柞櫟象成蟲觸角感受器超微結構1)

王重舒 李燕 陳玉寶 高文韜 孟慶繁

(吉林市林木種苗管理站,吉林,132013) (北華大學) (吉林市林業(yè)科學研究院) (北華大學)

?

柞櫟象成蟲觸角感受器超微結構1)

王重舒 李燕 陳玉寶 高文韜 孟慶繁

(吉林市林木種苗管理站,吉林,132013) (北華大學) (吉林市林業(yè)科學研究院) (北華大學)

為研究柞櫟象(Curculiodentipes)寄主定位機制，利用環(huán)境掃描電鏡對柞櫟象觸角形態(tài)、感受器的類型及分布特點等進行了觀察。結果表明：柞櫟象觸角上有感受器5種類型10個亞型，分別為：刺形感受器2個亞型、毛形感受器4個亞型、錐形感受器、齒形感受器2個亞型和腔形感受器。柞櫟象雌雄成蟲觸角性二型不明顯，很難作為形態(tài)上性別鑒定的可靠依據(jù)。雄蟲觸角感受器數(shù)量多于雌蟲，但差異不顯著。柞櫟象觸角感受器從基部至端部(柄節(jié)至棒節(jié)第4亞節(jié))有明顯的分化趨勢。

柞櫟象；觸角；感受器；環(huán)境掃描電鏡

For the biological characteristics ofCurculiodentipes, we used environmental scanning electron microscopy (ESEM) to observe and describe the morphology of antennal sensilla on adults of both sexes. We observed ten different types of sensilla, two types of sensillachaetica, four types of sensillatrichodea, one type of sensillabasiconica, two types of sensilladentiform and one type of sensilla cavity. The differentiation trend of antennal sensilla was not obvious, and it tended to more refined from the base to the end of antennas. Antennae of males had more sensilla than those of females, but it is not significantly. There were obvious differentiation from base to top of sensilla.

昆蟲觸角感受器由昆蟲體壁細胞特化而來，主要由毛原細胞、神經(jīng)細胞和各種鞘細胞組成，是昆蟲感知外界環(huán)境與內(nèi)部反應，接收各類物理、化學信息的器官[1-9]。昆蟲的寄主定位、取食、交配和產(chǎn)卵定位等行為都與觸角感受器有著密切的聯(lián)系。由于觸角通常是昆蟲感受器最為集中最為密集的著生器官。由此，大量學者對其進行了研究并取得了一定的成果。楊燕等[10]發(fā)現(xiàn)云南木蠹象(Pissodesyunnanensis)觸角存在雙芽形感器、耳形感器、毛形感器、錐形感器、腳形感器、芽形感器、端指形感器和腔形感器8種感器。常立儒等[11]在楊干象(Cryptorhynchuslapathi)觸角上發(fā)現(xiàn)刺形感器、毛形感器、B?hm氏鬃毛、錐形感器、鐘形感器5種感器類型。Yu et al.[12]對溝眶象(Eucryptorrhynchuschinensis)和臭椿溝眶象(E.brandti)觸角感器種類和分布差異進行了研究，推測2個物種對寄主揮發(fā)物感知的差異與他們觸角感受器的種類、分布差異有關。

柞櫟象(Curculiodentipes)是蒙古櫟(Quercusmongolica)種實的重要害蟲，果實被害率為45%～55%，最高可達80%，嚴重時種仁被害一空[13]。由于柞櫟象幼蟲寄生于蒙古櫟果實內(nèi)部，危害極為隱蔽，嚴重影響了蒙古櫟果實生產(chǎn)淀粉的經(jīng)濟效益。目前對柞櫟象觸角感受器的研究十分有限，利用環(huán)境掃描電鏡對柞櫟象觸角上的感受器類型和分布進行細致統(tǒng)計，為下一步研究柞櫟象寄主定位機制、針對柞櫟象蟲害制定綜合防治手段提供基礎研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試昆蟲：選擇觸角完整的柞櫟象雌雄各10只，摘取觸角備用，供試柞櫟象取自北華大學林學院昆蟲實驗室2013年室內(nèi)飼養(yǎng)獲取的羽化成蟲。室內(nèi)飼養(yǎng)的幼蟲采自吉林市林業(yè)科學研究院松花湖實驗基地。

1.2 樣品制備

將雌雄成蟲干制標本編號，分別放入培養(yǎng)皿中，加入4%的Triton X-100溶液浸泡24 h，用75%和95%的乙醇溶液逐級脫水各5 min，然后將樣品轉移至正己烷溶液中，浸泡2 h，并超聲降解60 s，取出樣品，自然風干24 h，待用。

取成蟲觸角，并進一步編號。每只成蟲的觸角按腹、背面分別粘在粘有導電膠布的鋁片載物臺上(圓形，Φ=4 cm)，用SC7620離子濺射儀(Quorum，英國)進行噴鍍，然后在20.0 kV加速電壓下，利用環(huán)境掃描電鏡(FEI，荷蘭，Quanta200-D7972)進行表面觀察。

1.3 統(tǒng)計方法

以單位面積內(nèi)各類型感受器數(shù)量來反映觸角感受器的總體情況。根據(jù)電子顯微鏡照片的比例尺，利用Photoshop CS6軟件截取2 500 μm2(50 μm×50 μm)的正方格，進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 觸角的基本形態(tài)和分化趨勢

柞櫟象觸角成膝狀，表面光滑，從基部向端部依次分為柄節(jié)(Sc)、索節(jié)(Fu)和棒節(jié)(Cl)共3節(jié)(12亞節(jié))組成，各節(jié)成圓錐形，連接處明顯膨大。索節(jié)由7個亞節(jié)組成并向端部逐漸變粗變短，末端棒節(jié)共4個膨大亞節(jié)(圖1)。在觸角著生處的后下方，喙的表面具有一條觸角溝，當觸角縮回時，柄節(jié)位于觸角溝內(nèi)。觸角基部呈球狀，著生在一個臼形觸角窩中。觸角背面、腹面及各節(jié)連接處皆有感受器分布。感器從基部至端部(柄節(jié)至棒節(jié)第4亞節(jié))有著明顯的分化趨勢。感器類型由粗糙逐漸趨于精細，由龐大逐漸趨于微小，由稀疏逐漸趨于致密。

圖1 柞櫟象觸角

柞櫟象雌雄成蟲觸角各亞節(jié)長度也存在著一些細微差異，除Cl.2、Cl.3外，雄蟲觸角各亞節(jié)長度均大于雌蟲(表1)。

表1 柞櫟象雌雄成蟲觸角各亞節(jié)長度 μm

性別Fu.5Fu.4Fu.3Fu.2Fu.1Sc雌333.75±0.96333.78±0.34431.52±6.23577.85±43.92324.48±21.702521.99±19.96雄416.17±86.97424.13±48.30511.17±73.77617.93±91.18750.19±97.242220.96±332.97

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。

2.2 觸角感受器類型

根據(jù)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)觸角上的感受器共有5種類型10個亞型，分別為：

(1)刺形感器(Ch)。柞櫟象成蟲觸角上分布最多的一種感器。外形為毛刺狀，基部有基窩，外壁光滑無孔，頂端形態(tài)存在分化，有的頂端尖利，有的頂端分叉。刺形感器分布在觸角的每一節(jié)，有2個亞型。

刺形感器Ⅰ(Ch.1)：感器表面光滑，分布在觸角棒節(jié)，且較均勻(圖2A)。

刺形感器Ⅱ(Ch.2)：基部到端部逐漸變細直至尖利，端部分叉或不分，略向觸角表面彎曲，幾乎貼附于觸角表面。主要分布在柄節(jié)(圖2E)。

(2)毛形感器(Tr)。基部到端部逐漸變細，端部鈍圓。表面形態(tài)存在分化，從觸角端部至基部縱脊從無到有逐漸增多。

毛形感器Ⅰ(Tr.1)：柞櫟象觸角上最長的一種感器，表面光滑(圖2A)。著生于觸角棒節(jié)每個亞節(jié)靠近端部位置。

毛形感器Ⅱ(Tr.2)：分布較多的感器類型之一，表面光滑，無縱脊，從基部至端部逐漸變細，端部急劇變細至鈍圓(圖2A)，主要分布在Cl.2、Cl.3和Cl.4。

毛形感器Ⅲ(Tr.3)：表面光滑，無縱脊。端部急劇變細，500倍下觀察似尖刺，20 000倍下觀察可見端部為明顯的鈍圓狀(圖2B)，主要分布在Fu.5、Fu.6、Fu.7，F(xiàn)u.1和Fu.2少量分布。

毛形感器Ⅳ(Tr.4)：表面光滑，有明顯縱脊，中部略膨大成紡錘形，端部鈍圓(圖2C)，主要分布在Fu.1、Fu.2、Fu.3和Fu.4。

(3)錐形感器(Ba)。成圓錐形，基部到端部逐漸變細，端部鈍圓，基部有突起的基座(圖2A)。參考楊貴軍等的研究，將3種形態(tài)類似，功能相同的Ba.合并為一個類型[15-16]，筆者將這些類似的Ba.作為一個類型統(tǒng)計。主要分布在Cl.2、Cl.3和Cl.4，Cl.1少量分布。

(4)齒形感器(De)。

齒形感器Ⅰ(De.1)：表面光滑，有明顯縱脊，端部分叉為兩個或更多(圖2B)，分布在索節(jié)各亞節(jié)靠近端部的位置。

齒形感器Ⅱ(De.2)：表面光滑，有明顯縱脊(圖2C)，少量分布在Fu.1、Fu.2、Fu.3、Fu.4和Sc中部。

(5)腔形感器(Co)。圓孔形凹腔(圖2D)，僅在Sc觀察到。

2.3 雌雄成蟲觸角感受器的分布差異

通過掃描電鏡觀察，柞櫟象雌雄成蟲觸角感器總體數(shù)量分布具有細微差異，其中單位面積上雄蟲觸角各亞節(jié)的感器數(shù)量均略高于雌蟲(表2)。

Tr.1.毛形感受器Ⅰ；Tr.2.毛形感器Ⅱ；Ch.1.刺形感器Ⅰ；Ba.錐形感器；Tr.3.毛形感器Ⅲ；De.1.齒形感器Ⅰ；Tr.4.毛形感器Ⅳ；De.2.齒形感器Ⅱ；Co.腔形感器；Ch.2.刺形感器Ⅱ。

圖2 柞櫟象觸角感受器類型

柞櫟象雌雄成蟲觸角上感器種類分布差異較為明顯的有：索節(jié)的Fu.2，雌蟲主要分布齒形感器Ⅱ(De.2)，毛形感器Ⅲ(Tr.3)和毛形感器Ⅳ(Tr.4)極少分布，雄蟲則3種感器分布比較平均，僅為不同類型感器數(shù)量比例上的差異；Fu.3，雌蟲只分布毛形感器Ⅳ(Tr.4)，而雄蟲上除主要分布毛形感器Ⅳ(Tr.4)外還分布少量齒形感器Ⅱ(De.2)；Fu.4雌雄蟲的差異同F(xiàn)u.3；Fu.7則是雌蟲的齒形感器Ⅰ(De.1)端部為2個齒形凸起，而雄蟲的齒形感器Ⅰ(De.1)端部為多個齒狀凸起。

棒節(jié)上較明顯的差異存在于Cl.3和Cl.4。Cl.3雌蟲刺形感器Ⅰ(Ch.1)和毛形感器Ⅱ(Tr.2)分布較為平均，錐形感器(Ba)分布較雄蟲少切不均勻，而雄蟲則是以刺形感器Ⅰ(Ch.1)為主，錐形感器(Ba)較為均勻地著生于刺形感器Ⅰ(Ch.1)之下；Cl.4雌蟲為毛形感器Ⅱ(Tr.2)多于刺形感器Ⅰ(Ch.1)，而雄蟲則是刺形感器Ⅰ(Ch.1)多于毛形感器Ⅱ(Tr.2)，僅是不同感器分布比例的細微差別。

由此可見，雖然在棒節(jié)(Cl)雌雄蟲感器分布的差異僅僅是不同種類之間比例的差異，但這種微小的差異反映出的是雌雄蟲觸角端部精細感器比例多少的差異。

表2 柞櫟象雌雄成蟲觸角感器數(shù)量與分布 個

觸角亞節(jié)Tr.4雌雄Ba雌雄De.1雌雄De.2雌雄Co雌雄Cl.43.33±0.582.33±0.58Cl.32.00±1.002.33±1.53Cl.21.00±01.33±0.58Cl.11.00±0有Fu.76.00±06.00±0Fu.66.00±06.00±0Fu.56.00±06.00±0Fu.47.00±2.006.67±2.086.00±06.00±0有Fu.36.33±0.587.00±3.466.00±06.00±0有Fu.25.33±1.536.00±06.00±03.00±1.53有Fu.13.33±1.536.00±06.00±03.00±0有Sc有有有有

注：統(tǒng)計面積為2 500 μm2。表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。

3 結論與討論

柞櫟象觸角感受器與之前學者們研究象甲科其他昆蟲觸角感受器形態(tài)相似，由此推斷其功能也相似，其中毛形感器(Tr)表面光滑，沒有腺孔結構，之前的學者研究猜測此類感器只是一種機械感受器，或者僅僅是起到保護作用的毛狀結構[13]。De.1是柞櫟象觸角上最長、最粗壯的感器，是觸角與物體發(fā)生接觸行為時首先觸碰物體的感受器。以前的研究表明，De.1可能具有機械觸感和化學感應雙重功能[14-15]。本研究發(fā)現(xiàn)的腔形感器(Co)中未觀察到內(nèi)部結構(如突起)，由此判斷此類型感器為觸角表皮腺孔[16]，Zacharuk提出此類感器為嗅覺感器的假設[17]，并在2002年被Lopes et al.證實[18]。

柞櫟象雌雄成蟲觸角性二型不明顯，只有在感器分化程度上有細微差別，因此很難作為形態(tài)學上性別鑒定的可靠依據(jù)。

柞櫟象觸角上著生的感器從基部至端部(柄節(jié)至棒節(jié)第4亞節(jié))有著明顯的分化趨勢。感器類型由粗糙逐漸趨于精細，由龐大逐漸趨于微小，由稀疏逐漸趨于致密。

雖然在棒節(jié)(Cl)雌雄蟲感器分布的差異僅僅是不同種類之間比例的差異，但這種微小的差異反映出的是雌雄蟲觸角端部精細感器比例多少的差異。由以上分析可以推測：雄蟲觸角端部精細感器的比例高于雌蟲，這可能使柞櫟象雌蟲活躍度低于雄蟲。但這個推測還需進一步證實。

柞櫟象雌雄成蟲觸角感器分布的種類與本科其他屬昆蟲有著明顯的差異。楊燕等發(fā)現(xiàn)云南木蠹象觸角存在雙芽形感器、耳形感器、毛形感器、錐形感器、腳形感器、芽形感器、端指形感器和腔形感器[10]，其中耳形感器和芽形感器未在柞櫟象觸角上發(fā)現(xiàn)，但柞櫟象觸角著生的齒形感器則未在云南木蠹象觸角上發(fā)現(xiàn)。楊干象具有刺形感器、毛形感器、B?hm氏鬃毛、錐形感器、鐘形感器5種感器類型[11]，而柞櫟象上無B?hm氏鬃毛分布，而有齒形感器、腔形感器感器分布。

感器的種類和功能在柞櫟象對寄主定位和尋找配偶獲得生殖機會的過程中具有重要意義，本研究也為柞櫟象干擾性和聚集性新型制劑的研制提供了科學依據(jù)。

[1] 余海忠.昆蟲觸角感受器研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2007,35(14):4238-4240,4243.

[2] 馬瑞燕,杜家緯.昆蟲的觸角感器[J].昆蟲知識,2000,37(3):179-183.

[3] SCHNEIDER D. Insect antennae[J]. Annu Rev Entomol,1964,9:103-122.

[5] HALLBERG E, HANSSON B S, STEINBRECHT R A. Morphological characteristics of antennal sensilla in the European cornborerOstrinianubilalis(Lepidoptera: Pyralidae)[J]. Tissue Cell,1994,26(4):489-502.

[6] HUNGER T, STEINBRECHT R A. Functional morphology of adouble-walled multiporous olfactory sensillum: the sensillum coeloconicum ofBombyxmori(Insecta: Lepidoptera)[J]. Tissue and Cell,1998,30(1):14-29.

[7] SHIELDS V D C, HILDEBRAND J G. Fine structure of antennal sensilla of the female sphinx moth,Manducasexta(Lepidoptera: Sphingidae). II. Auriculate, coeloconic, and styliform complex sensilla[J]. Canadian Journal of Zoology,1999,77(2):302-313.

[8] ZIMMERMANN B. Differentiation of the thermo-/hygrosensitive (no-pore) sensilla on the antenna ofAntheraeapernyi(Lepidoptera, Saturniidae): a study of cryofixed material[J]. Cell Tissue Res,1991,266:427-440.

[9] WALTERS B D, ZACHARUK R Y. Morphology and ultrastructure of sensilla on the proboscis of the adult spruce budworm,Choristoneurafumiferana(Clem.)(Lepidoptera: Tortricidae)[J]. Candian Journal of Zoology,1998,76(3):466-479.

[10] 楊燕,楊茂發(fā),楊再華,等.云南木蠹象觸角感器的掃描電鏡觀察[J].林業(yè)科學,2009,45(2):72-78.

[11] 常立儒,張璐,王濤,等.楊干象觸角感器的掃描電鏡觀察[J].植物檢疫,2014,28(3):23-29.

[12] YU Q Q, LIU Z K, CHEN C, et al. Antennal sensilla ofEucryptorrhynchuschinensis(Olivier) andEucryptorrhynchusbrandti(Harold) (Coleoptera: Curculionidae)[J]. Microscopy Research and Technique,2013,76:968-978.

[13] 裴建國.櫟實象生物學特性及防治措施研究[J].安徽農(nóng)學通報,2011,17(8):121-122.

[14] 楊貴軍,雍惠莉,王新譜.溝眶象的生物學特性及行為觀察[J].昆蟲知識,2008,45(1):65-69.

[15] 楊貴軍,張大治,孫晶瑩.溝眶象觸角感器的掃描電鏡觀察[J].昆蟲知識,2008,45(6):926-931.

[16] BLAND R G. Antennal sensilla of the adult alfalfa weevilHyperapostica(Gyllenhal) (Coleoptera: Curculionidae)[J]. Int J Insect Morphol Embryol,1981,10(3):265-274.

[17] ZACHARUK R Y. Ultrastructure and function of insect chemosensilla[J]. Annu Rev Entomol,1980,25(1):27-47.

[18] LOPES O, BARATA E H, ARAUJO J, et al. Fine structure of antennal sensilla basiconica and their detection of plant volatiles in the eucalyptus woodborer,PlcoracanthasemipunctataFabricius (Coleoptera: Cerambycidae)[J]. Arthropod Struct Dev,2002,31(1):1-13.

Ultrastructure in Antennal Sensilla ofCurculiodentipes//

Wang Chongshu; Li Yan; Chen Yubao; Gao Wentao, Meng Qingfan

(Seeding management station of Jilin, Jilin 132013, P. R. China)(Beihua University)(Forestry Science Research Institute of Jilin)(Beihua University)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(11)：92-95.

Curculiodentipes; Antennae; Sensilla; Environmental scanning electron microscopy (ESEM)

王重舒，男，1986年12月生，吉林市林木種苗管理站，工程師。E-mail：35409763@qq.com。

孟慶繁，北華大學林學院，教授。E-mail：qingfanmeng@sina.com。

2016年1月27日。

S763.301

1)吉林省科技支撐項目(20130206056NY)。

責任編輯：程 紅。