梨小食心蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)

張國輝，宋月芹，田曉麗，仵均祥

(1西北農(nóng)林科技大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院 植保資源與病蟲害治理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用昆蟲學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100； 2 長江大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

觸角是昆蟲感受外界環(huán)境的重要器官，具有嗅覺、味覺和觸覺等功能，在昆蟲求偶交配、定位寄主及尋找產(chǎn)卵場所和躲避危險(xiǎn)等行為過程中發(fā)揮著重要作用[1-2]。觸角的功能主要通過其表面著生的各種感器來實(shí)現(xiàn)，昆蟲觸角感器類型眾多，結(jié)構(gòu)和功能也不盡相同，且在不同昆蟲種類間差異很大[3]。明確昆蟲觸角感器的類型、形態(tài)、數(shù)量和分布，是探索昆蟲行為調(diào)控機(jī)制的必要前提。

梨小食心蟲Grapholitamolesta(Busck) 屬鱗翅目(Lepidoptera)卷蛾科(Tortricidae)，是一種嚴(yán)重危害桃、梨等果樹的世界性重要害蟲，在我國廣泛分布于除西藏以外的所有省、市、自治區(qū)[4]。近年來，由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，果樹栽培模式和管理措施的變化等因素的影響，梨小食心蟲在我國許多地方大面積發(fā)生[4-5]，蟲果率一般達(dá)30%～40%，個(gè)別果園蟲果率甚至高達(dá)80%以上[6]。梨小食心蟲在桃、梨混栽果區(qū)發(fā)生為害尤為嚴(yán)重[7-8]，給果業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，已成為制約梨、桃等果樹優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)栽培的重要因素之一。

梨小食心蟲一年發(fā)生多代，存在典型的季節(jié)性寄主轉(zhuǎn)移現(xiàn)象[9-10]。研究發(fā)現(xiàn)，信息化合物在調(diào)節(jié)食心蟲寄主選擇過程中起著關(guān)鍵作用[11]。因此，探明梨小食心蟲與外界信息化合物的化學(xué)通訊機(jī)制，對探索梨小食心蟲的行為調(diào)控措施有重要意義。為此，本研究對梨小食心蟲的觸角感器超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，以期深入了解其化學(xué)感受系統(tǒng)，為揭示梨小食心蟲寄主選擇行為機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

梨小食心蟲成蟲由西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)業(yè)害蟲綜合治理研究室提供。成蟲期飼喂體積分?jǐn)?shù)10%蜂蜜水，幼蟲期飼喂人工飼料[12]。飼養(yǎng)條件如下：溫度(24±0.5) ℃、相對濕度(70±10)%、光周期為15 h(L)∶9 h(D)。

1.2 試驗(yàn)方法

取當(dāng)天羽化的梨小食心蟲雌、雄成蟲各10頭，在解剖鏡下用手術(shù)刀將觸角整體取下，放入盛有體積分?jǐn)?shù)75%乙醇的樣品瓶中，超聲清洗20 s，并用0.1 mol/L磷酸緩沖液(pH 7.4)清洗3～4次，每次10 min。再分別用體積分?jǐn)?shù)80%，90%，95%和無水乙醇溶液梯度脫水處理2次，每次5 min。乙醇脫水干燥后，將各觸角樣品分別用導(dǎo)電銀膠固定于樣品臺上，用離子濺射儀進(jìn)行噴金后，在日立S-3400型掃描電鏡下進(jìn)行觀察、拍照。觸角感器的鑒定主要參照Schneider[3]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 梨小食心蟲觸角的一般形態(tài)及感器種類

梨小食心蟲雌、雄成蟲觸角均呈絲狀，由柄節(jié)(Scape)、梗節(jié)(Pedicel)和鞭節(jié)(Flagellum)3部分構(gòu)成(圖1)。觸角柄節(jié)短小，長48.4～53.7 μm；梗節(jié)膨大，長114.1～120.3 μm；鞭節(jié)由40～45亞節(jié)構(gòu)成，長2 130～2 450 μm；兩性間觸角形態(tài)無明顯差異，觸角總長2.3～2.7 mm。梨小食心蟲觸角自基部向端部逐漸變細(xì)，分為背面和腹面，背面著生大量規(guī)則排列的鱗片，觸角感器多分布于腹面。通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，梨小食心蟲觸角上共存在7種感器，且每種感器的形態(tài)和數(shù)量在兩性間無明顯差異，7種感器分別為毛形感器、錐形感器、刺形感器、栓錐形感器，腔錐形感器、耳形感器、B?hm氏鬃毛。

圖1 梨小食心蟲成蟲觸角的形態(tài)(×80)

2.2 梨小食心蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)

2.2.1 毛形感器(Sensilla trichodea,Str) 毛形感器是梨小食心蟲觸角表面分布最廣、數(shù)量最多的一類感器，主要分布于觸角鞭節(jié)的各亞節(jié)腹面，呈細(xì)長毛發(fā)狀，著生于觸角表皮毛窩中。梨小食心蟲觸角上的毛形感器有StrⅠ (圖2-1)和StrⅡ(圖2-2)2種類型，StrⅠ型基部直徑1.5～2.0 μm，長27.8～33.4 μm，與觸角表面約成60 ℃傾斜，稍呈孤形彎曲，由基至端部逐漸變細(xì)；StrⅡ型基部直徑1.6～1.9 μm，長17.2～23.7 μm，在近基部處向觸角端部方向近90 ℃彎曲，感器彎曲部分與觸角表面幾乎平行，向頂端逐漸變細(xì)。

2.2.2 錐形感器(Sensilla basiconica,Sba) 錐形感器端部鈍圓，基部無突起的臼狀窩，比毛形感器粗短。梨小食心蟲錐形感器有SbaⅠ (圖2-3)和SbaⅡ(圖2-4) 2種類型，分布于觸角鞭節(jié)腹面。SbaⅠ型呈短剌狀，基部直徑1.9～2.2 μm，長13.2～15.1 μm，向端部逐漸變細(xì)；SbaⅡ型基部直徑1.3～1.6 μm，長8.4～10.3 μm，在近基部處呈大于90°的彎曲，向頂端逐漸變細(xì)。

2.2.3 刺形感器(Sensilla chaetica, Sch) 刺形感器細(xì)長如刺，剛直挺立，較毛形感器粗壯，基部直徑2.1～2.3 μm，長度變化較大，為22.4～42.2 μm，基部有一向上隆起的臼狀窩，分布于觸角鞭節(jié)的腹面，每亞節(jié)3個(gè)(圖2-5和圖2-6)。

2.2.4 栓錐形感器(Sensilla styloconica,Sst) 栓錐形感器是梨小食心蟲觸角中最粗壯的一類感器，呈拇指狀，基部直徑4.3～5.2 μm，長18.3～19.6 μm，頂端有一小錐形突起，分布于觸角鞭節(jié)的各亞節(jié)腹面前緣，每亞節(jié)1個(gè)(圖2-6)。

2.2.5 腔錐形感器(Sensilla coeloconica,Sco) 腔錐形感器為一類觸角表皮凹陷而形成的感器，一般分為無緣毛腔錐形感器和具緣毛腔錐形感器2種。梨小食心蟲觸角上的主要為具緣毛腔錐形感器，主要分布于觸角鞭節(jié)各亞節(jié)遠(yuǎn)端，常幾個(gè)聚在一起，形狀極像菊花，中間為一直立的感覺錐，周圍緣毛向中心聚攏(圖3-1～4)。

圖3 梨小食心蟲成蟲觸角的腔錐形感器、耳形感器和B?hm氏鬃毛

2.2.6 耳形感器(Sensilla auricillica,Sau) 耳形感器呈兔耳狀，表面凹陷，類似于卷曲的禾本科植物心葉，長10.1～18.3 μm，最大寬度2.0～3.5 μm，著生于觸角表皮特化的窩內(nèi)，分布于觸角鞭節(jié)各亞節(jié)遠(yuǎn)端(圖3-1～4)。

2.2.7 B?hm氏鬃毛(B?hm bristles,Bbr) B?hm氏鬃毛呈短刺型，較刺形感器短小，表面光滑，基部直徑1.1～1.4 μm，長3.3～6.1 μm，成群分布于觸角柄節(jié)和梗節(jié)基部(圖3-5～6)。

3 討 論

本研究結(jié)果顯示，梨小食心蟲觸角主要有7種感器：毛形感器、錐形感器、刺形感器、栓錐形感器、腔錐形感器、耳形感器和B?hm氏鬃毛，其中毛形感器和錐形感器各有2種類型，與鱗翅目其他昆蟲觸角感器的類型[13-15]比較相似，與已報(bào)道的卷蛾科其他昆蟲觸角感器類型也十分相似[16-17]。

毛形感器和錐形感器是研究較多的2類昆蟲觸角感器，它們在昆蟲與外界進(jìn)行化學(xué)通訊中發(fā)揮著重要作用。毛形感器是昆蟲觸角上分布最廣、數(shù)量最多的感器。對植食性昆蟲而言，毛形感器是感受昆蟲性信息素的主要器官[18-19]，同時(shí)毛形感器也具有感受寄主植物揮發(fā)物的功能[20]。錐形感器具有豐富的小孔，其內(nèi)有神經(jīng)細(xì)胞；錐形感器屬于嗅覺感器，能感受植物氣味[21-22]，推測其還具有感受昆蟲性信息素的作用[23-24]。本研究中，梨小食心蟲觸角上存在2種類型的毛形感器(StrⅠ和StrⅡ)和2種類型的錐形感器(SbaⅠ和SbaⅡ)，這2類感器應(yīng)該與梨小食心蟲感受自身性信息素和寄主揮發(fā)物有關(guān)，然而這幾種感器具體感受何種信息素組分，還需進(jìn)一步研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，梨小食心蟲的刺形感器和栓錐形感器常直立著生于觸角各鞭節(jié)表面，明顯長于其他感器，處于最先接觸外界物質(zhì)的部分，因而認(rèn)為刺形感器是一種感受外部刺激的機(jī)械性感器[25]，而栓錐形感器用于感受外物的溫度和濕度變化[26]。然而也有研究表明，刺形感器和栓錐形感器頂端均具孔，且內(nèi)部都有神經(jīng)元支配，可行使嗅覺功能[27-28]。本研究在梨小食心蟲刺形感器和栓錐形感器頂端均未觀察到小孔，推測刺形感器應(yīng)具有感受機(jī)械刺激的功能，栓錐形感器應(yīng)主要行使感受溫度和濕度變化的功能。

本研究發(fā)現(xiàn)，梨小食心蟲的腔錐形感器和耳形感器均主要分布于觸角各鞭節(jié)遠(yuǎn)端，且常幾個(gè)聚在一起。研究表明，此2種感器主要與昆蟲感受氣味分子有關(guān)，腔錐形感器可感受濕度、二氧化碳及植物氣味等的變化[29-32]；耳形感器與昆蟲感受植物揮發(fā)物有關(guān)，如棘翅夜蛾Scoliopteryxlibatrix[33]和蘋果蠹蛾Cydiapomonella[34]的耳形感器均會對植物揮發(fā)物產(chǎn)生行為反應(yīng)。據(jù)此推測，與蘋果蠹蛾同科的昆蟲梨小食心蟲的耳形感器可能也具相同的功能。

本研究中，梨小食心蟲B?hm氏鬃毛主要分布于觸角柄節(jié)和梗節(jié)基部，其被認(rèn)為是一種感受重力的機(jī)械感器[12]。在許多昆蟲中，B?hm氏鬃毛均成群分布于頭與觸角柄節(jié)及觸角柄節(jié)與梗節(jié)連接部位，可感受觸角的位置和運(yùn)動[24]。

上述各種感器中，除B?hm氏鬃毛外，筆者推測其他6種感器可能與感受外界環(huán)境的化學(xué)信息有關(guān)，證明昆蟲化學(xué)感受系統(tǒng)十分復(fù)雜，參與昆蟲化學(xué)通訊的感器是多樣的，且他們各自感受的化學(xué)信息可能有所不同。本研究基于前人對其他昆蟲觸角感器的結(jié)果，對梨小食心蟲觸角感器功能進(jìn)行了推測，發(fā)現(xiàn)毛形感器、錐形感器、腔錐形感器及耳形感器應(yīng)與該蟲化學(xué)感受有關(guān)。今后，將用昆蟲電生理和分子生物學(xué)技術(shù)對梨小食心蟲觸角感器功能進(jìn)行進(jìn)一步研究，以期深入了解其化學(xué)感受系統(tǒng)，為揭示梨小食心蟲復(fù)雜的化學(xué)感受機(jī)制及其寄主選擇行為機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

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