桃蛀螟和松蛀螟的外部形態(tài)學(xué)和幾何形態(tài)度量學(xué)研究

王 巾，曾雪剛，李衛(wèi)春

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045）

【研究意義】桃蛀螟[Conogethes punctiferalis（Guenée，1854）]和松蛀螟（C.pinicolalisInoue&Yamanaka，2006）隸屬于鱗翅目（Lepidoptera）草螟科（Crambidae）斑野螟亞科（Spilomelinae），是重要的農(nóng)林害蟲，尤其桃蛀螟是重大的蛀果害蟲?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】2 種害蟲的外部形態(tài)和外生殖器解剖結(jié)構(gòu)差異甚微，為物種的準(zhǔn)確識(shí)別帶來(lái)很大的困惑且曾一度被誤認(rèn)為同一物種。直到2006 年，基于生物學(xué)性狀的差異才將后者作為有效物種區(qū)分出來(lái)[1]，此后基于線粒體DNA 進(jìn)一步有力地證實(shí)了松蛀螟的獨(dú)立性[2]。桃蛀螟在華北發(fā)生3～4 代，西北3～5 代，華中5 代，主要以老熟幼蟲越冬；松蛀螟每年發(fā)生3 代，越冬態(tài)為3～4 齡幼蟲[3-4]。2 種害蟲具有同域分布的特性，其成蟲在同一區(qū)域易通過(guò)燈誘被同時(shí)采集。它們的食性差異較大：桃蛀螟食性雜、寄主范圍廣泛，取食眾多果樹和作物，為害果樹時(shí)常達(dá)到“十果九蛀”，且在一些地區(qū)已成為玉米的主要害蟲[3-4]；松蛀螟食性較為單一，主要以松柏類為食，其中對(duì)松樹新稍的危害率達(dá)到30%[5]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在農(nóng)林害蟲綜合治理中，準(zhǔn)確區(qū)分二者并依據(jù)害蟲種類制定科學(xué)的防治策略具有重要的意義。目前，應(yīng)用DNA 條形碼技術(shù)能夠有效地區(qū)分桃蛀螟和松蛀螟。但是對(duì)于從事農(nóng)林害蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的基層工作者而言，分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用具有較大難度和較高成本、難以廣泛推廣。與分子分類學(xué)相比較，基于外部形態(tài)學(xué)的害蟲鑒別方法更易于在生產(chǎn)實(shí)踐中操作和推廣。在本研究以前，整合應(yīng)用外部形態(tài)學(xué)和幾何形態(tài)度量學(xué)區(qū)分桃蛀螟和松蛀螟的系統(tǒng)研究鮮有報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文以桃蛀螟和松蛀螟的成蟲標(biāo)本為研究材料，基于外部形態(tài)學(xué)和幾何形態(tài)度量學(xué)探索區(qū)分2 種害蟲的有效途徑，為區(qū)分2 種害蟲提供有效的外部形態(tài)學(xué)和幾何形態(tài)度量學(xué)分類依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究標(biāo)本

本文應(yīng)用的標(biāo)本均選自前期已準(zhǔn)確鑒別的桃蛀螟和松蛀螟成蟲標(biāo)本（表1）。標(biāo)本采集選用250 W自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈為引誘光源，采集標(biāo)本針插干燥后保存在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲標(biāo)本館（JXAUM）。

1.2 圖像采集和圖像數(shù)字化

成蟲標(biāo)本、頭部和足應(yīng)用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行顯微拍攝。前翅標(biāo)本制作取成蟲前翅制成玻片標(biāo)本（表1），通過(guò)掃描儀掃描來(lái)獲取數(shù)碼圖像。得到數(shù)碼圖像后，以前翅相同位置的斑點(diǎn)為依據(jù)，基于地標(biāo)點(diǎn)法（landmark methods）（基于笛卡爾地標(biāo)點(diǎn)的形態(tài)統(tǒng)計(jì)法，通過(guò)獲取二維圖像上的地標(biāo)點(diǎn)x和y坐標(biāo)值繪制網(wǎng)格變形圖分析前翅斑點(diǎn)變異、進(jìn)行多元化統(tǒng)計(jì)分析）使用TPSdig 2.31 軟件[6]選取并標(biāo)記地標(biāo)點(diǎn)用于幾何形態(tài)度量學(xué)分析。每個(gè)地標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一組數(shù)據(jù)，為增加選取地標(biāo)點(diǎn)的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)對(duì)每個(gè)標(biāo)本重復(fù)5 次選點(diǎn)，計(jì)算平均值作為分析數(shù)據(jù)。

表1 研究樣本采集地點(diǎn)和前翅玻片號(hào)Tab.1 Overview of collection locality and forewing slide numbers of the studied samplings

1.3 數(shù)據(jù)分析

基于普氏疊加法（procrustes superimposition）通過(guò)縮放、疊加和旋轉(zhuǎn)調(diào)整地標(biāo)點(diǎn)，使形狀的普氏距離最小化[7-8]。然后使用MorphoJ[9]對(duì)疊加后得到的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（principal components analysis，PCA）。根據(jù)PCA 分析結(jié)果，以二維的形式展示多變量數(shù)據(jù)中最重要的信息并繪制散點(diǎn)圖，通過(guò)各樣本數(shù)據(jù)聚集情況探索幾何形態(tài)度量學(xué)在區(qū)分桃蛀螟和松蛀螟的應(yīng)用效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃蛀螟和松蛀螟的外部形態(tài)學(xué)研究

基于采自我國(guó)江西、湖南標(biāo)本的比較形態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：（1）桃蛀螟和松蛀螟的體長(zhǎng)、翅展、顏色和斑點(diǎn)等均很相似，體表和翅均被黑色斑點(diǎn)，前翅斑點(diǎn)25～28 個(gè)且性狀較穩(wěn)定（圖1A，圖1D）；依據(jù)蟲體整理特征難以將二者區(qū)分開來(lái)。（2）雄性下唇須和后足脛節(jié)具有較顯著的鑒別性狀，桃蛀螟的下唇須外側(cè)淺黃色，后足脛節(jié)無(wú)毛從（圖1B，圖1C）；松蛀螟下唇須外側(cè)中部密被黑色鱗片，后足脛節(jié)有深褐色毛叢（圖1E，圖1F）；應(yīng)用下唇須和后足脛節(jié)的特征可將二者的雄性個(gè)體區(qū)分開來(lái)。（3）二者雌性的后足脛節(jié)均無(wú)顯著的毛從，且有些個(gè)體間下唇須差異不顯著；依據(jù)形態(tài)學(xué)難以確切地區(qū)分桃蛀螟和松蛀螟的雌性個(gè)體。

圖1 雄性桃蛀螟和松蛀螟外部形態(tài)Fig.1 External morphology of male Conogethes punctiferalis and C.pinicolalis

2.2 前翅斑點(diǎn)數(shù)字化分析

通過(guò)桃蛀螟和松蛀螟前翅圖片（圖2）信息的仔細(xì)比對(duì)，剔除圖片中模糊不清、個(gè)體間形態(tài)變化較大的斑點(diǎn)后使用TPSdig 2.31[6]對(duì)其他斑點(diǎn)進(jìn)行選點(diǎn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果確定前翅具11 個(gè)斑點(diǎn)適于地標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)的提?。▓D3）。

圖2 桃蛀螟和松蛀螟前翅Fig.2 Forewings of Conogethes punctiferalis and C.pinicolalis

圖3 前翅選取的地標(biāo)點(diǎn)，雄性Fig.3 The landmarks selected on the of forewing，male

2.3 前翅斑點(diǎn)的幾何形態(tài)度量學(xué)分析

基于桃蛀螟和松蛀螟前翅斑點(diǎn)形態(tài)變異的主成分分析得出主成分1（PC1）和主成分2（PC2）占所有形態(tài)變異的61.67%，其中PC1 達(dá)到總變異數(shù)的47.71%，PC2占總變異數(shù)的13.96%?；赑CA 散點(diǎn)圖結(jié)果（圖4），桃蛀螟和松蛀螟的樣本散點(diǎn)分別形成了2個(gè)清晰的群集，表明通過(guò)前翅斑點(diǎn)的幾何形態(tài)度量學(xué)分析可將二者有效地區(qū)分開來(lái)。

圖4 主成分分析（PCA）散點(diǎn)圖Fig.4 Principal Component Analysis（PCA）scatter plot

3 結(jié)果與討論

桃蛀螟和松蛀螟的外部形態(tài)和外生殖器解剖結(jié)構(gòu)差異甚微導(dǎo)致二者曾一度被誤認(rèn)為屬于同一物種。雖然早在1986 年就已開展有關(guān)它們食性和生物學(xué)等研究[10]，但直到2006 年才將松蛀螟與桃蛀螟區(qū)分開來(lái)[1]。隨后，基于DNA 條形碼序列的系統(tǒng)發(fā)生分析進(jìn)一步證實(shí)了松蛀螟的客觀存在。本文依據(jù)采自江西和湖南桃蛀螟和松蛀螟成蟲標(biāo)本的研究，證實(shí)了2種害蟲雄性個(gè)體可依據(jù)下唇須和后足脛節(jié)的特征予以區(qū)分，與原始描述相符[1]。但在本研究以前，如何使用形態(tài)學(xué)特征確切地區(qū)分它們雌性個(gè)體的困惑一直未被澄清。

對(duì)于松蛀螟和桃蛀螟這類同域分布且外形相近的物種而言，分子分類學(xué)可以提供有效的鑒別途徑。但對(duì)于基層工作者來(lái)說(shuō)，該技術(shù)在鑒別農(nóng)林害蟲具有難度大、成本高、推廣難等缺點(diǎn)。因此，探索區(qū)分桃蛀螟和松蛀螟的其他形態(tài)學(xué)特征及其在分類學(xué)中的應(yīng)用尤顯重要。近些年，幾何形態(tài)測(cè)量學(xué)在研究昆蟲形態(tài)學(xué)的應(yīng)用較為普遍。與傳統(tǒng)的分類方法以及分子分類學(xué)方法相比，此方法耗時(shí)少，可靠性更強(qiáng)，且隨著幾何形態(tài)度量學(xué)方法的不斷改進(jìn)和成熟，在形狀變異分析方面顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[11]。本文應(yīng)用幾何形態(tài)度量學(xué)，基于地標(biāo)點(diǎn)法選取桃蛀螟和松蛀螟前翅斑點(diǎn)的地標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)主成分分析成功地將二者區(qū)分開來(lái)。研究結(jié)果證實(shí)了幾何形態(tài)度量學(xué)在區(qū)分桃蛀螟和松蛀螟的可行性，同時(shí)也為其他形態(tài)相近的農(nóng)林害蟲的區(qū)分提供了參考依據(jù)。隨著農(nóng)林害蟲網(wǎng)絡(luò)共享圖像的不斷增多，幾何形態(tài)測(cè)量學(xué)方法有望在農(nóng)林害蟲識(shí)別方面得到更加廣泛的應(yīng)用。