambre filtrante.
Tweerzestbase De grandes differences existent encore entre Cicadella et les autres insectes CtudiCs en ce qui concerne la repartition de la tweenesterase. Chez ceux-ci, l’activid enzymatique est surtout intense dans la region anterieure du m&sent&on. En dehors des Homopteres, une activite tweenesterasique limit&e a une seule region de l’intestin moyen n’a CtCd&rite que chez Dysdercus(HCtCroptere) (KHAN et FORD, 1967). Chez CicadeZZ~,l’activite tweenesterasique est localiste uniquement dans les cellules a brochosomes alors que ces m&mes cellules chez Euscelis sont depourvues de toute activitt.
Ace?ylnaphtolestkase La bordure en brosse de toute la region anterieure de l’intestin moyen de tous les insectes qui font Sobjet de cette etude hydrolyse l’acetate d’a-naphtol. Aucune activite acetylnaphtolesttrasique limitee a une portion de l’intestin moyen, n’a encore CtC d&rite chez d’autres insectes. CONCLUSION Les repartitions du glycogene, de la /I-glucuronidase et de l’adtylnaphtolesterase dans le tube digestif et les tubes de Malpighi varient peu d’une espece a l’autre chez les insectes CtudiCs. Par contre, en ce qui concerne les repartitions de la phosphatase alcaline et de la tweenesterase, de profondes differences apparaissent entre CicadeZZuet les autres Homopteres CtudiCs qui montrent des repartitions sensiblement identiques. Les comparaisons ne sont pas toujours aisees avec les autres insectes. Cependant les observations que nous rapportons permettent de distinguer, dans l’intestin moyen et les tubes de Malpighi des Homopteres Cercopides et Jassides, des segments fonctionnellement differents. La branche aller de la boucle intestinale constitue une zone d’intense activite digestive car son CpithClium presente, presque toujours, les activites enzymatiques recherchees. Rappelons que chez Cicadellu, les microvillosites de cette branche seulement sont rev&ues d’un mucopolysaccharide acide (GOUFUNTONet MAILLET, 1965). Chez les Cercopides, le rev&ement polysaccharidique se limite au segment precedant l’etranglement. Nous venons d’observer que ce segment presente parfois des differences avec le reste de la branche aller. Dans la branche retour; oh se produit une excretion minerale par accumulation, des differences apparaissent Cgalement entre la zone a concretions et le reste de la branche. Enfin il est curieux de constater un arr&t brusque des
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J. GOURANTON
dans les tubes de Malpighi et la branche retour du m&sent&on a leur arrivee dans la chambre filtrante. L’arret du glycogene est aussi net dans la branche retour de la boucle. Ces differences tranchees sont certainement en rapport avec un r6le particulier des tubes de Malpighi et de l’intestin moyen a l’inttrieur de la chambre filtrante. L’intestin moyen montre par consequent des segments extrSmement differents. Ceux-ci presentent pourtant un caractere commun: la presence de polysaccharides neutres dans la bordure en brosse. Ce caractere devient precieux pour distinguer l’intestin des tubes de Malpighi sur des coupes de chambre filtrante. enzymes
Remercimmts-Nous
remercions M. MORILLEet Mme MANCEAUpour leur aide prbcieuse.
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1967)
Abstract-The
repartition of glycogen and several enzymes has been studied in the Malpighian tubules and the gut of some Homoptera (Cercopidae and Jassidae). Observations have been made which confirm the existence in the midgut and the Malpighian tubules of these insects of functional specializations in relation to the peculiar morphology of the digestive tract. INTRODUCTION CIHEZ les insectes, les recherches histoenzymologiques concernent principalement la phosphomonoestCrase alcaline tant dans le tube digestif (ARVY, 1962) que dans les tubes de Malpighi. La /3-glucuronidase a CtC mise en Cvidence dans les tubes de Malpighi de nombreux insectes (ARVY, 1963). Nous disposons Cgalement de quelques don&es sur les estirases carboxyliques. Une tweenestQase a &k localike dans le tube digestif de plusieurs espkces de blattes (DAY et PO~NING, 1949; EISNER, 1955), de Galleria mellonella (PRZELECKA et al., 1959) et de Dysdercus fasciatus (KHAN et FORD, 1967). Une acCtylnaphtolestCrase a CtC d&elCe dans le tube digestif de Lucilia cuprina (WATERHOUSE, 1955), de Rhodnius prolixus (WIGGLESWORTH, 1958) et de Galleria mellonella (PRZELECKA et al., 1959). Des activitks eskasiques carboxyliques ont CtC Cgalement montrkes dans les tubes de Malpighi de plusieurs insectes (MARTOJA, 1961; PRZELECKA et WRONISZEWSKA, 1959; BACCETTI et al., 1963; MAZZI et BACCETTI, 1963). La &partition du glycogkne est connue dans les tubes digestifs de plusieurs insectes et sa prksence a CtC signalke, d de nombreuses reprises, dans les tubes de Malpighi d’insectes divers (GABE, 1962). Les tests histochimiques ont rCvClC, dans le tube digestif des insectes, des diffkrences fonctionnelles plus frappantes que celles qui ressortent des Ctudes histologiques (WATERHOUSE, 1957). Le tube digestif des Homoptk-es Cicadoidea a une forme tout g fait particuli&.re par suite de la presence d’une chambre filtrante. Quelques rares travaux biochimiques ont CtC consacrk g la recherche des prott?ases et des amylases dans le tube digestif de plusieurs insectes de ce groupe (NUORTEVA,1954; SAXENA, 1954). Mais le tube digestif des Horriopt&res Cicadoidea n’a jamais, dans le pas&, ttt l’objet d’ktudes histoenzymologiques. RCcemment nous avons mis en Cvidence divers constituants polysaccharidiques et plusieurs ClCments mirkraux dans des
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J. GO~JRANTON
regions bien definies de l’intestin moyen de divers insectes Cicadoidea (GOURANTON, 1967a, b; 1968b; GOURANTONet FOLLIOT, 1968). Existe-t-i1 une repartition particuliere des enzymes dans ce tube digestif de type particulier ? Pour repondre B cette question, nous avons recherche, dans le tube digestif et les tubes de Malpighi de plusieurs Homopttres Cercopides et Jassides, les enzymes dont on connait le mieux la repartition chew les autres insectes, pour que la comparaison avec ces demiers soit facilitee. Nous avons Cgalement locali& le glycogene puisque sa repartition dans le tube digestif des insectes a CtCl’objet de plusieurs travaux (GABE, 1962). MATERIEL ET METHODES Nos observations portent principalement sur les adultes d’Aphrophora a& Fall (Cercopidae), les larves et les adultes de Philaenus spumurius l,. (Cercopidae), les larves et les adultes de CicadeZZuoiridis L. (Jassidae), les adultes d’EusceZis obsoletw Kirschb. (Jassidae). Pour la recherche du glycogene, les tubes digestifs ont ettc fixes dans le Gendre a 2°C ou par congelation-dissolution et dans le Carnoy (sans chloroforme) a 2°C. Le glycogene a CtCmis en evidence par la reaction au PAS-dimedon et la reaction de Bauer. 11 a CtCidentifie au moyen de la digestion par l’amylase salivaire. La phosphatase alcaline et les esterases carboxyliques ont ettc recherchees sur des pieces fix&es a l’acetone a 2°C et incluses dans la paraffine. Les sites d’activite de la phosphatase alcaline ont CtC mis, en evidence par la methode aux azoiques. Les sites d’activite des esterases carboxyliques ont CtCdeceits par la methode aux tweens et par la methode a l’acetate d’a-naphtol-Fast blue B (PEARSE,1960). Des controles ont CtCrealis& soit par incubation dans un milieu depourvu de substrat, soit par inhibition de l’enzyme (sous l’action de la chaleur ou du cyanure de potassium). La localisation de la p-glucuronidase a ettc obtenue par immersion des tubes digestifs et des tubes de Malpighi, sans fixation prealable, dans le bain de Seligman et toll. suivant le pro&de utilise par ARVY(1963). Des preparations temoins ont CtCobtenues par incubation dans des bains depourvus de glucuronide. OBSERVATIONS 1. Morphologic du tube digestif Chez les Homopteres Cercopides (Fig. l), l’intestin moyen forme une boucle, la partie terminale (imt) venant en contact avec une dilatation de la partie initiale (imi). Les regions proximales des tubes de Malpighi (tM) viennent Cgalement au contact de cette poche. Comme l’intestin moyen terminal, ils s’insinuent sous la couche musculaire de I’intestin moyen initial et repoussent son Cpithelium. Ainsi se trouve forme un dispositif connu sous le nom de chambre filtrante. Avec LICENT (1912), nous distinguerons plusieurs regions dans I’intestin moyen: une poche formee par l’intestin moyen initial dont l’tpithelium s’insinue entre les regions proximales des tubes de Malpighi et la region terminale de l’intestin moyen, une gouttiere (g) ou region non dilatee de l’intestin moyen initial, un segment conique (SC), une boucle intestinale comportant deux regions nettement distinctes
OBSERVATIONS tM
imi
imt
SUR
LE
TUBE
rm
DIGESTIF
DES
HOMOPThS
br
br
ba
iP
ba
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s
ip
tM
sb
FIGS. 1 et 2. Repartition du glycogene. 1, Aphrophora alni (ad&e); 2, Cicadella viridis (adulte). FIGS. 3 et 4. Repartition de la /?-glucuronidase. 3, Philaenus spumarius (adulte) ; 4, Cicadella viridis (adulte). Sur les schemas, le dispositif de la chambre filtrante a Cte simplifie. En rtalite l’epithelium de I’intestin moyen initial s’insinue entre les differents tubes de Malpighi (voir Fig. 16). La densite du figure (pointille noir ou noir complet) est proportionnelle suivant les cas a la quantid de glycogene present ou a l’intensid de l’activid enzymatique considtree. ar, ampoule rectale; ba, branche aller de la boucle intestinale; br, branche retour; etr, etranglement separant les deux branches chex les Cercopides; g, gouttiere; imi, intestin moyen initial; imt, intestin moyen terminal; ip, intestin posdrieur; oes, oesophage; rbo, region bosselee des tubes de Malpighi ; rm, recouvrante musculaire ; s, separation entre les deux branches intestinales chez les Jassides (correspond a l’btranglement chez les Cercopides); sb, segment a brochosomes; SC, segment conique; sm, segment muqueux; tM, tube de Malpighi.
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J. GOURANTON
(une branche aller, ba; une branche retour, br) &pa&es par un Ctranglement (Ctr). L’intestin posterieur (ip) tres long, debute a la sortie de la chambre filtrante (region de jonction entre les tubes de Malpighi et I’intestin). 11 se termine par une ampoule rectale (ar) contre laquelle viennent s’appliquer les extremites libres des quatre tubes de Malpighi. Ceux-ci presentent un aspect bosselk sur la plus grande partie de leur longueur. Chez la larve (Fig. 7), entre la region bosselee et la region filiforme proximale, se trouve un segment muqueux (sm) qui disparait chez l’adulte (GOURANTON, 1968a). Chez les Jassides (Fig. 2), les tubes de Malpighi presentent un segment median a brochosomes (sb) (GOURANTON et MAILLET, 1967) tandis que la complication de la chambre filtrante varie suivant les especes. Chez Cicadella viridis, elle est comparable a celle des Cercopides. Ajoutons que chez cet insecte, les extremites distales des tubes de Malpighi s’insinuent sous la couche musculaire de l’ampoule rectale, repoussant l’epithelium de l’intestin. Quant a la separation (s) entre les deux branches de la boucle, elle est encore tres nette, bien qu’il n’y ait plus d’etranglement. 2. RLpapartition du glycog&e (Figs. 1 et 2) Le glycogene a CtC recherche chez les adultes d’Aphrophora, de Philaenus et de Cicadella. 11 varie beaucoup en quantite entre individus d’une mCme espece. Sa repartition est sensiblement identique entre des animaux d’especes differentes: oesophage, branche aller de la boucle du mesenteron (surtout la partie terminale), branche retour (sauf dans la partie initiale), region terminale de l’intestin posdrieur, regions distales des tubes de Malpighi. 3. Re’partition de la t%gZucuronidase (Figs. 3 et 4) L’activite p-glucuronidasique a CtC recherchee chez les adultes de Philaenus et de Cicadella. Elle est importante tout le long de l’intestin posterieur et dans les tubes de Malpighi jusqu’a la chambre filtrante. On note cependant une activite plus faible dans la region effilee proximale de ceux-ci. La branche aller de la boucle intestinale presente Cgalement une activite qui est assez forte dans le cas de Cicadella. 4. Rkpartition de la phosphatase alcaline (Figs. 5-8) Chez les ad&es d’Aphrophora (Fig. 5) et de Philaenus (Fig. 6), l’activite phosphatasique alcaline histochimiquement decelable est importante dans la premiere partie de la branche retour de la boucle intestinale, ainsi que dans les regions proximales visibles des tubes de Malpighi. 11 faut noter que l’activite est moindre dans la region des tubes de Malpighi qui correspond a l’ancien segment muqueux de la larve. En ce qui concerne la region anterieure de I’intestin moyen, des differences apparaissent entre ces deux insectes. L’activite enzymatique est dCcelCe dans tous les cas dans le segment conique. Elle s’etend en outre a tout l’intestin moyen initial chez Aphrophora et, au contraire, au debut de la branche aller de la boucle intestinale chez Philaenus.
ORSERVATIONS SUR LE TUBE DIGESTIF DES HOMOPThFS
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Chez la larve de PhiZuenus(Fig. 7), la repartition de l’enzyme montre de leg&s differences avec celle de l’adulte. L’activitC enzymatique n’est pas dkelable dans le segment muqueux, dans la branche aller et dans la premiere region de la branche retour. Par centre, le long de cette demitre branche, l’activite eruymatique est forte jusqu’a la chambre filtrante. Elle peut m6me s’etendre quelque peu 9 l’interieur de la chambre filtrante le long de cette branche intestinale et le long des tubes de Malpighi.
FIGS. 5-8 I. Rbpartition de la phosphataae alcaline. 5, Aphrophora alni (adulte) ; 6, Philaems spumarius (adulte) ; 7, Philaenus spunuwius (larve) ; 8, CicaaWk viridis (larve et adulte).
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J. GOURANTON
Precisons que les activites phosphatasiques alcalines dont nous venons de faire &at sont localisees uniquement dans les bordures en brosse des cellules. Un nouveau type de repartition de la phosphatase alcaline existe chez les larves et les adultes de CicadeZZa(Fig. 8). L’activite enzymatique ne peut &re dCcelCe que dans les segments a brochosomes des tubes de Malpighi. L’activitC phosphatasique, t&s importante, est presente dans tout le cytoplasme des cellules; elle semble IiCe aux brochosomes (GOURANTON,1967~). Des differences aussi tranchees nous ont conduit a rechercher la repartition de l’enzyme chez d’autres Homoptbres producteurs de brochosomes. Chez Euscelis obsoletus Kirschb. (Jassidae), une forte activite phosphatasique alcaline se situe dans la bordure en brosse de la branche retour et dans celle des regions proximales des tubes de Malpighi. Chez Typhlocyba douglasi Edw. (Typhlocybidae), l’activid enzymatique est localisee dans la bordure en brosse de la premiere region de la branche retour. Aucune activite n’a Cte d&eke dans les segments a brochosomes de ces deux insectes. 5. R&partition de la tweenestkase (FZ;gs.9 et 10) Chez les larves et les ad&es de Philaenus (Fig. 9), la bordure en brosse de toute la partie anterieure de l’intestin moyen, presque jusqu’a l’etranglement, hydrolyse le tween 40 et le tween 60. Une t&s ICgere activite enzymatique peut etre Cgalement observee dans la region terminale de la branche retour. Chez Euscelis, la repartition de l’enzyme est tout a fait comparable. Chez les larves et les adultes de CicadelZa (Fig. lo), l’activite enzymatique se situe uniquement dans les segments a brochosomes des tubes de Malpighi. L’enzyme est localisee dans tout le cytoplasme de ces cellules. 6. Re’partition de l’ac&yZnaphtoZestt+a (F&s. 11 et 12) Chez PhiZaqus (larve et ad&e) et chez CicadeZZa(larve et ad&e), la bordure en brosse de toute la region anterieure de I’intestin moyen, jusqu’a l’etranglement, possbde une activite ac&ylnaphtolestCrasique. Chez Philaenus, cette activite est plus faible dans la region terminale de la branche aller. Chez la larve de cet insecte, une leg&e activite peut &tre Cgalement dCcelCe dans la premiere region de la branche retour. DISCUSSION Glycogtke D’une facon g&r&ale, les regions ectodermiques du tube digestif des insectes contiennent du glycogene (GABE, 1962). Par la presence de ce polysaccharide dans l’oesophage et dans l’intestin posterieur, les Homopdres ttudits ne different done pas des autres insectes. Dans le mesenteron nous avons rencontre une repartition sensiblement identique pour les differentes especes. Mais il est difficile de tenter une comparaison avec les autres insectes car la repartition du glycogene dans le mesenteron a montre de grandes differences chez‘ des insectes pourtant voisins (WIGGLESWORTH,1942; PACAUD, 1950; PIERSON, 1956; WATERHOUSEet STAY, .. 1955).
OBSERVATIONS‘SUR
LE TUBE DIGESTIF
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DES HOMOPTkRES
p-Glucuronidase Les de kRVY tenant a dix-sept genres, ont dans la plupart de leur Ctendue, sinon dans leur totalite, une forte activite /?-glucuronidasique. Une assez forte activite a tte Cgalement decelte au niveau de l’intestin moyen de plusieurs insectes. Chez les Homopteres Ctudies, la repartition de l’enzvme montre quelques particularites : forte activite enzymatique dans l’intestin posdrieur, absence d’activid dans les
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RCpartition de la tweenesdrase. 9, Philaenus spumarius (adulte) ; 10, Cicadella viridis (larve et adulte). FIGS. 11 et 12. RCpartition de 1’acttylnaphtolestCrase. 11, PJaiZaenusspumrius (adulte); 12, CicadeZZa wiridis (larve et adulte). FIGS. 9 et 10.
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J. ChJIWWON
regions des tubes de Malpighi incluses dans la chambre filtrante, activite presente uniquement dans la branche aller de la boucle intestinale. Phosphatase alcaline Tous les insectes etudies, A l’exception de CicadelZa, presentent une forte activite phosphatasique alcaline dans la branche retour du m&sent&on, activite qui se limite le plus souvent a la region contenant les spherites minCraux. Nous avons Ctabli la nature de ces concretions (GOURANTON, 1968b); elles contiennent de nombreux elements minkaux, notamment du calcium, sous forme de carbonates et de phosphates. Chez la larve de Phzkenus, ~l’enzyme disparait au voisinage de l’etranglement dans une zone ou nous avons observe une degradation des concretions. La presence de cette enzyme est probablement en rapport avec la formation des concretions. Chez les vertbbres, les phosphomonoest&ases sont en relation avec la calcification (MOOG, 1946). Tous les insectes kudib, sauf Cicadella et Typhlocyba, presentent une forte activite phosphatasique alcaline dans les regions proximales visibles des tubes de Malpighi. Les portions incluses dans la chambre filtrante en sont depourvues. Malgre de I&g&-esdifferences dans la region anterieure de I’intestin moyen chez ces m2mes insectes, il existe une certaine unit& tant dans la repartition de l’enzyme le long du tube digestif et des tubes de Malpighi, que dans sa localisation dans les cell&s (bordure en brosse uniqu$ment). Par la presence d’une activite enzymatique seulement dans ses cell&s a brochosomes, Cicadda nous montre une repartition totalement differente pour la phosphatase alcaline. Cette repartition est d’autant plus curieuse que les segments a brochosomes de plusieurs autres insectes ne manifestent aucune activite.
FIG. 13. R&ion de passage de la branche aller (bn) B la branche retour (br) de la boucle intestinale chez Cicadella u&Xs (ad&e). On note tm arr6t brutal du glycogene. Coloration PAS-dim&don. x 400. FIG. 14. M&ne region observk chew la larve de Philaemasjwmarius. L’&ranglement eat bien marque. Une leg&e activite ac&ylnaphtolest&asique persiste dam la bordure en brosse des cellules it concr&ions de la branche retour: x 250. FIG. 15. R&ion de contact entre la region bosselee (rbo) et la region B brochosomes (sb) dans lea tubes de Malpighi de la larve de CkuiZZa WE&. Une forte activite tweenest&a&que est prksente dans les cellules a brochosome-s. x 400. FIG. 16. Portion de chambre filtrante chez la larve de Phi&~emcs spumarius. Seule la bordure en brosse de I’intestin moyen initial (imi) qui forme la gout&e (g) et s’insinue entre les tubes de Malpighi (tM) posstie une activite adtylnaphtolesdrasique. x 250. FIG. 17. Activite phosphatasique alcaline dans la bordure en brosse de la branche retour du m&sent&on de la larve de Phit’aenus spumarius. x 400. FIG. 18. Activid phosphatasique alcaline dans la bordure en brosse de la region proximale des tubes de Malpighi chez EusceZisobsoletes. x 990.
OBSERVATIONS
SUR
LE
TUBE
DIGESTIF
DES
HOMOPTJkRES
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En dehors des Homoptltres, la repartition de la phosphatase alcaline est Cgalement tres variable, tant dans le tube digestif que dans les tubes de Malpighi (DAY, 1949). Cependant, dans ces derniers, l’activite enzymatique est frequemment localisee dans le segment proximal (MARTOJA,1959; BACCETTI et al., 1963; MAZZI et BACCETTI,1963). C’est Cgalement le cas de la plupart des insectes que nous avons decrits, si l’on excepte les parties des tubes de Malpighi incluses dans la chambre filtrante.
Tweerzestbase De grandes differences existent encore entre Cicadella et les autres insectes CtudiCs en ce qui concerne la repartition de la tweenesterase. Chez ceux-ci, l’activid enzymatique est surtout intense dans la region anterieure du m&sent&on. En dehors des Homopteres, une activite tweenesterasique limit&e a une seule region de l’intestin moyen n’a CtCd&rite que chez Dysdercus(HCtCroptere) (KHAN et FORD, 1967). Chez CicadeZZ~,l’activite tweenesterasique est localiste uniquement dans les cellules a brochosomes alors que ces m&mes cellules chez Euscelis sont depourvues de toute activitt.
Ace?ylnaphtolestkase La bordure en brosse de toute la region anterieure de l’intestin moyen de tous les insectes qui font Sobjet de cette etude hydrolyse l’acetate d’a-naphtol. Aucune activite acetylnaphtolesttrasique limitee a une portion de l’intestin moyen, n’a encore CtC d&rite chez d’autres insectes. CONCLUSION Les repartitions du glycogene, de la /I-glucuronidase et de l’adtylnaphtolesterase dans le tube digestif et les tubes de Malpighi varient peu d’une espece a l’autre chez les insectes CtudiCs. Par contre, en ce qui concerne les repartitions de la phosphatase alcaline et de la tweenesterase, de profondes differences apparaissent entre CicadeZZuet les autres Homopteres CtudiCs qui montrent des repartitions sensiblement identiques. Les comparaisons ne sont pas toujours aisees avec les autres insectes. Cependant les observations que nous rapportons permettent de distinguer, dans l’intestin moyen et les tubes de Malpighi des Homopteres Cercopides et Jassides, des segments fonctionnellement differents. La branche aller de la boucle intestinale constitue une zone d’intense activite digestive car son CpithClium presente, presque toujours, les activites enzymatiques recherchees. Rappelons que chez Cicadellu, les microvillosites de cette branche seulement sont rev&ues d’un mucopolysaccharide acide (GOUFUNTONet MAILLET, 1965). Chez les Cercopides, le rev&ement polysaccharidique se limite au segment precedant l’etranglement. Nous venons d’observer que ce segment presente parfois des differences avec le reste de la branche aller. Dans la branche retour; oh se produit une excretion minerale par accumulation, des differences apparaissent Cgalement entre la zone a concretions et le reste de la branche. Enfin il est curieux de constater un arr&t brusque des
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J. GOURANTON
dans les tubes de Malpighi et la branche retour du m&sent&on a leur arrivee dans la chambre filtrante. L’arret du glycogene est aussi net dans la branche retour de la boucle. Ces differences tranchees sont certainement en rapport avec un r6le particulier des tubes de Malpighi et de l’intestin moyen a l’inttrieur de la chambre filtrante. L’intestin moyen montre par consequent des segments extrSmement differents. Ceux-ci presentent pourtant un caractere commun: la presence de polysaccharides neutres dans la bordure en brosse. Ce caractere devient precieux pour distinguer l’intestin des tubes de Malpighi sur des coupes de chambre filtrante. enzymes
Remercimmts-Nous
remercions M. MORILLEet Mme MANCEAUpour leur aide prbcieuse.
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