基于小盾片形狀的二星蝽屬Eysarcoris族級(jí)地位研究(半翅目：蝽科)

李榮榮 ，李 敏 ，閆 江，張虎芳

(1.太原師范學(xué)院，山西 晉中 030619；2.忻州師范學(xué)院，山西 忻州 034000)

二星蝽屬 (半翅目，蝽科) 主要分布于歐亞大陸、澳大利亞以及非洲等地[1].到目前為止，我國(guó)境內(nèi)共有二星蝽屬物種9種[2，3].該屬昆蟲體形較小，長(zhǎng)4-6 mm，寬3-4 mm，灰白到黃褐色，主要鑒別特征是位于小盾片基角處的黃白斑.屬內(nèi)的一些種類，如北二星蝽、廣二星蝽、二星蝽等是重要的農(nóng)業(yè)害蟲，可以通過(guò)吸食作物莖稈和葉穗部分汁液，阻礙作物正常生長(zhǎng)發(fā)育，引起籽粒干癟，甚至導(dǎo)致植株枯死[4-8].

小盾片形狀是研究二星蝽屬分類地位的重要依據(jù).本文選取152頭樣本，涵蓋了二星蝽屬及其12個(gè)近緣屬.通過(guò)Cluster分析、主成分分析、典型變量分析等形態(tài)測(cè)量學(xué)方法，對(duì)代表樣本的小盾片形狀進(jìn)行定量比較，量化它們之間的形狀差異，探討其親緣關(guān)系，為二星蝽屬的歸屬問(wèn)題提供幾何形態(tài)學(xué)方面的依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究材料

本研究共使用152頭干制或酒精浸制標(biāo)本，分屬于蝽亞科的12個(gè)屬.標(biāo)本的詳細(xì)信息見(jiàn)表1.

1.2 研究方法

1.2.1 圖像采集

表1 所用標(biāo)本種類及數(shù)量

圖1 小盾片輪廓標(biāo)點(diǎn)提取

拍照使用Leica M165C體式顯微鏡裝載Leica MC120HD成像系統(tǒng).為留存完整標(biāo)本，我們用昆蟲針將整頭標(biāo)本固定至泡沫板上，盡量使每頭標(biāo)本的擺放位置、方位、高低程度和縮放大小一致.拍照過(guò)程中注意使小盾片平面保持垂直于鏡頭的狀態(tài).拍照完成后，依次使用tpsUtil v1.26和tpsDig v2.05軟件將所得的二維圖像矢量化并將小盾片輪廓數(shù)字化[15].所有標(biāo)本的拍照和標(biāo)點(diǎn)提取均由同一個(gè)人完成，以最大程度的減小誤差.小盾片輪廓由一條包括50 個(gè)半標(biāo)點(diǎn)的曲線組成[16](圖1).

拍照使用Leica M165C體式顯微鏡裝載Leica MC120HD成像系統(tǒng).為留存完整標(biāo)本，我們用昆蟲針將整頭標(biāo)本固定至泡沫板上，盡量使每頭標(biāo)本的擺放位置、方位、高低程度和縮放大小一致.拍照過(guò)程中注意使小盾片平面保持垂直于鏡頭的狀態(tài).拍照完成后，依次使用tpsUtil v1.26和tpsDig v2.05軟件將所得的二維圖像矢量化并將小盾片輪廓數(shù)字化[15].所有標(biāo)本的拍照和標(biāo)點(diǎn)提取均由同一個(gè)人完成，以最大程度的減小誤差.小盾片輪廓由一條包括50 個(gè)半標(biāo)點(diǎn)的曲線組成[16](圖1).

1.2.2 形狀分析

由于本研究使用的代表物種樣本數(shù)量差異較大，因此使用平均形狀來(lái)進(jìn)行研究.代表種小盾片平均形狀以及它們之間的普氏距離使用MorphoJ v1.06d[17]計(jì)算.在PAST v3.23[18]中調(diào)取Multivariate選項(xiàng)卡，使用其中的Clustering選項(xiàng)對(duì)各個(gè)分類組進(jìn)行聚類分析(10000 replications)，獲得各個(gè)屬代表樣本的平均形狀聚類圖.使用MorphoJ v1.06d軟件對(duì)分類組進(jìn)行主成分分析(PCA)和典型變量分析(CVA)，計(jì)算普氏距離、馬氏距離并統(tǒng)計(jì)組間小盾片形狀差異顯著性.最后利用tpsRelw v1.49中的薄板樣條分析功能展示小盾片組間形狀差異.

2 結(jié)果與分析

圖 2展示了小盾片形狀的聚類結(jié)果和薄板樣條分析結(jié)果.從圖2中可以看出，基于小盾片平均形狀的聚類分析將所有被試物種分為三組.GroupI位于聚類圖的頂部，由舌盾族成員組成，包括赤條蝽屬、黃蝽屬、麥蝽屬、玉蝽屬.GroupII匯集了蝽族成員，包括普蝽屬、綠蝽屬、真蝽屬、青蝽屬和彎角蝽屬.GroupIII位于聚類圖的底部，由二星蝽屬、輝蝽屬和狄蝽屬組成，三者都是二星蝽族成員.薄板樣條分析顯示，三組小盾片形狀差異很大.從GroupI到GroupIII小盾片的長(zhǎng)寬比逐漸變大，小盾片中部逐漸凹陷變窄.

PCA分析共產(chǎn)生23個(gè)主成分，其中圖3所展示的前兩個(gè)主成分 (PC1，PC2)共解釋92%的小盾片形狀變異.PCA散點(diǎn)圖獲得了與聚類分析相近的結(jié)果，在聚類圖中聚為一支的物種，在PCA散點(diǎn)圖中也聚集在一起.CVA散點(diǎn)圖結(jié)果與PCA分析一致，三組代表物種明顯分離，各自占據(jù)獨(dú)立的位置(圖3).基于馬氏距離和普氏距離的置換檢驗(yàn)均顯示，GroupI，GroupII和GroupIII間小盾片形狀存在顯著差異(P<0.001).

圖2 聚類分析和薄板樣條分析

圖3 主成分分析和典型變量分析

馬氏距離及P值普氏距離及P值GroupIGroupIIGroupIIIGroupIGroupIIGroupIIIGroupI0.000 2<0.000 10.000 5<0.000 1GroupII19.539 4<0.000 10.146 3<0.000 1GroupIII22.622 313.781 60.160 00.126 3

3 結(jié)論與討論

從聚類結(jié)果來(lái)看，二星蝽族與舌盾族和蝽族成員各自聚合為獨(dú)立一支.PCA分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果相似.基于普氏距離和馬氏距離的差異顯著性檢驗(yàn)顯示三組樣本之間存在顯著差異.狄蝽屬DymantiscusHsiao建立于1981年.在此之前，Distant，Kirkaldy的分類系統(tǒng)中二星蝽屬和輝蝽屬都位于同一族內(nèi)，這種關(guān)系也得到分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持[19].2006年Rider的分類系統(tǒng)恢復(fù)了二星蝽族并將二星蝽屬、狄蝽屬和輝蝽屬一起歸于本族，與本研究結(jié)果一致.

從薄板樣條分析可以看出，三個(gè)聚類組之間小盾片形狀差異明顯.GroupI小盾片長(zhǎng)而寬，端部寬而圓，整體形如長(zhǎng)舌狀.其形態(tài)與楊惟義對(duì)舌盾族成員小盾片的描述更為接近.GroupII小盾片中部明顯收縮，端部尖銳.GroupIII小盾片形狀長(zhǎng)寬比較小，端部稍尖.

本研究使用形態(tài)測(cè)量學(xué)方法定量分析了小盾片形狀差異，證明二星蝽族與蝽族、舌盾族小盾片存在顯著差異.之前基于DNA barcoding的分子數(shù)據(jù)研究證明二星蝽屬并沒(méi)有與舌盾族的赤條蝽和玉蝽優(yōu)先聚類，細(xì)胞分類學(xué)的相關(guān)研究也證實(shí)二星蝽屬與其他幾種蝽亞科昆蟲的核型存在較大差異[14，19].基于本研究和前人研究結(jié)果，我們認(rèn)為二星蝽屬既不應(yīng)該屬于蝽族，也不應(yīng)該屬于舌盾族，同意將其劃歸于二星蝽族.

蝽亞科內(nèi)部族級(jí)水平的分類一直存在爭(zhēng)議，屬間的親緣關(guān)系也處于不斷探索階段.二星蝽近緣屬標(biāo)本種類及代表種標(biāo)本數(shù)量都會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此本研究在前期研究的基礎(chǔ)上盡量增加代表種的樣本量同時(shí)去除掉數(shù)量特別少的樣本以最大程度的減少實(shí)驗(yàn)誤差.近年來(lái)，幾何形態(tài)學(xué)在闡明類群之間的系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化關(guān)系方面的起到非常重要的作用[20，21，22]，有時(shí)在一些疑難種、化石標(biāo)本鑒定、地理種群微進(jìn)化方面顯得更勝一籌[23，24]，不得不說(shuō)幾何形態(tài)學(xué)在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分類和分子生物學(xué)研究中的不足.