黑肩綠盲蝽外生殖器及其感器的超微結(jié)構(gòu)

楊韓英，張振飛，張 揚(yáng)，吳偉堅(jiān)*

(1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲(chóng)生態(tài)研究室，廣州 510642；2. 廣東省生物農(nóng)藥創(chuàng)制與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642；3. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，廣州 50640)

黑肩綠盲蝽CyrtorhinuslividipennisReuter，屬半翅目盲蝽科，雜食性，廣泛分布于水稻栽培區(qū)，是水稻主要害蟲(chóng)稻飛虱重要捕食天敵，還可大量捕食葉蟬等的卵(陳建明等, 1992)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，單頭黑肩綠盲蝽一生能取食飛虱卵214.9～222.4粒，在一定密度范圍內(nèi)，捕食量隨密度提高而增加(吳光榮等, 1987)，田間7月下旬至8月下旬是黑肩綠盲蝽的發(fā)生高峰期，蝽虱比達(dá)到或超過(guò)1 ∶1時(shí)對(duì)褐飛虱的種群發(fā)展有一定的控制作用(齊會(huì)會(huì)等, 2014)。

外生殖器是昆蟲(chóng)的生殖部位，一般雌蟲(chóng)外生殖器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且缺乏差異性，而雄蟲(chóng)外生殖器是由不同的、單獨(dú)進(jìn)化部分組成混合特征，這使得其相較觸角、足、復(fù)眼等其他身體部位，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且種間差異明顯，因此，在分類近緣種時(shí)尤為重要(Arnqvist, 1998; Huber, 2003; Songaetal., 2010)，常用于盲蝽科分類(Konstantinov, 2003)。另一方面，生殖器與性選擇密切相關(guān)，性選擇對(duì)生殖器進(jìn)化有重要促進(jìn)作用(Hoskenetal., 2004)。

感器是昆蟲(chóng)感知環(huán)境的重要門戶，由表皮演變而來(lái)，連接神經(jīng)元，分布在足、觸角、生殖器等身體部位，具有機(jī)械感知、化學(xué)感知、嗅覺(jué)、味覺(jué)、溫濕度感受等功能(Schenider, 1964)。感器在種類、數(shù)量、超微形態(tài)、觸角神經(jīng)葉等方面都具有性二型特征(秦玉川, 2009)，且同型結(jié)構(gòu)在不同種可能具有不同功能(Acebesetal., 2003)。關(guān)于外生殖器感器，在果蠅、石蛾、豆娘、步甲、寄生蜂、葉蟬等類群中有報(bào)道，并表明外生殖器感受器在感知并選擇寄主上合適的產(chǎn)卵位點(diǎn)和求偶前期兩性感受異性狀態(tài)過(guò)程中起到作用(Acebesetal., 2003; Sp?nhoffetal., 2003; Kimetal., 2004; Uhíaetal., 2005; Hummeletal., 2006; Dwecketal., 2008)。

本文通過(guò)掃描電鏡對(duì)黑肩綠盲蝽雌雄成蟲(chóng)外生殖器形態(tài)進(jìn)行了觀察，對(duì)生殖器上感器分類，結(jié)合黑肩綠盲蝽交配行為，探討感器功能，從而為其進(jìn)一步研究及利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx(chóng)

供試黑肩綠盲蝽來(lái)源于本實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)種群，飼養(yǎng)于帶有飛虱卵的水稻上，置于養(yǎng)蟲(chóng)籠內(nèi)，養(yǎng)蟲(chóng)籠置于人工氣候室內(nèi)(溫度28±1℃，RH70%±5%，光周期L ∶D=14 ∶10)。收集黑肩綠盲蝽雌雄成蟲(chóng)供試。

1.2 掃描電鏡制樣

雌雄成蟲(chóng)各20頭，體視鏡下取其腹部生殖節(jié)，部分雌成蟲(chóng)腹部解剖產(chǎn)卵器；樣品浸入2.5%戊二醛溶液中，4℃條件下固定24 h，0.1 mol/L磷酸緩沖液(PBS)沖洗3次(40 min/次)，而后置于1%鋨酸固定2.5 h，0.1 mol/L PBS沖洗3次(10 min/次)。然后乙醇系列脫水，30%(4℃)，50%(4℃)，75%(4℃)，80%，90%，各1次(10 min/次)，100%濃度5次(10 min/次)。脫水后的樣品置于臨界點(diǎn)干燥儀(Bal-Tec CPD 030)中干燥2 h。取出樣品，在體視鏡下，按腹部正面、腹面、側(cè)面分別有序粘貼在導(dǎo)電膠上，后噴金鍍膜。最后，在掃描電鏡(荷蘭FEI Nova Nano SEM 430)下拍照觀察。

1.3 感器分類和鑒定

感器的分類和鑒定參照Schenider(1964)和Zacharuk(1985)的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 雌成蟲(chóng)交配孔與產(chǎn)卵器的結(jié)構(gòu)

黑肩綠盲蝽雌成蟲(chóng)交配孔(gonopore, gp; 圖1-B)開(kāi)口于第8、9腹節(jié)節(jié)間膜上，位于產(chǎn)卵器基部，覆蓋于呈倒三角形的下生殖板下，交配孔狹長(zhǎng)，孔內(nèi)2種感器；產(chǎn)卵器(圖1-B)由第1產(chǎn)卵瓣(first valvula, VL 1)、第2產(chǎn)卵瓣(second valvula, VL 2)、第3產(chǎn)卵瓣(third valvula, VL 3)構(gòu)成。第1產(chǎn)卵瓣包圍第2產(chǎn)卵瓣呈針狀，邊緣鋸齒狀結(jié)構(gòu)反向排列，二者以第1產(chǎn)卵瓣上脊?fàn)顥l、第2產(chǎn)卵瓣上凹槽組成可滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)分布脊載鱗片(spine-bearing scales, SBS; 圖3-F)；第3產(chǎn)卵瓣為1對(duì)片狀，靠蟲(chóng)體腹面和末端邊緣密布感覺(jué)毛。

圖1 黑肩綠盲蝽雌、雄成蟲(chóng)外生殖器掃描電鏡觀察Fig.1 SEM observations of genitial of female and male adults of Cyrtorhinus lividipennis注：A，雄蟲(chóng)交配器；B，雌蟲(chóng)產(chǎn)卵器及交配孔；X，第X腹節(jié)；VL 1，第1產(chǎn)卵瓣；VL 3，第3產(chǎn)卵瓣；gp，交配孔；phb，陽(yáng)莖基；aed，陽(yáng)莖；lgs，左側(cè)突；rgs，右側(cè)突。Note: A, Genitial of male; B, Ovipositor and gonopore of female; X, X abdominal segment; VL 1, first valvula; VL 3, third valvula; gp, gonopore; phb, phallobase; aed, aedeagus; lgs, left genital styles; rgs, right genital styles.

2.2 交配孔與產(chǎn)卵器上感器的類型與超微結(jié)構(gòu)

2.2.1毛形感器TS(triochoid sensilla)

毛形感器I(triochoid sensilla I, TS I; 圖3-E)分布于第3產(chǎn)卵瓣蟲(chóng)體腹面和末端邊緣，基部寬1.68 μm，著生于突起的基窩中，感器表面有縱紋，端部尖細(xì)，整體細(xì)長(zhǎng)，略彎曲，平均44.93 μm，最長(zhǎng)可達(dá)77 μm，數(shù)量較多；毛形感器II(triochoid sensilla II, TS II; 圖2-B)位于交配孔外緣及內(nèi)部，短小，基部寬0.53 μm，長(zhǎng)1.45 μm，表面光滑，分布密集，組成巢狀。

圖2 黑肩綠盲蝽雌成蟲(chóng)交配孔中感器掃描電鏡觀察Fig.2 SEM observations of sensilla in the gonopore of female Cyrtorhinus lividipennis注：A，雌成蟲(chóng)交配孔；B，雌成蟲(chóng)交配孔中感器；TS II，毛形感器II；BS II，錐形感器II。Note: A, Gonopore of female; B, Sensilla in gonopore; TS II, Triochoid sensilla II; BS II, Basiconic sensilla II.

2.2.2刺形感器CHS (chaetica sensilla)

刺形感器(圖3-E)在第3產(chǎn)卵瓣外緣密集分布，表面光滑，無(wú)孔無(wú)基窩，基寬0.51 μm，長(zhǎng)6.12 μm，較尖細(xì)，多平直，數(shù)量眾多。

2.2.3凹狀感器DS(depression sensilla)

凹狀感器(圖3-D)，為第2產(chǎn)卵瓣鋸齒邊緣兩側(cè)表皮上圓形淺凹，中央略突起或平坦，直徑3 μm，單側(cè)8～11個(gè)，排列較均勻。

2.2.4錐形感器BS (basiconic sensilla)

錐形感器I(basiconic sensilla I, BS I; 圖3-C)僅位于第3產(chǎn)卵瓣中段，表皮光滑，整體筆直，長(zhǎng)度20 μm，左右兩瓣各一簇，單簇10～12個(gè)，整體向背側(cè)傾斜。錐形感器II(basiconic sensilla II, BS II; 圖2-B)位于交配孔底部，為表皮圓錐形突起，數(shù)量較多，基寬0.31 μm，長(zhǎng)0.43 μm。

圖3 黑肩綠盲蝽雌蟲(chóng)產(chǎn)卵器感器的掃描電鏡觀察Fig.3 SEM observations of sensilla on the ovipositor of female Cyrtorhinus lividipennis注：A，第3產(chǎn)卵瓣；B，第1產(chǎn)卵瓣和第2產(chǎn)卵瓣；VL 1，第1產(chǎn)卵瓣；VL 2，第2產(chǎn)卵瓣；TS I，毛形感器；CHS，刺形感器；BS I，錐形感器 I；DS，凹狀感器；SBS，脊載鱗片。Note: A, First valvula; B, First valvula and second valvula; VL 1, First valvula; VL 2, Second valvula; TS I, Triochoid sensilla I; CHS, Chaetica sensilla; BS I, Bascionic sensilla I; DS, Depression sensilla; SBS, Spine-bearing scales.

2.3 雄成蟲(chóng)交配器的結(jié)構(gòu)

黑肩綠盲蝽雄成蟲(chóng)交配器(圖1-A)由陽(yáng)莖(aedeagus, aed)和抱握器構(gòu)成，整體呈不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。陽(yáng)莖單一圓筒狀，頂端窄，斜懸于生殖腔孔中，并伸出生殖腔；基部即陽(yáng)莖基(phallobase, phb)，陽(yáng)莖基著生于第9腹節(jié)；抱握器著生于生殖腔開(kāi)口外后緣處，由左右兩部分組成，分別為陽(yáng)基左側(cè)突(left genital styles, lgs)，陽(yáng)基右側(cè)突(right genital styles, rgs)，均為不規(guī)則片狀，大小和形狀均不對(duì)稱，左側(cè)突U形，右側(cè)突橢圓形，且左側(cè)突大于右側(cè)突。射精管位于陽(yáng)莖中，在交配時(shí)，從陽(yáng)莖端伸出。陽(yáng)莖基光滑無(wú)感器分布，左側(cè)突外側(cè)、右側(cè)突外側(cè)共有感器8種。

2.4 交配器上感器的類型與超微結(jié)構(gòu)

2.4.1刺形感器CHS (chaetica sensilla)

刺形感器(圖4-A)分布于右側(cè)突外側(cè)，左側(cè)突尾端，在交配器上數(shù)量最多，密度最高，形態(tài)同產(chǎn)卵瓣上刺形感器。

2.4.2毛形感器TS (triochoid sensilla)

毛形感器I(圖4-A)，同雌蟲(chóng)毛形感器形態(tài)上相同，長(zhǎng)度明顯長(zhǎng)于其他感器，分布在左、右側(cè)突外側(cè)面，在交配器上分布數(shù)量次于刺形感器，且較刺形感器稀疏。

2.4.3二叉狀感器DIS (dichotomous sensilla)

二叉狀感器(圖4-F)端部分岔成二支，較長(zhǎng)一支折向基部，僅在左側(cè)突外側(cè)面觀察到2個(gè)，位于光滑面與密被感覺(jué)毛的交界處(圖4-B)。

圖4 黑肩綠盲蝽雄成蟲(chóng)交配器感器掃描電鏡觀察Fig.4 SEM observations of sensilla on the genital of male Cyrtorhinus lividipennis注：A，部分左側(cè)突；B，部分左側(cè)突；TS I，毛形感器；CAS，鐘形感器；DS，凹狀感器；CHS，刺形感器；SP，感覺(jué)孔；DIS，二叉狀感器；SS I，栓錐形感器I；SS II，栓錐形感器 II。Note: A, Part of left genital styles; B, Part of left genital styles; TS I, Triochoid sensilla I; CAS, Campaniform sensilla; DS, Depression sensilla; CHS, Chaetica sensilla; SP, Sensory pits; DIS, Dichotomous sensilla; SS I, Styloconic sensilla I; SS II, Styloconic sensilla II.

2.4.4凹狀感器DS (depression sensilla)

凹狀感器(圖4-A)與雌蟲(chóng)產(chǎn)卵器上淺凹狀感器形態(tài)相似，表面無(wú)孔，位于左側(cè)突U形兩端。

2.4.5鐘形感器CAS (campaniform sensilla)

鐘形感器(圖4-C)為表皮圓形凹陷，中央圓頂突起，表面無(wú)孔，感器數(shù)量很少，僅在左側(cè)突U形端發(fā)現(xiàn)。

2.4.6栓錐形感器SS (styloconic sensilla)

栓錐形感器I(styloconic sensilla I, SS I; 圖4-D)位于左側(cè)突U形兩端外側(cè)，圓形深坑中央錐形突起，突起高0.8 μm，無(wú)紋，2個(gè)；栓錐形感器II(styloconic sensilla II, SS II; 圖4-G)位于左側(cè)突U形兩端內(nèi)外側(cè)，形態(tài)與栓錐形感器I相似，表面光滑無(wú)孔，突起更高，2～3個(gè)。

2.4.7感覺(jué)孔SP (sensory pits)

感覺(jué)孔(圖4-E)直徑不到1 μm，表皮深陷成孔洞，孔周圍具突起。感器數(shù)量較少，見(jiàn)于左、右側(cè)突密被感覺(jué)毛區(qū)域。

3 結(jié)論與討論

3.1 黑肩綠盲蝽外生殖器結(jié)構(gòu)與生殖行為

黑肩綠盲蝽外生殖器為雌蟲(chóng)交配孔、產(chǎn)卵器和雄蟲(chóng)交配器。雌蟲(chóng)產(chǎn)卵器由第1、第2、第3產(chǎn)卵瓣構(gòu)成，第1、2產(chǎn)卵瓣末端具鋸齒，與其產(chǎn)卵與水稻組織的習(xí)性相適應(yīng)，產(chǎn)卵時(shí)第2、3產(chǎn)卵瓣組成的產(chǎn)卵鞘通過(guò)肌肉活動(dòng)，當(dāng)產(chǎn)卵器擴(kuò)大，產(chǎn)卵鞘打開(kāi)，直到產(chǎn)卵器豎立，產(chǎn)卵鞘停在后方固定產(chǎn)卵器(Davis, 1955)；雄成蟲(chóng)交配器由陽(yáng)基、陽(yáng)莖和側(cè)突構(gòu)成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，側(cè)突的不對(duì)稱伴有腹部后端的不對(duì)稱，屬于昆蟲(chóng)生殖器不對(duì)稱現(xiàn)象(Huber, 2010)，該結(jié)構(gòu)有利于其靈活調(diào)整交配位置，交配時(shí)，雄蟲(chóng)與雌蟲(chóng)反向，腹部左右貼近(Liquidoetal., 1985)，陽(yáng)莖插入雌性生殖孔開(kāi)口于第8、9腹節(jié)之間節(jié)間膜上的生殖孔，左右側(cè)突抱握起固定作用(章士美, 1985)。

3.2 黑肩綠盲蝽外生殖器感器與功能

毛形感器是黑肩綠盲蝽與寄主或配偶接觸時(shí)首先接觸到的感器。昆蟲(chóng)觸角感受器顯微結(jié)構(gòu)觀察和電生理實(shí)驗(yàn)表明，毛形感器可感知機(jī)械壓力和機(jī)械振動(dòng)(余海忠, 2007)，還可能感受空氣流速功能、重力、聲波等(Schenider, 1964)；果蠅Drosophilamelanogaster雄成蟲(chóng)單側(cè)抱器上毛形感器消除，該果蠅交配位置不再對(duì)稱(Acebesetal., 2003)，表明生殖器上毛形感器的機(jī)械功能；而昆蟲(chóng)產(chǎn)卵器鞘上的毛形感器在寄主選擇或在產(chǎn)卵檢測(cè)中可能具有定位和刺探位點(diǎn)的作用(Le Ralecetal., 1990)?？赏茰y(cè)毛形感器同時(shí)具備機(jī)械感知和化學(xué)感知兩種功能。

兩種栓錐感器于雄蟲(chóng)左側(cè)突上分布，且在U形前端較光滑處，無(wú)孔。Dweck等(Dwecketal., 2008)在Habrobraconhebetor(Say)第2產(chǎn)卵瓣上，以及第1、2產(chǎn)卵瓣連接處分別觀察到這類感器，認(rèn)為是機(jī)械感受器，以探測(cè)第1、2產(chǎn)卵瓣之間的運(yùn)動(dòng)，在霍氏嚙小蜂陽(yáng)莖外側(cè)面(鄭溢華等, 2016)，鞘翅目步甲科陽(yáng)莖上都發(fā)現(xiàn)此種感器(Kimetal., 1999; Kimetal., 2004)，故推測(cè)栓錐感器會(huì)在陽(yáng)莖插入交配孔時(shí)起機(jī)械功能。

錐形感器內(nèi)有一個(gè)或幾個(gè)神經(jīng)元，表皮感覺(jué)遲鈍，是機(jī)械或化學(xué)感受器(Shields, 2008)，而寄生蜂產(chǎn)卵器的側(cè)瓣端部上錐形感受器，常是化學(xué)感受器(Gutierrez, 1970)，本文錐形感器I位于第3產(chǎn)卵瓣與腹部嵌合處，錐形感器II位于交配孔內(nèi)，推測(cè)僅行使機(jī)械功能。

凹形感器在ArgepullataZadd(Zhangetal., 2014)產(chǎn)卵瓣上觀察到，被認(rèn)為是感知壓力，從而在產(chǎn)卵器刺入寄主過(guò)程中對(duì)繼續(xù)前進(jìn)還是中止做出決定，而在盲蝽雌蟲(chóng)產(chǎn)卵瓣和雄蟲(chóng)左側(cè)突上均有分布，可能在雌蟲(chóng)產(chǎn)卵和雌雄雄蟲(chóng)交配過(guò)程中起到機(jī)械感知作用。

鐘形感器在白蛾周氏嚙小蜂Chouioiacunea產(chǎn)卵器上有分布，表面無(wú)孔，可能對(duì)溫濕度敏感(徐曉蕊等, 2012)，則在黑肩綠盲蝽雄蟲(chóng)左側(cè)突上，該感器有助于交配期間感知環(huán)境。二叉狀感器少見(jiàn)報(bào)道，僅有Damaster(Coptolabrus)smaragdinusbranickii和D.blaptoides陽(yáng)莖底部觀察到形態(tài)近似感器(Kimetal., 1999)，其功能有待進(jìn)一步研究。

外生殖器感器還在兩性求偶前期性選擇中起到感受異性狀態(tài)的作用。對(duì)豆娘生殖器感器研究表明，其雄性生殖器上存在與化學(xué)感器相似的感器，這類感器可以探測(cè)雌性豆娘的狀態(tài)(Uhíaetal., 2005)；觀察鞘翅目多食亞目9個(gè)種交配過(guò)程，雄蟲(chóng)在雌蟲(chóng)周圍通過(guò)中莖頂端感知雌蟲(chóng)生殖器是否打開(kāi)，推測(cè)中莖頂端感器可獲取雌蟲(chóng)位置和雌蟲(chóng)生殖器開(kāi)放形狀的信息(Düngelhoefetal., 2010)。黑肩綠盲蝽在求偶期，雄蟲(chóng)在追逐雌蟲(chóng)的過(guò)程中彎起腹部觸碰雌蟲(chóng)腹部，嘗試交配，而雌蟲(chóng)會(huì)選擇是否接受交配。綜上，黑肩綠盲蝽生殖器上感器是其與環(huán)境和自身生物學(xué)特性相適應(yīng)的結(jié)果，利于其感知并選擇寄主上合適的產(chǎn)卵位點(diǎn)，感知異性的交配狀態(tài)信息等。本研究?jī)H進(jìn)行了掃描電鏡觀察，感器的功能有待進(jìn)一步研究以驗(yàn)證。