棗食芽象甲觸角感器的掃描電鏡觀察

張 鋒，洪 波，王遠(yuǎn)征，任 平，李英梅，陳志杰

(陜西生物農(nóng)業(yè)研究所，西安 710043)

棗食芽象甲(ScythropusyasumatsuiKono et Morimoto) 屬鞘翅目，象甲科，又名棗飛象、灰象鼻蟲(chóng)、棗月象、太谷月象等，是棗樹(shù)上的一種重要害蟲(chóng)[1]。主要分布于陜西、山西、河南等地紅棗主產(chǎn)區(qū)[2-4]，它不僅危害棗樹(shù)，還危害蘋(píng)果、梨、核桃、楊樹(shù)、泡桐等多種樹(shù)木。該蟲(chóng)近年在陜西的黃河沿岸延川、清澗、佳縣等地連續(xù)暴發(fā)成災(zāi)[5]，成蟲(chóng)春季主要取食棗樹(shù)的嫩芽，嚴(yán)重時(shí)可將嫩芽全部吃光，導(dǎo)致尖端光禿。棗樹(shù)二次萌芽后造成棗吊發(fā)育及開(kāi)花結(jié)果延遲，嚴(yán)重降低棗果的品質(zhì)和產(chǎn)量[3]。

研究發(fā)現(xiàn)6種棗樹(shù)品種棗葉揮發(fā)物對(duì)棗食芽象甲成蟲(chóng)的引誘作用不明顯，但是‘贊皇棗’‘壺瓶棗’和‘駿棗’等幾個(gè)品種的棗芽揮發(fā)物對(duì)棗食芽象甲的引誘作用比較明顯，說(shuō)明棗芽的揮發(fā)性氣味能夠?qū)検逞肯蠹椎募闹鬟x擇發(fā)揮重要作用[6]。昆蟲(chóng)的嗅覺(jué)作用通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的辨認(rèn)識(shí)別過(guò)程，能夠?qū)闹髦参餁馕兜摹盎瘜W(xué)指紋圖譜”進(jìn)行綜合識(shí)別[7-8]。因此，只有通過(guò)對(duì)植食性昆蟲(chóng)嗅覺(jué)感受器的形態(tài)與結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，才能進(jìn)一步闡明其對(duì)寄主的嗅覺(jué)行為和識(shí)別機(jī)制[9]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注昆蟲(chóng)觸角感器的研究，特別對(duì)鞘翅目昆蟲(chóng)的觸角感器進(jìn)行深入研究。僅在象甲科昆蟲(chóng)研究領(lǐng)域，目前至少已有20種昆蟲(chóng)的觸角感器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、數(shù)量及分布特點(diǎn)被報(bào)道[10]，但國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)關(guān)于棗食芽象甲觸角感器研究的文獻(xiàn)。本試驗(yàn)對(duì)棗食芽象甲成蟲(chóng)觸角的感器類型、形態(tài)和分布特點(diǎn)，利用掃描電鏡首次進(jìn)行觀察和報(bào)道，為深入研究棗樹(shù)揮發(fā)性物質(zhì)與棗食芽象甲之間的互作機(jī)理奠定基礎(chǔ)。棗芽在生長(zhǎng)過(guò)程中，一些信息化學(xué)物質(zhì)被釋放出來(lái)，能夠?qū)検逞肯蠹壮上x(chóng)的定向活動(dòng)產(chǎn)生直接影響，因此，探明觸角感器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和分布，也將進(jìn)一步揭示觸角感器在棗食芽象甲尋找寄主的過(guò)程中所起的重要作用。

1 材料與方法

1.1 供試蟲(chóng)源

2015年4月中旬，在佳縣小會(huì)坪村未噴施殺蟲(chóng)劑的山地棗園內(nèi)采集剛羽化的棗食芽象甲成蟲(chóng)，通過(guò)象甲的形態(tài)特征將雌蟲(chóng)和雄蟲(chóng)區(qū)分開(kāi)，分別放置于培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中飼養(yǎng)50頭(性別相同)，用新鮮的棗樹(shù)嫩芽進(jìn)行飼喂。

1.2 觀察方法

在解剖鏡下剪取雌、雄成蟲(chóng)的頭部各10只，并用鑷子摘取單個(gè)觸角，浸入體積分?jǐn)?shù)為700 mL/L的乙醇溶液中，用超聲波清洗儀清洗1 min以除去表面雜質(zhì)，分別用體積分?jǐn)?shù)為80%、90%、95%和100%酒精進(jìn)行梯度脫水，觸角樣品自然干燥好后，在掃描電鏡樣品臺(tái)上用雙面膠帶按照以下4個(gè)角度粘好：背面、腹面和兩個(gè)側(cè)面，用中科科儀SBC-12離子濺射儀噴金，通過(guò)Phenom pro臺(tái)式掃描電子顯微鏡對(duì)觸角和感器觀察和拍照。電鏡工作電壓為5 kV，樣品放大80～13 000倍。采用Phenom Prosuite控制軟件對(duì)觸角及其感器進(jìn)行測(cè)量，各節(jié)長(zhǎng)度和感器的長(zhǎng)度及數(shù)量為10個(gè)重復(fù)樣的平均值，感器的數(shù)量為各節(jié)中部(100 μm×100 μm=10 000 μm2)面積的數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的形態(tài)特征

棗食芽象甲的觸角呈膝焰狀，著生在喙管前端兩側(cè)；從基部開(kāi)始分為柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)，鞭節(jié)分7個(gè)亞節(jié)。其中，第1鞭亞節(jié)在形態(tài)上與梗節(jié)相似，第2～6鞭亞節(jié)形態(tài)相近，第7鞭亞節(jié)膨大呈蠟燭火焰狀。棗食芽象甲觸角的各節(jié)的平均長(zhǎng)度見(jiàn)圖1，鞭節(jié)最長(zhǎng)，柄節(jié)次之，梗節(jié)最短。雌蟲(chóng)觸角長(zhǎng)約(1 445.78±96.88)μm，雄蟲(chóng)觸角長(zhǎng)約(1 477.47±132.21)μm，雄蟲(chóng)觸角比雌蟲(chóng)觸角長(zhǎng)度略長(zhǎng)。

圖1 棗食芽象甲雌、雄成蟲(chóng)觸角各節(jié)長(zhǎng)度Fig.1 Length of antennal segments of Scythropus yasumatsui

2.2 觸角感器的類型和結(jié)構(gòu)

棗食芽象甲觸角上有7類感器，分別為鱗形感器、端指形感器、毛形感器、刺形感器、錐形感器、栓錐形感器和芽孢形感器。在這些感器中，端指形感器和毛形感器的數(shù)量較多。表皮上有少量表皮孔。總的來(lái)看，從柄節(jié)至第7鞭亞節(jié)，以第7鞭亞節(jié)上的感器類型最多，有5種類型，其分布最密，數(shù)量最多，說(shuō)明此鞭亞節(jié)在其觸角所有部位中的感受能力最強(qiáng)(圖2-a,2-b)。

2.2.1 鱗形感器(Sensilla squamiformia,SS) 鱗形感器呈鱗片狀，像魚(yú)鱗單層覆蓋在觸角表面，表面具有縱脊，端部有短小突起，長(zhǎng)約(37.79± 2.75)μm，寬約(10.01±1.46)μm，分布在柄節(jié)、梗節(jié)及第1至第3鞭亞節(jié)(圖2-c)。

2.2.2 端指形感器(Finger-like sensillum,FS) 觸角表面有一些圓形或橢圓形的凹窩，端指形感器著生其中，它分為長(zhǎng)端指形感器和短端指形感器兩種，長(zhǎng)端指形感器長(zhǎng)約(72.29±9.15)μm，直徑約(4.79±1.09)μm，短端指形感器長(zhǎng)約 (36.70±3.07)μm，直徑約(3.61±0.71)μm，縱長(zhǎng)形，表面縱貫脊或溝槽，形狀像微管束，端部分叉，形似手指，傾斜于觸角表面，與觸角表面角度約30～45°。該類感器大小、端部的分指長(zhǎng)度和數(shù)量略有差別，分布于雌成蟲(chóng)和雄成蟲(chóng)觸角的每1節(jié)，是棗食芽象甲觸角上分布最廣、數(shù)量較多的1種感器(圖2-d,2-e)，鞭節(jié)的第7亞節(jié)主要分布在下端。

2.2.3 毛形感器(Sensilla trichoid,ST) 毛形感器呈毛發(fā)狀，表面具有縱溝，頂端較細(xì)，在靠近端部時(shí)略微彎曲，呈現(xiàn)弧形，長(zhǎng)約(33.0±2.58)μm，在觸角表面傾斜夾角約45°。第5～7鞭亞節(jié)有分布，以第7鞭亞節(jié)數(shù)量最多(圖3-a,3-d)。

2.2.4 刺形感器(Sensilla chaetica,SC) 刺形感器與毛形感器相似，直徑較粗，基部的關(guān)節(jié)窩較寬，有特別分化向上突起的臼狀窩，基部挺立，頂端較圓鈍，向觸角頂端彎曲，與觸角表面約45°～60°，表面具有縱溝、無(wú)孔，長(zhǎng)約(48.54±3.84)μm，分布在第7鞭亞節(jié)(圖3-a,3-b)。

2.2.5 錐形感器(Sensilla basiconic,SB) 錐形感器較短小，頂部鈍圓，基部無(wú)關(guān)節(jié)窩，向觸角端部?jī)A斜，與觸角呈60°夾角，長(zhǎng)約(14.4±1.31)μm，直徑約(1.58±0.12)μm內(nèi)，數(shù)量較少，零散或成簇分布。僅分布在觸角7鞭節(jié)。感器的表面孔較多，壁很薄，內(nèi)部神經(jīng)細(xì)胞較豐富(圖3-c)。

S.柄節(jié) Scape(Sc)；P.梗節(jié) Pedicel (Pe)；f1.第1鞭節(jié) Flagellum 1；f2.第2鞭節(jié) Flagellum 2；f3.第3鞭節(jié) Flagellum 3；f4.第4鞭節(jié) Flagellum 4；f5.第5鞭節(jié) Flagellum 5；f6.第6鞭節(jié) Flagellum 6；f7.第7鞭節(jié) Flagellum 7；a．雌成蟲(chóng)的觸角(80×) Antennal of adult female(80×)；b.雄成蟲(chóng)的觸角(80×) Antennal of adult female(80×)；c.雌蟲(chóng)梗節(jié)上的鱗型感器SS(600×) Sensilla squamiformia of pedicel on antennae of adult female(600×)；d．雄蟲(chóng)第7鞭亞節(jié)的短端指形感器FS(2000×) Finger-like sensillum of flagellum 7 on antennae of adult male(2000×)；e．雌蟲(chóng)第2鞭節(jié)的長(zhǎng)端指形感器FS(750×) Finger-like sensillum of flagellum7 on antennae of adult female(750×)

圖2 棗食芽象甲觸角感器掃描電鏡照片(Ⅰ)
Fig.2 Morphology of antennal sensilla ofScythropusyasumatsui(Ⅰ)

2.2.6 栓錐狀感器(Sensilla styloconica,SST) 栓錐狀感器底座為圓環(huán)形，小錐呈圓柱形，末端鈍圓， 表面具有縱溝，直立， 實(shí)心。底座直徑 (3.40±0.18)μm，高(8.27±0.59)μm，感器直徑 (1.22±0.12)μm。頂端有孔，能夠感覺(jué)濕度、味覺(jué)和嗅覺(jué)，只在成蟲(chóng)觸角第7鞭亞節(jié)中上部分布(圖3-e)。

2.2.7 芽孢形感器(Sensilla gemmiformium,SG) 芽孢形感器外形和植物芽孢相似，基部粗大，短小，頂端尖，呈鋸齒狀排列，主要分布在第1至第3梗節(jié)之間的節(jié)間表面(圖3-f)。

2.2.8 表皮孔(cuticular pore,CP) 表皮孔存在于觸角各節(jié)均，呈圓形或橢圓形，向表皮內(nèi)凹陷，其在各節(jié)上的分布位置、數(shù)量各不相同，成蟲(chóng)個(gè)體間、雌蟲(chóng)和雄蟲(chóng)之間也存在差異。

2.3 雌、雄觸角感器數(shù)量及分布的差異

棗食芽象甲雌、雄成蟲(chóng)觸角各節(jié)感器的分布及數(shù)量如圖4所示。雌、雄成蟲(chóng)間觸角感器類型及分布基本一致，但雄蟲(chóng)觸角總長(zhǎng)比雌蟲(chóng)略長(zhǎng)。在雌、雄蟲(chóng)觸角柄節(jié)、梗節(jié)和第1～3鞭節(jié)分布兩類感器，鱗型感器和端指形感器；在第4鞭節(jié)僅分布一類感器，端指形感器；在第5～6鞭節(jié)分布兩類感器，端指形感器和毛型感器；在棗食芽象甲觸角第7鞭亞節(jié)上各種感器分布類型和數(shù)量最多，共有5類感器，分別為錐形感器、毛型感器、刺形感器、端指形感器及栓錐狀感器，這種分布結(jié)構(gòu)可能與第7鞭亞節(jié)最先感受外界刺激相適應(yīng)，并有利于棗食芽象甲的生存繁衍。栓錐狀感器僅在雌蟲(chóng)觸角第7鞭亞節(jié)上分布，而且數(shù)量極少。錐形感器分布在觸角第7鞭亞節(jié)，形成3個(gè)幾乎平行的環(huán)狀帶，其分布情況和數(shù)量在雌蟲(chóng)和雄蟲(chóng)觸角上沒(méi)有明顯差異。從數(shù)量上來(lái)看，毛形感器最多，為123.3個(gè)/10 000μm2，其次是端指形感器，平均數(shù)量為25.1個(gè)/10 000μm2，鱗形感器的平均數(shù)量為20.1個(gè)/10 000μm2，錐形感器、刺形感器和栓錐狀感器數(shù)量較少，分別為11.7、5.9和3.9個(gè)/10 000μm2。

a．雌蟲(chóng)第7鞭亞節(jié)的毛型感器ST和刺形感器SC(1000×) Sensilla trichoid and sensilla chaetica of flagellum 7 on antennae of adult female(1000×)；b．雄蟲(chóng)第7鞭亞節(jié)的刺形感器SC(1800×) Sensilla chaetica of flagellum 7 on antennae of adult male(1800×)；c．雌蟲(chóng)第7鞭亞節(jié)的錐形感器SB(3200×) Sensilla basiconic of flagellum 7 on antennae of adult female(3200×)；d．雄蟲(chóng)第7鞭亞節(jié)的毛形感器ST(2700×) Sensilla trichoid of flagellum 7 on antennae of adult male(2700×)；e．雌蟲(chóng)第7鞭亞節(jié)的栓錐形感器SST(13000×) Sensilla styloconica of flagellum 7 on antennae of adult female(13000×)；f．雌蟲(chóng)第2～3鞭節(jié)芽孢感器SG(5500×) Sensilla gemmiformium of flagellum 2-3 on antennae of adult female(5500×)

圖3 棗食芽象甲觸角感器掃描電鏡照片(Ⅱ)
Fig.3 Orphology of antennal sensilla ofScythropusyasumatsui(Ⅱ)

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，棗食芽象甲雌成蟲(chóng)和雄成蟲(chóng)的觸角感器類型和觸角形狀都相似。觸角上著生有7類8種感器，分別為2種端指形感器、1種毛形感器、1種鱗形感器、1種刺形感器、1種錐形感器、1種栓錐形感器和1種芽孢形感器。在這些感器中，毛形感器和端指形感器的數(shù)量較多。感器在成蟲(chóng)觸角上種類與其寄主、棲境及空間分布型等生活習(xí)性有關(guān)，棗食芽象甲寄主較為單一、食物充足、棲境簡(jiǎn)單、在田間為聚集分布[11]，因此其觸角感器類型相對(duì)較少。

圖4 棗食芽象甲雌、雄成蟲(chóng)觸角各節(jié)感器的分布及數(shù)量(個(gè)/10 000μm2)Fig.4 Sensilla distribution and number (sensilla/10 000μm2) of antennal segments of Scythropus yasumatsui

棗食芽象甲觸角鱗形感器主要分布于柄節(jié)，其形態(tài)與一些象甲上的鱗形感器相似：包括茶麗紋象甲[12]、稻水象甲[13]以及樟子松球果象甲[14]，另外，其與其他象甲的某類觸角感器：如松梢象的棒狀感器[9]、沙蒿大粒象上的板形感器[15]及長(zhǎng)足大竹象上的芽形感器[16]比較相似，但分布和數(shù)量都有顯著不同。毛型感器的作用是可較早感受各種信息素，據(jù)報(bào)道在棕櫚象甲觸角的毛形感器壁上發(fā)現(xiàn)了具有嗅覺(jué)功能的微孔，因此推斷毛形感器屬于嗅覺(jué)感器[17]，而在棗食芽象甲的毛形感器上沒(méi)有觀察到微孔，可以推斷其不具備嗅覺(jué)功能，但從其分布位置和著生方式推斷或許具備機(jī)械感器的功能。端指形感器在觸角上從柄節(jié)到鞭節(jié)都有分布，分布較密集的部位處于第7鞭亞節(jié)下緣，在雌雄成蟲(chóng)觸角上的分布情況和數(shù)量差異不大。端指形感器有其自身的獨(dú)特功能，目前在鞘翅目中鮮有報(bào)道[18]。刺形感器和大多數(shù)象甲科昆蟲(chóng)在形態(tài)上相似，主要分布在第7鞭亞節(jié)上，適于首先接觸物品，其功能是感受機(jī)械刺激[19]。栓錐形感器具有味覺(jué)、嗅覺(jué)及感受濕度的功能，可能與棗食芽象甲的取食過(guò)程關(guān)系密切。閻雄飛等[6]報(bào)道棗食芽象甲雌蟲(chóng)對(duì)棗樹(shù)的揮發(fā)性氣味比雄蟲(chóng)更為敏感，可能與栓錐形感器僅在雌蟲(chóng)上分布有關(guān)。錐形感器的結(jié)構(gòu)可以選擇通透性，屬于嗅覺(jué)感器的1種，可以識(shí)別并感受植物氣味的刺激[20]。芽孢形感器分布于柄節(jié)節(jié)間部位，當(dāng)觸角受到外界的機(jī)械刺激時(shí)，芽孢形感器能夠起到緩沖重力的功能，因此芽孢形感器或許能夠感受重力的一種機(jī)械感器[21]。另外，在棗食芽象甲的觸角上發(fā)現(xiàn)了少量表皮孔，其在觸角各節(jié)均有分布，可能具有分泌潤(rùn)滑劑的功能[22-23]。

棗樹(shù)棗食芽象甲雌、雄成蟲(chóng)分布在同一生境，并具有聚集分布特性。羽化后出土，雌雄成蟲(chóng)都需要補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，以便雄蟲(chóng)尋找雌蟲(chóng)交配和雌蟲(chóng)尋找寄主及產(chǎn)卵場(chǎng)所[19]。雖然棗食芽象甲雄成蟲(chóng)體型比雌成蟲(chóng)小，但是雄蟲(chóng)觸角長(zhǎng)度平均較雌蟲(chóng)長(zhǎng)，這與觸角較長(zhǎng)能夠提高雄蟲(chóng)的擇偶效率有關(guān)，因?yàn)樾巯x(chóng)的擇偶習(xí)性主要是憑借觸角定位、接觸和識(shí)別雌蟲(chóng)來(lái)完成的[24]。雄成蟲(chóng)率先識(shí)別寄主植物棗樹(shù)上的棗芽并進(jìn)行取食，然后釋放出聚集信息素，吸引同性的雄成蟲(chóng)進(jìn)行取食，以及引誘異性雌蟲(chóng)進(jìn)行交配。本研究利用掃描電鏡觀察分析棗食芽象甲成蟲(chóng)觸角的感器類型、形態(tài)特征及分布特點(diǎn)，對(duì)其觸角感器的功能做了推測(cè)，而關(guān)于棗食芽象甲各感器的特定功能有待進(jìn)一步探究，尤其需明確棗食芽象甲與寄主植物間的化學(xué)通訊機(jī)理，以確定寄主揮發(fā)物及與信息素相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)其綜合防治提供理論依據(jù)。