兩種為害柳樹的片角葉蟬感器掃描電鏡觀察

于 凱， 戴子威， 李 虎,2*

(1.陜西理工大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 漢中 723000； 2.陜西省資源生物重點實驗室， 陜西 漢中 723000)

昆蟲感覺系統(tǒng)的一個重要部分是由大量被稱為感器的高度不同的器官組成的，這些感覺器官位于觸角、喙和腿等身體的其他部位[1]。昆蟲在長期進(jìn)化過程中形成了獨特的環(huán)境適應(yīng)能力，體壁演化出具有不同功能的特定感器。昆蟲觸角具嗅覺、觸覺和聽覺功能，其表面感器在昆蟲的寄主定位、識別、取食、覓偶、交配、繁殖、棲息、防御與遷移等過程中起重要作用[2]；喙是重要的取食器官，其分布的感器是昆蟲感受外界化學(xué)信號、物理刺激的重要結(jié)構(gòu)，與神經(jīng)系統(tǒng)一同調(diào)控昆蟲的行為[3]；足部配合觸角和喙共同完成覓食行為，其感器具有感受附著物震動確定食物范圍作用[4]。研究昆蟲感器有助于理解昆蟲的感覺機(jī)制，探索外界因素如何影響昆蟲各種適應(yīng)性行為，進(jìn)一步掌握昆蟲與外界環(huán)境間的相互關(guān)系[5]。

片角葉蟬為片角葉蟬亞科(Idiocerinae)昆蟲的總稱，隸屬半翅目(Hemiptera)頭喙亞目(Auchenorrhyncha)葉蟬科(Cicadellidae)。片角葉蟬全世界現(xiàn)有114屬近800種，我國共記錄22屬78種[6-7]。該類群多取食柳樹、白楊等，刺吸式口器取食植物的汁液[8]，為危害楊柳科植物的主要害蟲之一。

Schneider[9]首次對昆蟲感受器類型進(jìn)行詳細(xì)描述，Klein等[10]首次利用掃描電鏡對葉蟬科昆蟲進(jìn)行化學(xué)感器形態(tài)學(xué)調(diào)查，Leopold等[11]結(jié)合掃描電鏡與透射電鏡探究了大葉蟬亞科的Homalodiscacoagulata不同齡期喙端感器形態(tài)結(jié)構(gòu)與植物取食部位關(guān)系，D’Urso和Ippolito[12]通過Magicicadacassini觸角上腔錐型感器電生理測試探究觸角感受器中的嗅覺功能，Stacconi和Romani[13]通過觸角超微結(jié)構(gòu)探究了Scaphoideus titanus觸角感器與空氣振動、溫度和濕度變化的聯(lián)系。目前，國內(nèi)對于葉蟬感器掃描電鏡觀察研究較多，戴仁懷等[14]采用掃描電鏡對黑尾葉蟬(Nephotettixcincticeps)雌雄成蟲觸角、復(fù)眼、單眼和前足跗節(jié)外部感器形態(tài)進(jìn)行了觀察和研究；張雅婷等[15]運(yùn)用掃描電子顯微鏡技術(shù)，觀察了兩種角頂葉蟬雌、雄成蟲的觸角形態(tài)及其感器的類型、數(shù)量和分布；蘇梅等[16]觀察了優(yōu)雅粗端葉蟬(Taurotettixelegans)雌、雄成蟲觸角及其感器的形態(tài)、數(shù)量和分布，為葉蟬科昆蟲觸角感器的系統(tǒng)研究提供參考。喬利等[17]應(yīng)用電鏡掃描技術(shù)，觀察比較了小貫小綠葉蟬(Empoascaonukii)與凱小綠葉蟬(Empoascakaicola)成蟲雌、雄兩性的觸角及感器的形態(tài)；郭付振等[18]觀察比較了黑斑雙叉葉蟬(Chlorotettixnigromaculatus)成蟲雌、雄兩性的觸角及其感器的形態(tài)、數(shù)量和分布，為葉蟬的行為生物學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)和電生理學(xué)的研究提供參考。片角葉蟬為葉蟬科最大樹棲類群，尚未見其感器超微結(jié)構(gòu)研究報道[19]。本研究利用掃描電子顯微鏡(SEM)技術(shù)，對為害柳樹的兩種片角葉蟬：柳寬突葉蟬和黑紋片角葉蟬的觸角、喙端、前足末端進(jìn)行掃描，觀察感器類型、數(shù)量和分布，對感器功能進(jìn)行討論分析。

1 材料和方法

1.1 標(biāo)本采集與保存

2019年7月，于陜西省漢中市洋縣華陽古鎮(zhèn)，海拔高度1084 m，使用掃網(wǎng)法在柳樹上采集2個葉蟬種群，共47只，雄性標(biāo)本12只，雌性35只，將采集的新鮮標(biāo)本直接浸泡于無水乙醇中，帶回實驗室編號低溫保存。

1.2 標(biāo)本鑒定

借助體式顯微鏡(Olympus SZX7)對采集到的兩個種群標(biāo)本進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察和鑒定。種群1標(biāo)本：體褐色，前胸背板和小盾片淡黃白色(圖1(a))，雄蟲外生殖器連索呈“十”字形，陽莖干簡單、端向變細(xì)，經(jīng)鑒定為柳寬突葉蟬(Idiocerussalicis(Li，Cao et Li，2010))[20]；種群2標(biāo)本：體淡綠色，前胸背板淡綠色，小盾片淺黃綠色(圖1(b))，雄性外生殖器連索Y形，陽莖干背向彎曲，符合黑紋片角葉蟬(Koreoceruskoreanus(Mastsumura，1915))特征[21]。

(a)柳寬突葉蟬，雄 (b)黑紋片角葉蟬，雄圖1 柳寬突葉蟬、黑紋片角葉蟬成蟲外形

1.3 感器掃描電鏡觀察

樣品制備：將保存的標(biāo)本從無水乙醇中取出，待酒精揮發(fā)后，取雄、雌性柳寬突葉蟬(Idiocerussalicis)在解剖鏡下用昆蟲針分別將供試標(biāo)本的觸角、喙、前足取下，固定于樣品臺的導(dǎo)電碳膠上，放進(jìn)載物臺。黑紋片角葉蟬(Koreoceruskoreanus)以同樣的方法進(jìn)行取樣。

掃描電鏡觀察：選擇合適的觀測倍數(shù)，設(shè)置加速電壓為5 kV，適當(dāng)調(diào)整焦距、對比度、亮度進(jìn)行拍照觀察。觀察感器的分布位置、數(shù)量、形態(tài)特征，測量感器長度、寬度、基部直徑等數(shù)據(jù)并記錄。

感器鑒定：依據(jù)余海忠[22]、劉麗玲[23]等對昆蟲感器的描述，識別鑒定各種類型感器。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角、喙端、前足末端等部位的形態(tài)描述

柳寬突葉蟬(Idiocerussalicis)和黑紋片角葉蟬(Koreoceruskoreanus)成蟲觸角形態(tài)相似，整體細(xì)長呈剛毛狀。柳寬突葉蟬觸角全長700～760 μm(圖2(a))，黑紋片角葉蟬觸角全長750～800 μm(圖2(d))。喙端位于頭的下方，貼近胸部，柳寬突葉蟬喙部末端弧圓形(圖2(b))，黑紋片角葉蟬喙部末端方形(圖2(e))。前足末端分裂為兩部分，爪狀(圖2(c)、(f))。

圖2 柳寬突葉蟬和黑紋片角葉蟬觸角、喙端和前足末端掃描電鏡觀察

2.2 兩種葉蟬成蟲感器種類、形態(tài)和分布

對兩種葉蟬的雌、雄性成蟲感器觀察發(fā)現(xiàn)，雌、雄之間無明顯差異，感器類型、數(shù)量及分布相似，兩種葉蟬觸角感器數(shù)量均較少、足末端次之、喙端最多，見圖3、圖4。柳寬突葉蟬感器種類多于黑紋片角葉蟬，除SchⅡ以外，其余感器均是柳寬突葉蟬數(shù)量更多，SbⅡ型和Sca型感器未在黑紋片角葉蟬中發(fā)現(xiàn)，Sca在葉蟬科昆蟲中尚屬首次發(fā)現(xiàn)。

2.2.1 毛型感器(Sensilla trichodea，St)

數(shù)量最多，分布最廣，生長在圓形突起的凹窩內(nèi)，向上逐漸變細(xì)，至端部呈細(xì)尖狀(圖3(a)—(c)，圖4(a)—(c))，在柳寬突葉蟬和黑紋片角葉蟬中分布沒有差別，根據(jù)有無縱紋、彎曲程度分為3種亞型：StⅠ、StⅡ和StⅢ。

StⅠ型整體細(xì)長，基部較細(xì)，端部較尖，表面光滑，略微彎向表面生長。柳寬突葉蟬中StⅠ感器長度(66.149±22.065) μm，基部直徑(2.725±0.808) μm；黑紋片角葉蟬中其長度(45.040±25.008) μm，基部直徑(2.584±1.150) μm。

StⅡ型數(shù)量分布最多在喙端，足末端次之，觸角梗節(jié)分布僅有幾根。StⅡ整體細(xì)長，基部略粗向頂部逐漸變細(xì)與底面形成約45°夾角，表面具有縱紋，略微彎曲，頂部尖銳。柳寬突葉蟬中StⅡ感器長度(48.260±17.642) μm，基部直徑(3.130±0.696) μm；黑紋片角葉蟬中其長度(47.430±14.946) μm，基部直徑(2.690±0.940) μm。

StⅢ型在柳寬突葉蟬和黑紋片角葉蟬均直立于喙末端，整體筆直，表面具縱紋，端部彎曲或筆直，頂部尖銳。柳寬突葉蟬中StⅢ感器長度(77.430±3.933) μm，基部直徑(4.350±0.652) μm；黑紋片角葉蟬中其長度(58.100±1.556) μm，基部直徑(4.850±1.025) μm。

圖3 柳寬突葉蟬感器掃描電鏡觀察

圖4 黑紋片角葉蟬感器掃描電鏡觀察

2.2.2 刺型感器(Sensilla chaetica，Sch)

外形剛直如刺，表面具縱溝，直立在跗節(jié)表面，突出于其他感器(圖3(d)、(e)，圖4(d)、(e))，根據(jù)其長度和光滑程度可分為SchⅠ和SchⅡ亞型。

SchⅠ型較長，表面具明顯縱溝，散生分布，在柳寬突葉蟬中長度(56.670±7.819) μm，基部直徑(7.870±3.651) μm；黑紋片角葉蟬中長度(62.370±9.410) μm，基部直徑(3.870±0.912) μm。

SchⅡ型較短，表面具細(xì)紋，在柳寬突葉蟬中長度為(28.700±6.716) μm，基部直徑為(3.340±1.111) μm；黑紋片角葉蟬中長度為(23.050±8.273) μm，基部直徑為(43.500±1.131) μm。

2.2.3 錐型感器(Sensilla basiconica，Sb)

具有光滑的環(huán)狀基座，整體粗細(xì)變化較小，種類和數(shù)量僅次于毛型感器(圖3(f)、(g)，圖4(f))，按照感器形態(tài)和大小可以分為兩種亞型：SchⅠ和SchⅡ。其中柳寬突葉蟬兩種感器均有，黑紋片角葉蟬僅發(fā)現(xiàn)具有SbⅠ。

SbⅠ型生長在喙末端，基部有輕微隆起，表面具縱紋，端部較鈍，在柳寬突葉蟬中長度(28.700±6.716) μm，基部直徑(15.350±0.071) μm；黑紋片角葉蟬中長度(14.000±3.772) μm，基部直徑(2.230±0.510) μm。

SbⅡ型僅柳寬突葉蟬有分布在足末端，基部有輕微隆起，整體扁平，端部較突、鈍圓，均生長在鞭節(jié)上的凹窩內(nèi)，長度(14.900±2.546) μm，基部直徑(4.840±2.058) μm。

2.2.4 腔型感器(Sensilla cavity，Sca)

表皮內(nèi)陷形成空腔，Sca腔穴口徑圓形，無凸出物(圖3(h))，該感器數(shù)量較少僅在柳寬突葉蟬梗節(jié)和鞭節(jié)各分布1個，空腔直徑梗節(jié)上為1.860 μm、鞭節(jié)上1.540 μm。

2.2.5 微毛

微毛體型微小，結(jié)構(gòu)單一(圖3(i))，在觸角(柄節(jié)、梗節(jié))、喙、足末端均有大量分布(>30根)，基部較寬，表面光滑，彎曲頂部，末端尖細(xì)，約傾斜30°生長。柳寬突葉蟬中微毛長度(5.960±5.716) μm，基部直徑(1.030±0.283) μm；黑紋片角葉蟬中長度(6.980±1.838) μm，基部直徑(1.440±0.028) μm。

3 討論與結(jié)論

本文對柳寬突葉蟬和黑紋片角葉蟬的雌、雄成蟲觸角、喙端、前足末端超微形態(tài)進(jìn)行了電鏡觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5種感器的9種亞型，分別為StⅠ、StⅡ、StⅢ、SchⅠ、SchⅡ、SbⅠ、SbⅡ、Sca和微毛。其中Sca首次在葉蟬科昆蟲中發(fā)現(xiàn)。

兩種片角葉蟬觸角上分布4種：StⅠ、SbⅠ、Sca和微毛；喙端分布有4種：StⅠ、StⅡ、StⅢ和微毛；前足末端6種：StⅠ、SchⅠ、SchⅡ、SbⅠ、SbⅡ和微毛。柳寬突葉蟬9種亞型都有，黑紋片角葉蟬上未發(fā)現(xiàn)錐型感器SbⅡ和腔型感器Sca，柳寬突葉蟬感器數(shù)量除刺型感器SchⅡ以外均多于黑紋片角葉蟬。

兩種葉蟬觸角均分布有StⅠ和SbⅠ感器，柳寬突葉蟬較黑紋片角葉蟬多Sca，觸角分布感器數(shù)量較少。其中，毛型感器在葉蟬科中普遍存在，在所有已進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)觀察的葉蟬觸角上均有發(fā)現(xiàn)[12-18，24-26]，其功能研究也最為清晰，具有機(jī)械感受功能和化學(xué)感器的功能[27]。錐型感器對外界氣味刺激具有感受功能[28]，主要用于寄主的選擇，SbⅠ型分布于兩種葉蟬觸角柄節(jié)，可能與其共同取食為害柳樹有關(guān)。腔型感器Sca在葉蟬科未見報導(dǎo)，為首次發(fā)現(xiàn)，分布數(shù)量較少，本次實驗中僅發(fā)現(xiàn)有兩個。

兩種葉蟬喙端僅分布有大量毛型感器(StⅠ、StⅡ和StⅢ)和微毛。大多數(shù)昆蟲感器研究報導(dǎo)毛型感器分布最廣、數(shù)量最多[17]，在柳寬突葉蟬和黑紋片角葉蟬中毛型感器數(shù)量很多僅低于微毛數(shù)量，大多分布于喙端，喙端感器數(shù)量最多。微毛體型短小，結(jié)構(gòu)單一，但數(shù)量最多，廣泛分布于這兩種葉蟬表面。

足末端分布有StⅠ、SchⅠ、SchⅡ、SbⅠ、SbⅡ和微毛，分布數(shù)量不是最多，但種類最為豐富，其中SchⅠ和SchⅡ僅在足末端分布，刺型感器直立于足末端表面，明顯高出其他感器許多，這一結(jié)構(gòu)特點也使它首先接觸外界環(huán)境[29]，是具有化學(xué)接受功能和感受機(jī)械刺激功能的機(jī)械感器[15]。

昆蟲感器的形態(tài)、分布、數(shù)量特征在科、亞科、屬、種不同分類階元中皆存在差異[5]，大多數(shù)學(xué)者普遍認(rèn)為親緣關(guān)系近的昆蟲感器特征也更加相近[29]。本研究通過掃描電鏡，對兩種片角葉蟬頭、喙、足末端感器類型、數(shù)量、分布情況進(jìn)行了觀察，了解感器的形態(tài)及超微結(jié)構(gòu)，為深化葉蟬感器超微結(jié)構(gòu)研究提供了一定的基礎(chǔ)資料。