蘋褐帶卷蛾成蟲觸角和喙感器的超微結(jié)構(gòu)觀察

林高振，孫 勇，陳玉鑫，徐世才，李廣偉*

(1.陜西省區(qū)域生物資源保育利用工程技術(shù)研究中心(延安大學(xué))；2.延安大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 延安 716000)

觸角屬于昆蟲的主要嗅覺器官，在昆蟲的生存及對環(huán)境的適應(yīng)方面起著至關(guān)重要的作用，昆蟲通過靈敏的嗅覺系統(tǒng)能夠感知同種異性個體、寄主植物以及捕食者釋放的一系列化學(xué)信息[1]。因此，人們可以據(jù)此開發(fā)各類昆蟲的信息素，實現(xiàn)對靶標(biāo)害蟲的有效監(jiān)測和治理。目前為止，研究者已開展了大量研究去探究鱗翅目昆蟲的觸角感器中的感器類型，共發(fā)現(xiàn)諸如毛形感器、刺形感器、鐘形感器、錐形感器、耳形感器、鱗形感器、芽形感器、B?hm氏鬃毛等10余種嗅覺感覺器[2-5]。Guo等[6]研究顯示，昆蟲口器的結(jié)構(gòu)可以反映其取食模式和食物類型，其上生長的感器在覓食、寄主識別、產(chǎn)卵地點(diǎn)選擇等過程中亦發(fā)揮著重要功能。因此，對昆蟲觸角感器及其口器的種類、分布、形態(tài)和功能進(jìn)行深入研究，能夠在探索昆蟲的行為學(xué)方面提供依據(jù)。

蘋褐帶卷蛾Adoxophyesorana屬鱗翅目Lepidoptera、卷蛾科Tortricidae。該蟲主要通過卷葉蛀食果樹的葉片，導(dǎo)致葉片脫落、樹勢衰敗，進(jìn)而影響果實的產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。隨著陜西延安地區(qū)蘋果種植面積的不斷擴(kuò)大，蘋褐帶卷蛾逐漸上升為危害蘋果的重要害蟲[8]。前人對蘋褐帶卷蛾的研究主要集中在生物學(xué)特性觀察[9]、毒力測定及藥劑篩選[10]、種群發(fā)生規(guī)律[11]、性信息素合成及誘捕技術(shù)[12]、滯育機(jī)理[13]等方面。Tsuruta等[14]應(yīng)用人工合成的性信息素通過誘捕和迷向技術(shù)在監(jiān)測和防治蘋褐帶卷蛾方面取得了成功。目前對蘋褐帶卷蛾嗅覺通訊機(jī)制方面的研究較少，該蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)尚無報道。本研究通過掃描電鏡對蘋褐帶卷蛾成蟲觸角和喙的感器類型、數(shù)量及分布特征進(jìn)行了觀察和描述，以期為探索性信息素和寄主植物揮發(fā)物在求偶交配、寄主識別和選擇等行為中的作用機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

蘋褐帶卷蛾試蟲來源于生命科學(xué)學(xué)院昆蟲與害蟲防治實驗室繼代飼養(yǎng)的實驗種群。飼養(yǎng)條件：溫度和相對濕度分別為(25±1)℃和(70±5)%，光周期(L:D)為15:9。本實驗所用的成蟲其幼蟲飼喂蘋果葉片，成蟲羽化后飼喂5%的白糖水補(bǔ)充營養(yǎng)至實驗用蟲。

1.2 掃描電鏡樣品的制備

將初羽化的蘋褐帶卷蛾雌雄蟲各10頭，分別單頭置于指形管內(nèi)并用脫脂棉封口，利用浸有乙醚的棉球?qū)⑵涿宰?，在解剖鏡下用尖頭鑷子和眼科剪將觸角及喙完整剪下后單個樣品分別置于1.5 mL離心管中，然后各加入1 mL 2.5%的戊二醛固定液(pH 7.4)，再將其置于4℃冰箱中固定2 d。移取固定液后再加入70%的乙醇，經(jīng)超聲波對其進(jìn)行清洗3 min，然后分別以75%、80%、85%、90%、95%和100%的乙醇對其進(jìn)行梯度脫水，每次脫水各5 min。脫水結(jié)束后再將樣品置于干燥器內(nèi)干燥。用導(dǎo)電膠將處于不同側(cè)面的樣品粘于樣品臺上，通過日立MC-1000型離子濺射儀對樣品進(jìn)行噴金導(dǎo)電，鍍金完成后，在日立S-3400掃描電子顯微鏡下觀察并拍照。觸角和喙上感器的分類和命名主要參考Schneider[15]和Iwasaki[16]的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋褐帶卷蛾觸角和喙的形態(tài)結(jié)構(gòu)

蘋褐帶卷蛾雌雄蟲觸角形態(tài)為絲狀，其自基部至端部漸細(xì)，共具有柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)3部分。其中柄節(jié)較短小，呈長圓柱體形，分布有大量的B?hm氏鬃毛；梗節(jié)膨大，呈圓球型，全部包被層疊相加的鱗片；鞭節(jié)部分較細(xì)長，雌雄蟲觸角鞭節(jié)分別由36和38個圓柱狀的亞節(jié)組成，腹面存在的感器最密，且背面被整齊排列的鱗片包被，在鱗片間間插分布有少量感器(圖1A、1B)。雄蛾觸角長3.26～3.94 mm，雌蛾觸角長3.41～3.73 mm；蘋褐帶卷蛾具有虹吸式口器，其下顎左右2側(cè)的外顎葉出現(xiàn)延長，并通過背和腹連接片連鎖，在2個下唇須之間形成喙管。喙管呈發(fā)條狀在頭部下方盤縮卷曲，且由基部至頂端逐漸變細(xì)。喙管整體十分粗糙，并伴有表皮突起物(圖1C)。

A.雌蟲觸角 B.雄蟲觸角 C.喙

圖1蘋褐帶卷蛾觸角和喙的形態(tài)結(jié)構(gòu)

2.2 蘋褐帶卷蛾觸角感器的種類、形態(tài)及分布

在蘋褐帶卷蛾成蟲觸角上共觀察到8種類型的感器，即毛形感器、刺形感器、腔錐形感器(Ⅰ型和Ⅱ型)、錐形感器、耳形感器(Ⅰ型和Ⅱ型)、鱗形感器、芽形感器和B?hm氏鬃毛。雌雄蛾觸角不同感器的形狀及長度見圖2、圖3和表1所示。

2.2.1 毛形感器(sensilla trichodea，ST)

蘋褐帶卷蛾觸角中毛形感器似細(xì)毛發(fā)，數(shù)量分布最多，在其基部未觀察到特化的臼狀窩，沿著觸角表面斜向呈弧形彎曲生長，端部尖細(xì)，感器表面可見細(xì)微斜螺紋。雄蟲的毛形感器較雌蟲稍長，長度為39.33～58.26 μm，基節(jié)窩直徑3.67～4.89 μm。雌蟲毛形感器長36.36～46.91 μm，基節(jié)窩直徑3.24～4.45 μm。該感器在蘋褐帶卷蛾成蟲觸角上數(shù)量分布最多，主要集中于鞭節(jié)的各亞節(jié)的腹面，在其背面和側(cè)面少量分布，與觸角往往呈60°夾角(圖2A，圖3A-B)。

表1 蘋褐帶卷蛾觸角感器的長度

注：“-”表示無此類感覺器

A.毛形感器(ST)；B.I型耳形感器(SAuI)Ⅰ、II型耳形感器(SAuII)Ⅱ；C.鱗形感器(SSq)；D.錐形感器(SB)； E.II型腔錐形感器(SCoII)；F.I型腔錐形感器(SCoI)；G.刺形感器(SCh)；H.B?hm氏鬃毛(BB)

圖2蘋褐帶卷蛾雌蛾觸角感器的掃描電鏡觀察

2.2.2 刺形感器(sensilla chaetica，SCh)

刺形感器似剛毛狀，基部寬大，且可觀察到有向上突起，突起部位以下十分光滑，端部略微彎曲，從端部至基部漸粗。該感器基部沿著特化的環(huán)形臼狀窩著生。刺形感器與毛形感器相比長度更短，且有著更堅硬的表面和更鈍圓的端部。雄蟲刺形感器長20.37～37.44 μm，基部突起直徑2.06～3.95 μm；雌蟲刺形感器長28.33～41.04 μm，基部突起直徑1.42～2.29 μm。該感器廣泛存在于蘋褐帶卷蛾觸角鞭節(jié)最后一節(jié)的端部(數(shù)量可達(dá)11～14個)，常與毛形感器穿插分布，其它各亞節(jié)數(shù)量相對較少(約3～5個)(圖2G，圖3F)。

A、B.毛形感器(ST)；C.II型腔錐形感器(SCoII)；D.I型腔錐形感器(SCoI)；E.B?hm氏鬃毛(BB)；F.刺形感器(SCh)；G.錐形感器(SB)；H.II型耳形感器(SAuII)；I.I型耳形感器(SAuI)；J.芽形感器(SG)

圖3蘋褐帶卷蛾雄蛾觸角感器的掃描電鏡觀察

2.2.3 腔錐形感器(sensilla coeloconica，SCo)

根據(jù)蘋褐帶卷蛾觸角中腔錐形感器外部有無緣毛將其分為兩個類型，即存在緣毛的視為Ⅰ型腔錐感器，不存在緣毛的視為Ⅱ型腔錐感器。其中Ⅰ型腔錐感器數(shù)量較多，而Ⅱ型腔錐感器數(shù)量極少。Ⅰ型腔錐感器通常在觸角表面的內(nèi)陷腔內(nèi)生長，錐體端部鈍圓，附近緣毛向中心彎曲聚攏至菊花狀，每個約有11～16個類似花瓣的緣毛(圖2F，圖3D)。雄蟲感覺錐長2.02～5.16 μm，腔穴直徑6.79～8.52 μm，雌蟲感覺錐長2.05～4.26 μm，腔穴直徑5.42～7.75 μm，Ⅰ型腔錐形感器主要分布在鞭節(jié)腹面遠(yuǎn)端，常成對聚集分布，且在鞭節(jié)背面鱗片區(qū)也少量分布，雌性腔錐形感器數(shù)量與雄性相比略多。Ⅱ型腔錐感器僅在雌雄成蟲觸角鞭節(jié)各亞節(jié)腹面頂端接近節(jié)邊緣處觀察到，雄蟲感覺錐長2.44～3.43 μm，腔穴直徑為2.12～2.29 μm，雌蟲感覺錐長2.25～3.09 μm，腔穴直徑1.83～2.36 μm(圖2E，圖3C)。

2.2.4 耳形感器(sensilla auricillica，SAu)

蘋褐帶卷蛾觸角中耳形感器可分為2種，即Ⅰ型耳形感器和Ⅱ型耳形感器，上述2種類型的感器在數(shù)量及長短方面無明顯差異。Ⅰ型耳形感器基部不存在彎曲，感器表面可見較淺的凹陷和平行于觸角表面的縱向條紋；雌蟲觸角的I型耳形感器端部筆直、鈍圓，比雄蟲稍厚；而雄蟲觸角可觀察到扭曲的I型耳形感器，其較雌性長，且有著尖銳的端部。雌蟲Ⅰ型耳形感器長12.25～13.35 μm，基節(jié)窩直徑1.37～2.25 μm，雄蟲Ⅰ型耳形感器長14.49～16.28 μm，基節(jié)窩直徑2.21～3.06 μm。Ⅰ型耳形感器數(shù)量少(鞭節(jié)每亞節(jié)成對存在)，常在鞭節(jié)亞節(jié)腹側(cè)面分布，且靠近亞節(jié)前端的節(jié)交界處生長。Ⅰ型耳形感器在其鞭節(jié)腹面和背面均可觀察到，數(shù)量分布較多。Ⅰ型耳形感器形似禾本科植物心葉發(fā)生卷曲后的形態(tài)，且其臼狀窩與毛形感器的無異，由表皮褶皺形成，感器由基部開始向內(nèi)發(fā)生輕微卷曲(形成淺縱向條紋)，端部無分叉(圖2B，圖3I)。

蘋褐帶卷蛾觸角中Ⅱ型耳形感器形似兔耳狀，其從基部開始沿觸角方向向內(nèi)彎曲，表面形成較深的凹陷。感器生長于基節(jié)窩內(nèi)，雌蟲較雄蟲向內(nèi)彎曲的程度更加明顯，雄蟲Ⅱ型耳形感器基部更加寬大，長度與雄蟲相比，更加短粗。雄蟲Ⅱ型耳形感器長10.15～12.00 μm，基節(jié)窩直徑2.08～2.69 μm，雄蟲Ⅱ型耳形感器長20.13～26.47 μm，基節(jié)窩直徑4.67～8.14 μm。除在鞭節(jié)末節(jié)外，其它每亞節(jié)的腹側(cè)面均可觀察到1個Ⅱ型耳形感器，與觸角上的鱗片接近平行(圖2B，圖3H)。

2.2.5 錐形感器(sensilla basiconica，SB)

蘋褐帶卷蛾觸角中錐形感器端部較鈍圓且由基部向端部逐漸變細(xì)，且在表面存在突起的紋路，與其他感器相比更加粗短，與觸角表面形成約60°～90°角，基部生長于基節(jié)窩內(nèi)。雄蟲錐形感器長22.46～28.35 μm，基部直徑2.41～4.33 μm；雌蟲錐形感器長10.95～21.04 μm，基部直徑2.81～4.06 μm；錐形感器在鞭節(jié)各亞節(jié)腹面(近端或中部)分布，而在背面數(shù)量較少，僅可觀察到1～2個，(圖2D，圖3G)。

2.2.6 B?hm氏鬃毛(B?hm bristles，BB)

蘋褐帶卷蛾觸角中B?hm氏鬃毛常成簇分布于觸角柄節(jié)，外形似短刺垂直刺入表皮，其與刺形感器相比，無特化的臼狀窩，且長度較短、端部更尖。雄蟲的B?hm氏鬃毛較雌蟲的更加堅硬，雄蟲感器長9.42～12.56 μm，雌蟲感器長7.42～11.32 μm，二者在數(shù)量、分布及長短上雌雄蟲之間無明顯差別。該類型感器數(shù)量較多，常成簇分布于柄節(jié)和梗節(jié)基部即靠近節(jié)間交界處(圖2H，圖3E)。

2.2.7 鱗形感器(sensilla squamiformia，SSq)

蘋褐帶卷蛾觸角中鱗形感器似魚鱗，在觸角鱗片間穿插生長，且生長方向與其一致。在其基部可觀察到凹陷于表皮的基節(jié)窩，而其端部和基部較鱗片更尖銳、狹窄。鱗形感器僅存在于雌蟲背部，鞭節(jié)每一亞節(jié)中部及柄節(jié)中后部有大量鱗形感器生長，該感器長24.18～29.85 μm，基部直徑1.49～2.22 μm，雌蟲鱗形感器長27.00～30.49 μm，基部直徑1.38～2.01 μm(圖2C)。

2.2.8 芽形感器(sensilla gemmiform，SG)

芽形感器僅在蘋褐帶卷蛾雄蟲觸角的腹面觀察到，其形似豆芽，基部生長于表皮凹陷的基節(jié)窩內(nèi)，基節(jié)窩直徑3.02～4.29 μm，端部鈍圓，與刺形感器相比，其端部呈90°彎曲，且較刺形感器短，特征十分明顯，該感器長12.42～13.43 μm(圖3J)。

2.3 蘋褐帶卷蛾喙感器的種類、形態(tài)及分布

在蘋褐帶卷雌雄蛾喙上共觀察到3種類型的感器，即毛形感器、Ⅱ型耳形感器和Ⅱ型腔錐形感器。

2.3.1 毛形感器(sensilla trichodea，ST)

蘋褐帶卷蛾喙上著生著大量的毛形感器，其基部鈍圓，端部尖細(xì)，斜立或直立于喙管側(cè)面，指向背、腹連接片，其基節(jié)窩不明顯，在基部有圓形突起，突起直徑2.02～2.95 μm，感器長25.25～41.33 μm(圖4A)。

2.3.2 耳形感器(sensilla auricillica，SAu)

通過對蘋褐帶卷蛾喙的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)生長少量的Ⅱ型耳形感器，其生長于基節(jié)窩內(nèi)，與觸角中的Ⅱ型耳形感器相比，其端部更加尖細(xì)，且可觀察到較淺的縱向條紋，端部向內(nèi)微微彎曲，其基節(jié)窩直徑為3.86～5.00 μm，感器長39.22～44.35 μm(圖4B)。

2.3.3 腔錐形感器(sensilla coeloconica，SCo)

在蘋褐帶卷蛾雌雄蛾喙上僅觀察到一類Ⅱ型腔錐形感器，其感覺錐基部鈍圓，與觸角中的Ⅱ型腔錐感器相比，端部更加尖細(xì)，椎體更加規(guī)則，呈尖錐形，腔穴直徑為1.48～2.02 μm，感覺錐長3.22～4.18 μm(圖4C)。

A.毛形感器(ST) B.II型耳形感器(SAuII) C.II型腔錐形感器(SCoII)

圖4蘋褐帶卷蛾成蟲喙感器的掃描電鏡觀察

3 討論

本研究通過應(yīng)用掃描電鏡，對蘋褐帶卷蛾成蟲觸角和喙感器的細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，結(jié)果表明，在蘋褐帶卷蛾的觸角上發(fā)現(xiàn)共存在8種類型的感器，即毛形感器、刺形感器、錐形感器、鱗形感器、B?hm氏鬃毛和芽形感器各1種，耳形感器和腔錐形感器各2種。毛形感器為蘋褐帶卷蛾成蟲觸角所觀察到的數(shù)量最多的類型，而鱗形感器和芽形感器僅分別分布在蘋褐帶卷蛾雌蛾觸角上和雄蛾觸角上，B?hm氏鬃毛雖然成簇分布于雌雄蛾的柄節(jié)和梗節(jié)基部，但其數(shù)量較小。其它感器類型在蘋褐帶卷蛾成蟲觸角的腹背兩側(cè)均可觀察到。此外，在蘋褐帶卷蛾成蟲喙上共觀察到3種感器，即毛形感器、II型耳形感器、II型腔錐形感器，其中，毛形感器也是數(shù)量分布最多的類型，僅存在少量II型耳形感器和II型腔錐形感器。

隨著對昆蟲觸角超微結(jié)構(gòu)的深入研究，發(fā)現(xiàn)昆蟲能夠利用著生于其觸角上的各類感器進(jìn)行一系列形態(tài)學(xué)、行為學(xué)和交配活動。而且據(jù)Leal等[17]報道，同種觸角感器在同種昆蟲雌雄蟲間所發(fā)揮的生理及行為功能也表現(xiàn)出巨大差異。許多昆蟲觸角上毛形感器數(shù)量分布最多，它能夠?qū)ν饨绲臋C(jī)械和化學(xué)刺激做出響應(yīng)[18]。尤其在鱗翅目昆蟲中，毛形感器已被證實可作為嗅覺感受器，對鱗翅目雌性昆蟲分泌的性信息素極為敏感[19]；龔粵寧等人[20]報道顯示雌性荔枝異形小卷蛾的觸角上的毛形感器能夠?qū)ψ陨懋a(chǎn)生的性信息素進(jìn)行感知并開展相應(yīng)的生理活動。在本研究中，毛形感器在蘋褐帶卷蛾雌雄蟲觸角上的數(shù)量和分布位置相似，未見性二型現(xiàn)象，但雄蟲觸角上的毛形感器的長度較雌蟲略長，同時本研究發(fā)現(xiàn)，蘋褐帶卷蛾雄性成蟲的毛形感器與觸角表面形成60°夾角，處于順風(fēng)面，未被鱗片遮蓋，容易接受雌性性信息素，這與Alfredo等[19]研究結(jié)果一致。

刺形感器直立于觸角表面生長，除毛形感器外，其比其他類型的感器要高出許多，對于外界的機(jī)械刺激能夠率先感知。但刺形感器是否對化學(xué)刺激做出反應(yīng)在當(dāng)前仍存在諸多爭議：Ndomo-Moualeu等[21]在研究螟蛾科昆蟲時發(fā)現(xiàn)，該類昆蟲的刺形感器的壁未見孔結(jié)構(gòu)，因此推斷刺形感器不屬于化學(xué)感器；但據(jù)Drongelen[22]報道，刺形感器若感器壁頂端有孔，則其可發(fā)揮機(jī)械和化學(xué)感受的雙重作用。本研究由于未明確觀察到蘋褐帶卷蛾的刺形感器頂端是否有孔，因此，在蘋褐帶卷蛾的刺形感器是否發(fā)揮化學(xué)感受的作用仍需做深入研究。腔錐形感器中具有靈敏的嗅覺神經(jīng)元，能夠?qū)闹髦参锷l(fā)的揮發(fā)性物質(zhì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，例如，Seada[23]報道顯示雌性灰翅夜蛾Spodopteralittoralis的觸角上所存在的腔錐形感器能對寄生植物產(chǎn)生的揮發(fā)物進(jìn)行感知。此外，Piazza等[24]研究表明該類型的感覺器還能夠幫助昆蟲對于外界的溫度信息進(jìn)行感知。本研究表明蘋褐帶卷蛾雌雄蟲觸角上的刺形感器和腔錐形感器在分布、數(shù)量和形態(tài)上未見顯著差異，推測蘋褐帶卷蛾成蟲對于機(jī)械刺激和植物揮發(fā)物的感知能夠通過上述兩種感器實現(xiàn)。

在蘋褐帶卷蛾成蟲觸角中共發(fā)現(xiàn)2種類型的耳形感器。耳形感器囊括嗅覺受體神經(jīng)元，其與腔錐形感器功能類似，能夠?qū)Χ喾N植物散發(fā)的揮發(fā)性物質(zhì)做出響應(yīng)，此外，其還能接受性信息素的刺激進(jìn)而產(chǎn)生交配行為[25]。趙紅盈等[26]研究表明樟子松梢小卷蛾雌蟲能夠通過耳形感器識別寄主植物散發(fā)的揮發(fā)性物質(zhì)。耳形感器在蘋褐帶卷蛾雌雄蟲觸角上的形態(tài)存在差異，推測與雌蟲利用耳形感器感知寄主植物產(chǎn)生的揮發(fā)物有關(guān)。

B?hm氏鬃毛在鱗翅目昆蟲觸角中十分常見，其通常被認(rèn)為是昆蟲的機(jī)械感受器。B?hm氏鬃毛還可在柄節(jié)和梗節(jié)的節(jié)間膜上起到膜受體的作用[27]。此外，B?hm氏鬃毛也能夠作為本體感受器，用于感受觸角的運(yùn)動和位置[28]。鱗形感器普遍存在于鱗翅目昆蟲，但本研究發(fā)現(xiàn)該類感器僅在蘋褐帶卷蛾雌蟲觸角中分布，而芽形感器在鱗翅目昆蟲中比較少見，本研究發(fā)現(xiàn)在蘋褐帶卷蛾雄蟲觸角中有分布，關(guān)于鱗形感器和芽形感器在蘋褐帶卷蛾表現(xiàn)出的性二型及其具體功能尚需進(jìn)一步深入研究。

鑒于昆蟲口器在昆蟲寄主植物的選擇及其取食過程中有著重要功能，本研究亦對蘋褐帶卷蛾喙的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。鱗翅目成蟲的口器通常為特化的虹吸式，此類昆蟲口器通常分布有毛形感器、錐形感器和腔錐形感器3種類型的感覺器[29]。但本研究發(fā)現(xiàn)蘋褐帶卷蛾喙除分布有毛形感器和腔錐形感器外，尚有耳形感器的存在，表明蘋褐帶卷蛾的喙也具有感知揮發(fā)性物質(zhì)的功能。

綜上所述，本研究運(yùn)用掃描電鏡觀察了蘋褐帶卷蛾觸角和喙感器的種類、分布和形態(tài)結(jié)構(gòu)，提供了探索該昆蟲嗅覺感器的功能和感受機(jī)理以相關(guān)理論依據(jù)。但仍需結(jié)合電生理學(xué)、形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)的知識對其做進(jìn)一步研究。