暗黑鰓金龜觸角超微結(jié)構(gòu)

費仁雷， 李克斌， 肖 春， 尹 姣， 曹雅忠

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，昆明 650201）

昆蟲觸角是昆蟲感受外界環(huán)境的主要器官，其表面著生有各種感器，這些感器都是由表皮特化形成的［1]。昆蟲在尋求配偶、尋找食物或生殖場所的過程中，主要是通過觸角上的感器感知性外激素或寄主植物的揮發(fā)性物質(zhì)來完成［2－3]。昆蟲感器眾多，不同昆蟲其感器的分布、形態(tài)和功能也不同。研究昆蟲觸角感器的種類、分布、形態(tài)和功能，可以為探明昆蟲的行為學(xué)機制奠定基礎(chǔ)［4－6]。

暗黑鰓金龜（Holotrichia parallela），屬鞘翅目（Coleoptera），金龜科（Scarabeidae），是一種世界性的害蟲，主要為害花生、大豆、小麥等重要作物［7－8]，我國長江中下游及長江以北，直至黑龍江南部廣大地區(qū)常發(fā)、多發(fā)［9]。近年來該蟲在我國的發(fā)生面積迅速增加，危害程度逐年加重［10－11]，其防治已成為亟待解決的問題。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，暗黑鰓金龜是一種雜食性昆蟲，成蟲有群集性，對寄主植物有偏好性，不同寄主植物上種群發(fā)生數(shù)量差異很大，對個別寄主植物（如：榆樹）表現(xiàn)出特殊的選擇偏好性［8]。鑒于暗黑鰓金龜?shù)奈：θ找婕又?，明確昆蟲的觸角感器種類、形態(tài)、分布以及功能，可以為其行為機制的研究奠定基礎(chǔ)，對暗黑鰓金龜?shù)男袨檎{(diào)控具有重要意義。為此，作者對暗黑鰓金龜觸角進(jìn)行掃描電鏡觀察，以期深入了解其化學(xué)感受系統(tǒng)，為暗黑鰓金龜?shù)募闹鬟x擇行為機制提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

暗黑鰓金龜取自滄州市農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所，在室內(nèi)（25±1）℃，19%±1%RH，L∥D＝12h∥12h條件下單頭飼養(yǎng)。挑選剛剛羽化為成蟲的暗黑鰓金龜做本研究的試驗材料。

1.2 樣品的制備與觀察

取雌、雄成蟲各5頭，在解剖鏡下取下觸角。將取下的觸角單個浸泡在70%乙醇溶液中，用超聲波清洗儀超洗1min，除去表面附著物。然后用超臨界干燥法對樣品進(jìn)行干燥。將干燥好的樣品用導(dǎo)電銀膠粘于樣品臺上，在真空噴涂儀內(nèi)噴金。噴金后，在日立3 400s掃描電鏡下觀察、照相，加速電壓為15V。

1.3 感器的鑒定與命名

感器的鑒定和命名主要參照Schneider［12]、Merivee［13]和孫凡［14]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

暗黑鰓金龜觸角由柄節(jié)、梗節(jié)、鞭節(jié)棒狀部和鰓狀部組成，鞭節(jié)棒狀部由5節(jié)組成，鰓狀部由鞭節(jié)末端3節(jié)擴(kuò)展構(gòu)成（圖1a）。觸角表皮呈鱗片狀（圖1b）。通過掃描電鏡觀察，在暗黑鰓金龜?shù)挠|角上共發(fā)現(xiàn)7類感器，分別是板形感器、腔錐感器、腔形感器、毛形感器、刺形感器、錐形感器和B?hm氏鬃毛。雌、雄個體間，觸角感器種類相同，每種感器的分布無明顯差異。

2.1 板形感器（sensilla placodea）

板形感器（圖1d，f）在暗黑鰓金龜雌、雄成蟲觸角上均為數(shù)量最多的感受器，而且主要分布在鞭節(jié)鰓狀部的凹陷面。凹穴直徑為7.1～13.6μm，氣盤直徑為2.2～9.1μm。凹穴內(nèi)的氣孔盤外形也都有細(xì)微區(qū)別。

2.2 腔錐感器（sensilla coeloconica）

暗黑鰓金龜觸角上腔錐感器是數(shù)量僅少于板形感器的一類感器，也是分布在鞭節(jié)鰓狀部，其他部位沒有發(fā)現(xiàn)。腔錐感器是一類感覺錐位于表皮凹陷中的感受器，暗黑鰓金龜觸角上的腔錐感器根據(jù)感覺錐的形狀可分為3類，S.CoⅠ（圖1d，f）的錐體細(xì)短，端部尖銳，表面有縱向溝紋，這類腔錐感器在觸角上的數(shù)量多于其他兩類腔錐感器；S.CoⅡ（圖1f）錐體粗短，端部鈍圓，表面無縱向溝紋；S.CoⅢ（圖1l，m）的形狀比較特殊，其錐體巨大，錐體位于凹陷腔內(nèi)，且錐體伸出凹陷腔許多，錐體數(shù)量從一個至數(shù)十個不等，錐體數(shù)多的感器外形像具緣腔錐感器，但無中央錐，并且腔錐也不像具緣腔錐著生四周，其著生無規(guī)則，錐體端部還著生芽狀分支（圖1n）。

2.3 腔形感器（sensilla cavitica）

暗黑鰓金龜觸角上腔形感器（圖1d）呈一空腔結(jié)構(gòu)，腔緣較淺，腔內(nèi)可見一小孔。分布在鞭節(jié)鰓狀部上，柄節(jié)和梗節(jié)沒有發(fā)現(xiàn)。腔直徑為2.2～5.2μm。

2.4 刺形感器（sensilla chaetica）

刺形感器的外形剛直如刺，整體基本上徑直，基部有一向上突起的臼狀窩。暗黑鰓金龜觸角上的刺形感器有長刺形感器（圖1g，h）和短刺形感器（圖1g，h）2個類型。長刺形感器是所有感器中最長的一類感器，鞭節(jié)鰓狀部上的刺形感器匍匐于表皮表面，柄節(jié)和鞭節(jié)棒狀部上的刺形感器垂直于表皮表面，柄節(jié)上的刺形感器有些甚至可以肉眼觀察到。長刺形感器在柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)上都有著生。長度約為102.3～490.5μm，基部直徑約6.8～11.5μm。短刺形感器主要分布在梗節(jié)和鞭節(jié)上，數(shù)量較少，長度約36.7～75.2μm，基部直徑為4.8～5.3μm。

2.5 毛形感器（sensilla trichodea）

暗黑鰓金龜觸角上的毛形感器細(xì)長，徑直前伸，頂端彎曲，表面呈鱗狀，基部無突起臼狀窩（圖1c，j）。這類感器分布在觸角柄節(jié)端部，且成簇分布，其他部位并未發(fā)現(xiàn)。長度為50.0～90.4μm，基部直徑約為8.4～17.5μm。

2.6 錐形感器（sensilla basiconica）

暗黑鰓金龜觸角上錐形感器的表面光滑，頂端彎曲，基部著生處有環(huán)形的凹陷。錐形感器（圖1k）在各節(jié)上均有分布，數(shù)量較少。長度為21.1～25.5μm，基部直徑為4.3～5.2μm。

2.7 B?hm氏鬃毛（B?hm bristles）

暗黑鰓金龜觸角上的B?hm氏鬃毛（圖1a）成簇著生在柄節(jié)末端，其他部位無這類感器的存在。B?hm氏鬃毛比刺形感器短而尖，比錐形感器細(xì)，外表光滑，大多垂直于表皮表面。這類感器的長度約為12.3～22.6μm，基部直徑約為2.1～3.3μm。

圖1 暗黑鰓金龜觸角超微結(jié)構(gòu)

3 討論

有關(guān)昆蟲觸角感器的報道已經(jīng)有很多，1975年Meinecke對33種金龜子的觸角感器進(jìn)行了研究［15]。本文研究結(jié)果表明，暗黑鰓金龜觸角感器都是昆蟲常見感器，有板形感器、腔錐感器、腔形感器、毛形感器、刺形感器、錐形感器和B?hm氏鬃毛。

對于植食性昆蟲，不同感器具有不同功能。一般而言毛形感器具有感受性信息素的作用［16－17]；錐形感器具有感受植物氣味的作用［4，18]；刺形感器不具有化學(xué)感受的作用，但有感受機械刺激的作用［12]；腔錐感器具有感受水蒸氣、二氧化碳、溫度變化、植物氣味等作用［19]。然而，Larsson在研究銅色麗金龜（Anomala cuprea）觸角感器時發(fā)現(xiàn)，其隱藏式板形感器具有感受性信息素作用，凹陷的板形感器和腔錐感器具有感受植物氣味的作用［6]。所以，同屬金龜子科的暗黑鰓金龜?shù)陌逍胃衅骱颓诲F感器是否也具有感受植物氣味的作用，還有待進(jìn)一步研究。另外，暗黑鰓金龜觸角上的板形感器和腔錐感器與鰓金龜亞科相似［14－15]。這些感器的外部形態(tài)各有細(xì)微差異，這些差異是否引起功能上的不同還有待進(jìn)一步研究證實。

本文通過掃描電鏡觀察暗黑鰓金龜觸角感器的種類、分布和形態(tài)結(jié)構(gòu)，為更好地了解各類感器的功能及行為機制提供基礎(chǔ)。暗黑鰓金龜雌雄個體間觸角感器的種類和分布并無明顯差異，但實際上雌雄個體之間觸角感器的功能是有差異的，特別是雄蟲個體對性信息素有明顯的感受作用［7]，雄蟲觸角上勢必存在特殊的感受性信息素的感器，因此我們可以初步推測暗黑鰓金龜一些觸角感器的功能是復(fù)雜多樣的。近些年來，利用觸角電位儀（EAG）和單細(xì)胞記錄儀（SCR）等電生理儀器已進(jìn)一步明確了美國牧草盲蝽（Lygus lineolaris）［17]、銅色麗金龜（A.cuprea）［6]、?；页嵋苟辏跾podoptera littoralis （Boisd）]［20]等不少昆蟲各類感器的功能；隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，對昆蟲觸角氣味結(jié)合蛋白也進(jìn)行了深入的研究，并且已取得突破性的進(jìn)展。今后，需要利用電生理技術(shù)進(jìn)一步明確暗黑鰓金龜各類感器的功能，并深入分子生物學(xué)的研究，為探明暗黑鰓金龜?shù)男袨闄C制奠定基礎(chǔ)。

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