褐紋甘蔗象觸角感器的掃描電鏡觀(guān)察

段云博　董子舒　張玉靜　劉俊延　黃宗優(yōu)　鄭霞林　陸溫

摘要：【目的】明確褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)觸角感器的超微結(jié)構(gòu)、種類(lèi)和分布情況，為進(jìn)一步探索利用性信息素開(kāi)展褐紋甘蔗象防治提供理論依據(jù)?！痉椒ā坷脪呙桦娮语@微鏡觀(guān)察褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)觸角感器的外部形態(tài)特征、類(lèi)型和分布，以SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法比較雌雄成蟲(chóng)間觸角各節(jié)的長(zhǎng)度、直徑和感器數(shù)量差異?！窘Y(jié)果】褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)觸角外部形態(tài)一致，均為膝狀，包括柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)部分；觸角上有刺形、毛形和芽孢形3種類(lèi)型感器，其中，毛形感器有5種亞型，刺形感器有3種亞型，芽孢形感器有3種亞型，以毛形感器的數(shù)量和種類(lèi)最豐富。褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)觸角在感器數(shù)量上有明顯的性二型現(xiàn)象?！窘Y(jié)論】毛形感器在褐紋甘蔗象尋找寄主和配偶中扮演十分重要的角色，其中，雄蟲(chóng)觸角上STⅠ、STⅢ和STⅣ的數(shù)量顯著多于雌蟲(chóng)，與感受性信息素有關(guān)，而雌蟲(chóng)觸角上STⅡ的數(shù)量顯著多于雄蟲(chóng)，與尋找產(chǎn)卵場(chǎng)所有關(guān)。

關(guān)鍵詞：褐紋甘蔗象；掃描電鏡；觸角；超微結(jié)構(gòu)；感器

中圖分類(lèi)號(hào)：S433.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2017）12-2190-07

0引言

【研究意義】褐紋甘蔗象[Rhabdoscelus lineati-collis（Heller）]屬鞘翅目象甲科，原產(chǎn)于菲律賓呂宋島和內(nèi)革羅島等地，是棕櫚科植物和甘蔗上的主要鉆蛀性害蟲(chóng)，也是我國(guó)進(jìn)境植物檢疫性有害生物之一（趙京芬等，2007），目前我國(guó)多地有該蟲(chóng)發(fā)生為害的報(bào)道（王果紅等，2005；何艷萍等，2010；秦成興等，2014）。褐紋甘蔗象以幼蟲(chóng)鉆蛀寄主植物葉鞘及莖干為害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成整株枯萎死亡（鐘寶珠等，2016）。迄今為止，針對(duì)褐紋甘蔗象的防治仍主要依賴(lài)化學(xué)藥劑（王果紅等，2005，2007），但長(zhǎng)期使用化學(xué)藥劑易造成農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)、誤傷天敵和污染環(huán)境等負(fù)面影響（陳長(zhǎng)福，2017），因而利用環(huán)保、高效和易操作的性信息素防治害蟲(chóng)成為當(dāng)前植物害蟲(chóng)防治研究的熱點(diǎn)（李會(huì)賓等，2017）。昆蟲(chóng)的感器是感知外界環(huán)境變化和刺激產(chǎn)生反應(yīng)的重要結(jié)構(gòu)，且大多數(shù)感器在觸角富集，可感受多種信息素，在尋找寄主、配偶和產(chǎn)卵等方面發(fā)揮重要作用（余海忠，2007）。因此，研究褐紋甘蔗象的觸角感器類(lèi)型對(duì)于利用性信息素開(kāi)展其防治工作具有十分重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái)，諸多學(xué)者采用電子顯微技術(shù)研究了象甲科昆蟲(chóng)的感器，如苜蓿葉象甲[Hy-pera postica（Gyllenhal）J（Bland，1981，1983）、李象[Conotrachelus nenuphar（Herbst）]（Aim and Hall，1986）、稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus Kuschel）（Hix et al.，2003；Kang et al.，2012）、溝眶象[Eu-cryptorrhynchus chinensis（Olivier）]（楊貴軍等，2008）、長(zhǎng)足大竹象（Cyrtotrachelus buqueti Guerin-Mene-ville）（楊瑤君等，2010）、松梢象（Pissodes nitidus Ro-el.）（Yan et al.，2011）、香蕉假莖象[Odoiporus lon-gicoillis（Oliver）]（高景林等，2011；趙海燕等，2016）、樟子松球果象甲（Pissodes validirostris Gyll.）（Zhao et al.，2012）、茶麗紋象甲（Myilocerinus auro-lineatus Voss）（高宇等，2013）、楊干象（Cryptorrhyn-chus lapathi L.）（常立儒等，2014）、米象（Sitophilus oryzae L.）（姚富姣等，2016）和香樟齒喙象（Pagio-phloeus tsushimanus Morimoto）（顧天滋等，2017）等，其中，溝眶象、香蕉假莖象和香樟齒喙象等觸角上的錐形感器被認(rèn)為是一種嗅覺(jué)感器，對(duì)外界環(huán)境中的氣味特別是植物氣味分子很敏感，對(duì)寄主定位具有重要意義（楊貴軍等，2008；趙海燕等，2016；顧天滋等，2017），而長(zhǎng)足大竹象和茶麗紋象甲的毛形感器兼具感受性信息素及機(jī)械刺激的雙重功能，在尋找配偶方面發(fā)揮重要作用（楊瑤君等，2010；高宇等，2013）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人針對(duì)褐紋甘蔗象的研究極少且主要集中在生物學(xué)特性及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面（張潤(rùn)志等，2002；王果紅等，2005；初冬和魏初獎(jiǎng)，2007；趙京芬等，2007；鐘寶珠等，2016），有關(guān)褐紋甘蔗象觸角感器的研究目前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)的觸角為研究對(duì)象，通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)其進(jìn)行觀(guān)察，研究褐紋甘蔗象觸角的形態(tài)、感器類(lèi)型及分布，并分析感器的潛在功能，以期為進(jìn)一步探索利用性信息素開(kāi)展褐紋甘蔗象防治提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試?yán)ハx(chóng)

于2015年10月在南寧市某苗圃種植的散尾葵[Dypsis lutescens（H.Wend.）Beentie et Dransf.]上采集褐紋甘蔗象成蟲(chóng)。蟲(chóng)源帶回室內(nèi)后，置于塑料盒（110 mm×55 mm×35 mm）中，每盒放置雌雄成蟲(chóng)各1頭，在溫度（25士1）℃、相對(duì)濕度70%土5%和光周期14L：IOD的條件下用新鮮塊狀甘蔗莖稈（10 g）飼養(yǎng)待用。

1.2試驗(yàn)方法

隨機(jī)選取觸角完整的褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)各10頭，在解剖鏡下用鑷子和解剖刀剪取整個(gè)觸角。在2.5%戊二醛磷酸緩沖液（pH 7.4）中固定5 h后，將樣品浸入70%乙醇溶液中，用超聲波振蕩儀（JP-010T，斯凱清潔設(shè)備有限公司）振蕩清洗10min，除去表面黏附物，重復(fù)3次。經(jīng)上述處理后將樣品依次放入70%、80%、90%和100%的乙醇溶液梯度中逐級(jí)脫水，每個(gè)梯度脫水30 min，脫水后的樣品自然干燥，最后將干燥好的觸角樣品按照背面、腹面、內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面四個(gè)角度貼于粘有導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)上，經(jīng)離子濺射儀噴金后，置于掃描電子顯微鏡（SU8020，日本Hitachi公司）下進(jìn)行觀(guān)察和拍照，電子顯微鏡工作電壓為10.0 kV。利用Adobe Photo-shop CS5處理圖片及測(cè)量成蟲(chóng)觸角各節(jié)的長(zhǎng)度和直徑（廖任婭等，2017），6次重復(fù)，取平均值。所有刺型感器均在其著生的整個(gè)小節(jié)計(jì)數(shù)，毛形感器和芽孢形感器均在其著生位置選取2500μm²面積內(nèi)計(jì)數(shù)，每類(lèi)型感器均統(tǒng)計(jì)背面、腹面、內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面4個(gè)面，6次重復(fù)，取平均值。

1.3特征描述

褐紋甘蔗象觸角感器的分類(lèi)及命名依據(jù)Sch-neider（1964）命名系統(tǒng)。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均利用SPSS 21.0進(jìn)行計(jì)算與分析，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法比較雌雄成蟲(chóng)問(wèn)觸角各節(jié)的長(zhǎng)度、直徑和感器數(shù)量差異。

2結(jié)果與分析

2.1褐紋甘蔗象觸角的形態(tài)特征

褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)觸角外部形態(tài)一致，均為膝狀，著生于靠近喙基部的兩側(cè)，包括柄節(jié)（Scape）、梗節(jié)（Pedicel）和鞭節(jié)（Flagellum）3部分。其中，柄節(jié)最長(zhǎng)，占整個(gè)觸角長(zhǎng)度的50%左右；梗節(jié)較短??；鞭節(jié)包括6個(gè)鞭亞節(jié)，第1鞭亞節(jié)基部細(xì)長(zhǎng)，第2～5鞭亞節(jié)形態(tài)基本一致，似算盤(pán)珠，第6鞭亞節(jié)體積最大，形似毛筆尖，末端著生有豐富的感器（圖1）。

2.1.1雌雄蟲(chóng)觸角各節(jié)長(zhǎng)度比較 雄蟲(chóng)觸角梗節(jié)長(zhǎng)于雌蟲(chóng)但差異不顯著（P>0.05，下同），其他各節(jié)均顯著長(zhǎng)于雌蟲(chóng)（P<0.05，下同）（表1）。

2.1.2雌雄蟲(chóng)觸角各節(jié)直徑比較 由表2可知，雄蟲(chóng)觸角各節(jié)的直徑均顯著大于雌蟲(chóng)。

2.2褐紋甘蔗象觸角感器的種類(lèi)、形態(tài)和分布

褐紋甘蔗象觸角上共有3種類(lèi)型感器，分別為刺形感器、毛形感器和芽孢形感器（圖2）。

2.2.1刺形感器（Sensilla chaetica，SC） 褐紋甘蔗象觸角上的刺形感器共有3種亞型，分別為刺形感器Ⅰ型（SCⅠ）、刺形感器Ⅱ型（SCⅡ）和刺形感器Ⅲ型（SCⅢ）。SCⅠ和scm僅分布于雌雄蟲(chóng)端節(jié)。SCⅠ直立、細(xì)長(zhǎng)、無(wú)孔，遠(yuǎn)長(zhǎng)于其他感器，形狀像刺，末端較鈍圓，表面具有縱向溝棱，數(shù)量較多；SCⅢ與SCI外形相似，只是SCⅢ在近基部處呈約30°彎曲，且數(shù)量較少。SCⅡ在雌雄蟲(chóng)觸角各節(jié)均有分布，輪生于雌雄蟲(chóng)觸角的各鞭亞節(jié)，不規(guī)則著生于雌雄蟲(chóng)觸角的柄節(jié)和梗節(jié)，遠(yuǎn)長(zhǎng)于其附近的毛形感器，各節(jié)分布數(shù)量不均等，與觸角表面呈30～60°夾角。

2.2.2毛形感器（Sensilla trichodea，ST） 褐紋甘蔗象觸角上的毛形感器數(shù)量最多，在觸角各節(jié)均有分布。其表面光滑無(wú)棱，可與刺形感器相區(qū)分。毛形感器分為5種亞型，分別為毛形感器Ⅰ型（STⅠ）、毛形感器Ⅱ型（STⅡ）、毛形感器Ⅲ型（STⅢ）、毛形感器Ⅳ型（STⅣ）和毛形感器Ⅴ型（STⅤ）。STⅠ長(zhǎng)毛狀，不彎曲，外壁光滑，基部較粗，從中部開(kāi)始急劇變細(xì)，末端尖細(xì)，僅見(jiàn)于雌雄蟲(chóng)端節(jié)；STⅡ長(zhǎng)毛狀，末端稍彎曲，表面光滑，頂部較鈍圓，僅分布于雌雄蟲(chóng)端節(jié)；STⅢ與STⅡ外形十分類(lèi)似，但末端彎曲較STⅡ更多（幾乎成90°），僅著生于雌雄蟲(chóng)端節(jié)；STⅣ與STⅡ和STⅢ外形較一致，但末端較STm彎曲更多，形似鉤狀，僅在雌雄蟲(chóng)端節(jié)有發(fā)現(xiàn)且數(shù)量較少；STV長(zhǎng)毛狀，表面光滑，整體從基部開(kāi)始彎曲較嚴(yán)重，幾乎緊貼于觸角表面，基部膨大末端尖細(xì)，雌雄蟲(chóng)觸角各節(jié)均有分布且數(shù)量較多，在柄節(jié)上多簇?fù)硇纬射鰷u狀。

2.2.3芽孢形感器（Sensilla gemmiformium，SG）褐紋甘蔗象觸角上芽孢形感器的數(shù)量?jī)H次于毛形感器，其外形較短小，似剛長(zhǎng)出的小芽尖，呈鋸齒狀排列，雌雄蟲(chóng)觸角各節(jié)均有分布。芽孢形感器分為3種亞型，分別為芽孢形感器Ⅰ型（SGⅠ）、芽孢形感器Ⅱ型（SGⅡ）和芽孢形感器Ⅲ型（SGⅢ）。SGI除柄節(jié)外其他節(jié)均有分布，一般數(shù)個(gè)著生于各鞭亞節(jié)連接處及梗6節(jié)與第1鞭亞節(jié)連接處的波紋狀表皮上，似表皮長(zhǎng)出的“小嫩芽”，每個(gè)SG Ⅰ基部不相連且距離較遠(yuǎn)；SGⅡ僅分布于梗節(jié)上，靠近與柄節(jié)連接處，一般呈單個(gè)或2個(gè)著生于梗節(jié)基部的波紋狀表皮上；SGⅢ僅發(fā)現(xiàn)于柄節(jié)兩端，數(shù)個(gè)SGⅢ基部緊密相連，數(shù)量較多。

2.3褐紋甘蔗象雌雄蟲(chóng)觸角各節(jié)感器的數(shù)量比較

SC Ⅰ僅著生于褐紋甘蔗象雌雄蟲(chóng)觸角F6上，雄蟲(chóng)SC Ⅰ的數(shù)量顯著多于雌蟲(chóng)；STⅠ、STⅡ、STⅢ和STⅣ只著生于雌雄蟲(chóng)觸角F6上，雄蟲(chóng)STⅠ、STⅡ、STⅢ和STⅣ的數(shù)量均顯著多于雌蟲(chóng)，但雄蟲(chóng)STⅡ的數(shù)量顯著少于雌蟲(chóng)；SGⅢ和SGⅡ分別著生于雌雄蟲(chóng)觸角的柄節(jié)與梗節(jié)，雌蟲(chóng)SGⅡ和SGm的數(shù)量均顯著多于雄蟲(chóng)（表3）。

3討論

本研究發(fā)現(xiàn)褐紋甘蔗象雌雄成蟲(chóng)觸角感器的種類(lèi)和分布位置均無(wú)明顯差異，說(shuō)明同種感器在兩性間可能具有相似的功能，與同科茶麗紋象甲（高宇等，2013）的研究結(jié)果較一致；但在感器數(shù)量上有明顯的性二型現(xiàn)象，如雄蟲(chóng)觸角端節(jié)上SCⅠ的數(shù)量顯著多于雌蟲(chóng)，SC Ⅰ屬于機(jī)械感器，可感受外界機(jī)械刺激（趙海燕等，2016），推測(cè)其與雄蟲(chóng)在交配時(shí)感知雌蟲(chóng)反抗活動(dòng)的機(jī)械刺激有關(guān)；又如雄蟲(chóng)觸角端節(jié)）2STⅡ的數(shù)量顯著少于雌蟲(chóng)，STⅡ?qū)儆诨瘜W(xué)感器，可較早感受各種化學(xué)信息素（高景林等，2011），推測(cè)STⅡ與雌蟲(chóng)尋找合適的寄主進(jìn)行產(chǎn)卵有關(guān)。

絕大多數(shù)昆蟲(chóng)的雌雄成蟲(chóng)觸角上均具有刺形感器，一般長(zhǎng)于其他感器并最先觸碰外界，屬于感知機(jī)械刺激的感器（Ochieng et al.，2000；杜瀟等，2015）；毛形感器是褐紋甘蔗象觸角中感器亞型和數(shù)量最多、分布面積最大的一類(lèi)感器，幾乎每種昆蟲(chóng)觸角上均有分布，已被證實(shí)為感受性信息素的主要感器（Zhang et al.，2013），且前人研究的同科昆蟲(chóng)長(zhǎng)足大竹象、茶麗紋象甲和香蕉假莖象的毛形感器均具有感受性信息素的功能（楊瑤君等，2010；高宇等，2013；趙海燕等，2016）。本研究中雄蟲(chóng)觸角端節(jié)上STⅠ、STⅢ和STⅣ的數(shù)量均顯著多于雌蟲(chóng)，可能與雄蟲(chóng)感受性信息素尋找配偶有關(guān)，且已有研究報(bào)道在該成蟲(chóng)活動(dòng)高峰期時(shí)利用性信息素誘殺效果較好（王果紅等，2005）。本研究發(fā)現(xiàn)SGⅢ僅著生于柄節(jié)的兩端，且可能是一種感受重力的機(jī)械感器，當(dāng)遇到機(jī)械刺激時(shí)具有緩沖重力的功能（劉玉雙和石福明，2005），認(rèn)為其可能與觸角折疊收縮時(shí)感知梗節(jié)和喙的機(jī)械刺激有關(guān)。此外，在褐紋甘蔗象觸角端節(jié)基部、第1～5鞭亞節(jié)和梗節(jié)兩端均有呈鋸齒狀排列著生的SGⅠ，在SGI著生位置明顯可見(jiàn)有從SGⅠ過(guò)渡到STⅤ的現(xiàn)象，推斷STⅤ是從SGⅠ進(jìn)化而來(lái)。

本研究基于掃描電鏡觀(guān)察了褐紋甘蔗象觸角的外部形態(tài)特征及其上感器的種類(lèi)、分布和數(shù)量，并根據(jù)前人的研究推測(cè)各感器潛在的功能，下一步需要通過(guò)透射電鏡、單細(xì)胞記錄等電生理技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)驗(yàn)證各感器的功能，以期從本質(zhì)上探討各類(lèi)型感器在褐紋甘蔗象行為反應(yīng)中的作用。

4結(jié)論

褐紋甘蔗象觸角上著生有刺形、毛形和芽孢形3種類(lèi)型感器，雌雄成蟲(chóng)觸角感器的種類(lèi)和分布位置均無(wú)明顯差異，但在感器數(shù)量上有明顯的性二型現(xiàn)象。3種感器中以毛形感器的數(shù)量和種類(lèi)最豐富，在褐紋甘蔗象寄主定位和尋找配偶方面扮演十分重要的角色，其中，雄蟲(chóng)觸角上STⅠ、STⅢ和STⅣ的數(shù)量顯著多于雌蟲(chóng)，與感受性信息素有關(guān)，而雌蟲(chóng)觸角上STll的數(shù)量顯著多于雄蟲(chóng)，與尋找產(chǎn)卵場(chǎng)所有關(guān)。