暗黑鰓金龜成蟲觸角感器的超微結(jié)構特征

宋月芹，董鈞鋒，孫會忠，段愛菊(.河南科技大學林學院，河南洛陽47003;.洛陽市農(nóng)林科學研究院，河南洛陽47000)

金龜子是鞘翅目昆蟲中龐大的類群之一，也是國內(nèi)外公認的難防治的土棲性害蟲，其種類多、分布廣、食性雜、生活隱蔽、適應性強、生活史長短不一，造成的危害已居各類地下害蟲之首［1］.其中，華北大黑鰓金龜、東北大黑鰓金龜和銅綠麗金龜最為常見，也是研究最多的三大優(yōu)勢種類［2－6］.近些年，暗黑鰓金龜(Holotrichia parallela)的危害逐年加重，對其研究主要集中在預測預報、生物學特性及藥物防治3個方面［1，3，7］.

依據(jù)進化、發(fā)育和遺傳相統(tǒng)一的原理，昆蟲在長期的演化過程中，觸角形成了一套與自身生理生化過程及生態(tài)環(huán)境相適應的感器，了解觸角感器類型及其分布特征，有助于更深入地詮釋昆蟲的生物學特性，如性誘劑和信息素的作用機理等，也能為系統(tǒng)發(fā)育學和種群演化研究提供有效的工具［8－12］.據(jù)報道，板形感器(placodea sensilla)和腔錐形感器(coeloconica sensilla)是最重要的2種感器，其分布數(shù)量最多，是蘋毛麗金龜、東北大黑鰓金龜、銅綠麗金龜子等趨性機理的重要靶標部位［2，5－6］.但迄今為止，有關暗黑鰓金龜觸角感器的超微結(jié)構尚未見報道.因此，作者運用掃描電子顯微鏡對暗黑鰓金龜雌、雄成蟲觸角感器類型及其分布特征進行觀察.

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

暗黑鰓金龜成蟲個體采自河南省洛陽市農(nóng)林科學研究院，標本由洛陽市農(nóng)林科學研究院劉順通研究員鑒定.

1.2 觀察方法

挑選發(fā)育良好的活體暗黑鰓金龜雌、雄成蟲各5頭，放入70%乙醇中保存?zhèn)溆?進行觀察前，先在雙目解剖鏡下小心剪下其頭部，放入0.2 mol·L－1磷酸鹽緩沖液中超聲波振蕩、洗滌5 min，用0.2 mol·L－1磷酸鹽緩沖液充分沖洗，再用蒸餾水漂洗2次.先后用2.5%戊二醛在4℃下固定3 h，1%鋨酸室溫條件下固定2 h后，分別經(jīng)35%、55%、75%、85%、95%丙酮溶液脫水，每個梯度30 min，再經(jīng)100%丙酮分析純脫水2次，每次20 min.然后用100%乙酸異戊酯分析純置換2次，每次2 h.經(jīng)HCP-2型二氧化碳臨界干燥儀(日本日立電子公司)干燥2.5 h，借助體視顯微鏡粘臺后，立即用JFC-1600型離子濺射儀噴金鍍膜，最后置于JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡下觀察，并選取典型視野統(tǒng)計、拍照.觀察加速電壓為15 kV.

觸角感器類型描述主要參考文獻［13－14］.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

應用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析(F檢驗，P=0.05)［15］.

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的一般形態(tài)

暗黑鰓金龜成蟲觸角由柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)3個部分組成，共9節(jié)(圖1A)，呈“之”字形彎曲.觸角的柄節(jié)較長，達1000－1100 μm，粗壯，與頭部相連一端較細，與梗節(jié)相連一端膨大;梗節(jié)長300－400 μm，基部一端較細，端部膨大，但不及柄節(jié);鞭節(jié)包含7個亞節(jié)，端部3個亞節(jié)特化形成腮片狀結(jié)構，3個鰓片迭合成長橢圓體(稱為鰓狀部)，鰓狀部由端部鰓片算起，依次記作鰓片1(L1)、鰓片2(L2)和鰓片3(L3)(圖1A、B)，其余4個亞節(jié)整體上呈棒狀(稱為棒狀部)，但每個亞節(jié)的端部均膨大.柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)均有感器的分布.

2.2 觸角感器類型及其分布特征

通過在掃描電鏡下對暗黑鰓金龜雌、雄成蟲觸角的觀察，共發(fā)現(xiàn)5種類型的感器，即毛形感器(trichodea sensilla)、刺形感器(chaetica sensilla)、板形感器、腔錐感器和耳形感器(auricillica sensilla).

2.2.1 毛形感器 雌、雄暗黑鰓金龜觸角上分布的毛形感器依據(jù)長短，可分為2個亞類，即毛形感器Ⅰ和毛形感器Ⅱ(圖1C、D).兩者的共同特征為大多與觸角表面呈30°－50°夾角，基部無臼狀窩縊縮痕，中上部略呈弧形彎曲，鰓片L3外側(cè)分布的毛形感器末端方向與觸角末端方向一致(圖1C).毛形感器Ⅰ長10－40 μm，毛形感器Ⅱ長40－100 μm.柄節(jié)、梗節(jié)上分布的毛形感器均為毛形感器Ⅰ(圖1D)，且呈零星分布;鞭節(jié)棒狀部也零星分布毛形感器Ⅰ，雄蟲觸角鰓狀部的L3外側(cè)面集中分布大量的毛形感器Ⅱ(圖1C).2.2.2 刺形感器 雌、雄暗黑鰓金龜觸角上分布的刺形感器依據(jù)長短，可分為2個亞類，即刺形感器Ⅰ和刺形感器Ⅱ，是觸角外表面尤其鞭節(jié)棒狀部數(shù)量最多的一種感器(圖1D、E).刺形感器的典型特征是形態(tài)剛直如刺，基部具有較為明顯的臼狀窩(圖1D、F)，生長方向與觸角表面近乎90°角，刺表面又分化出許多微刺(圖1F).刺形感器Ⅰ長100－200 μm，臼狀窩外直徑6－10 μm;刺形感器Ⅱ長20－100 μm，基部直徑2－4 μm.刺形感器主要分布于柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)棒狀部側(cè)緣，其中，柄節(jié)和梗節(jié)上主要分布刺形感器Ⅰ，鞭節(jié)棒狀部上分布的刺形感器Ⅰ和刺形感器Ⅱ數(shù)量相當，鞭節(jié)鰓狀部外緣主要分布刺形感器Ⅱ.

2.2.3 板形感器 板形感器是觸角鞭節(jié)鰓狀部表面分布最多的一種感器，其位于鰓片表皮內(nèi)陷形成的凹腔中央，腔中央形成盤體，盤體中央凹陷明顯，盤體基部無臼狀窩，整個盤體明顯低于腔深.凹腔直徑約12 μm，盤體直徑約6 μm.根據(jù)盤體表面皺褶或凸起的有無，可將板形感器分為2個亞類，即板形感器Ⅰ和板形感器Ⅱ.板形感器Ⅰ的盤面呈正圓形，表面光滑，呈淺碗狀(圖1G);板形感器Ⅱ的盤面具有明顯的皺褶或小凸起，中央凹陷較深，呈深碗狀(圖1H).板形感器與其他類型的感器相間分布.柄節(jié)和梗節(jié)上無板形感器的分布.

2.2.4 腔錐感器 腔錐感器是暗黑鰓金龜觸角鞭節(jié)鰓狀部表面分布較多的一種感器.根據(jù)錐體形狀，腔錐感器可分為2個亞類，即腔錐感器Ⅰ(圖1I)和腔錐感器Ⅱ(圖1J).腔錐感器Ⅰ的錐體上半部分呈子彈頭狀，頂端鈍圓，基部特化形成球狀體底座，錐體長3－5 μm;腔錐感器Ⅱ呈典型的圓錐狀，長2－3 μm，頂端較腔錐感器Ⅰ尖銳.柄節(jié)和梗節(jié)上無腔錐感器的分布.

2.2.5 耳形感器 耳形感器的顯著特點是觸角鞭節(jié)鰓狀部表皮內(nèi)陷形成凹腔，凹腔中央形成一鱗片狀結(jié)構，鱗片稍有卷曲，形似禾本科植物新生葉片.根據(jù)鱗片的形態(tài)，可將耳形感器分為2個亞類，即耳形感器Ⅰ(圖1K)和耳形感器Ⅱ(圖1L).耳形感器Ⅰ的鱗片短、寬，一側(cè)具有一缺刻，貼生于腔底;耳形感器Ⅱ的鱗片狹長，多數(shù)直立，長度往往超過腔深.耳形感器和板形感器相間分布.耳形感器Ⅰ多于耳形感器Ⅱ;耳形感器Ⅰ呈星散分布，耳形感器Ⅱ呈聚集分布，往往是多個鱗片聚生于表皮下陷形成的一個凹腔中(圖1L).柄節(jié)和梗節(jié)上無耳形感器的分布.

圖1 暗黑鰓金龜觸角感器超微結(jié)構及其分布Fig.1 The ultrastructure and distribution of antennal sensilla of H.parallela

2.3 雌、雄成蟲觸角感器差異對比

觀察發(fā)現(xiàn)，雌、雄成蟲觸角感器種類一致.但其觸角鞭節(jié)鰓狀部各鰓片長度存在顯著差異，說明其存在性二型現(xiàn)象;雄蟲觸角感器總數(shù)顯著多余雌蟲(表1).雄蟲觸角L1(圖1M)和雌蟲觸角L1(圖1N)外側(cè)面上分布的感器區(qū)域面積明顯不同.

表1 雌、雄成蟲觸角鰓片長度及各類感器的數(shù)量(n=5)1)Table 1 Length of lamellae and number of sensillas on antennae of female and male adults

3 討論

暗黑鰓金龜成蟲靜止時，觸角呈蜷縮狀態(tài)，鰓狀部的3個鰓片抱合在一起;開始活動或起飛后，觸角調(diào)整角度，抱合的鰓片呈鉗狀張開，使集中分布感器的鰓面迎風或充分暴露，有利于感器接受空氣中的各類氣味分子.這種姿態(tài)調(diào)整習性與暗黑鰓金龜觸角感器的分布特征有關.每種感器都存在亞類，形態(tài)上存在多樣性，說明暗黑鰓金龜有著較為復雜和多樣化的趨性適應能力.目前發(fā)現(xiàn)的昆蟲觸角感器有十多種［9－11］，每種感器所執(zhí)行的具體功能在不同種群間存在差異［2，5－6，16］.

孫凡等［2］報道的東北大黑鰓金龜?shù)男岣衅髦饕ㄥF形感器和板形感器2種;姚永生等［6］報道的銅綠麗金龜?shù)挠|角感器共包括7種，以錐形感器和板形感器為主;路常寬等［5］報道的蘋毛麗金龜觸角嗅感器則以板形感器為主.本研究中的暗黑鰓金龜觸角感器是以板形感器為主，腔錐感器和耳形感器也有相當數(shù)量的分布，這與其他類群明顯不同.綜合文獻報道的感器特征發(fā)現(xiàn)，即使是同一類感器也會因金龜種類不同而存在形態(tài)上的明顯差異.這說明不同金龜種群的感器類型有一定的近緣性，但各自在與環(huán)境的協(xié)同進化過程中產(chǎn)生了趨異適應，正是這些趨異適應結(jié)構特征為研究金龜種群的系統(tǒng)發(fā)育提供了佐證［10－14，16］.

諸多文獻顯示，毛形感器具有感知性信息素的功能;刺形感器與昆蟲的選擇行為有關;腔錐感器主要感受昆蟲行為環(huán)境的物理因素，如水蒸氣、二氧化碳等;板形感器則主要承擔味覺和嗅覺的功能;耳形感器推測與接受聲波有關［2，6，8－9，17－18］.暗黑鰓金龜雄蟲觸角上各類感器的數(shù)量均多于雌蟲，說明雄性暗黑鰓金龜在諸多感知能力方面優(yōu)于雌蟲，進而在大部分趨避行為中處于主動或優(yōu)勢的地位，如求偶、覓食等.

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