甘藍夜蛾觸角感器掃描電鏡觀察

史皓男，李子芳，欒 添，張 健

(長春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130032)

甘藍夜蛾(MamestrabrassicaeLinnaeus)隸屬于鱗翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae)，主要分布在亞歐大陸北緯30°～70°的區(qū)域，并在世界范圍內(nèi)廣泛分布。甘藍夜蛾常危害葫蘆科、藜科、十字花科和茄果類作物，尤其對我國東北、華北、西北甜菜產(chǎn)區(qū)均造成不同程度的危害[1]。目前，對甘藍夜蛾的研究主要集中在其生活史特點[2-3]、種群活動規(guī)律[4]及防治手段[5]這3個方面。

昆蟲的觸角在其寄主識別、種間交流、產(chǎn)卵定位等過程中發(fā)揮重要作用。在昆蟲觸角上著生有許多不同形態(tài)的感器，前人根據(jù)觸角感器不同的形態(tài)特征將其劃分為不同的類型，不同類型的感器在昆蟲生活過程中承擔不同的功能[6-7]。筆者采用掃描電鏡技術(shù)對甘藍夜蛾觸角感器進行觀察，明確各類型感器的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分布特點，為以后采用觸角電位和單細胞記錄技術(shù)對甘藍夜蛾進行化學(xué)生態(tài)學(xué)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料甘藍夜蛾幼蟲于2020年5月采集自吉林省大豆田，待成蟲羽化后采集備用。

1.2 樣本的制備與觀察方法樣品處理前將甘藍夜蛾在還軟器中還軟2～3 d。還軟后在Motic顯微鏡下使用鑷子小心地將甘藍夜蛾觸角從觸角窩基部取下。將甘藍夜蛾觸角浸濕在70%無水乙醇中保存1 d，之后進行脫水，脫水時要分別在75%、80%、85%及90%濃度的無水乙醇中進行，每種濃度脫水時間均為10 min。之后將甘藍夜蛾觸角分背腹兩面粘在樣品臺上，采用離子濺射儀(Hitachi E-102)進行噴金，之后用Hitachi S-570型掃描電鏡在20 kV的加速電壓下進行觀察。

1.3 數(shù)據(jù)分析采用Schneider[6]和Zacharuk[7]提出的命名系統(tǒng)方法對甘藍夜蛾觸角感器的類型進行劃分。同時將甘藍夜蛾觸角感器與其他夜蛾科昆蟲的觸角感器相互比較(如Seada[8]和Chang等[9])。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 23.0進行，數(shù)據(jù)以平均值±標準誤(mean±SE)的形式來顯示。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的形態(tài)甘藍夜蛾雌雄成蟲觸角均為絲狀，由柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)3部分組成。雌性成蟲觸角長度為(7.8±0.2)mm，由(43±3)(n=22)個鞭節(jié)組成；雄性成蟲觸角長度在(8.1±0.3)mm，由(43±2)(n=20)個鞭節(jié)組成。成蟲觸角表面均覆蓋有大量的鱗片(圖1a)，觸角基部的柄節(jié)一般較為膨大，各類型感器主要分布在觸角鞭節(jié)區(qū)域，且在不同區(qū)域上分布有所不同。

2.2 甘藍夜蛾觸角感器類型、數(shù)量及分布規(guī)律甘藍夜蛾雌性和雄性個體的觸角上均具有刺形感器、毛形感器(3個亞型)、錐形感器(2個亞型)、栓錐形感器、B?hm氏鬃毛、腔錐形感器和鱗形感器10種類型的感器。

(1)刺形感器(sensilla chaetica，SC)。端部較鈍，形態(tài)較為粗壯，基部具有臼狀的凹陷，通常直立于觸角的表面(圖1b)，在這類感器表面一般不具有孔，通常具有與該類型感器縱軸接近垂直的連續(xù)縱行條紋(圖1c)。雄性長度為(83.41±8.68)μm，其基部直徑為(3.78±0.43)μm。雌性長度為(86.54±8.47)μm，其基部直徑為(3.35±0.41)μm。

(2)毛形感器Ⅰ(sensilla trichodea Ⅰ，ST Ⅰ)。外形形似頭發(fā)，從下向上逐漸彎曲并變細，感器表面通常有螺旋狀的環(huán)形紋理，基部無臼狀的凹形窩(圖1d)。雄性長度為(44.69±9.77)μm，基部直徑為(1.78±0.45)μm。雌性長度為(44.11±7.49)μm，基部直徑為(2.05±0.38)μm。

(3)毛形感器II(sensilla trichodea II，ST II)。該感器表面存在斜環(huán)形狀紋理，基部無臼狀窩(圖1e和圖1f)。雄性長度為(30.97±4.63)μm，基部直徑為(1.95±0.32)μm。雌性長度為(34.21±7.34)μm，基部直徑為(1.65±0.32)μm。

(4)毛形感器 III(sensilla trichodea III，ST III)。頂端通常較為鈍圓，在其表面有環(huán)狀的條紋(圖1g和圖1h)。雄性長度為(31.69±6.05)μm，基部直徑為(1.57±0.27)μm。雌性長度為(28.54±4.79)μm，基部直徑為(1.59±0.27)μm。

注：a.雌蛾觸角表面鱗片，bar=20.0 μm；b.刺形感器(SC)，bar=20.0 μm；c.刺形感器表面，bar=20.0 μm；d.毛形感器I(ST I)，bar=20.0 μm；e.毛形感器II(ST II)，bar=20.0 μm；f.毛形感器II表面，bar=20.0 μm；g.毛形感器 III(ST III)，bar=20.0 μm；h.毛形感器III表面，bar=20.0 μm；i.錐形感器I(SB I)，bar=20.0 μm；j.錐形感器II(SB II)，bar=20.0 μm；k.栓錐形感器(STY)，bar=20.0 μm；l.B?hm氏鬃毛(BB)，bar=20.0 μm；m.腔錐形感器(SCO)，bar=20.0 μm；n.鱗形感器(SSQ)，bar=20.0 μm。Note:a.Surface scales of antennae of female moths；b.Sensilla chaetica，SC；c.Surface of sensilla chaetica；d.Sensilla trichodea I，ST I；e.Sensilla trichodea II，ST II；f.Surface of sensilla trichodea II；g.Sensilla trichodea III，ST III；h.Surface of sensilla trichodea III；i.Sensilla basiconica I，SB I；j.Sensilla basiconica II，SB II)；k.Sensilla styloconica，STY；l.B?hm bristles，BB；m.Sensilla coeloconica，SCO；n.Sensilla squamiformia，SSQ.圖1 甘藍夜蛾觸角感受器掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.1 The SEM images of antennal sensilla of Mamestra brassicae

(5)錐形感器Ⅰ(sensilla basiconica Ⅰ，SB Ⅰ)。該類感器略微彎曲或者直立于觸角表面，通常頂端較鈍，體型較為短小，基部不具臼狀的窩(圖1i)，通常有零散和成簇2種分布類型。其表面具有大量的孔，且感器壁較薄，有大量的神經(jīng)細胞在孔內(nèi)。主要分布在背面的鱗片、鞭節(jié)的腹面和中部之間，一般該類型感器2～6根著生于每個鞭節(jié)。雄性長度為(7.38±2.38)μm，基部直徑為(1.84±0.42)μm。雌性長度為(8.95±2.39)μm，基部直徑為(1.82±0.29)μm。

(6)錐形感器II(sensilla basiconica II，SB II)?；坎淮嬖诰薁罡C，表面具有拱形縱溝，頂端較鈍(圖1j)。雄性長度為(17.42±2.57)μm，基部直徑為(1.30±0.23)μm。雌性長度為(16.29±3.50)μm，基部直徑為(1.35±0.38)μm。

(7)栓錐形感器(sensilla styloconica，STY)。呈無規(guī)律的圓柱體形，頂部一般著生有1～3個具有感覺功能的錐狀體(圖1k)。分布于每個鞭節(jié)的末端。雄性長度為(17.42±2.57)μm，基部直徑為(1.30±0.23)μm。雌性長度為(16.29±3.50)μm，基部直徑為(1.35±0.38)μm。

(8)B?hm氏鬃毛(B?hm bristles，BB)。該類感器從基部到頂端逐漸鋒利，在觸角的表面豎直著生，分布在基部較寬關(guān)節(jié)窩里面。在梗節(jié)和柄節(jié)交界的位置(圖1l)通常成簇分布。雄性長度為(3.90±0.72)μm，基部直徑為(0.64±0.18)μm。雌性長度為(4.20±0.85)μm，基部直徑為(0.54±0.08)μm。

(9)腔錐形感器(sensilla coeloconica，SCO)。該類型感器分布于圓形空腔當中，圓形空腔由觸角表皮下陷后形成，這類感器從圓形腔中央凸出，形態(tài)為拇指狀，觸角頂端具有連續(xù)的豎紋均勻分布(圖1m)。雄性長度為(8.28±0.80)μm，雌性長度為(8.55±0.66)μm。

(10)鱗形感器(sensilla squamiformia，SSQ)。形態(tài)較為狹長和纖細且端部尖銳，表面有長的縱脊分布于感器表面，基部著生于臼狀窩當中(圖1n)。通常每節(jié)分布有3～5根該類型感器，主要分布在觸角梗節(jié)和鞭節(jié)相鄰的鱗片之間的部位，每節(jié)通常3～5根。雄性長度為(39.73±1.19)μm，基部直徑為(1.69±0.11)μm；雌性長度為(38.96±1.02)μm，基部直徑為(1.80±0.17)μm。

3 結(jié)論與討論

該研究采用掃描電鏡技術(shù)共觀察到甘藍夜蛾雌雄成蟲觸角上包含刺形感器、毛形感器(3個亞型)、錐形感器(2個亞型)、栓錐形感器、B?hm氏鬃毛、腔錐形感器和鱗形感器共10種感器，各類感器在數(shù)量和分布上存在一定差異。甘藍夜蛾觸角所具有的感器類型在其他鱗翅目昆蟲上也有所分布，兩者形態(tài)特征和結(jié)構(gòu)較為相同，其分布、數(shù)量和部位上的不同是甘藍夜蛾和其他鱗翅目昆蟲的主要區(qū)別。溫度感器和濕度感器、化學(xué)感器和機械感器是各種類型感器的主要功能，結(jié)合該試驗甘藍夜蛾各種類型感器的特征，對甘藍夜蛾各類型感器的功能推斷：刺形感器在其他夜蛾科昆蟲觸角表面也較常見，如筍秀夜蛾(Apameaapameoides)[10]和甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)[11]，刺形感器通常被認為具有承擔接觸性化學(xué)感受的作用。根據(jù)它們頂端具有孔的形態(tài)特征，推斷具有感受機械刺激的功能。

根據(jù)毛形感器外部特征將其劃分為3個亞型，其中雄蛾具有大量的毛形感器I，而雌蛾觸角上毛形感器I零散分布，這種分布情況在其他幾種夜蛾科昆蟲的觸角上也有發(fā)現(xiàn)。這類較長的毛形感器通常被認為是雄蛾感受雌蛾信息素的受體。毛形感器II和毛形感器III在甘藍夜蛾雌性和雄性的觸角上均有分布，研究表明具有毛形感器的雌性蛾類可以探索它自身的性信息素并以不同的方式作出反應(yīng)，如在Birch[12]的研究中，認為毛形感器能夠增加交配的概率，而Choristoneurafumiferana[13]有刺激產(chǎn)卵的功能。

甘藍夜蛾的錐形感器包括2種類型，該類感器表面通常都具有孔的構(gòu)造，證明了此類感器的功能是嗅覺受體或是感受氣味信號分子的作用。根據(jù)錐形感器表面孔的分布形式，第一種類型是孔呈規(guī)則的線性排列，如螟蛾科的Homoeosomanebulella[14]和蘋果蠹蛾Cydiapomonella和C.succedana[15]；第二類是孔在感器表面隨機分布、無規(guī)則，如斑蛾科的Zygaenahippocrepidis[16]。對一些昆蟲種類的研究發(fā)現(xiàn)，在觸角表面雌性所具有的錐形感器數(shù)量遠少于雄性所具有的錐形感器數(shù)量，如稻縱卷葉螟Cnaphalocrocismedinalis[17]，由此推斷，雄性稻縱卷葉螟觸角表面的錐形感器的功能是感受雌性個體所釋放的性信息素。該試驗結(jié)果表明，甘藍夜蛾的錐形感器表面的孔在觸角表面隨機分布，由此推斷其功能應(yīng)是感受信息素信號分子。

栓錐形感器主要分布在菜蛾科的Plutellaxylostella[18]和夜蛾科的Copitarsiaconsueta[19]等鱗翅目昆蟲的觸角上。該類感器表面通常不具有孔的構(gòu)造，其功能一般是感受濕度和溫度。研究表明這類感器能夠感受植物所釋放的氣味分子。所以將甘藍夜蛾觸角表面的栓錐形感器歸為感受溫度和濕度的感器這一類。

B?hm氏鬃毛在螟蛾科的印度谷螟蛾(Plodiainterpunctella)[20]、鞘蛾科的興安落葉松鞘蛾(C.obducta)[21]、舟蛾科的分月扇舟蛾(Closteraanastomosis)[22]和小翅蛾科的(Micropterixcalthella)[23]等種類觸角中都有描述。Schneider等[6]認為B?hm氏鬃毛是感受機械刺激的感器類型，起到感受重力的功能。當外界產(chǎn)生的機械刺激刺激到觸角時，其承擔起緩沖重力的作用，觸角下落的角度和速度進而被調(diào)節(jié)。甘藍夜蛾的B?hm氏鬃毛應(yīng)該也劃分為機械感器這一類。

腔錐形感器可劃分為2個亞型：第一種是中央微毛被周圍環(huán)形圍欄狀微毛所包圍，且中央微毛位于凹腔中，第二種是中央微毛著生在凹腔中且在中央微毛的頂端具有連續(xù)的縱溝，但周圍不被環(huán)形圍欄狀的微毛所包圍。在蠹蛾科的蘋果蠹蛾C.pomonella[15]、螟蛾科的稻縱卷葉螟C.medinalis[17]、C.cactorum和卷蛾科的Adoxophyesorana[24]等的觸角上也發(fā)現(xiàn)被環(huán)形圍欄狀微毛包圍的腔錐形感器；在微蛾科的Ectoedemiaatricollis[25]和顎蛾科的Agathiphagavitiensis和A.queenslandensis[26]等觸角的表面分布有周圍無環(huán)形圍欄狀微毛的腔錐形感器。Shanbhag等[27]認為其內(nèi)部中央感覺錐不受到外界機械刺激而產(chǎn)生機械損傷的主要原因是中央錐周圍的環(huán)形圍欄狀微毛的保護作用。在鱗翅目昆蟲中一般認為這類感器具有感受嗅覺信號刺激的功能，主要感受的是短鏈脂肪酸和單萜醇類等成分，以及發(fā)揮作用在雌性成蟲寄主產(chǎn)卵地的選擇上[28]。該試驗中甘藍夜蛾的腔錐形感器中央感覺錐周圍被環(huán)形圍欄狀的微毛所包圍，據(jù)此可以判斷其是感受嗅覺的感器這一類型。

鱗形感器是鱗翅目昆蟲所特有的一類感受器。在螟蛾科的二化螟(Chilosuppressalis)[29]中被認為起到感受機械刺激的功能。甘藍夜蛾鱗形感器的功能有待于采用電生理試驗來進一步驗證。

該研究表明甘藍夜蛾觸角表面各感器類型較豐富，其具體功能還有待于以后采用包括單細胞記錄、觸角電位等電生理手段進一步研究證實，為以后揭示甘藍夜蛾的寄主選擇、產(chǎn)卵、交配等行為選擇機制奠定理論基礎(chǔ)。