油茶藍(lán)翅天牛觸角感器掃描電鏡觀察

羅 鵬, 吳家展, 王廣利

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

觸角是昆蟲感知外界信息物質(zhì)的重要器官,具有嗅覺、觸覺與聽覺等作用,在配偶識(shí)別、寄主定位、產(chǎn)卵場(chǎng)所選擇、逃避天敵等生命活動(dòng)中具有重要作用[1-2]。觸角上著生的各類型感受器是昆蟲感知內(nèi)外環(huán)境的基本結(jié)構(gòu)單元,也是昆蟲進(jìn)行化學(xué)通訊的主要接受體,對(duì)外界環(huán)境及刺激起著重要的感知作用[3]。目前已發(fā)現(xiàn)并命名的感受器大致可分為毛形感器(sensilla trichodea, ST)、刺形感器(sensilla chaetica, SCH)、錐形感器(sensilla basiconica, SB)、耳形感器(sensilla auricillica, SAU)、B?hm氏鬃毛(B?hm bristles, BB)等十幾種[3-4]。觸角感器在屬、種及兩性之間的功能存在較大分化,不同種類昆蟲或同一種類不同性別的昆蟲在觸角感器類型、形態(tài)、數(shù)量分布等也存在極大差異[5]。不同感受器結(jié)構(gòu)高度特化、功能專一,在昆蟲尋找寄主、取食產(chǎn)卵、尋找配偶、交尾以及感受環(huán)境刺激等正常生命活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用[3],如雄性棉鈴蟲Helicoverpaarmigera觸角上的毛形感器可以識(shí)別雌性性信息素從而引發(fā)性行為[6],油茶象Curculiochinensis觸角上的刺形感器能感受機(jī)械刺激從而選擇求偶環(huán)境和產(chǎn)卵場(chǎng)所等[7]。

油茶藍(lán)翅天牛Bacchisaatritarsis,又名黑跗眼天牛,屬鞘翅目天?？?是油茶重要蛀干害蟲,在我國江西、湖南、廣東等多地都有嚴(yán)重危害,為害株率可高達(dá)100%,嚴(yán)重影響我國油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[8-10]。天?？评ハx觸角感器研究已有不少報(bào)道,如松褐天牛Monochamusalternatus[11]、白點(diǎn)墨天牛Monochamusscutellatus[12]、粗角梯天牛Pharsaliaantennata[13]、管紋艷虎天牛Rhaphumahorsfieldi[14]、云斑天牛Batocerahorsfieldi[15]、曲紋花天牛Lepturaarcuata和橡黑花天牛Lepturaaethiops[16]、紅緣天牛Asiashalodendri[17]等,但對(duì)油茶藍(lán)翅天牛的研究大多局限于分類地位、形態(tài)特征及生物學(xué)特性等基礎(chǔ)研究[9-10, 18-21],對(duì)其成蟲觸角感器的研究還未見報(bào)道。鑒于油茶對(duì)我國有著重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值,以及近年來全國油茶新造林面積在不斷增加,大面積的油茶幼齡林以及當(dāng)前的純林結(jié)構(gòu)使油茶幼齡林及新造林面臨著藍(lán)翅天牛的嚴(yán)重威脅,且由于天?？评ハx自身的隱蔽性和耐受性,尚無高效環(huán)保的防控措施。本研究通過體視顯微鏡和掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)對(duì)藍(lán)翅天牛雌、雄成蟲的觸角形態(tài)特征及其感器類型、形態(tài)特征和分布特點(diǎn)等進(jìn)行了初步觀察與統(tǒng)計(jì),并對(duì)雌雄個(gè)體間感器差異作了比較分析,旨在為后續(xù)基于嗅覺和味覺的相關(guān)研究及其綠色防控技術(shù)的探索等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

供試油茶藍(lán)翅天牛于2021年4月下旬至5月下旬采自江西省永豐縣龍崗鄉(xiāng)普通油茶林,置于長22 cm,寬15 cm,高12 cm的方形透明飼養(yǎng)盒,于室內(nèi)自然光照下飼養(yǎng),盒蓋上有不規(guī)則小孔若干以供空氣流通,每日更換新鮮油茶枝條,并放置一個(gè)蘸有蒸餾水的脫脂棉球以保持濕度,飼養(yǎng)室溫度(25±1)℃,為避免天牛間打斗而產(chǎn)生損傷,每盒只飼養(yǎng)一頭天牛。

1.2 觸角形態(tài)觀察

挑選未受損傷、狀態(tài)良好的藍(lán)翅天牛成蟲,根據(jù)腹末特征區(qū)分雌雄[22],冷凍致死后用解剖剪將觸角從柄節(jié)處齊根剪下,浸入PBS磷酸緩沖液中,PS-D30超聲清洗儀清洗10 min,待自然干燥后在Nikon SMZ800N體視顯微鏡下進(jìn)行特征觀察及數(shù)據(jù)測(cè)量,雌雄各觀察20根觸角。

1.3 SEM樣品制備及觀察

取油茶藍(lán)翅天牛雌雄成蟲各4頭,用解剖剪分別從柄節(jié)處將整個(gè)觸角剪下,分別浸入PBS磷酸緩沖液中,用PS-D30超聲清洗儀(20℃,100 Hz)清洗3次,每次2 min,然后用75%、85%、95%和100%不同濃度梯度乙醇逐級(jí)脫水各10 min,自然干燥后,用雙面導(dǎo)電膠將觸角固定在樣品臺(tái)上,經(jīng)離子濺射噴金后,在Gemini SEM300掃描電鏡(德國ZEISS)下進(jìn)行觀察并拍照,加速電壓5.00 kV。

1.4 數(shù)據(jù)處理

觸角感器的鑒定和命名參考Schneider[4]和Crook等[23]的命名系統(tǒng)。根據(jù)掃描電鏡圖片對(duì)不同類型感器進(jìn)行觀察和鑒定,每種感器選取30個(gè)樣本測(cè)量。雌雄成蟲觸角各部位長度及各感器長度和基部直徑采用Photoshop CS6軟件進(jìn)行測(cè)量,所得數(shù)據(jù)通過IBM SPSS Statistics 22軟件分別運(yùn)用配對(duì)樣本t測(cè)驗(yàn)和Tukey檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油茶藍(lán)翅天牛觸角的基本形態(tài)

油茶藍(lán)翅天牛雌雄成蟲觸角共11節(jié),鞭狀,長約(10.02±0.13)mm,由柄節(jié)(scape,Sc)、梗節(jié)(pedicel,Pe)和鞭節(jié)(flagellum,F1～F9)組成,通體被黑色剛毛,柄節(jié)膨大,稍長,平均長度(1.35±0.04)mm,表面密布刻點(diǎn),基部黃褐色,端部黑色;梗節(jié)短小,平均長度(0.55±0.02)mm,除與柄節(jié)連接處少許黃色外,通體黑色;鞭節(jié)細(xì)長,分為9個(gè)亞節(jié),F1～F8平均長度漸短,分別為(1.58±0.03)(1.19±0.04)(1.00±0.01)(0.87±0.02)(0.78±0.02)(0.68±0.01)(0.55±0.02)(0.51±0.02)mm,F9稍長,為(0.74±0.03)mm,其中,F1～F4基部黃色至暗黃色,端部深棕色至黑色,且F1～F2黃色約占該節(jié)1/3～2/3,F3黃色占該節(jié)約1/4～1/2,F4～F5黃色約占該節(jié)1/5～1/3,F5～F9除連接點(diǎn)處少許黃色外基本全黑(圖1、表1)。

表征測(cè)量及觀察結(jié)果顯示,藍(lán)翅天牛雌蟲觸角(10.54±0.13)mm,整體長度較長于雄蟲的(9.49±0.13)mm,各小節(jié)長度也與雄蟲有所不同,其中柄節(jié)、梗節(jié)及鞭節(jié)F1～F5較雄蟲長,但鞭節(jié)F6～F9卻明顯短于雄蟲,且雌蟲鞭節(jié)F1～F4基部黃色范圍大于雄蟲(圖1、表1)。

圖1 藍(lán)翅天牛雌雄成蟲觸角背面及腹面觀

表1 藍(lán)翅天牛雌雄成蟲觸角各部位長度1)

2.2 油茶藍(lán)翅天牛觸角感器的形態(tài)及分布

共發(fā)現(xiàn)藍(lán)翅天牛成蟲觸角感受器7類12種(圖2),分別為毛形感器、刺形感器、錐形感器、B?hm氏鬃毛、栓錐形感器、耳形感器、鉤形感器。其中毛形感器和錐形感器分別有3種亞型,刺形感器有2種亞型。

2.2.1毛形感器(sensilla trichodea, STⅠ～STⅢ)

毛形感器是藍(lán)翅天牛成蟲觸角上數(shù)量最多、分布最廣的感器類型,著生于表皮凹陷的基窩內(nèi),由基部向端部均勻變細(xì),柔軟似毛發(fā)狀,直立于表皮或彎曲指向端部,感受器壁具深縱紋,根據(jù)其長度、形狀的不同分為3種亞型:彎毛形感器(STⅠ)、直毛形感器(STⅡ)和極長毛形感器(STⅢ)。STⅠ彎曲或平行于表皮指向端部,長(73.66±2.47)μm,基部直徑(3.05±1.88)μm,密布于觸角各節(jié),是數(shù)量最多的亞型(圖2a,表2);STⅡ直立于表皮,長(69.15±1.89)μm,基部直徑(2.89±0.84)μm,數(shù)量比STⅠ型少,成簇分布在鞭節(jié)的STⅠ之間,柄節(jié)和梗節(jié)的基部、端部亦有零星分布(圖2b,表2);STⅢ是3種亞型種中最長的,長(470.45±29.34)μm,基部直徑(2.89±0.84)μm,主要分布于柄節(jié)和梗節(jié),鞭節(jié)F1～F3亦有零散分布,每節(jié)側(cè)面分布多于腹面,腹面多于背面(圖2c和d,表2)。3種毛形感器在雌、雄成蟲觸角的數(shù)量與分布上相似。

2.2.2刺形感器(sensilla chaetica, SCH Ⅰ～SCH Ⅱ)

刺形感器數(shù)量較毛形感器少,常與毛形感器交錯(cuò)而生,著生于表皮隆起的圓臺(tái)座上,細(xì)長挺直或略向表面傾斜,表面光滑,由基部向端部逐漸尖細(xì),剛硬如刺,根據(jù)其基部分叉情況可分為兩種亞型:單刺形感器(SCHⅠ)和分叉刺形感器(SCHⅡ)。SCHⅠ在雌、雄成蟲觸角上的數(shù)量與分布基本相似,其直立于表皮圓臺(tái)座上,基部鈍圓較粗,不分叉,長(46.85±2.81)μm,基部直徑(2.59±0.90)μm,成簇或零散分布于鞭節(jié)各亞節(jié)毛形感器之間,且側(cè)面居多,在柄節(jié)、梗節(jié)的兩端側(cè)面亦有少量呈均勻間隔分布(圖2e,表2)。SCHⅡ在靠近基部處分為二叉,長(33.31±0.65)μm,基部直徑(3.01±0.49)μm,僅見于雄性觸角鞭節(jié)(圖2e,表2)。

圖2 藍(lán)翅天牛成蟲觸角感器形態(tài)特征

2.2.3錐形感器(sensilla basiconica, SB Ⅰ～SB Ⅲ)

錐形感器在雌、雄成蟲觸角上的數(shù)量與分布相似,始見于第4節(jié),數(shù)量較多,僅次于毛形感器,常成簇、成排或散布于毛形感器和刺形感器之間。該感器直立于表皮隆起的圓臺(tái)形底座,端部與基部略窄或明顯更窄,多呈尖錐狀或圓錐狀,長度較毛形感器和刺形感器短,表面光滑無縱紋,根據(jù)其形態(tài)、長度可分為尖錐形感器(SB Ⅰ)、圓錐形感器(SB Ⅱ)和短錐形感器(SB Ⅲ)3種亞型。SB Ⅰ較細(xì)長,由基部向端部逐漸窄細(xì),長(12.40±0.23)μm,基部直徑(1.69±1.01)μm(圖2f,表2);SB Ⅱ較粗壯,感器上下幾乎等寬,端部鈍尖或鈍圓,長(16.45±1.81)μm,基部直徑(2.07±0.63)μm,是數(shù)量最多的錐形感器(圖2e,表2);SB Ⅲ 較SB Ⅰ、SB Ⅱ短小,似表皮小凸起,長(3.63±0.30)μm,基部直徑(2.43±0.16)μm,數(shù)量極少,零散分布于其他感器之間(圖2h,表2)。

四川竹編產(chǎn)品普遍存在制作周期長、產(chǎn)品更新速度慢等問題，在工業(yè)化潮流的沖擊下慢慢失去市場(chǎng)競(jìng)爭力，也很難招到愿意潛心學(xué)習(xí)的年輕學(xué)員，竹編技術(shù)面臨技藝傳承斷層的困境。因此，政府應(yīng)大力扶持竹編藝術(shù)家，幫助拓寬竹編藝術(shù)的發(fā)展空間，多組織一些關(guān)于竹編工藝及特色竹編制品的宣傳活動(dòng)[8]，喚醒人們對(duì)竹編行業(yè)的重視，讓竹編藝術(shù)順應(yīng)新時(shí)代潮流，逐步融入現(xiàn)代社會(huì)。同時(shí)，竹編行業(yè)亟需加強(qiáng)市場(chǎng)管理，嚴(yán)厲打擊劣質(zhì)低等、假冒偽劣的竹編產(chǎn)品，維護(hù)四川竹編的行業(yè)信譽(yù)。

2.2.4B?hm氏鬃毛(B?hm bristles, BB)

B?hm氏鬃毛在雌、雄成蟲觸角上的數(shù)量與分布相似,其長(59.56±5.94)μm,基部寬(2.63±1.54)μm,表面光滑,直立于表皮凹陷的深基窩內(nèi),由基部向端部均勻變細(xì),外形似刺形感器,但較刺形感器更尖更長。該感器成簇分布于柄節(jié)和梗節(jié)及其節(jié)間周圍,主要集中于側(cè)面和腹面基部、端部兩側(cè),中間分布相對(duì)較少(圖2i,表2)。

2.2.5栓錐形感器(sensilla styloconica, SS)

著生于觸角表面隆起的圓臺(tái)形底座凹窩內(nèi),長(7.25±0.29)μm,基部寬(2.22±1.00)μm,短錐狀,下半部較寬,表面光滑無縱紋,上半部錐狀,表面具縱紋。該感器主要零散分布于觸角第4～11節(jié)的錐形感器之間,數(shù)量較錐形感器少,且雄性數(shù)量略多于雌性(圖2j,表2)。

2.2.6耳形感器(sensilla auricillica, SAU)

著生于觸角表面隆起的圓臺(tái)形底座凹窩內(nèi),長(10.49±0.19)μm,基部寬(2.54±0.92)μm,形似禾本科植物葉片狀或扁耳狀,基部直立或彎曲成折,表面光滑無縱紋。耳形感器同栓錐形感器一樣,零散分布于觸角第4～11節(jié)的錐形感器之間,但數(shù)量較栓錐形感器多,且腹面多于背面,在雌、雄成蟲觸角的數(shù)量與分布上相似(圖2k,表2)。

2.2.7鉤形感器(sensilla hook,SH)

著生于表面隆起的圓臺(tái)上,長(23.72±3.46)μm,基部寬(1.88±0.09)μm,外形似鉤,表面光滑,零散分布于觸角第6～10節(jié)的錐形感器之間,數(shù)量較少,在雌、雄成蟲觸角的數(shù)量與分布上相似(圖2l,表2)。

表2 藍(lán)翅天牛成蟲觸角感器形態(tài)特征

3 討論

昆蟲依賴感受器感知振動(dòng)、壓力、化學(xué)物質(zhì)、溫濕度、CO2等,以保證定位寄主、取食、交配、防御、繁殖等生命活動(dòng)的正常進(jìn)行,這些感器主要分布在觸角、下顎須和下唇須上[3, 24-25]。本文通過掃描電鏡在藍(lán)翅天牛雌雄成蟲觸角上共觀察并鑒別出感器7類12種,在數(shù)量上,毛形感器>錐形感器>刺形感器>耳形感器>栓錐形感器>鉤形感器;在分布上,雌雄成蟲觸角第1～3節(jié)僅著生毛形感器、刺形感器和B?hm氏鬃毛,第4～5節(jié)具零星錐形感器、耳形感器和栓錐形感器,第6節(jié)出現(xiàn)鉤形感器?？傮w上,第5～11節(jié)感器種類和數(shù)量相對(duì)更為豐富。

毛形感器是天牛類昆蟲觸角上最常見感器之一,可接受機(jī)械物理刺激和感受環(huán)境中化學(xué)物質(zhì),具嗅覺和味覺或觸覺功能[3, 26],在大部分昆蟲上還具有接收性信息素功能[4, 27]。藍(lán)翅天牛觸角上共觀察到毛形感器3種,其中彎毛形感器(STⅠ)與銹色粒肩天牛Aprionaswainsoni的毛形感器Ⅰ[28]、粗角梯天牛的毛形感器Ⅱ[13]、云斑天牛的毛形感器[15]和松褐天牛的毛形感器Ⅱ[29]相似;而直毛形感器(STⅡ)與桑天牛Aprionagermari毛形感器[30]、青楊楔天牛Saperdapopulnea和銹斑楔天牛Saperdabalsamifera的毛形感器[31]、咖啡滅字虎天牛Xylotrechusquadripes的長鈍刺形感器[32]、光肩星天牛Anoplophoraglabripennis的毛形感器Ⅱ[33]以及松褐天牛的毛形感器[11]相似;極長毛形感器(STⅢ)與褐點(diǎn)墨天牛Monochamusnotatus的長刺形感器[12]、松褐天牛的毛形感器Ⅰ型[29]相似,3種毛形感器表面均具深縱紋,為典型的溝紋型多孔化學(xué)感器[34],且較其他感器長,能夠率先接觸到外界環(huán)境,推測(cè)為感受機(jī)械刺激和嗅覺功能。

刺形感器直立于觸角表面,數(shù)量較多,被認(rèn)為具有感受機(jī)械刺激和物化刺激以及選擇行為環(huán)境的功能[32, 35]。藍(lán)翅天牛觸角上共觀察到刺形感器2種,其中單刺形感器(SCHⅠ)與銹色粒肩天牛的刺形感器Ⅰ[28]、Nebriabrevicollis的毛形感器Ⅱ[36]、栗山天牛Massicusraddei的毛形感器Ⅱ[37]相似,應(yīng)與感受機(jī)械物理刺激和物化刺激有關(guān)。但分叉刺形感器(SCHⅡ)為藍(lán)翅天牛雄成蟲特有,與青楊脊虎天牛Xylotrechusrusticus的OK錐形感器[38]及栗山天牛的錐形感器Ⅵ[39]極為相似,可能在尋找配偶或求偶交配行為等過程中發(fā)揮主導(dǎo)作用。

錐形感器是典型的嗅覺感器,在藍(lán)翅天牛觸角上共觀察到3種,其中尖錐形感器(SBⅠ)與青楊脊虎天牛的細(xì)錐形感器(b2)[38]、桉嗜木天牛Phoracanthasemipunctata的錐形感器Ⅱ(typeⅡ)[40]、咖啡滅字虎天牛的尖錐形感器(Ⅰ型)[32]、青楊楔天牛的錐形感器Ⅱ(SBⅡ)[31]、虎天牛族昆蟲的錐形感器Ⅱ[41]相似;圓錐形感器(SBⅡ)與青楊脊虎天牛的普錐形感器(b1)[38]、黃星天牛Psacotheahilaris的錐形感器Ⅱ(type-Ⅱ)[42]、桉嗜木天牛的錐形感器Ⅰ(typeⅠ)[40]、銹斑楔天牛的錐形感器Ⅱ[31]、咖啡滅字虎天牛的鈍錐形感器(Ⅱ型)[32]、云斑天牛的指錐形感器(BⅣ)[15]、孫飛等報(bào)道的松褐天牛錐形感器[11]、桑天牛的細(xì)尖錐形感器(B Ⅱ)[30]以及管紋艷虎天牛的錐形感器Ⅱ[14]相似;短錐形感器(SBⅢ)與青楊脊虎天牛的短錐形感器(b4)[38]、青楊楔天牛和銹斑楔天牛的錐形感器Ⅰ[31]、紅緣天牛的錐形感器Ⅰ[17]相似。觀察發(fā)現(xiàn),3種錐形感器多成簇或成排分布在毛形與刺形感器之間,該種排列方式已被證實(shí)能夠讓昆蟲更高效地識(shí)別氣味分子,提高嗅覺功能[43-44]。栓錐形感器(SS)與青楊脊虎天牛的凹槽釘形感器[38]、青楊楔天牛和銹斑楔天牛的錐形感器Ⅲ[31]、黃星天牛觸角上錐形感器Ⅲ(type-Ⅲ)[42]、咖啡滅字虎天牛的凹槽釘形感器(SGP)[32]、栗山天牛的錐形感器Ⅲ(sb3)[37]、孫飛等報(bào)道的松褐天牛的栓錐形感器[11]相似。該感器被證實(shí)其超微結(jié)構(gòu)內(nèi)部具豐富神經(jīng)細(xì)胞[26],且根據(jù)Zacharuk[34]對(duì)感器結(jié)構(gòu)與功能的描述,栓錐形感器上部分感器壁表面的深溝縱紋是化感器的典型特征,可能與識(shí)別化學(xué)物質(zhì)、感受環(huán)境溫濕度有關(guān)。

B?hm氏鬃毛的命名與分布較為統(tǒng)一,也有部分學(xué)者將其列入刺形感器中[30, 33, 37],其表面光滑,數(shù)量較多,是一種重要的機(jī)械重力感器。耳形感器(SAU)在前人對(duì)松褐天牛觸角感器的研究上已有過報(bào)道,根據(jù)其對(duì)耳形感器超微結(jié)構(gòu)的觀察,該感器壁薄,表面密布的小孔內(nèi)連孔道,具樹突神經(jīng)及微管,具有嗅覺感器功能[11, 45]。鉤形感器較為特殊,目前僅在青楊脊虎天牛觸角上有發(fā)現(xiàn)[38],但相關(guān)功能研究還未見報(bào)道。

感受器是昆蟲與外界環(huán)境聯(lián)系的重要紐帶,觸角上感受器的外部形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造的不同,影響和決定著感器的作用與功能[35, 46]。但由于目前感器類型的鑒定尚未有嚴(yán)格統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),因此同類或不同類型感器在命名時(shí)常存在一定的差異或重合[32]。本研究運(yùn)用掃描電鏡技術(shù)初步鑒定了藍(lán)翅天牛雌雄成蟲各類型觸角感器及其分布特征,并通過與其他天?？评ハx觸角感器的研究結(jié)果進(jìn)行比較,對(duì)藍(lán)翅天牛觸角感器的功能進(jìn)行了推測(cè),研究結(jié)果將有助于探索藍(lán)翅天牛寄主選擇行為機(jī)制,繼而為該蟲化學(xué)生態(tài)綜合防控技術(shù)研究和應(yīng)用提供理論依據(jù)。但有關(guān)其更深層次的感器內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)及其在藍(lán)翅天牛成蟲化學(xué)通訊過程中的作用,仍需綜合透射電鏡技術(shù)與行為學(xué)試驗(yàn)做進(jìn)一步功能驗(yàn)證。