銹色粒肩天牛觸角感器的掃描電鏡觀察

王曉紅，楊忠岐，張彥龍，唐艷龍

(1.華北理工大學(xué)，河北唐山 063009;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所，國家林業(yè)局森林保護學(xué)重點實驗室，北京 100091)

銹色粒肩天牛Apriona swainsoni 屬于鞘翅目Coleoptera 天牛科Cerambycidae 是危害我國重要園林綠化樹種國槐Sophora japonica 的嚴重蛀干害蟲。近年來，銹色粒肩天牛危害面積和分布區(qū)域逐年擴大，有加速為害的趨勢(劉海軍等，2005;王燕平等，2006;王曉紅等，2014)，為了深入了解銹色粒肩天牛生物學(xué)特性及相關(guān)的行為習(xí)性，探索綜合治理銹色粒肩天牛的有效途徑，筆者對銹色粒肩天牛觸角感器的形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)進行觀察和電鏡掃描。

昆蟲觸角是重要的感覺器官，主司嗅覺和觸覺作用，有的還有聽覺作用，可以幫助昆蟲進行通訊聯(lián)絡(luò)、尋覓異性、尋找食物和選擇產(chǎn)卵場所等活動(彩萬志等，2001)。另外，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用昆蟲自身的信息化合物質(zhì)來探索其宏觀行為的機制，成為害蟲綜合治理的一個重要途徑。因此，昆蟲觸角感受器研究越來越受到重視。本文采用電鏡掃描技術(shù)對銹色粒肩天牛觸角表面感器進行了觀察，對雌、雄成蟲觸角形態(tài)特征、感器類型、分布、感器數(shù)量進行比較和分析，以期為今后進一步開展銹色粒肩天牛形態(tài)學(xué)、行為學(xué)、電生理學(xué)、綜合防治方法等研究提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

銹色粒肩天牛成蟲采自河南濮陽市，采集方法是在成蟲羽化期，利用紗網(wǎng)將國槐主干罩住，兩端封死，成蟲羽化出后會被截留在紗網(wǎng)中，收集剛鉆出羽化孔的銹色粒肩天牛成蟲，置于室內(nèi)養(yǎng)蟲籠中。

1.2 試驗方法

將采集的銹色粒肩天牛成蟲區(qū)分雌、雄后分別摘取其觸角，并置于75%酒精中，為了去除羽化過程中觸角上攜帶的木屑等雜物，在KQ-500DE 超聲波洗滌器中洗滌5 min，更換酒精后再洗滌5 min。將洗滌后的觸角分別置于60%、75%、80%、85%、90%、95%、100%梯度濃度的酒精逐級脫水20 min，然后在超凈工作臺自然干燥。干燥后的觸角按雌、雄及不同觀察面分別用導(dǎo)電膠固定于樣品臺上，然后通過JFC-1600 型離子濺射儀噴金，在日立S-3400N 型掃描電子顯微鏡下觀察、照相，電鏡工作電壓為15 kV。參照Schneider 等學(xué)者對觸角感器的分類方法對觀察到的感器進行分類，并統(tǒng)計其數(shù)量(Schneider，1964;馬瑞艷和杜家緯，2000;Wang et al.，2010)。感器數(shù)量統(tǒng)計采用單位面積法，計算觸角腹面每104μm2面積內(nèi)各種類型感器的數(shù)量。觸角及感器長度統(tǒng)計樣本量為30，同時采用t檢驗對各類感器的長度、分布等在雌雄之間的差異進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的一般形態(tài)

銹色粒肩天牛雌、雄成蟲觸角均為鞭節(jié)狀，觸角質(zhì)化程度極高，由柄節(jié)，梗節(jié)和鞭節(jié)組成，梗節(jié)短小、兩端膨大，下端凹陷于柄節(jié)內(nèi)，上端與鞭節(jié)相連。鞭節(jié)由9個亞節(jié)組成，第1 亞節(jié)最長，以后各亞節(jié)逐漸變細，各亞節(jié)兩端膨大、光滑。雌、雄觸角長度差異性較大，雌蟲觸角顯著短于雄蟲觸角(F=5.9780，df=1，29，P=0.0210)。從成蟲體長與觸角的比例可以看出，雌蟲的觸角一般短于其體長(偶有等長的個體)。而雄蟲的觸角均超過體長。雌、雄成蟲觸角長度以及觸角體長比見表1。

表1 銹色粒肩天牛雌、雄成蟲體長及觸角的長度Table 1 The mean length of body and ratio of antenna and body antenna

2.2 銹色粒肩天牛觸角感器類型及分布

根據(jù)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，銹色粒肩天牛觸角分布有4種類型感器:毛形感器(sensilla trichodea，T)、刺型感器(sensilla chaetica，Ch)、錐形感器(sensilla basiconca，B)、芽形感器(sensilla gemmiformium，G)。除芽形感器外，其余類型感器均存在不同亞型。

圖1 銹色粒肩天牛觸角上各類感器平均長度對比Fig.1 The mean length of different antennal sensilla in Apriona swainsoni

圖2 銹色粒肩天牛觸角感器的掃描電鏡觀察Fig.2 Observation of sensilla on the antenna of Apriona swainsoni with scanning electron microscope

毛形感器(T):呈毛發(fā)狀，感受器表面具有倒“V”字形縱脊，基部著生于觸角表面的凹窩內(nèi)，呈匍匐狀，與觸角表面夾角小于30°，該類型感器長度在雌、雄個體間也有差異，由圖1 可知，該類型感器在雌蟲觸角上的長度略長于雄蟲的。根據(jù)毛形感器的形狀可以將其分為兩個亞型:毛形感器I(T Ⅰ):基部徑粗8-9 μm，長65-90 μm，從感器基部向端部逐漸變得尖銳(圖2-A)。該類型感器常見于雌蟲梗節(jié)及各鞭節(jié)，且數(shù)量較多，但在雄蟲觸角上只分布于第2 鞭節(jié)以后的各鞭節(jié)上。該類型感器，在雌、雄觸角不同部位的分布數(shù)量也有不同，如圖3-A 所示。從柄節(jié)至第6 鞭節(jié)雌蟲觸角的分布數(shù)量要多于雄蟲觸角上的分布數(shù)量，之后各鞭節(jié)雄蟲上的分布數(shù)量比雌蟲的略多(圖3-A)。

毛形感器Ⅱ(TⅡ):基部徑粗4-6 μm，長50-90 μm，感器似刻有螺紋的柱狀，末端鈍平，呈兔唇狀開裂(圖2-B)。該類型感器主要分布于雌、雄觸角的柄節(jié)至第2 鞭節(jié)上，在雌蟲柄節(jié)與梗節(jié)上的數(shù)量比雄蟲相同位置上的數(shù)量多，但在1、2 鞭節(jié)上雄蟲的多于雌蟲的(圖3-B)。

圖3 幾種主要感器在銹色粒肩天牛雌雄成蟲觸角各節(jié)的分布數(shù)量Fig.3 Number and distribution of several primary sensilla in antennal segments of female and male Apriona swainsoni

刺型感器(Ch):刺型感器基部圓柱狀，端部尖銳，通體光滑，感器與觸角面夾角30°以上，浮于毛形感器之上，且有較強的剛性。雌、雄個體之間亞型不同，如圖1 所示。根據(jù)其長短可以分為兩個亞型:

刺型感器I(Ch I):長度在雌、雄個體間有所差異，在雄蟲觸角上的該類感器長200-250 μm，而雌蟲的長250-300 μm，感器纖長翹起，高于其它感器容易辨別(圖2-C)。在雌、雄觸角各節(jié)均有分布，但在雌、雄觸角各節(jié)的分布數(shù)量不同，總體雄蟲略多于雌蟲(圖3-C)。

刺型感器II(Ch II):長約70-80 μm，近直立生長，由基部至端部逐漸變尖，如鋼針狀(圖2-D)。該類型只分布于雄蟲觸角的柄節(jié)、梗節(jié)及第1、2 鞭節(jié)上，而在雌蟲上沒有該亞型的分布(圖3-D)。

錐形感器(B):錐形感器表面通體光滑，基部凹陷于觸角表面，末端尖或鈍，數(shù)量較少。根據(jù)末端形態(tài)、粗細、著生狀態(tài)等不同可以分為3個亞型:

錐形感器Ⅰ(B I):該感器在雌蟲上的略長于雄蟲的(圖1)，約130-140 μm，整體寬闊扁粗，頂端鈍圓，如楔狀，有規(guī)律的分布于第1 鞭節(jié)至第8鞭節(jié)端部膨大處(圖2-E)。錐形感器I 在雌、雄個體間的數(shù)量分布差異不大(圖3-E)。

錐形感器Ⅱ(B Ⅱ):長70-80 μm，在雌、雄之間差異不大(圖1)。通體光滑，端部尖，整體略有弧度猶如向上翹起的小指，且與其它感器生長方向相反(圖2-B)。對于雄蟲該類型感器只分布于各鞭節(jié)，而在雌蟲上分布于梗節(jié)和各鞭節(jié)(圖3-F)。

錐形感器Ⅲ(B Ⅲ):感器長90-100 μm，從基部較細然后向端部變粗，呈圓柱形，從中部開始向端部急尖，端部雖然尖銳但柔軟似毛發(fā)(圖2-F)，錐形感器Ⅲ只分布于雄蟲觸角的柄節(jié)和梗節(jié)上(圖3-G)。

芽形感器(G):感器基部呈凸起的球狀，在球體上伸出芽體，芽體尾部細長、漸尖，整體形似豆芽(圖2-A)，長度在雌、雄之間差異不大(圖1)。芽形感器在雌蟲上主要分布于第2 及之后的各鞭節(jié)上，在雄蟲上分布于第3 及之后的各鞭節(jié)上，分布數(shù)量略有不同(圖3-H)。

3 結(jié)論與討論

銹色粒肩天牛兩性間觸角形狀形同，但雄蟲觸角長度顯著大于雌蟲觸角長度，對于感器類型，也存在差異，刺形感器Ⅱ與錐形感器Ⅲ只存在于雄性天牛的觸角上。通過銹色粒肩天牛的觸角與體長比基本可以判斷成蟲雌雄，雌蟲觸角一般短于蟲體，而雄蟲觸角一般長于蟲體。

利用掃描電鏡觀察銹色粒肩天牛觸角的結(jié)果表明，銹色粒肩天牛雌蟲和雄蟲的觸角上感受器的4類相同感器，其亞型、數(shù)量和分布在雌、雄個體間存在差異。毛形感器的兩個亞型，在雌雄個體上均有分布。毛形感器是天牛類昆蟲的觸角上比較常見的一種感器(徐波等，2007;諸葛飄飄等，2009;孫飛等，2010;閻雄飛等，2010;諸葛飄飄等，2010)，一般被認為是一種既能接受機械刺激又能接受化學(xué)物質(zhì)的一類感器(馬瑞艷和杜家緯，2000)，也有文獻報道其有接受性信息素的作用(Merivee et al.，1999)，還有學(xué)者證實天牛類昆蟲的毛形感器還具有嗅覺功能(Lopes et al.，2002)。毛形感器在銹色粒肩天牛兩性觸角上的形態(tài)基本一致，分布數(shù)量也是所有感器中占優(yōu)勢的一種感器類型。因此，可以推測毛形感器是銹色粒肩天牛最基礎(chǔ)的嗅覺感器，在對寄主氣味的嗅覺中起作用。

刺形感器在雄蟲觸角上有兩種亞型即刺形感器I 和刺形感器II，而在雌蟲觸角上只有一種即刺形感器I 存在。刺形感器剛性強，長度一般遠長于其他感器，能夠優(yōu)先接觸到外物等特性，因此很多學(xué)者認為它的主要功能是機械作用(馬瑞艷和杜家緯，2000))，但也有文獻報道其不但可以接受機械刺激還能接受化學(xué)刺激(Isidoro et al.，1992;孫飛等，2010)。刺形感器I 在銹色粒肩天牛于雌、雄觸角上的各節(jié)上均有分布，可能與其接受機械刺激反應(yīng)有很大關(guān)系，有利于其對外界事物做出更準確的判斷，但是對于刺形感器II 只存在于雄性觸角上，其所具有的特異性還有待做進一步研究。

銹色粒肩天牛觸角上的錐形感器也是天牛類昆蟲觸角上常見的一種感器類型(Dai ＆ Honda，1990;Lopes et al.，2002;徐波等，2007;閻雄飛等，2010)，在雄蟲觸角上有3種亞型，但在雌、雄個體間的亞型和分布位置卻不同。錐形感器I 與錐形感器II 主要存在于銹色粒肩天牛雌、雄蟲觸角的鞭節(jié)上，錐形感器III 只在雄蟲觸角的柄節(jié)和梗節(jié)上有分布，鞭節(jié)上沒有分布。一般認為錐形感器主要起嗅覺作用，尤其是植食性昆蟲感受寄主揮發(fā)信息素的主要感器(馬瑞艷和杜家緯，2000)，并有學(xué)者指出，不同的錐形感器的分布模式有助于昆蟲獲得寄主信息，提高其搜索效率(Weiner，1995;Lopes et al.，2002)。推斷錐形感器III 在銹色粒肩天牛雄蟲觸角上可能與其感受性信息素功能，尋找配偶等相關(guān)。

芽形感器是銹色粒肩天牛比較獨特的一種感器類型，少數(shù)天牛如桑天牛有報道但形態(tài)卻有不同(諸葛飄飄等，2009)。該類型感器分布于銹色粒肩天牛兩性觸角的鞭節(jié)上，但具體分布位置卻又不同，在雌蟲觸角上從第2 鞭節(jié)開始有分步，但在雄蟲觸角上從第3 鞭節(jié)開始才有分布，對于這種差異可能與雌、雄之間取食、吸引異性習(xí)性相關(guān)，但具體原因還有待做進一步研究。

感器的類型不同，分布方式不同其功能也不同，銹色粒肩天牛觸角各類感器的功能在雌、雄個體間的差異性和特異性尚不清楚，通過本文的研究，對于銹色粒肩天牛成蟲觸角的形態(tài)特征、感器基本類型、分布特點有所掌握，為今后做進一步研究打下基礎(chǔ)和提供科學(xué)依據(jù)。

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