黃翅絹野螟觸角感器的掃描電鏡觀察

孟倩倩　王政　譚樂(lè)和　桑利偉　吳剛　孫世偉　劉愛(ài)勤

摘 要 黃翅絹野螟是為害熱帶木本糧食作物菠蘿蜜的主要鉆蛀性害蟲(chóng)。本文利用掃描電鏡對(duì)其雌雄蛾觸角進(jìn)行觀察，以探索其化學(xué)感受系統(tǒng)。結(jié)果表明：黃翅絹野螟觸角呈絲狀，包括1節(jié)柄節(jié)、1節(jié)梗節(jié)和76個(gè)亞節(jié)連接成的鞭節(jié)三部分。觸角中共發(fā)現(xiàn)11類感器，分別是毛形感器（Ⅰ和Ⅱ）、刺形感器（Ⅰ和Ⅱ）、栓錐形感器、腔錐形感器（Ⅰ和Ⅱ）、耳形感器、鱗形感器、錐形感器和Bo··hm氏鬃毛，感器的種類、分布及形態(tài)結(jié)構(gòu)在雌雄蛾中不存在二型性。研究結(jié)果可為進(jìn)一步揭示黃翅絹野螟寄主選擇行為機(jī)制提供基礎(chǔ)性資料。

關(guān)鍵詞 黃翅絹野螟；觸角感器；掃描電鏡

中圖分類號(hào) S667.8；S433.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract Diaphania caesalis is one of the important stem borer moths damaging Artocarpus heterophyllus. The antenna sensilla of male and female adults were examined by a scanning electron microscope. The result showed that the antenna of D. caesalis was filamentous in shape and consisted of a scape， a pedice and a flagellum connected by 76 subsegments. Overall， eleven morphological sensilla types were identified in both sexes， including sensilla trichodea（ⅠandⅡ）， sensilla chaetica（ⅠandⅡ）， sensilla coeloconica（ⅠandⅡ）， sensilla auricillica， sensilla styloconica， sensilla basiconica， sensilla squamiformia， and Bo··hm bristles. There was no difference found in the morphology， structure and distribution between the sexes. These findings would provide a basis for further study on the host selection mechanism of D. caesalis.

Key words Diaphania caesalis； antenna sensilla； scanning electron microscope

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.07.022

植食性昆蟲(chóng)在進(jìn)行取食、產(chǎn)卵和交配的過(guò)程中，需要借助觸角感受器來(lái)鑒別植物或者異性的信號(hào)物質(zhì)。昆蟲(chóng)觸角上分布著很多形態(tài)和功能各異的感受器，對(duì)環(huán)境中各種化學(xué)和物理刺激產(chǎn)生電生理反應(yīng)，并將這些反應(yīng)傳入神經(jīng)中樞后加工成各種信號(hào)，為昆蟲(chóng)提供可能的配偶、食物、產(chǎn)卵場(chǎng)所等信息[1-3]。不同物種和同一物種的雌雄個(gè)體間感器的種類、數(shù)量及分布模式不同。根據(jù)感受器的外部形態(tài)和功能，可分成多種類型，主要包括毛形感器、錐形感器、栓錐形感器、腔錐形感器、壇形感器、鐘形感器、鱗形感器、板形感器、刺形感器和Bo··hm氏鬃毛等。一般認(rèn)為，毛形感器與特異性的識(shí)別性信息素有關(guān)，錐形感器主要識(shí)別寄主揮發(fā)物，刺形感器則可能具有感受外界機(jī)械刺激和味覺(jué)的功能[4]。隨著電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，對(duì)昆蟲(chóng)觸角感器形態(tài)學(xué)及超微結(jié)構(gòu)的觀察已有不少報(bào)道，但其功能在不同昆蟲(chóng)之間并不完全相同[5]。昆蟲(chóng)與外界的化學(xué)通訊是其取食、產(chǎn)卵等行為的關(guān)鍵，而昆蟲(chóng)觸角是感受信息物質(zhì)的主要部位，因此對(duì)昆蟲(chóng)觸角感器的種類和分布的觀察是研究昆蟲(chóng)嗅覺(jué)識(shí)別機(jī)制的基礎(chǔ)。

黃翅絹野螟（Diaphania caesalis Walker）屬鱗翅目（Lepidoptera）、螟蛾科（Pyralidae），是熱帶木本糧食作物菠蘿蜜主要的鉆蛀性害蟲(chóng)，全年均有發(fā)生，4～10月為高發(fā)期。雌成蟲(chóng)產(chǎn)卵于葉片、嫩梢及花芽表面，幼蟲(chóng)孵出后蛀入嫩梢、花芽及正在發(fā)育的果實(shí)中，排出的糞便和粘液使葉片卷曲，或者堵住花芽和嫩果上的取食孔以保護(hù)自己，致使嫩梢萎蔫脫落、幼芽干枯、果實(shí)腐爛，嚴(yán)重影響菠蘿蜜的產(chǎn)量和品質(zhì)，損失約30%～40%，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)50%以上[6-7]。因該蟲(chóng)鉆蛀為害的特性，目前普遍使用的化學(xué)藥劑防治效果甚微，且容易造成害蟲(chóng)抗藥性、天敵減少、環(huán)境污染和食品安全等問(wèn)題。近年來(lái)，利用昆蟲(chóng)化學(xué)通訊的行為調(diào)控策略在昆蟲(chóng)行為生態(tài)與害蟲(chóng)行為調(diào)控相關(guān)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注[8]，為該蟲(chóng)的綠色防控帶來(lái)新的方向。迄今為止，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)黃翅絹野螟嗅覺(jué)感受相關(guān)方面的研究。本文通過(guò)對(duì)黃翅絹野螟雌雄成蟲(chóng)觸角的掃描電鏡觀察，明確成蟲(chóng)觸角感器的種類、形態(tài)特征及分布特點(diǎn)，可為今后開(kāi)展該蟲(chóng)觸角感器的功能研究和進(jìn)一步探索其嗅覺(jué)感受機(jī)制提供形態(tài)學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲(chóng)源

本試驗(yàn)所需黃翅絹野螟均采自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所高龍菠蘿蜜種植基地。經(jīng)室內(nèi)人工飼料飼養(yǎng)至成蟲(chóng)后，喂食15%的蜂蜜水補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，室內(nèi)飼養(yǎng)溫度為（26±1）℃，相對(duì)濕度為70%，光周期為14 ∶ 10（L ∶ D）。取新羽化的雌雄成蟲(chóng)各5頭用于掃描電鏡觀察。

1.2 樣品的制備與電鏡觀察

將新羽化的成蟲(chóng)置于體視鏡下，用鑷子和手術(shù)刀沿基部摘下觸角，浸入70%的乙醇溶液中，超聲波清洗15 s，除去表面粘附物；小心取出樣品，放入2.5%的戊二醛中固定24 h；固定完成后依次用75%、80%、85%、90%、95%、100%的乙醇溶液進(jìn)行梯度脫水，各濃度脫水5 min；脫水后用100%乙酸異戊酯浸泡，置于4 ℃保存。電鏡觀察前，將樣品從4 ℃冰箱中取出，進(jìn)行二氧化碳超臨界點(diǎn)干燥[9]。

將干燥好的觸角樣品用導(dǎo)電銀膠固定于樣品臺(tái)上，噴金鍍膜，然后置于掃描電鏡（ZEISS ΣIGMA）下觀察并拍照。

1.3 圖像處理

使用Photoshop對(duì)圖片進(jìn)行編輯處理，根據(jù)Schneider（1964）分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)觸角感器進(jìn)行鑒定和命名[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的基本結(jié)構(gòu)

黃翅絹野螟雌雄觸角均呈細(xì)長(zhǎng)的絲狀（圖1-a），被有鱗片，長(zhǎng)約1.1 cm，由柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)三部分組成，其中：柄節(jié)1節(jié)，梗節(jié)1節(jié)，鞭節(jié)由76亞節(jié)組成（圖1-b）。柄節(jié)和梗節(jié)表面光滑，其上散布凹陷的圓孔，鞭節(jié)表面呈隆起的網(wǎng)紋狀結(jié)構(gòu)，以五邊形和六邊形居多。觸角感器主要集中在鞭節(jié)上，少數(shù)感器分布在柄節(jié)和梗節(jié)。

2.2 觸角感器的種類和超微結(jié)構(gòu)

通過(guò)掃描電鏡觀察，黃翅絹野螟觸角有11種感器類型，即毛形感器（Ⅰ和 Ⅱ）、刺形感器（Ⅰ 和 Ⅱ）、栓錐形感器、腔錐形感器（Ⅰ 和 Ⅱ）、耳形感器、鱗形感器、錐形感器和Bo··hm氏鬃毛，且感器的類型、分布及形態(tài)結(jié)構(gòu)在雌雄蛾中不存在二型性。

2.2.1 毛形感器 毛形感器（sensilla trichodea，Str）是黃翅絹野螟雌雄蟲(chóng)觸角數(shù)量最多，分布最廣的感受器，分布在觸角鞭節(jié)的背面和腹面，著生在鞭節(jié)隆起的網(wǎng)狀孔內(nèi)，細(xì)長(zhǎng)，狀如毛發(fā)，基部與鞭節(jié)表面呈15°生長(zhǎng)（圖2-A，B）。按其形狀可分為Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型感器數(shù)量較多，頂端尖細(xì)，較彎曲，表面為螺旋環(huán)狀網(wǎng)紋。Ⅱ型感器數(shù)量較少，較粗短，表面呈縱向溝狀紋，頂端較鈍，不彎曲（圖2-A）。

2.2.2 刺形感器 刺形感器（sensillum chaetica，Sch）僅分布在觸角鞭節(jié)上，混生在毛形感器間。與毛形感器的區(qū)別是：其基部著生在鞭節(jié)表皮向上凸起的臼窩內(nèi)，形如鋼刺，表面呈鱗片狀環(huán)形網(wǎng)紋，與鞭節(jié)表皮呈60°生長(zhǎng)。根據(jù)長(zhǎng)短分為長(zhǎng)刺形感器（Sch-Ⅰ）（圖2-B）和短刺形感器（Sch-Ⅱ）（圖2-C）。

2.2.3 栓錐形感器 栓錐形感器（sensilla styloconica，Ss）有規(guī)律地分布在鞭節(jié)兩亞節(jié)連接的脊線上，每亞節(jié)1個(gè)（圖2-D）；整個(gè)感器呈小拇指狀，端部呈錐狀，著生在隆起的圓形栓環(huán)中，與圓形栓環(huán)之間無(wú)間隙，整個(gè)感器表面光滑，無(wú)網(wǎng)紋，與鞭節(jié)表面呈45°角傾斜（圖2-A）。

2.2.4 腔錐形感器 腔錐形感器（sensilla coeloconica，Sc）與毛形感器和刺形感器一樣，僅分布在觸角鞭節(jié)，著生于表皮下陷而成的淺圓腔內(nèi)，腔中央有一直立的中心錐，根據(jù)其圓腔周圍是否具緣毛分為Ⅰ型和Ⅱ型兩種感器類型，Ⅰ型腔錐形感器圓腔周圍不具緣毛，僅有一個(gè)裸露的中心錐（圖2-F）。Ⅱ型腔錐形感器則由圓腔周圍著生的緣毛包裹著中心錐，形似菊花（圖2-C，E）。

2.2.5 耳形感器 耳形感器（sensilla auricillica，Sau）著生在觸角鞭節(jié)和梗節(jié)上，整個(gè)感器寬扁，中部凹陷，端部鈍圓，呈耳狀槽，表面縱生著整齊的溝槽，與鞭節(jié)表面近乎平行（圖3-G，H）。

2.2.6 錐形感器 錐形感器（sensilla basiconica，Sb）集中在觸角梗節(jié)上，較短小，基部無(wú)基窩，端部尖銳，感器表面光滑，斜生或垂直生于梗節(jié)表面凹凸不平的區(qū)域（圖4-I）。

2.2.7 Bo··hm氏鬃毛 Bo··hm氏鬃毛（Bo··hm bristles，Bb），垂直著生在觸角梗節(jié)與柄節(jié)的節(jié)間光滑區(qū)域，此類感器外觀與錐形感器較相似，兩者之間的區(qū)別是：Bo··hm氏鬃毛較錐形感器長(zhǎng)，基部著生在基窩內(nèi)，而錐形感器基部無(wú)基窩。Bo··hm氏鬃毛感器表面光滑，具淺生的縱溝，基部較粗圓，端部尖細(xì)，較彎曲（圖3-H，圖4-I）。

2.2.8 鱗形感器 鱗形感器（sensilla squamiformia，Ssq）分布于觸角的柄節(jié)，基部著生在柄節(jié)表面凸起的臼窩內(nèi)，形似劍鞘，狹長(zhǎng)且端部尖銳，感器表面呈螺旋的縱溝，從中部開(kāi)始向下彎曲，端部接近柄節(jié)表面（圖4-J）。

3 討論

通過(guò)對(duì)黃翅絹野螟雌雄成蟲(chóng)觸角掃描電鏡觀察，共發(fā)現(xiàn)11類感器，且雌雄蟲(chóng)觸角感器在種類和形態(tài)上并無(wú)明顯差異。大部分感受器著生在鞭節(jié)腹面，這一特征與許多鱗翅目昆蟲(chóng)一致，如木蠹蛾科（Cossidae）[11]，夜蛾科（Noctuidae）[12]和刺蛾科（Limacodidae）[13]的昆蟲(chóng)，這樣的形態(tài)特征可能能夠保護(hù)觸角和感受器免受傷害[14]。黃翅絹野螟觸角的表面結(jié)構(gòu)、感器的著生位置及形狀與同屬螟蛾科的竹織葉野螟（Algedomia coclesalis）最為相似[15]。但在局部形態(tài)和雌雄分布上稍有差異。如黃翅絹野螟觸角腔錐形感器根據(jù)圓腔周圍是否具緣毛分為兩種亞型，而竹織葉野螟腔錐形感器只有具緣毛的腔錐形感器，且形態(tài)在雌雄蟲(chóng)中存在差異；竹織葉野螟耳形感器、栓錐形感器在雌雄蛾觸角中差異明顯，黃翅絹野螟中這兩種感器則均以一種形態(tài)存在于雌雄成蟲(chóng)中；另外，在竹織葉野螟中并未發(fā)現(xiàn)有錐形感器，而在黃翅絹野螟觸角卻存在這類感器。

已報(bào)到蠶蛾科、螟蛾科和夜蛾科等鱗翅目昆蟲(chóng)觸角感器約有十余種，不同昆蟲(chóng)觸角感器的種類和功能也不完全相同。但是，同一類感器的基本形態(tài)特征和功能卻有著許多相似之處[16]。毛形感器是黃翅絹野螟觸角上分布廣泛和數(shù)量最多的感受器，呈毛發(fā)狀，分布在鞭節(jié)，可能是其感受信息化合物的主要感器。已有研究表明在棉鈴蟲(chóng)觸角上有3種毛形感器有特異性的識(shí)別性信息素的功能[17]。刺形感器外形鋼直如刺，感器壁較厚無(wú)孔，一般認(rèn)為具有感受機(jī)械刺激的功能，而在歐洲玉米螟、沙漠蝗和茶尺蠖的刺形感器則觀察到了樹(shù)突神經(jīng)元的存在[18-19]，暗示刺形感器也有嗅覺(jué)感知的作用。錐形感器很可能是感受寄主植物揮發(fā)物的嗅覺(jué)感受器，主要感受外界氣味因子[11]。腔錐形感器有兩種類型，其中Ⅰ型周圍無(wú)緣毛，很可能具有感受外界溫濕度的功能，然而感受器上的長(zhǎng)縱溝可能參與一些胺類、酸類和乙醇的識(shí)別，就如果蠅和蝗蟲(chóng)觸角上的腔錐形感器能夠表達(dá)多種類型的離子型受體一樣[20-22]。黃翅絹野螟中這幾類感器的著生位置及形態(tài)特征與同屬鱗翅目的相近種有很多相似性，但其是否具有嗅覺(jué)識(shí)別的功能有待進(jìn)一步確認(rèn)。

關(guān)于黃翅絹野螟寄主選擇行為機(jī)制的研究缺乏相關(guān)資料，而明確該蟲(chóng)觸角感器類型是進(jìn)行昆蟲(chóng)化學(xué)感知系統(tǒng)認(rèn)知的首要基礎(chǔ)，觸角感器的生理功能可通過(guò)后續(xù)觸角電位（EAG）、氣相色譜和觸角電位檢測(cè)裝置聯(lián)用技術(shù)（GC-EAG）和單細(xì)胞記錄儀等實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。本研究結(jié)果可為進(jìn)一步研究黃翅絹野螟觸角感器的功能，進(jìn)而探索該蟲(chóng)寄主選擇行為機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

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