華北落葉松鞘蛾觸角感器掃描電鏡觀察

李茂林 ，張平 ，楊美紅 ，賀婷婷 ，李亞勇 ，趙祥

（1.山西省管涔山國有林管理局有害生物防治檢疫站，山西 忻州 036700；2.山西省關帝山國有林管理局雙家寨林場，山西 呂梁 030500；3.山西農業(yè)大學 基礎部，山西 晉中 030801；4.山西省右玉縣畜牧服務中心， 山西 朔州 037200；5.山西農業(yè)大學 草業(yè)學院，山西 晉中 030801）

華北落葉松鞘蛾（Coleophora sinensisYang）屬鱗翅目（Lepidoptera）鞘蛾科（Coleophoridae），寄主為華北落葉松（Larix principis?rupprechtiiMayr），分布于山西、內蒙古、河北、河南等地，幼蟲潛入針葉內蛀食危害［1］，近年來在山西省管涔山等林區(qū)集中爆發(fā)，給林業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失，2015年管涔林局懷道林場受災面積達543.3 hm2，2016年調查顯示，懷道林場平均有蟲株率70%，被調查的枝條上平均蟲口密度每100葉簇達23頭，甚至最高每100葉簇達58頭，嚴重影響林木生長，已成為制約管涔林區(qū)林業(yè)生態(tài)發(fā)展的重大害蟲［2］。由于幼蟲危害隱蔽性極強，煙熏和化學防治等常規(guī)手段具有很大的局限性，鑒于此，探討華北落葉松鞘蛾的綠色有效防治已經(jīng)迫在眉睫，能否對其進行生態(tài)控制是直接關系到我國北方華北落葉松林健康發(fā)展的重大問題。

昆蟲與寄主植物在長期相互適應過程中，寄主植物產(chǎn)生的化學信息物質對植食性昆蟲具有一定的嗅覺行為反應［3］，引誘植食性昆蟲在寄主植物上進行取食、交配、產(chǎn)卵等［4-5］。昆蟲對寄主植物釋放的信息化學物質的識別主要依賴觸角表面上的不同類型的感器［6］，不同昆蟲觸角表面的感器種類、形態(tài)、分布及數(shù)量等差異較大，甚至同種昆蟲的雌雄蟲感器也不盡相同。因此，研究昆蟲觸角感器有助于深入了解昆蟲化學通訊系統(tǒng)［7］，對于研究昆蟲與植物環(huán)境之間的信息交流至關重要。

目前對華北落葉松鞘蛾的研究主要集中形態(tài)學特征和生物學特性研究［2］、性引誘劑及應用技術研究［8-9］、華北落葉松鞘蛾防治技術等等方面的研究［10］，但是對華北落葉松鞘蛾的觸角感器觀察未見報道。本文利用掃描電鏡對華北落葉松鞘蛾雌雄成蟲觸角形態(tài)、各種感器的大小、分布、數(shù)量及雌雄蟲間感器差異進行觀察分析，并根據(jù)感器形態(tài)推測其可能具有的功能，為進一步揭示昆蟲的嗅覺行為反應、感受信號物質的機制和探索利用植物源引誘劑對華北落葉松鞘蛾進行綜合防治提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試蟲源

華北落葉松鞘蛾于2021年5月28日采自山西省管涔山國有林管理局閆家村林場（38°38′28.608″N，111°50′11.040″E），將帶有鞘蛾蛹的枝條剪下，用5層棉紗布輕輕將枝條包裹住，噴少量水（紗布不滴水）使紗布保持一定的濕度，帶回實驗室，將裹著鞘蛾蛹的紗布置于溫度為（23±1） ℃、相對濕度65%±5%、光周期18L∶6D的人工氣候箱中培養(yǎng)。

1.2 樣品的制備與觀察

（1）固定：待華北落葉松鞘蛾羽化后，選擇生長健康的華北落葉松鞘蛾雌雄成蟲各10頭，按照性別分別放入2.5%戊二醛固定液中固定24 h（0~4 ℃）。（2）清洗：取出成蟲，用解剖刀和鑷子在體視顯微鏡（Leica EZ4HD）下把華北落葉松鞘蛾頭部摘下，并將雌、雄成蟲的觸角分開，用新配制的磷酸緩沖液（pH=7.2）清洗3次，每次15 min；（3）脫水：依次用體積分數(shù)為30%、50%、70%、80%、90%和100%（2次）的乙醇水溶液對樣品進行梯度脫水，每次 10 min。（3）干燥：JFD-320冷凍干燥儀?5 ℃冷凍干燥。（4）鍍金：用導電膠將觸角固定在樣品臺上，離子濺射鍍膜儀（JEOL JFC-1600）噴金。（5）觀察拍照：用掃描電鏡（JEOL JEM-6490LV）進行形態(tài)觀察并拍照。

1.3 數(shù)據(jù)分析

隨機選擇完整的雌雄成蟲觸角各10個，測量觸角長度及對整個觸角不同感器的數(shù)量進行統(tǒng)計，隨機測量15個相同類型感器長度和基部直徑，用Digimizer4 測量軟件對各類感器長度及感器基部直徑進行測量，數(shù)據(jù)均使用SPSS22.0軟件計算平均值和標準誤。

2 結果與分析

2.1 華北落葉松鞘蛾觸角的特征

華北落葉松鞘蛾雌雄成蟲觸角均為絲狀（圖1a，圖1b），分柄節(jié)，梗節(jié)和鞭節(jié)3部分，整個觸角都被大量鱗片包被，靠近鞭節(jié)端部鱗片減少，感器著生于鱗片間（圖1c）。柄節(jié)較粗壯，基部包被于觸角窩內，梗節(jié)連接于柄節(jié)端部凹窩內，呈圓柱形，柄節(jié)和梗節(jié)被大量鱗片覆蓋，只有B?hm氏鬃毛感器成簇分布，沒有發(fā)現(xiàn)其他感器，鞭節(jié)鱗片較少，分布有大量感器。雄蛾觸角比雌蛾的稍長，雄蛾觸角長（3.39±1.27） mm，雌蛾觸角長（2.57±0.33） mm；雌蛾觸角鞭節(jié)由（43±3）節(jié)組成，雄蛾觸角鞭節(jié)由（46±3）節(jié)組成。

圖1 華北落葉松鞘蛾觸角的一般形態(tài)Fig.1 General morphology of the antennae of C.sinensis Yang

2.2 華北落葉松鞘蛾觸角感器的形態(tài)結構及空間分布

華北落葉松鞘蛾觸角鞭節(jié)上分布有大量感器，雄蛾鞭節(jié)上感器總數(shù)大于雌蛾，雌蛾感器的種類多于雄蛾，各類感器的平均長度、感器基部直徑及數(shù)量不同（表1）。雌雄成蟲共有7種感受器：毛形感器（sensilla trichodea， ST）、腔錐形感器（sen?silla coeloconica， SC）、板型感器（sensilla placo?dea， SP）、錐形感器（sensilla basiconica， SBⅠ）及錐形感器的亞型感器（SBⅡ）、鱗形感器（sensilla squamiformia， SQ）、B?hm氏鬃毛感器（B?hm bris?tles， BB），栓錐形感器（sensilla styloconica， SST）只在雌蛾觸角被發(fā)現(xiàn)，零星分布在其鞭節(jié)上。柄節(jié)和梗節(jié)被大量鱗片覆蓋，只觀察到B?hm氏鬃毛感器。

表1 華北落葉松鞘蛾成蟲觸角感器的組成Table 1 Composition of antennal sensilla of adults of C.sinensis Yang

2.2.1 毛形感器

毛形感器分布于華北落葉松鞘蛾觸角各節(jié)鞭節(jié)上，是數(shù)量最多的一類感器，與觸角表面成15~60o角，有的稍微彎曲（圖2a，圖2c），有的彎曲程度很大，和觸角表面幾乎平行（圖2b），著生于表皮皺褶形成的臼狀窩內，由基部向端部逐漸變細，感器表面布滿很淺的縱紋。雄蛾毛形感器數(shù)量（678±16）顯著多于雌蛾（601±11），雄蛾毛形感器長度（22.3±1.3） μm 顯著長于雌蛾（15.3±1.1） μm，雄蛾基部直徑（2.0±0.4） μm 與雌蛾基部直徑（1.8±0.5） μm差異不顯著（表1）。

2.2.2 腔錐形感器

腔錐形感器的腔口很大，四周未見緣毛，感覺錐基部較粗，突出于較淺的表皮凹陷處，呈乳頭狀，表面有明顯突起的棱，與觸角表面幾乎垂直，感器長度較短（圖2b，圖2d）。雄蛾腔錐形感器數(shù)量（235±9）顯著多于雌蛾（204±8），雌雄蛾腔錐形感器長度及基部直徑差異不顯著（表1）。

2.2.3 板型感器

板形感器，著生于鞭節(jié)表皮凹陷處，長橢圓狀，基部較粗壯，感器表面有縱向紋，與鱗片生長方向相同，與其他感器伴生（圖2c）。雌雄蛾板型感器數(shù)量、感器長度及基部直徑均差異不顯著（表1）。

2.2.4 錐形感器

錐形感器，著生于觸角鞭節(jié)表皮所形成的不規(guī)則圓臺形隆起的臼狀窩中，基部粗壯且挺直，端部較細，與鱗片生長方向平行，感器表面布滿橫向的瓦楞形紋理，根據(jù)錐形感器外部形態(tài)的不同，將其分為錐形感器SBⅠ型（圖2d）和錐形感器SBⅡ型（圖2h）。雌雄蛾錐形感器Ⅰ型數(shù)量及基部直徑差異不顯著，雄蛾SBⅠ型感器長度（20.3±2.7） μm顯著大于雌蛾（15.4±2.1） μm（表1）。

錐形感器SBⅡ與錐形感器SBⅠ形態(tài)相近，但其靠近端部有一橢圓形突起。雄蛾SBⅡ型感器數(shù)量（108±7）顯著大于雌蛾（83±6），雌雄蛾感器長度及基部直徑差異不顯著（表1）。

2.2.5 鱗形感器

鱗形感器零星分布于觸角的鞭節(jié)，數(shù)量很少，其結構與觸角表面的鱗片相似，但比鱗片窄小，其外形像柳葉，中部略微寬大，基部和端部較尖細，表面有較深的縱向紋（圖2e），與鱗片生長方向幾乎平行。雌雄蛾鱗形感器數(shù)量、感器長度及基部直徑差異不顯著（表1）。

2.2.6 B?hm氏鬃毛感器

B?hm氏鬃毛感器成群分布于梗節(jié)和柄節(jié)，多數(shù)垂直于觸角表面，長短不一，表面光滑，外形如短刺，基部粗壯，端部尖細（圖2f）。雌雄蛾B?hm氏鬃毛感器數(shù)量、感器長度及基部直徑差異不顯著（表1）。

圖2 華北落葉松鞘蛾觸角感器形態(tài)Fig.2 Morphology of antennal sensilla of C.sinensis Yang

2.2.7 栓錐形感器

栓錐形感器分布于觸角的鞭節(jié)，外形像拇指，較為粗壯，端部有一小腔，腔內的突起呈扁平狀（圖2g），僅在雌蛾觸角上發(fā)現(xiàn)栓錐形感器，且數(shù)量少（表1）。

3 討論

昆蟲觸角上的嗅覺感器對寄主植物的識別過程起著重要的作用，對揮發(fā)物有著高度的選擇性和靈敏性，是昆蟲接受外界化學信號刺激的主要器官［6］。昆蟲觸角感器在昆蟲的寄主定位、取食、產(chǎn)卵、交配等方面具有重要作用［11］。華北落葉松鞘蛾雌、雄蛾觸角長度、感器種類、數(shù)量及感器長度等存在差異，這種差異使雌雄蟲對外界環(huán)境刺激做出不同的反應。雄蛾觸角鞭節(jié)46節(jié)，雌蛾觸角鞭節(jié)43節(jié)，雄蛾鞭節(jié)長于雌蛾鞭節(jié)，與楊慧等研究興安落葉松鞘時發(fā)現(xiàn)雄性比雌性常多1個鞭亞節(jié)的結果類似［12］，雄蛾鞭節(jié)較多也可能與雄蛾在性成熟時尋找配偶有關。興安落葉松鞘蛾成蟲觸角上共有8種感器，比華北落葉松鞘蛾多1種叉形感器，2種鞘蛾除了感器種類略有差異，各類相同感器的數(shù)量及感器長度等也不盡相同，這可能是生活習性和生存環(huán)境不同，觸角的大小，感器的種類、數(shù)量、大小及分布等也向趨同和趨異兩個方向發(fā)展［13］。

毛形感器在華北落葉松鞘蛾成蟲觸角上的數(shù)量最多，分布于各個鞭節(jié)，這可能與毛形感器具有感受機械刺激，識別植物氣味和昆蟲釋放的化學信息素有關［14-15］。本研究發(fā)現(xiàn)雄成蟲毛形感器在長度和數(shù)量上顯著大于雌成蟲的，與楊慧等對興安落葉松鞘蛾觸角感器的研究結果類似［12］。有研究證實，觸角上的毛形感器的功能主要是感知性信息素［16］，大多數(shù)雄蟲比雌蟲對于性信息素更敏感［17］，求偶階段，雄蛾可能利用大量的毛形感器去感知雌蛾釋放的性信息素，這或許也是華北落葉松鞘蛾雄蟲觸角上毛形感器明顯多于雌蟲的原因。

腔錐形感器有兩種類型，一種是中心錐周圍有數(shù)量不等的緣毛，似菊花花瓣一樣包圍著中心錐，有學者認為緣毛對錐體具有保護作用［18］；另一種是沒有緣毛的，只是錐形凸起突出于觸角表皮的較大且深的凹陷處，有的昆蟲觸角上同時具有這兩種感器［19］，本研究發(fā)現(xiàn)華北落葉松鞘蛾的腔錐形感器沒有緣毛。腔錐形感器可以感受水分、二氧化碳、熱量［20］，還可以感知寄主植物釋放的化學物質［21］，昆蟲可能利用腔錐形感器與外界較大的接觸面積來識別外界的氣味分子［22］。

錐形感器具有嗅覺功能，可以感知寄主植物釋放的揮發(fā)性化學物質及昆蟲釋放的信息素［15］，雄蛾錐形感器長度顯著大于雌蛾，楊慧等［12］也發(fā)現(xiàn)興安落葉松鞘蛾錐形感器雄蛾較長，推測雄性較長的感器可能與性信息素識別有關［23］。

B?hm氏鬃毛感器只在華北落葉松鞘蛾的柄節(jié)和梗節(jié)觀察到，與其他學者對別的鱗翅目昆蟲觸角感器的研究結果類似［12，24-25］。有研究證實，當昆蟲的生活環(huán)境發(fā)生變化時，B?hm氏鬃毛是機械型感器，昆蟲在受到外界機械刺激時，可以控制觸角的移動速度，對觸角起到緩沖的作用［26-27］，推測B?hm氏鬃毛感器可能通過改變觸角的移動速度來保護觸角。

板形感器在膜翅目昆蟲觸角上分布較普遍，而在鱗翅目昆蟲中并不多見，楊慧等發(fā)現(xiàn)鱗翅目昆蟲興安落葉松鞘蛾和松癭小卷蛾觸角上存在板形感器，推測其可能承擔味覺和嗅覺的功能［12，22］，興安落葉松鞘蛾與華北落葉松同為鞘蛾科鞘蛾屬，推測華北落葉松鞘蛾的板形感器也可能承擔味覺的功能。

鱗形感器在鱗翅目昆蟲中分布較普遍［12，28］，本研究中鱗形感器在形態(tài)上與楊慧等［12］對興安落葉松鞘蛾的研究結果存在差異，楊慧等研究發(fā)現(xiàn)鱗形感器在外形上像圓柱形或長圓形，而本研究中鱗形感器形似柳葉狀，且其上面有縱脊，目前對鱗形感器功能的相關報道比較少，有待進一步的研究。

栓錐形感器不僅數(shù)量少，形態(tài)單一，且只在雌蛾觸角上有發(fā)現(xiàn)，而楊慧等［12］對興安落葉松鞘蛾的研究中發(fā)現(xiàn)的栓錐形感器不僅數(shù)量較多、雌雄蛾中均有分布，且形態(tài)種類也較多，推測其具有感受濕度、味覺和嗅覺的功能［29］。

本研究僅利用掃描電鏡對華北落葉松鞘蛾雌雄成蟲觸角形態(tài)及各類感器進行了觀察，比較了雌雄蟲的觸角長度、感器種類、大小及數(shù)量，并分析了不同感器可能具有的生理功能，各類感器功能是靠前人的推測而來，還需要結合透射電鏡技術，進一步用電生理等試驗來驗證。本研究為今后利用植物源引誘劑、性信息素或人工合成驅避劑等防治華北落葉松鞘蛾提供科學依據(jù)。

4 結論

華北落葉松鞘蛾雌雄成蟲的觸角均為絲狀，整個觸角都被大量鱗片包被，感器著生在鱗片間，雄蛾觸角長度大于雌蛾觸角長；雌蛾觸角鞭節(jié)由43±3節(jié)組成，雄蛾觸角鞭節(jié)數(shù)多于雌蛾的。雌雄成蟲共發(fā)現(xiàn)7種感受器：分別為毛形感器、腔錐形感器、板型感器、錐形感器（2種亞型）、鱗形感器、B?hm氏鬃毛感器，栓錐形感器只在雌成蟲觸角上觀察到。柄節(jié)和梗節(jié)被大量鱗片覆蓋，只觀察到B?hm氏鬃毛感器。華北落葉松鞘蛾雌、雄成蟲觸角大小不同，感器在種類、數(shù)量以及形態(tài)特征方面存在一定差異。