2種尺蛾成蟲口器感器超微結(jié)構(gòu)的觀察

張方梅，洪 楓，潘鵬亮，尹 健，趙 琦，金銀利

(1.信陽農(nóng)林學(xué)院/河南省豫南農(nóng)作物有害生物綠色防控院士工作站,河南 信陽 464000;2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 開封試驗站,河南 開封 475000)

尺蛾科(Geometridae)是鱗翅目(Lepidoptera)中僅次于夜蛾科(Noctuidae)的大科，全世界已描述種類約21 000種[1]，其中許多種類都是重要的害蟲。如，桑褶翅尺蛾(ZamacraexcavataDyar)主要危害新疆南疆地區(qū)的經(jīng)濟(jì)林，對當(dāng)?shù)亓止麡I(yè)的健康和綜合效益造成巨大威脅[2]；刺槐尺蛾(Napocheimarobiniae)、木橑尺蛾(Culculapanterinaria)等是一類暴食性害蟲，短時間內(nèi)可將整枝、整樹葉片食光，影響刺槐的生長[3]。尺蛾具有典型、高度特化的虹吸式口器，包含1對發(fā)達(dá)的下唇須和1個可伸縮卷曲的喙管。喙管是下顎的外顎葉極度延長，由背、腹連接片相互連鎖形成的。背、腹連接片將2個外顎葉嵌合在一起形成的結(jié)構(gòu)為食物道[4-5]。

口器的結(jié)構(gòu)可以反映其取食模式和食物類型，其上著生有多種感器類型。這些感器在昆蟲覓食行為、寄主識別、產(chǎn)卵地點選擇等過程中發(fā)揮重要的功能。不同種間這些感器的形狀和數(shù)量均存在差異[4-5]。鱗翅目成蟲口器形態(tài)及其感器已被廣泛地研究，如夜蛾科[6-8]、弄蝶科(Hesperiidae)[9]、蛺蝶科(Nymphalidae)、粉蝶科(Pieridae)和鳳蝶科(Papilionidae)[5]等，但尚未見關(guān)于尺蛾科成蟲口器感器超微結(jié)構(gòu)的研究報道。

茶銀尺蠖[Scopulasubpunctaria(Herrich-Schaeffer)]和灰茶尺蠖(EctropisgrisescensWarren)隸屬鱗翅目尺蛾科，是我國茶園的重要害蟲，其繁殖快，發(fā)生代數(shù)多，蔓延迅速，極易暴發(fā)成災(zāi)。2種尺蛾危害均以幼蟲取食葉片為主[10]，具有暴食性，大發(fā)生時，能夠使茶葉禿頂，僅剩主脈，嚴(yán)重影響茶葉的品質(zhì)和產(chǎn)量，給生產(chǎn)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失[11-12]。其中，茶銀尺蠖主要分布在南方各省，灰茶尺蠖幾乎覆蓋了我國所有產(chǎn)茶省份。目前對該類害蟲的研究主要集中在形態(tài)學(xué)、生物學(xué)、危害及防治等方面[11-14]，而對成蟲口器感器超微結(jié)構(gòu)的研究尚未見報道。為此，利用掃描電鏡對這2種尺蛾成蟲口器感器的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并對其感器的功能進(jìn)行討論，為研究該類害蟲的取食行為機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試?yán)ハx

茶銀尺蠖、灰茶尺蠖幼蟲采自河南省信陽市馬鞍山茶園(32°10′50″N、113°50′17″E)，將其帶回實驗室內(nèi)用新鮮的帶枝茶葉飼養(yǎng)多代。飼養(yǎng)條件：溫度(25±1)℃、相對濕度(60±5)%、光周期16L∶8D。選取剛羽化的成蛾作為供試?yán)ハx。

1.2 樣品的制備與觀察

取新羽化的茶銀尺蠖和灰茶尺蠖雌、雄蛾口器，用2.5%戊二醛固定過夜，取出后用0.1 mol/L pH值7.2的磷酸緩沖液沖洗；經(jīng)30%、50%、70%、80%、90%乙醇梯度逐級脫水各20 min，之后再用無水乙醇脫水，重復(fù)2次各20 min。臨界點干燥，用導(dǎo)電膠將各組織樣品粘于樣品臺上，JFC-1600型真空鍍膜儀(日本電子株式會社，東京)噴金后，置于JSM-7900F型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會社，東京)下觀察拍照。感器的分類和命名參照SCHNEIDER[15]方法，并結(jié)合前人研究結(jié)果進(jìn)行鑒別和命名[5-6,9]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

借助Sigma Scan Pro Measurement system 5.0軟件測量感器長度和基部直徑。每種感器重復(fù)測量10次，測量值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 尺蛾喙管的基本構(gòu)造

經(jīng)掃描電鏡觀察，2種尺蛾的口器均為虹吸式，下顎的外顎葉極度延長，左右2個外顎葉通過背(dgl)、腹連接片(vgl)連鎖，形成喙管(pr)，位于兩下唇須之間。喙管不用時呈發(fā)條狀，盤縮卷曲在頭部下方，從基部至頂端(pt)漸細(xì)(圖1A、圖2A)。2種尺蛾雌、雄喙管在大小和形狀上無明顯差異。整體表面較為粗糙，密布表皮突起物(cp)(圖1B、圖2B)。

2種尺蛾整個喙管上均有感器著生，主要包括3類，分別是毛形感器(st)、錐形感器(sb)和栓錐形感器(ss)。毛形感器分布在整個喙管上，錐形感器分布在喙管中部，栓錐形感器密布在喙管端部。

2.2 茶銀尺蠖口器感器

茶銀尺蠖口器上共觀察到毛形感器、錐形感器和栓錐形感器3種感器。毛形感器分為3個亞型，錐形感器分為2個亞型，栓錐形感器數(shù)量較多，分布在喙管尖端(圖1)。各類感器的形態(tài)比較如表1所示。

2.2.1 毛形感器 毛形感器在茶銀尺蠖整個喙管上均有分布，方向指向背、腹連接片。呈毛形，外壁具縱紋，端部尖細(xì)或鈍圓，基窩凹陷(圖1B)。根據(jù)茶銀尺蠖毛形感器的長度、形狀等將其分為3個亞型。

毛形感器Ⅰ(st1)：著生在深陷、寬闊的基窩內(nèi)，外壁具縱紋，頂端鈍圓。斜立或直立于喙管側(cè)面，較短，平均長度約為15.16 μm，基部直徑約為2.12 μm，密度較低(圖1C)。

毛形感器Ⅱ(st2)：著生在較窄的基窩內(nèi)，與喙管表皮呈一定角度或緊貼表皮支出，指向背、腹連接片。從基部至頂端逐漸變細(xì)，外壁縱紋明顯，平均長度約為34.69 μm，基部直徑約為2.13 μm。相對于毛形感器Ⅰ，密度稍大(圖1D)。

A：盤曲的喙管(pr)，示背連接片(dgl)和腹連接片(vgl)；B：喙管基部的毛形感器(st)、表皮凸起物(cp)和腹連接片(vgl)；C：毛形感器Ⅰ(st1)；D：毛形感器Ⅱ(st2)；E：毛形感器Ⅲ(st3)；F：喙管中部的錐形感器Ⅰ(sb1)；G：喙管內(nèi)面，示食道(fc)、錐形感器Ⅱ(sb2)和背連接片(dgl)；H：喙管尖端的栓錐形感器(ss)A:Proboscis coiled (pr),showing the dorsal (dgl) and ventral galeal linkage (vgl);B:Sensilla trichodae (st),cuticular processes (cp) and ventral galeal linkage (vgl) on the proximal region of the proboscis;C:Sensilla trichodae Ⅰ (st1);D:Sensilla trichodae Ⅱ (st2);E:Sensilla trichodae Ⅲ (st3);F:Sensilla basiconica Ⅰ (sb1) on the middle region of the proboscis;G:Inner view of the proboscis,showing food canal (fc),sensilla basiconica Ⅱ (sb2) and the dorsal galeal linkage (dgl);H:Sensilla styoconica (ss) on the tip of the proboscis圖1 茶銀尺蠖成蟲口器感器Fig.1 Proboscis sensilla in adults ofScopula subpunctaria

毛形感器Ⅲ(st3)：直立于喙管表面，外壁從基部至中部具縱紋，端部無縱紋且指狀分裂，平均長度約為17.17 μm，基部直徑約為2.33 μm，僅在喙管中部發(fā)現(xiàn)1根(圖1E)。

2.2.2 錐形感器 錐形感器分布在茶銀尺蠖喙管中部，基窩深陷。呈錐形，外壁光滑，從基部至端部漸細(xì)或鈍圓。根據(jù)茶銀尺蠖錐形感器的長度、形狀等將其分為2個亞型。錐形感器 Ⅰ (sb1)：著生在深陷、狹窄的圓形基窩內(nèi)，較短，直立，端部鈍圓，外壁光滑。平均長度約為2.72 μm，基部直徑約為1.81 μm(圖1F)。錐形感器 Ⅱ (sb2):分布于食道內(nèi)壁，著生在深陷、狹窄的基窩內(nèi)，基窩四周明顯隆起，端部稍尖，平均長度約為5.11 μm，基部直徑約為1.24 μm(圖1G)。

2.2.3 栓錐形感器 栓錐形感器主要密集分布在喙管的端部，數(shù)量多，基窩微陷，狹窄，基座六瓣蓮花狀，感覺栓膨大，六棱，近圓柱體。其中六棱各自對應(yīng)蓮花底座的六瓣間隙，每個棱末端延伸形成6個漸尖的突起，包圍著圓錐體的感覺錐。栓錐形感器平均長度約為11.26 μm，基部直徑約為7.29 μm(圖1H)。

A：盤曲的喙管(pr)，示喙管尖端(pt)和背連接片(dgl)；B：喙管基部的毛形感器(st)、表皮凸起物(cp)和腹連接片(vgl)；C：毛形感器Ⅰ(st1)；D：毛形感器Ⅱ(st2)；E：喙管中部的錐形感器Ⅰ(sb1)；F：喙管中部的錐形感器Ⅱ(sb2)；G：喙管末端的栓錐形感器(ss)A:Proboscis coiled (pr),showing proboscis tip (pt) and the dorsal galeal linkage (dgl);B:Sensilla trichodae (st),cuticular processes (cp) and ventral galeal linkage (vgl) on the proximal region of the proboscis;C:Sensilla trichodae Ⅰ (st1);D:Sensilla trichodae Ⅱ (st2);E:Sensilla basiconica Ⅰ (sb1) on the middle region of the proboscis;F:Sensilla basiconica Ⅱ (sb2) on the middle region of the proboscis;G:Sensilla styoconica (ss) on the tip of the proboscis圖2 灰茶尺蠖成蟲口器感器Fig.2 Proboscis sensilla in adults ofEctropis grisescens

感器類型Types of sensilla長度/μmLength基寬/μmWidth頂端Tip外壁Wall總體形狀Shape基窩Socket毛形感器Ⅰ Sensilla trichodae Ⅰ15.16±0.232.12±0.04鈍圓具縱紋斜立或直立深陷、寬闊毛形感器Ⅱ Sensilla trichodae Ⅱ34.69±0.132.13±0.04較尖具縱紋斜立,總體漸狹微陷、狹窄毛形感器Ⅲ Sensilla trichodae Ⅲ17.17±0.112.33±0.08指狀分裂具縱紋直立,總體漸狹深陷、寬闊錐形感器Ⅰ Sensilla basiconica Ⅰ2.72±0.031.81±0.12鈍圓光滑直立,基部粗壯深陷、狹窄錐形感器Ⅱ Sensilla basiconica Ⅱ5.11±0.081.24±0.03稍尖光滑直立,基部寬扁深陷、狹窄栓錐形感器Sensilla styloconica11.26±0.067.29±0.07―具棱直立,圓柱形微陷、狹窄

2.3 灰茶尺蠖口器感器

灰茶尺蠖口器上也觀察到毛形感器、錐形感器和栓錐形感器3種感器。毛形感器分為2個亞型，錐形感器分為2個亞型，栓錐形感器數(shù)量較多，分布在喙管尖端(圖2)。各類感器的形態(tài)比較如表2所示。

表2 灰茶尺蠖口器不同類型感器的形態(tài)特征Tab.2 Morphological characteristics of the sensilla ofEctropis grisescens

2.3.1 毛形感器 毛形感器主要分布在灰茶尺蠖喙管側(cè)面，呈毛形，直立或與喙管呈一定角度支出。外壁具縱紋，端部尖細(xì)，基窩微陷(圖2B)。根據(jù)其長度、形狀等將其分為2個亞型。毛形感器Ⅰ(st1)：著生在較窄的基窩內(nèi)，基部粗壯，端部尖細(xì)，較短，平均長度約為22.91 μm，基部直徑約為2.72 μm(圖2C)；毛形感器Ⅱ(st2)：與喙管表皮呈一定角度支出，從基部至頂端逐漸變細(xì)，平均長度約為44.57 μm，基部直徑約為2.55 μm，相對于毛形感器Ⅰ，長度較長，密度稍大(圖2D)。

2.3.2 錐形感器 錐形感器在灰茶尺蠖喙管中部背面和腹面，基窩深陷。呈錐形，外壁光滑，從基部至端部漸細(xì)或鈍圓。根據(jù)其長度、形狀等將其分為2個亞型。錐形感器Ⅰ(sb1)：較短，端部稍尖，外壁光滑，平均長度約為3.38 μm，基部直徑約為1.62 μm(圖2E)；錐形感器Ⅱ(sb2):著生在深陷、狹窄的基窩內(nèi)，基窩四周明顯隆起，端部鈍圓，相對于錐形感器Ⅰ，長度較長，基部直徑較粗，平均長度約為10.45 μm，基部直徑約為2.50 μm(圖2F)。

2.3.3 栓錐形感器 栓錐形感器分布在喙管的尖端區(qū)域，數(shù)量多，基窩微陷、狹窄，基座呈圓形，平均長度約為10.99 μm，基部直徑約為7.15 μm(圖2G)。感覺栓膨大具六棱，每個棱末端平截，感覺錐圓錐形。

2.4 2種尺蛾口器感器的比較

通過掃描電鏡觀察，2種尺蛾的喙管結(jié)構(gòu)及其感器均不存在性二型現(xiàn)象。2種尺蛾喙管上具有3種類型的感器，包括毛形感器、錐形感器和栓錐形感器。其中，茶銀尺蠖的毛形感器具有3個亞型，分布在喙管的側(cè)面、背面和腹面，指向背、腹連接片，具有特殊的毛形感器Ⅲ，灰茶尺蠖喙管上具有2個亞型的毛形感器，分布在喙管的側(cè)面，背向背、腹連接片；2種尺蛾的錐形感器均具有2個亞型，但形狀和長度上存在差異；2種尺蛾的栓錐形感器外壁均具六棱，茶銀尺蠖的栓錐形感器基窩六瓣蓮花狀，外壁各棱能延長，末端尖細(xì)，包圍感覺錐，而灰茶尺蠖的栓錐形感器基窩圓形，外壁各棱末端平截。

3 結(jié)論與討論

昆蟲觸角是主要的氣味識別器官，目前關(guān)于寄主識別的研究較多集中在觸角感器上[16-18]。但昆蟲口器也在寄主植物選擇和取食過程中發(fā)揮重要的作用。鱗翅目成蟲具有特化的虹吸式口器，一般具有3類感器，為毛形感器、錐形感器和栓錐形感器[19]。本研究在茶銀尺蠖和灰茶尺蠖口器上也發(fā)現(xiàn)了這3類感器。

毛形感器是虹吸式口器中分布最廣的感器類型，屬于機(jī)械感器[5]。其分布在整個喙管上，從基部到端部密度由集中到分散，長度也漸短。在取食中，主要用來探測花粉管的直徑和深度[4]。本研究發(fā)現(xiàn)茶銀尺蠖和灰茶尺蠖的毛形感器在喙管上的分布不同，茶銀尺蠖的毛形感器分布在喙管側(cè)面、背面和腹面，而灰茶尺蠖的毛形感器主要分布在喙管的側(cè)面，在基部且側(cè)面分布的毛形感器較短，可能在取食過程中能夠防止花筒堵塞。另外，本研究發(fā)現(xiàn)2種尺蛾的毛形感器外壁均具明顯的縱紋，而夜蛾科、蛺蝶科的毛形感器外壁光滑，無縱紋[5-6]，表明不同鱗翅目昆蟲取食食物不同，同類型感器的形態(tài)也存在一定的差異。

錐形感器屬于味覺、嗅覺感器，頂端具孔，能夠感受氣味分子。本研究發(fā)現(xiàn)2種尺蛾的錐形感器主要分布在喙管中段，密度較小，與其他鱗翅目昆蟲口器錐形感器分布一致，但形態(tài)上具有差異[5]。本研究中2種尺蛾喙管中段分布的錐形感器長度不一，形態(tài)上存在差異。在茶銀尺蠖的食道內(nèi)觀察到另外一種錐形感器，已有研究表明，其在取食過程中能夠感知液體速度[20]。由于樣品擺放位置的原因，未觀察到灰茶尺蠖食道內(nèi)的錐形感器。

鱗翅目昆蟲的栓錐形感器密集分布在喙管的端部，是由錐形感器衍生而來的，可感知各種物質(zhì)，特別是糖類物質(zhì)，作為化學(xué)、機(jī)械感器。在取食中甚至可以當(dāng)作花粉刷，具有收集花粉的作用[21]。在形態(tài)上，不同昆蟲的栓錐形感器外形變化較大。本研究發(fā)現(xiàn)，茶銀尺蠖的栓錐形感器與棉鈴蟲(Helicoverpaarmigera)、煙夜蛾(Helicoverpaassulta)的相似，基座六瓣蓮花狀，均具有六棱，且各棱末端延伸成漸尖突起，包圍著圓錐狀感覺錐，與銀紋夜蛾(Argyrogrammaagnata)不同[6-7]?；也璩唧端ㄥF形感器外觀與茶銀尺蠖相似，區(qū)別在于外壁六棱末端是否形成較尖突起。

茶銀尺蠖和灰茶尺蠖同屬于鱗翅目尺蛾科，本研究明確了2種尺蛾喙管感器的形態(tài)、種類及分布，并對感器功能進(jìn)行了討論。而有關(guān)這些感器的具體功能，仍需結(jié)合透射電鏡和電生理試驗進(jìn)一步驗證，以期為揭示2種尺蛾的取食行為機(jī)制和食性進(jìn)化奠定基礎(chǔ)。