尖突水龜蟲雄性前足的結(jié)構(gòu)

王曉玲

(白城師范學(xué)院，白城，137000)

水龜蟲隸屬于昆蟲綱(Insecta)、鞘翅目(Coleoptera)、多食亞目(Polyphaga)、水龜蟲科(Hydrophilidae)，原稱牙甲，后稱水龜蟲，約2 000 種，分布世界各地，尤其是溫帶的淡水池塘。中國記載約80種，其中大型種有尖突水龜蟲(Hydrophilus acuminatus Motschulsky)，又名尖突巨牙甲，生活于湖泊、池塘、魚塘以及有水草的潺湲小溪和水溝中，分布極廣，從東北至海南、從江蘇至西藏均有記錄，日本、朝鮮、緬甸亦有分布。水龜蟲營養(yǎng)價(jià)值很高，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.60%(干質(zhì)量)，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.96%(干質(zhì)量)，灰分為3.10%(干質(zhì)量)，富含礦物質(zhì)和微量元素。水龜蟲以其獨(dú)特的營養(yǎng)滋補(bǔ)作用，一定的藥理醫(yī)療價(jià)值，成為21 世紀(jì)的綠色食品之一。目前水龜蟲來源完全依靠捕捉野生資源，但由于近年來的水域環(huán)境污染和人為濫捕，野生資源也日漸減少，水龜蟲人工養(yǎng)殖與開發(fā)是唯一的出路［1］。水龜蟲具有特殊構(gòu)造的器官系統(tǒng)［2］，能夠自如地在水中游泳、取食、繁殖、空中飛行、地面爬行、地下挖洞。水龜蟲雄性個(gè)體的前足就是滿足于水中繁殖等活動所產(chǎn)生的不同于其他水生生物的特殊結(jié)構(gòu)。筆者以尖突水龜蟲為材料，對雄性前足進(jìn)行觀察研究，為水龜蟲進(jìn)一步研究開發(fā)和人工科學(xué)養(yǎng)殖提供參考。

1 材料與方法

材料來源:尖突水龜蟲采自于吉林鎮(zhèn)賚嫩江水域，雄蟲30 只。

中性甲醛(混合)固定液的制備:甲醛(濃)120 mL，蒸餾水880 mL，磷酸二氫鈉4 g，磷酸氫二鈉13 g。

材料處理:取20 mL 固定液放入燒瓶中，將摘取的雄性的第1 對足浸入其中，24 h 后用于宏觀觀察及電鏡掃描觀察。

2 觀察結(jié)果

尖突水龜蟲體長35 ～40 mm，與龍虱生活在同一水域，體呈流線型、背面拱起，但體背比龍虱更凸出一些，體色近乎黑色。雌、雄成蟲3 對足中第2、3對足，可視形態(tài)上未見區(qū)別，而第1 對足雌、雄可視形態(tài)差異很大。雄性個(gè)體前足為抱握足，其基節(jié)、轉(zhuǎn)節(jié)、腿節(jié)、脛節(jié)深黑褐色，跗節(jié)黑褐色?；?jié)與體壁構(gòu)成關(guān)節(jié)，其表面較光滑;轉(zhuǎn)節(jié)很小;腿節(jié)粗大、肌肉發(fā)達(dá)，表面較光滑，電鏡掃描也未見凹陷與突起，無可視剛毛，但電鏡掃描可見內(nèi)緣有短而粗的剛毛，外緣有細(xì)而長的剛毛，且濃密(圖1);脛節(jié)較之細(xì)，無可視剛毛，但見后緣有長刺，電鏡掃描表面無凹陷與突起，也可見內(nèi)緣有短而粗的剛毛，外緣有細(xì)而長的剛毛，且濃密(圖1);跗節(jié)5 節(jié)(圖2)，較雌性差異大，雄性個(gè)體前4 節(jié)由1 到4 節(jié)漸變寬，但不顯著，第5 跗節(jié)較其顯著寬大，呈頂角鈍圓的三角形，底邊位于足的縱軸上，整個(gè)跗節(jié)略呈凹陷狀，其凹面向內(nèi)，很像挖耳勺。電鏡掃描顯示在1 到4 節(jié)位于內(nèi)表面中部有一溝狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)生有細(xì)剛毛，剛毛斜向足端生長;在膨大的第5 跗節(jié)內(nèi)側(cè)面上位于縱軸有一明顯的溝狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)生有剛毛，溝狀結(jié)構(gòu)向足端由寬逐漸變窄，剛毛由細(xì)長逐漸變粗短，分布由密集逐漸稀疏，而在三角形片狀結(jié)構(gòu)近前跗節(jié)的腰上有33 個(gè)牛角樣的剛毛，且每一根剛毛各自生長在一個(gè)剛毛窩中，剛毛尖彎向外側(cè)，由上至下由疏到密，在這列剛毛的外側(cè)有一溝狀結(jié)構(gòu)，而呈三角形的第5跗節(jié)另一邊內(nèi)側(cè)隱約可見有極稀疏的剛毛分布。前跗節(jié)為一對爪，外爪大，不足片狀，端部尖，內(nèi)側(cè)爪小，在兩者之間有一墊，墊上生有呈簇的細(xì)長剛毛。各節(jié)上的剛毛表面均較光滑。著生在內(nèi)緣的剛毛梳齒狀，著生在外緣的剛毛鞭狀。

圖1 水龜蟲前足腿節(jié)、脛節(jié)左側(cè)掃描圖

圖2 水龜蟲前足第4、5 跗節(jié)左側(cè)掃描圖

3 結(jié)論與討論

3.1 前足及特化的結(jié)構(gòu)有利于游泳與抱握

水龜蟲雄性個(gè)體的前足具有非常重要的生物學(xué)意義，不但是識別雌、雄的顯著標(biāo)志，更重要的是具有特殊功能。前足各節(jié)側(cè)扁狀;且腿節(jié)、脛節(jié)內(nèi)外緣生有剛毛;前4 個(gè)跗節(jié)逐漸變寬，第5 跗節(jié)顯著寬大如槳，這些結(jié)構(gòu)都有利于水龜蟲游泳生活，更重要的是第5 跗節(jié)呈向內(nèi)側(cè)凹陷的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)形成負(fù)壓，具有一定的附著力，能夠牢牢地抱握住雌性，從而達(dá)到交配的目的。

3.2 前足可謂“抱握攀援足”

抱握足是昆蟲足的類型之一，一般是雄性前足前3 個(gè)跗節(jié)特別膨大形成的，其上具有吸盤結(jié)構(gòu)。典型的如龍虱雄蟲的前足，但水龜蟲的抱握足主要是由第5 跗節(jié)膨大形成的，向內(nèi)側(cè)凹陷的結(jié)構(gòu)似一個(gè)大的吸盤，其功能與龍虱的抱握足類似。而昆蟲足的另一類型攀援足，脛節(jié)端部具1 指狀突，與跗節(jié)及呈彎爪狀的前跗節(jié)構(gòu)成一個(gè)鉗狀構(gòu)造。典型的如虱類的足。筆者觀察研究的水龜蟲雄性個(gè)體的前足也很像虱類的足，只不過膨大的脛節(jié)端部不具有指狀突，脛節(jié)端部距彎爪狀的前跗節(jié)較典型的攀援足遠(yuǎn)，鉗狀結(jié)構(gòu)不那么發(fā)達(dá)、典型而已，但筆者認(rèn)為水龜蟲的前足也有攀援的作用，可以把握水草莖葉進(jìn)行攀爬，取食。這與其食性也是相適應(yīng)的。水龜蟲雄性個(gè)體的前足即有抱握足的特征、功能，也有的攀援足的特點(diǎn)、作用，由此水龜蟲的前足稱為“抱握攀援足”更貼切些。

3.3 水龜蟲為某些昆蟲進(jìn)化的中間過渡類型(水生——陸生)

水龜蟲的前足兼有抱握足、攀緣足二者的特征與功能，可謂是二者的中間過渡類型，可以說水龜蟲科的昆蟲是水生(龍虱)與陸生(虱類)昆蟲中間過渡類型，也說明了鞘翅目與虱目存在一定的親緣關(guān)系。龍虱、水龜蟲、虱類的生活習(xí)性也充分說明了這一點(diǎn)，成體水龜蟲在陸地活動的時(shí)間長于龍虱，因此龍虱在當(dāng)?shù)厮追Q水蟞，水龜蟲稱為旱蟞，說明水龜蟲較龍虱適應(yīng)陸地生活。虱類不但完全登陸了，而且特化成為外寄生生活的種類，其前足特化成攀援足，翅消失，體壁柔軟等一系列特征與外寄生生活相適應(yīng)。彩萬志等［3］的《普通昆蟲學(xué)》中六足總綱高級階元的系統(tǒng)發(fā)育圖清晰表明脈翅總目(含鞘翅目)與半翅總目(含虱目)合成的一支再與直翅總目同屬于新翅次綱，表明它們?nèi)哂泄餐嫦惹矣H緣關(guān)系較近，為筆者的觀點(diǎn)提供了又一有利的佐證。

［1］ 王曉玲.尖突水龜蟲形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39(11):141－142.

［2］ 虞慶慶，王衛(wèi)英，楊志賢，等.東方龍虱鞘翅微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能研究［J］.自然科學(xué)進(jìn)展，2006，16(3):365－369.

［3］ 彩萬志，龐雄飛，花保禎，等.普通昆蟲學(xué)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2001:282.