云南切梢小蠹雌雄成蟲(chóng)觸角結(jié)構(gòu)及感受器的掃描電鏡觀察

盧世棟 張新民 楊 斌 趙 寧,

( 1. 西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650233；2. 云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650233)

云南切梢小蠹（Tomicus yunnanensis），隸屬于小蠹科（Scolytidae）、切梢小蠹屬（Tomicus），是一種嚴(yán)重危害松屬植物的蛀干害蟲(chóng)。切梢小蠹在歐亞各國(guó)均有分布，在我國(guó)的許多省份也都有發(fā)生，其中吉林、陜西、浙江、四川、重慶和云南尤為嚴(yán)重[1-4]。

云南切梢小蠹在形態(tài)上與縱坑切梢小蠹（Tomicus piniperda）極為相似。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，危害云南松的切梢小蠹一直被認(rèn)為是縱坑切梢小蠹[5]。直到2008年，才從形態(tài)學(xué)上確認(rèn)云南的切梢小蠹是一個(gè)尚未描述的切梢小蠹新種，并描述定名為云南切梢小蠹[6]。云南切梢小蠹主要分布在云南，及與云南相鄰的四川和貴州地區(qū)，僅在云南每年就有5.67萬(wàn)hm2云南松林受其危害，并導(dǎo)致大量云南松死亡，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成巨大威脅[7-10]。

昆蟲(chóng)觸角上著生有許多不同類(lèi)型的感受器，昆蟲(chóng)依賴(lài)這些感受器感知來(lái)自外界環(huán)境的各種信號(hào)，因此感受器的存在對(duì)昆蟲(chóng)的生存和適應(yīng)環(huán)境具有重要作用[11-13]。研究昆蟲(chóng)感受器，有助于深入了解昆蟲(chóng)的化學(xué)感受系統(tǒng)，探究其類(lèi)型、數(shù)量、分布和功能，可進(jìn)一步了解昆蟲(chóng)觸角感器與行為反應(yīng)之間的關(guān)系，了解昆蟲(chóng)與自然界之間的聯(lián)系等[14]。迄今為止，對(duì)于小蠹屬（Scolytus）、大小蠹屬（Dendroctonus）、齒小蠹屬（Ips）、切梢小蠹屬（Tomicus）和材小蠹屬（Xyleborus）等類(lèi)別的小蠹蟲(chóng)觸角結(jié)構(gòu)和感受器已有相關(guān)研究，以上類(lèi)別小蠹的感受器涉及毛形感受器、刺形感受器、錐形感受器、芽形感受器和鋸齒形感受器等，并且不同屬及種類(lèi)的小蠹蟲(chóng)的觸角結(jié)構(gòu)和感受器類(lèi)型及分布有明顯差異[15-23]。目前，切梢小蠹屬的觸角結(jié)構(gòu)和感受器的研究?jī)H見(jiàn)松縱坑切梢小蠹的報(bào)道[24]，而關(guān)于云南切梢小蠹的觸角結(jié)構(gòu)和感受器類(lèi)型分布未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究采用形態(tài)學(xué)對(duì)比方法初步觀察了云南切梢小蠹雌蟲(chóng)和雄蟲(chóng)整體外部形態(tài)，弄清云南切梢小蠹雌、雄成蟲(chóng)觸角的結(jié)構(gòu)和感受器的類(lèi)型及分布規(guī)律，可為今后云南切梢小蠹的電生理學(xué)、行為學(xué)以及引誘劑的研發(fā)等研究提供參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 供試蟲(chóng)源

供試蟲(chóng)源為2018年6月采自云南省曲靖市沾益縣九龍山林場(chǎng)的云南切梢小蠹，該林場(chǎng)為云南松純林，常年受小蠹蟲(chóng)的危害。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 昆蟲(chóng)標(biāo)本制作和整理

將野外采集得到的云南切梢小蠹雌、雄成蟲(chóng)各20頭用95%的乙醇?xì)⑺篮螅胖檬覂?nèi)的培養(yǎng)皿內(nèi)進(jìn)行自然風(fēng)干，然后用昆蟲(chóng)針和三角臺(tái)將其制作成干制標(biāo)本，最后用ZEISS體式顯微鏡（SteREO Discovery. V20）進(jìn)行拍照、整理。

1.2.2 昆蟲(chóng)觸角的處理

另取云南切梢小蠹雌雄成蟲(chóng)各20頭，分別將其用2.5%戊二醛溶液固定，然后用0.1 mol/L磷酸緩沖液在SG9200HE超聲波清洗器中洗滌2次，每次各5 min。分別用30%、50%、70%、90%和100%乙醇逐級(jí)進(jìn)行脫水；完全干燥后在體視鏡下用鑷子摘取云南切梢小蠹的觸角，將雌雄觸角分別用導(dǎo)電膠固定在樣品臺(tái)上，用CRESSINGTON 108 Auto型號(hào)的離子濺射儀進(jìn)行真空噴金，鍍金后置于ZEISS Sigma 300掃描電鏡下，觀察其形態(tài)特征、感受器類(lèi)型及分布特點(diǎn)與規(guī)律，電鏡工作電壓為15 kV。觸角感受器類(lèi)型的鑒定和命名主要參照Schneider[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 雌雄成蟲(chóng)外部形態(tài)特征及差異

依據(jù)Kirkendall的方法，通過(guò)觀察成蟲(chóng)腹部末端背板的形狀和剛毛朝向來(lái)區(qū)分云南切梢小蠹的性別[6,26-28]。雌蟲(chóng)腹部末端背板寬大，半圓形，剛毛均勻地伸向末端；而雄蟲(chóng)的窄小，近似長(zhǎng)方形，中間處剛毛向中間聚攏（圖1e，f）。雌蟲(chóng)體長(zhǎng)4.3～5.0 mm，雄蟲(chóng)體長(zhǎng)3.9～4.6 mm。

圖1 云南切梢小蠹雌雄成蟲(chóng)外部形態(tài)特征比較Fig. 1 Comparison of external characteristics of male and female adults of T. yunnanensis

頭部及前胸背板黑色，鞘翅紅褐色至黑褐色，有強(qiáng)光澤，觸角膝狀；額部略隆起，額心有點(diǎn)狀凹陷，額部底面平滑光亮，額面刻點(diǎn)圓形，分布疏散；點(diǎn)心生細(xì)短茸毛，口上片邊緣的額毛長(zhǎng)密下垂；刻點(diǎn)溝凹陷，溝內(nèi)刻點(diǎn)圓大，點(diǎn)狀無(wú)毛；溝間部寬闊，翅基部溝間部生有橫向隆堤，起伏顯著，向后漸平，出現(xiàn)刻點(diǎn)，點(diǎn)小有如針尖錐刺的痕跡，分布疏散。鞘翅長(zhǎng)度為前胸背板長(zhǎng)度的2.6 倍，為兩翅合寬的1.8倍；腹部末端有淡黃色較短的剛毛。雌蟲(chóng)體型略大于雄蟲(chóng)（圖1a-d）。

2.2 雌雄成蟲(chóng)觸角基本形態(tài)

云南切梢小蠹觸角短膝狀，雌蟲(chóng)觸角長(zhǎng)（606.8±28.5）μm，雄蟲(chóng)觸角長(zhǎng)（670.5±30.2）μm，分為柄節(jié)、鞭部和錘頭部3部分。柄節(jié)1節(jié)，粗長(zhǎng)，棒錘狀，長(zhǎng)約（210.6±12.6）μm，寬約（80.5±7.4）μm；鞭節(jié)6節(jié)，第1節(jié)呈念珠狀，第2、3、4、5節(jié)呈套筒，并且從第2節(jié)開(kāi)始由細(xì)逐漸變粗；錘頭部膨大近似橢圓形，長(zhǎng)約（256.7±11.6）μm，寬約（183.2±10.7）μm，約占整個(gè)觸角長(zhǎng)度的36%。觸角各節(jié)的表面有明顯的多邊形或瓦楞狀花紋。柄節(jié)、鞭節(jié)和錘頭部著生不同類(lèi)型和數(shù)量的感受器。其中，柄節(jié)和梗節(jié)上的感器數(shù)量少并且稀疏，錘頭部上的感受器數(shù)量多而且密集，在節(jié)間輪生整齊排列（圖2a，b）。

圖1 云南切梢小蠹雌雄成蟲(chóng)觸角形態(tài)Fig. 2 Whole antennae of male and female adults of T. yunnanensis

2.3 感受器類(lèi)型

云南切梢小蠹雌、雄成蟲(chóng)觸角上著生5類(lèi)6種感器，分別為：毛形感受器（ST）、栓錐形感受器（SS）、鋸齒形感受器（SZ）（2種）、刺形感受器（SC）、芽形感受器（BS），其中鋸齒形感受器均存在不同亞型。

1）毛形感受器。觸角上數(shù)量最多的一種感受器，數(shù)量大約占全部感受器總數(shù)的90%左右。直立，呈毛發(fā)狀，末端逐漸由粗變細(xì)，無(wú)分支，長(zhǎng)度約為（17.0±5.6）μm，絕大部分著生在錘頭部的帶狀凹陷中，呈輪狀排列，并且排列整齊，該感器在錘頭部1、2、3節(jié)上呈較整齊的輪狀排列，從第4節(jié)上開(kāi)始密集散生，少部分在錘頭部節(jié)間散生（圖3a-c）。

2）栓錐形感受器。分布在錘頭部的頂端半球形突起和每節(jié)的外側(cè)。直立或沿觸角軸略彎曲，無(wú)分支，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，約（40.3±9.3）μm，其頂端或中部有小錐狀隆起，是觸角上最長(zhǎng)的感受器，散生，數(shù)量較少，約占全部感器總數(shù)的5%（圖3a，c）。

3）鋸齒形感受器。柄節(jié)、鞭節(jié)和錘頭部的基部均有分布，散生，直立或彎曲，毛發(fā)狀，一側(cè)具有鋸齒，另一側(cè)光滑，有1～5齒，著生基窩較深，基窩附近存在腺孔。根據(jù)感受器有無(wú)隆起和分布位置分為2種亞型：第1種為鋸齒形感受器I型（SZ-I）：存在于柄節(jié)與錘頭部基部上，感受器表面光滑且無(wú)隆起（圖3a，d，f）。第2種為鋸齒形感受器II型（SZ-II）：分布在鞭節(jié)以及錘頭部的基部，感受器上半部存在小錐狀光滑隆起（圖3e）。

4）刺形感受器。著生在柄節(jié)與鞭節(jié)的上，散生，表面光滑，無(wú)分支，頂部尖，數(shù)量較少（圖3f）。

5）芽形感受器。所有感受器中形態(tài)最為短小，并且數(shù)量最少，形似禾谷種子剛發(fā)出的芽，著生于柄節(jié)基部的凹陷中（圖3f）。

除了以上數(shù)量較多的感受器外，還有數(shù)量較少的腺孔（圖3e，f），分布于鋸齒形感受器和毛形感受器的基部。

2.4 感受器分布規(guī)律

云南切梢小蠹雌、雄成蟲(chóng)觸角上的5種感受器的類(lèi)型和分布規(guī)律沒(méi)有明顯的差異（表1）。毛形感受器數(shù)量最多，占所有感受器數(shù)量的絕大部分，主要分布在觸角錘頭部的帶狀區(qū)域；栓錐形感受器數(shù)量較少，僅在錘頭部頂端和每個(gè)節(jié)中零星分布；鋸齒形感受器除在第2鞭節(jié)未見(jiàn)分布，其于各節(jié)均有分布；芽形感受器數(shù)量最少，最為隱蔽，僅分布于柄節(jié)基部；刺形感受器僅在鞭節(jié)和柄節(jié)分布。

云南切梢小蠹雌、雄成蟲(chóng)觸角各節(jié)中，感受器類(lèi)型以錘頭部和柄節(jié)較多，分別具有3種（錘頭部：毛形感受器、栓錐形感受器、鋸齒形感受器；柄節(jié)：鋸齒形感受器、刺形感受器、芽形感受器），鞭節(jié)較少，僅2種（鋸齒形感受器、刺形感受器），且均位于第1、3～6鞭節(jié)處。在感受器數(shù)量上，均以錘頭部最多，占總感受器的92%，而柄節(jié)和鞭節(jié)感受器較少，分別占總感受器2%和4%。錘頭部各節(jié)中，以第1和2節(jié)感受器分布最為密集。無(wú)論雌蟲(chóng)與雄蟲(chóng)，鞭節(jié)第2節(jié)均無(wú)著生任何感受器類(lèi)型。

圖3 云南切梢小蠹雌雄成蟲(chóng)觸角感受器Fig. 3 Fine morphology of different sensilla on the antennae of adult T. yunnanensis

表1 云南切梢小蠹觸角感受器的數(shù)量分布統(tǒng)計(jì)Table 1 Abundance and distribution of different sensilla on the antennae of adult T. yunnanensis

3 結(jié)論與討論

本研究通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)云南切梢小蠹成蟲(chóng)觸角感受器的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，結(jié)果表明：云南切梢小蠹觸角上共有5種類(lèi)型的感受器，分別為毛形感受器、栓錐形感受器、鋸齒形感受器、芽形感受器和刺形感受器，其中鋸齒形感受器又分為2種亞型。除感受器外，在觸角錘頭部基部、柄節(jié)和鞭節(jié)的表面還發(fā)現(xiàn)了少量的腺孔，分布在毛形感受器和鋸齒形感器的基部。腺孔在大部分昆蟲(chóng)體表普遍存在，他們可能起到分泌緩和劑、激素、潤(rùn)滑劑等物質(zhì)的作用[29]，在一些昆蟲(chóng)的觸角上也有分布，如松六齒小蠹（Ips acuminatus）[30]。

云南切梢小蠹的觸角感受器與縱坑切梢小蠹（Tomicus piniperda）的觸角感受器類(lèi)型和分布基本一致，兩者都具有毛形感受器、栓錐形感受器、鋸齒形感受器、刺形感受器和芽形感受器，且分布部位也大體相同，但鋸齒形感受器的亞型SZ-II在縱坑切梢小蠹觸角上的研究較少[24]。由于切梢小蠹蟲(chóng)長(zhǎng)期生活在樹(shù)干或樹(shù)梢內(nèi)，需要大量機(jī)械感受器感知環(huán)境，因而推測(cè)基窩較深的鋸齒形感受器可能具有感知周?chē)h(huán)境的機(jī)械作用，但對(duì)于新的亞型SZ-II的作用目前尚不清楚，需要進(jìn)一步研究。

云南切梢小蠹的感受器與松六齒小蠹、紅脂大小蠹（Dendroctonus valens）、華山松大小蠹（Dendroctonus armandi）、臍腹小蠹（Scolytus schevyrewi）等許多小蠹類(lèi)害蟲(chóng)存在很多相似之處。如云南切梢小蠹、松六齒小蠹、紅脂大小蠹和華山松大小蠹成蟲(chóng)觸角均分布有毛形感受器、刺形感受器和錐形感受器3種類(lèi)型的感受器，并且云南切梢小蠹的感受器在錘頭部分布方式與紅脂大小蠹、臍腹小蠹和松六齒小蠹十分相似，均整齊呈3條輪狀排列分布，頂端有孔，在錘頭部數(shù)量上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有機(jī)械感器和化學(xué)感器的作用[16,23,30-31]?；瘜W(xué)感器可感受的氣味主要有2類(lèi)，一類(lèi)來(lái)自寄主揮發(fā)性物質(zhì)的氣味，另一類(lèi)是小蠹蟲(chóng)自身分泌的各種信息物質(zhì)氣味，故推測(cè)云南切梢小蠹觸角上分布的大量毛形感受器可能具有尋找寄主和種群聚集的作用。但除此之外，它們之間還存在一些種間差異性，如觸角錘頭部的3條輪狀排列的感受器類(lèi)型并不相同，云南切梢小蠹、紅脂大小蠹、松六齒小蠹觸角錘頭部帶狀排列的是毛形感受器，而臍腹小蠹觸角錘頭部帶狀排列的并不是毛形感受器，而是鋸齒狀感受器[16,18,30]。昆蟲(chóng)觸角感受器的類(lèi)型和分布規(guī)律與寄主樹(shù)木揮發(fā)性物質(zhì)的識(shí)別和反應(yīng)密切相關(guān)，臍腹小蠹是榆樹(shù)的一種重要蛀干害蟲(chóng)，其寄主植物主要有：白榆（U. lmuspumila）、春榆（U. propingua）、黑榆（U. davidiana）、黃榆（U. macrocarpa）、美國(guó)榆（U. americana）、歐洲白榆（U. laevis）等[32]。而云南切梢小蠹、紅脂大小蠹和松六齒小蠹的主要寄主分別是云南松、害油松、白皮松等松樹(shù)植物，寄主差異明顯，可能是導(dǎo)致觸覺(jué)感受器類(lèi)型差異的主要原因。

云南切梢小蠹觸角各種形態(tài)感受器與其他小蠹屬害蟲(chóng)在觸角上的分布也存在著不同之處，如云南切梢小蠹的栓錐形感受器僅在錘頭部頂端和每個(gè)節(jié)中零星分布，鋸齒形感受器除在第2鞭節(jié)未見(jiàn)分布，其于各節(jié)均有分布，芽形感受器僅分布于柄節(jié)基部，刺形感受器僅在鞭節(jié)和柄節(jié)分布。臍腹小蠹各部位均分布有鋸齒形感受器觸角，刺形感受器分布于柄節(jié)和鞭節(jié)連接處，芽形感受器和錐形感受器散生在錘頭部，而華山松大小蠹的鋸齒形感受器分布于柄節(jié)和鞭節(jié)，偶見(jiàn)于錘頭部，對(duì)于紅脂大小蠹而言，芽形感受器只著生于柄節(jié)，鋸齒形感受器只著生于柄節(jié)和鞭節(jié)上，錘頭部沒(méi)有分布，刺形感受器著生于錘狀部，縱坑切梢小蠹錘狀部上數(shù)量最多的感器是毛形感器，芽形感器只著生在柄節(jié)[16,23,30-31]。

本研究得到了云南切梢小蠹雌雄成蟲(chóng)觸角的形態(tài)特征、感受器類(lèi)型和分布規(guī)律的結(jié)果，但尚缺乏關(guān)于各感受器的組織和功能方面的研究，有待進(jìn)一步深入研究。