鉤紋皮蠹觸角感器的掃描電鏡觀察

段云博 吳海盼 劉俊延 董子舒 李俊 鄭霞林 陸溫

摘要

本文采用掃描電鏡技術(shù)對(duì)鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角的形態(tài)特征及其上感器的種類、分布和數(shù)量進(jìn)行研究。結(jié)果表明，鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角均為錘狀，共有4種感器類型，即刺形感器、錐形感器、毛形感器和Bhm氏鬃毛，其中，刺形感器有3種亞型，錐形感器有2種亞型。鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角的鞭節(jié)7～9節(jié)（F7～F9）上有豐富的感器，是感知外界信息刺激最敏感的部位，雌、雄成蟲觸角間感器的類型及分布位置沒(méi)有明顯的差異，但各感器的數(shù)量存在性二型現(xiàn)象；錐形感器為嗅覺(jué)感器，可以辨別不同寄主的氣味，毛形感器可以感受性信息素，在尋找配偶方面扮演重要角色。

關(guān)鍵詞

鉤紋皮蠹； 掃描電鏡； 觸角； 感器； 超微結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：

S 433.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2017384

Observation on antennal sensilla of Dermestes ater De Geer with

scanning electron microscope

DUAN Yunbo1， WU Haipan1， LIU Junyan1， DONG Zishu1， LI Jun2， ZHENG Xialin1， LU Wen1

（1. Guangxi Key Laboratory of AgricEnvironment and AgricProducts Safety， College of Agriculture，Guangxi University， Nanning 530004， China； 2. National Demonstration Center for ExperimentalPlant Science Education， College of Agriculture， Guangxi University， Nanning 530004， China）

Abstract

The external morphological characteristics， types and distribution of antennal sensilla of Dermestes ater De Geer were observed under scanning electron microscope. The results showed that the antennae of female and male adults were hammershaped. Four types of sensilla including sensilla chaetica， sensilla basiconica， sensilla trichodea and Bhm bristles were found， of which sensilla chaetica included three subtypes and sensilla basiconica included two subtypes. The 7th to 9th flagella （F7-F9） are most sensitive part on antennae with rich sensory receptors responding to outside information. There were no obvious difference in the types and distribution of antennal sensilla for male or female， while significant sexual differences were observed in the numbers of each type of sensilla. Sensilla basiconica is an olfactory sensor that can identify the smell of different hosts， and sensilla trichodea is responsible for perceiving sex pheromones and plays an important role in spouse finding.

Key words

Dermestes ater； scanning electron microscope； antenna； sensilla； ultrastructure

鉤紋皮蠹Dermestes ater De Geer屬于鞘翅目Coleoptera皮蠹科Dermestidae，最早發(fā)現(xiàn)于我國(guó)2100多年前的長(zhǎng)沙馬王堆一號(hào)墓，目前我國(guó)各地均有為害報(bào)道[13]。該蟲在我國(guó)通常一年發(fā)生2代，主要取食動(dòng)物性物質(zhì)，例如魚干及動(dòng)物皮毛等產(chǎn)品，亦可為害蠶蛹和干繭，降低出絲率和繭質(zhì)，同時(shí)又蛀食標(biāo)本、絲綢制品和衣物等，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[45]。目前針對(duì)皮蠹科害蟲的防治主要依賴化學(xué)藥劑[69]，例如楊桂絨等研究用溴甲烷和磷化氫混用防治花斑皮蠹[9]。但是，大量頻繁地使用化學(xué)農(nóng)藥易對(duì)環(huán)境造成污染。所以，迫切需要尋找一種環(huán)境友好型的防治方法。近年來(lái)，利用綠色環(huán)保的昆蟲性信息素來(lái)防治害蟲逐步成為研究熱點(diǎn)[1012]。

明確昆蟲觸角上感受器的種類、分布和功能等是研究其兩性交流機(jī)制的關(guān)鍵，也是研究利用其性信息素開展防治工作的前提。近年來(lái)，隨著掃描電鏡技術(shù)在昆蟲學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者利用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)昆蟲的觸角感器進(jìn)行了研究[13]。但國(guó)內(nèi)外對(duì)于皮蠹科昆蟲觸角感器的研究卻極少，已知對(duì)白腹皮蠹Dermestes maculatus De Geer[14]、擬白腹皮蠹D.frischii Kugelann[14]、花斑皮蠹Trogoderma variabile Ballion[15]、谷斑皮蠹T.granarium Everts[15]等的觸角感器進(jìn)行了研究。例如，白腹皮蠹和擬白腹皮蠹觸角上有4種類型感器，分別為刺形感器、錐形感器、毛形感器和Bhm氏鬃毛[14]，為深入研究皮蠹科昆蟲的觸角感器提供了寶貴的資料。但目前尚不清楚鉤紋皮蠹觸角感器的種類和分布，以至于阻礙了研究利用性信息素防治鉤紋皮蠹的進(jìn)程。

鑒于此，本文利用掃描電子顯微鏡研究了鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角的形態(tài)、感器類型及分布，以期為進(jìn)一步探索鉤紋皮蠹兩性交流機(jī)制和利用性信息素開展其防治工作奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

鉤紋皮蠹成蟲于2016年5月從廣西南寧市武鳴區(qū)天景山絲綢有限公司蠶繭倉(cāng)庫(kù)采集，在溫度（25±1）℃、相對(duì)濕度70%±5%和光周期L∥D=14 h∥10 h條件下用玻璃培養(yǎng)皿（d=10 cm， h=2 cm）單頭飼養(yǎng)，每天用潔凈、無(wú)病蟲害的干蠶蛹飼養(yǎng)待用。

1.2 試驗(yàn)方法

隨機(jī)選取觸角完整的鉤紋皮蠹雌、雄成蟲各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，將樣品侵入70%乙醇溶液中，用超聲波振蕩儀（JP010T，斯凱清潔設(shè)備有限公司）振蕩清洗10 min，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%的乙醇溶液中逐級(jí)脫水，每個(gè)梯度脫水30 min。將脫水后的樣品自然干燥，最后將觸角樣品按照背面、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，Hitachi Ltd.，Tokyo，Japan）下進(jìn)行觀察和拍照，電子顯微鏡工作電壓為10.0 kV。利用Adobe Photoshop CS5（Adobe，San Jose，USA）軟件處理圖片及測(cè)量成蟲觸角各節(jié)的長(zhǎng)度和直徑[16]，每頭蟲重復(fù)測(cè)量3次取平均值。所有刺形感器和Bhm氏鬃毛均在其著生的整個(gè)小節(jié)計(jì)數(shù)，毛形感器和錐形感器均在觸角第7～9鞭亞節(jié)（F7～F9）的相同部位（基部、中部和端部）各選取2 500 μm2面積內(nèi)計(jì)數(shù)，每頭蟲重復(fù)計(jì)數(shù)3次取平均值。

1.3 特征描述

鉤紋皮蠹觸角感器的分類及命名依據(jù)Schneider[17]命名系統(tǒng)進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均利用SPSS 21.0（IBM，Chicago，USA）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法比較觸角各節(jié)的長(zhǎng)度、直徑和感器數(shù)量在雌、雄蟲間的差異，顯著性水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的形態(tài)特征

鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角形態(tài)一致，為錘狀，分為柄節(jié)（scape）、梗節(jié)（pedicel）和鞭節(jié)（flagellum）3部分，共11節(jié)。其中柄節(jié)占觸角長(zhǎng)度的20%，梗節(jié)較短小，與第1～4鞭亞節(jié)形態(tài)類似，鞭節(jié)包括9個(gè)鞭亞節(jié)，第6～9鞭亞節(jié)膨大呈錘狀且長(zhǎng)度占整個(gè)觸角長(zhǎng)度的41%（圖1）。

2.1.1 雌、雄蟲觸角各節(jié)長(zhǎng)度比較

觸角各節(jié)長(zhǎng)度的測(cè)量結(jié)果表明（表1），雌蟲觸角柄節(jié)、F1～F3節(jié)和F7～F9節(jié)的長(zhǎng)度均顯著長(zhǎng)于雄蟲（P<0.05），而雄蟲觸角F4～F6節(jié)的長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于雌蟲（P<0.05）。

2.1.2 雌、雄蟲觸角各節(jié)直徑比較

觸角各節(jié)直徑的測(cè)量結(jié)果表明（表2），雌蟲觸角柄節(jié)、梗節(jié)、F1～F3節(jié)和F7～F9節(jié)的直徑均顯著大于雄蟲（P<0.05），而雄蟲F4～F6節(jié)的直徑顯著大于雌蟲（P<0.05）。

2.2 觸角感器的種類、形態(tài)和分布

鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角上共有4種感器，分別為刺形感器、錐形感器、毛形感器和Bhm氏鬃毛（圖2）。

2.2.1 刺形感器（sensilla chaetica，SC）

鉤紋皮蠹雌、雄成蟲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：長(zhǎng)毛狀，表面具縱棱，底部無(wú)基座但有臼狀窩，頂部鈍圓，較長(zhǎng)，稍有彎曲，與觸角表面角度大于60°，僅見于雌、雄成蟲觸角F7～F9節(jié)，且數(shù)量極少（圖2a，e）；SCⅡ：外形如鋼刺，表面具縱棱，底部有基座和臼狀窩，在所有感器中最長(zhǎng)，一般與觸角表面角度大于30°，除F7～F9節(jié)外，雌、雄蟲觸角各節(jié)均有分布（圖2b，c）；SCⅢ：長(zhǎng)度較短，表面具縱棱，底部有基座和臼狀窩，頂部較尖，一般與觸角表面角度小于30°或幾乎緊貼于觸角表皮，除F7～F9節(jié)外，雌、雄成蟲觸角各節(jié)均有分布（圖2c）。

2.2.2 錐形感器（sensilla basiconica，SB）

鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角上的錐形感器共有2種亞型，分別為錐形感器Ⅰ型（SBⅠ）和錐形感器Ⅱ型（SBⅡ），均僅見于觸角F7～F9節(jié)上。SBⅠ：頂部有小尖，較短小，一般直立或稍彎曲于觸角表面，多密集分布于F7～F9節(jié)基部（圖2d，e）；SBⅡ：外形似一顆釘子，周圍一般布滿毛形感器，多見直立于觸角表面，數(shù)量較少（圖2d，e）。

2.2.3 毛形感器（sensilla trichodea，ST）

鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角上的毛形感器僅著生于F7～F9節(jié)上，其底部有臼狀窩但無(wú)基座，長(zhǎng)毛狀，頂端尖，幾乎布滿整個(gè)F7～F9節(jié)表面（圖2d，e）。

2.2.4 Bhm氏鬃毛（Bhm bristles，BB）

鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角上的Bhm氏鬃毛僅著生于柄節(jié)基部，長(zhǎng)度較短，表面光滑，頂端較鈍圓，一般垂直或傾斜于觸角表皮，數(shù)量較少（圖2f）。

2.3 雌、雄蟲觸角各節(jié)感器的數(shù)量比較

從表3結(jié)果可以看出，雄蟲觸角F7～F9節(jié)上SCⅠ的數(shù)量均顯著多于雌蟲（P<0.05）；雌蟲觸角柄節(jié)上SCⅡ和SCⅢ的數(shù)量均顯著少于雄蟲（P<0.05）；雌蟲觸角F7～F9節(jié)上SBⅡ的數(shù)量均顯著多于雄蟲（P<0.05）；雄蟲觸角F7～F9節(jié)上SBⅠ的數(shù)量雖多于雌蟲，但差異不顯著（P>0.05）；雌蟲觸角F7～F9節(jié)上ST的數(shù)量顯著少于雄蟲（P<0.05）；雌蟲觸角柄節(jié)上BB的數(shù)量雖少于雄蟲，但差異不顯著（P>0.05）。

3 討論

本研究首次通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)鉤紋皮蠹成蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，結(jié)果顯示該蟲觸角共有3種刺形感器、2種錐形感器、1種毛形感器和Bhm氏鬃毛，發(fā)現(xiàn)與同科昆蟲白腹皮蠹和擬白腹皮蠹成蟲觸角的感器類型一致[14]。錐形感器在昆蟲觸角感器類型中較為常見，一般認(rèn)為其具有嗅覺(jué)功能，在氣味識(shí)別方面發(fā)揮重要作用[1819]，例如在對(duì)紅脂大小蠹Dendroctonus valens LeConte的研究中證實(shí)該感器為主要的嗅覺(jué)感器，在寄主搜尋和危險(xiǎn)趨避等行為中起到了關(guān)鍵的作用[20]，又如在對(duì)桉嗜木天牛Phoracantha semipunctata Fabricius的研究中，Lopes等人利用電生理試驗(yàn)證明錐形感器具有識(shí)別植物氣味分子的功能[21]，而在對(duì)四紋豆象Callosobruchus maculatus Fabricius、綠豆象Callosobruchus chinensis Linnaeus、曲紋花天牛Leptura arcuata Panzer和橡黑花天牛Leptura aethiops Poda的研究中中均發(fā)現(xiàn)雄性個(gè)體錐形感器的數(shù)量顯著高于雌性，認(rèn)為該感器還具有感受性信息素的功能[2224]。本研究中認(rèn)為鉤紋皮蠹觸角上的錐形感器具有嗅覺(jué)功能，可以識(shí)別不同的寄主氣味，由于雌蟲觸角F7～F9節(jié)上SBⅡ的數(shù)量顯著多于雄蟲，故雌蟲的嗅覺(jué)能力要比雄蟲強(qiáng)，認(rèn)為可能與雌蟲在產(chǎn)卵時(shí)需要辨別不同的寄主以尋找合適的產(chǎn)卵場(chǎng)所有關(guān)。毛形感器幾乎存在于每一種昆蟲的觸角上，一般認(rèn)為其具有感受機(jī)械刺激和化學(xué)信息素刺激的功能[2526]，有學(xué)者在對(duì)云斑天牛Batocera lineolata Chevrolat的研究中證實(shí)該感器具有嗅覺(jué)功能，在對(duì)寄主氣味的識(shí)別方面起重要作用[27]，還有學(xué)者在對(duì)桉嗜木天牛的研究中證實(shí)毛形感器同時(shí)具有觸覺(jué)感受的功能[21]，而在對(duì)絨毛梳爪叩甲Melanotus villosus Geoffroy的研究中發(fā)現(xiàn)雌雄個(gè)體間毛形感器的數(shù)量存在性二型現(xiàn)象，且雄蟲觸角上毛形感器的數(shù)量顯著多于雌蟲，認(rèn)為毛形感器具有感受性信息素的功能[28]，其后也有諸多學(xué)者證實(shí)毛形感器是昆蟲感受性信息素的主要感器[19， 29]，本研究中雌雄蟲觸角F7～F9節(jié)上ST的數(shù)量存在明顯的性二型現(xiàn)象，且雄蟲觸角F7～F9節(jié)上ST的數(shù)量顯著多于雌蟲，推測(cè)該感器很可能與雄蟲感受性信息素尋找配偶有關(guān)。

1） 表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同種感器雌雄后不同字母表示經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)存在顯著性差異（P<0.05）。

The data in this table are mean±SE， The different letters of the same type of sensillum indicate significant difference based on ttest （P<0.05）.

本文利用掃描電鏡觀察鉤紋皮蠹雌、雄成蟲觸角的外部形態(tài)特征及其上感器的種類、分布和數(shù)量，并根據(jù)前人的研究推測(cè)部分感器潛在的功能，下一步需要通過(guò)單細(xì)胞記錄、觸角電位和透射電鏡等電生理技術(shù)去驗(yàn)證各感器的功能，從而為開發(fā)利用性信息素防治鉤紋皮蠹奠定基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：田 喆）