山核桃透翅蛾成蟲生殖系統(tǒng)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)

梁甜 ， 巨云為 ， 彭方仁 ， 周潔璐 ， 馮偉坤 ， 王重賀

（南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 江蘇 南京 210037）

山核桃透翅蛾Sphecodopterasheni1973 年發(fā)現(xiàn)于江蘇南京，是危害薄殼山核桃Caryaillinoensis的重要蛀干害蟲之一[1-2]，此前其拉丁學(xué)名和中文名一直比較混亂。2014 年巨云為團(tuán)隊(duì)根據(jù)最新的文獻(xiàn)查考，將該種中文名和對應(yīng)拉丁學(xué)名定為山核桃透翅蛾Sphecodopterasheni[3]。山核桃透翅蛾在南京地區(qū)1 a 發(fā)生1 代，幼蟲在樹干韌皮部與木質(zhì)部間蛀食形成孔道，使受害植株樹勢衰弱，影響果實(shí)的品質(zhì)與產(chǎn)量，嚴(yán)重時導(dǎo)致整株死亡；其成蟲飛行、繁殖能力強(qiáng)，交配后卵常散產(chǎn)于老樹樹皮縫內(nèi)，極難發(fā)現(xiàn)，防治困難。近年來隨著薄殼山核桃樹種植面積的迅速擴(kuò)大，山核桃透翅蛾的種群數(shù)量也明顯增長，對薄殼山核桃的危害程度日趨嚴(yán)重，因此做好該蟲的科學(xué)防控對保障薄殼山核桃產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展具有重要意義。

昆蟲的生殖系統(tǒng)負(fù)責(zé)繁殖后代和延續(xù)種族，能直接影響種群數(shù)量的消長，在昆蟲生理中占據(jù)重要地位[4-6]。鱗翅目昆蟲的生殖系統(tǒng)包括內(nèi)生殖器和外生殖器，前者一般位于昆蟲腹部第4 ～ 8 腹節(jié)，后者多分布于第9 ～ 10 腹節(jié)，二者協(xié)同完成整個生殖過程。內(nèi)生殖器的主要作用是產(chǎn)生并貯存成熟的精子和卵子，保證基因的傳遞，其發(fā)育指標(biāo)是預(yù)測昆蟲發(fā)生規(guī)律、蟲源性質(zhì)的重要依據(jù)[7-8]。趙勝園 等研究草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda的內(nèi)生殖結(jié)構(gòu)時根據(jù)其卵粒發(fā)育狀態(tài)等指標(biāo)確定卵巢發(fā)育級別，以此應(yīng)用于推測草地貪夜蛾的田間發(fā)生數(shù)量[9]。昆蟲外生殖器由腹部生殖節(jié)上的附肢特化而成，主要用以完成交配、授精和產(chǎn)卵這一系列生殖行為[10]。不同種昆蟲主要以形態(tài)差異極大的外生殖器實(shí)現(xiàn)種間隔離，保證只有同種個體才能順利完成交配，因此外生殖器的形態(tài)特征可為昆蟲分類和種類鑒定提供重要依據(jù)。一般來說，雌蟲外生殖器相對簡單且種間差異小，而雄蟲的外生殖器較為復(fù)雜[11]。Arita等對山胡桃透翅蛾Scasibacaryavora雌雄外生殖結(jié)構(gòu)觀察后發(fā)現(xiàn)該種與赤腰透翅蛾Scasibamolybdoceps極其近似，但區(qū)別在于前者雄蛾的抱器腹突明顯較寬，端部也更圓鈍，能夠作為區(qū)分不同種的一個有效特征[2,12]。姜楠 等通過比對雄蛾外生殖器的鉤形突、囊形突、抱器瓣等結(jié)構(gòu)的差異成功區(qū)分灰茶尺蛾Ectropisgrisescens和茶尺蠖Ectropis obliqua[13]。由此可見，對昆蟲的生殖系統(tǒng)展開研究，不僅有利于進(jìn)一步探究昆蟲的生殖潛力，且對種間分類鑒定和蟲情測報(bào)也具有重要意義。

目前，國內(nèi)外對山核桃透翅蛾的研究主要聚焦于生物學(xué)特性觀察和幼蟲種群空間分布型及感器類型[14-15]。筆者通過光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對山核桃透翅蛾生殖系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)觀察和記錄，以期進(jìn)一步明確其成蟲形態(tài)學(xué)分類特征和生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，揭示其生理適應(yīng)性機(jī)制，為預(yù)測其種群數(shù)量動態(tài)，制定科學(xué)的防控策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

山核桃透翅蛾幼蟲采集于江蘇省南京市玄武區(qū)太平北路（32°04′42″N，118°48′37″E）行道樹樹干基部，帶回實(shí)驗(yàn)室后使用半人工飼料飼養(yǎng)，飼養(yǎng)條件為溫度25 ℃，相對濕度70%，光周期0L∶24D。待其羽化后，將雌雄成蟲1∶1 移入50 cm × 50 cm ×50 cm 養(yǎng)蟲籠中備用。

1.2 內(nèi)外生殖器樣品制備和觀察

取羽化后第一天活力較強(qiáng)的雌雄成蟲，剪掉翅和足，從胸腹交界處將完整腹部截取下來，置于0.9%的生理鹽水中，以保持內(nèi)外滲透壓平衡，防止組織器官脹破或萎縮變形。在體視顯微鏡（Zeiss，Stereo Discovery.V8）下，用解剖針從腹部正中央輕輕撕開，剝離體壁，取出完整的內(nèi)生殖器，摘除消化道及多余的脂肪體后沖洗干凈觀察拍照。

取雌雄成蟲各15 頭，在體視顯微鏡 (Leica EZ4)下分別剪取其腹部生殖節(jié)作為樣品，將樣品在4 ℃條件下浸入2.5%戊二醛溶液中固定12 h 取出，用0.1 mol/L 磷酸緩沖液 (PBS) 沖洗后，分別用70%，75%，80%，90%和100%體積分?jǐn)?shù)的乙醇進(jìn)行梯度脫水，每梯度脫水1 次，每次10 min。樣品脫水后通過臨界冷凍干燥機(jī)（Bal-Tec CPD 030）干燥2 h，按順序用導(dǎo)電膠粘貼在載玻片上均勻噴金，最后在環(huán)境掃描電子顯微鏡下（FEI Compony Quahta 200）觀察結(jié)構(gòu)并拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 山核桃透翅蛾雄蛾生殖系統(tǒng)

2.1.1 雄性內(nèi)生殖器

山核桃透翅蛾雄蟲內(nèi)生殖器位于第5 ～ 8 腹節(jié)的背部圍臟竇內(nèi)，由精巢、貯精囊、輸精管、復(fù)射精管、單射精管和附腺組成（圖1）。

精巢位于第5 腹節(jié)背隔下，是精子產(chǎn)生和發(fā)育的場所。左右精巢由半透明被膜包被成一個扁圓形的黃色球體（圖1A）。

貯精囊位于第6 腹節(jié)內(nèi)，由輸精管前端膨大形成，是暫時貯存成熟精子團(tuán)的場所，同時也是使精巢中的精子進(jìn)入復(fù)射精管的泵器官，分為前貯精囊和后貯精囊（圖1B）。前貯精囊與精巢腹面相連，膨大不明顯，末端漸細(xì)；后貯精囊膨大成腎形，末端與輸精管相連。輸精管是精子進(jìn)入復(fù)射精管的通道。半透明、極細(xì)，前端與后貯精囊相連，末端進(jìn)入復(fù)射精管膨大的厚壁管腹側(cè)（圖1A，B）。

復(fù)射精管是貯存附腺分泌物和精子的場所。乳白色，前端與附腺相連，后端接入單射精管，整體為1 對明顯膨大的月牙形厚壁管道（圖1A）。單射精管始于復(fù)射精管，末端與陽莖相接，暫存于復(fù)射精管內(nèi)的精子在此形成精包后經(jīng)陽莖排出體外（圖1C，D）。單射精管前段透明薄管為單射精管原節(jié)，后端粗短呈“U”型膨大，角質(zhì)化程度較高，為單射精管表皮節(jié)（圖1D），是形成精包的前體場所。

附腺具有豐富的內(nèi)含物，為精子的成熟提供養(yǎng)分，還能分泌活性物質(zhì)，在一定程度上影響和調(diào)控雌雄成蟲的生殖生理；始于復(fù)射精管混合處，是一對粘連的等長乳白色細(xì)管（圖1A）。

2.1.2 雄性外生殖器

與鱗翅目大多數(shù)昆蟲外生殖器的演化相同，山核桃透翅蛾雄蛾的外生殖器，也稱交配器，由第9，10 腹節(jié)特化而成，包括抱握器、背兜、基腹弧、囊形突、爪形突和陽莖等結(jié)構(gòu)（圖2A，B）。

抱握器為雄性外生殖器中最復(fù)雜、變化最多部分，是第9 腹節(jié)附肢形成的1 對附有大量短毛的對稱耳狀結(jié)構(gòu)，交配時用以抱握固定雌蟲，主要由抱器端、抱器腹和抱器背組成。抱器端先端長而尖，位于抱器頂端，側(cè)緣垂直著生毛簇。抱器腹位于抱器末端腹部，基部邊緣硬化，中央具彎曲上伸的骨化刺，為抱器腹突，是山核桃透翅蛾雄蟲的典型識別特征之一。抱器背堅(jiān)硬，位于抱器中部內(nèi)凹面，基段近腹緣處有一骨狀凸起，為抱器背突，其上密被一簇排列整齊的毛束，可以用來清刷陽莖（圖2B）。

背兜發(fā)達(dá)，馬鞍狀，前端寬鈍，向后漸窄，由第9 腹節(jié)的背板特化而成，末端與爪形突相連（圖2B，C）。基腹弧是由第9 腹節(jié)腹板特化而成的骨片狀結(jié)構(gòu)，與背兜在抱握器基部相連，狹窄，邊緣輕微角質(zhì)化（圖2B）。

爪形突是在交尾時起固定雌蛾的作用，為第10 腹節(jié)特化而來的附肢，與背兜末端相連，頂端長圓形，外緣有稀疏短毛著生，兩側(cè)向腹部內(nèi)凹成槽，肛管由此伸出。囊形突呈短粗棒狀，由基腹弧末端延伸形成。陽莖細(xì)長圓筒狀，端部骨化，從背兜與基腹弧間的隔膜中部伸出，隔膜圍繞陽莖的部分形成雙褶，可以翻出，陽莖由此伸縮，可自由扭曲，基部與射精管相連，交尾時雄蛾用陽莖通過射精將精液輸入雌蛾體內(nèi)完成授精（圖2B）。

2.2 山核桃透翅蛾雌蛾生殖系統(tǒng)

2.2.1 雌蛾內(nèi)生殖器

雌蛾內(nèi)生殖器位于第4 ～ 9 腹節(jié)，由卵巢、側(cè)輸卵管、中輸卵管、生殖腔、受精囊和附腺組成（圖3）。

圖3 山核桃透翅蛾雌蛾內(nèi)生殖器Fig. 3 Female internal reproductive organs of S. sheni

卵巢是卵子發(fā)生和發(fā)育的場所，成對存在，左右對稱，位于消化道的背面，填滿整個腹腔（圖3A）。每個卵巢由4 條卵巢管組成，卵巢管呈多滋式，前端圍鞘延伸成的細(xì)絲集合成懸?guī)?，附著于附近的脂肪體上以此固定卵巢位置，基部合并，匯入側(cè)輸卵管（圖3B）。

側(cè)輸卵管是連接卵巢和中輸卵管的1 對短管道，主要起貯存卵子的作用。中輸卵管是由2 條側(cè)輸卵管沿身體中線伸向腹部末端形成的一條粗而直的排卵通道，后端與生殖腔相連（圖3A）。

生殖腔是連接在中輸卵管后的管狀通道，前端較細(xì)，向后漸粗，末端開口于產(chǎn)卵孔（圖3A）。受精囊膨大為腎形，位于中輸卵管背面，開口于生殖腔左側(cè)（圖3A），有一根末端二分叉的細(xì)長受精囊腺，其分泌物可以保持精子活力。受精囊是雌、雄交配后，貯存精子的地方，當(dāng)成熟卵子經(jīng)中輸卵管向外排出時，會釋放精子與其結(jié)合形成受精卵，完成受精過程。

附腺的附腺柄短而膨大，著生于生殖腔基部，與附腺囊間界限不清晰，附腺囊為一對透明飽滿的梨形球體，頂端分別發(fā)出一根灰白色細(xì)長附腺管（圖3A）。通常分泌一種黏性物質(zhì)，產(chǎn)卵時可使卵粘在他物上或結(jié)成卵塊，還可形成覆被卵塊的卵鞘，也稱黏腺。

2.2.2 雌蛾外生殖器

山核桃透翅蛾雌蛾外生殖器也稱產(chǎn)卵器，主要由交配囊及其附屬結(jié)構(gòu)，導(dǎo)精管，前表皮突，后表皮突，肛突組成（圖4）。

圖4 山核桃透翅蛾雌蛾外生殖器Fig. 4 Female external reproductive organs of S. sheni

交配囊是一個連接細(xì)長膜質(zhì)交配囊管的半透明長圓形表皮質(zhì)囊體，是交配時接受陽莖的場所。交配前呈扁平狀，交配后因精子的流入膨大呈球形，之后精子由此通過導(dǎo)精管進(jìn)入受精囊。交配囊體內(nèi)膜上具有一個黃褐色骨化的交配囊片，常起到刺破精包釋放精液的功能。導(dǎo)精管的開口在中輸卵管基部左側(cè)，與受精囊管開口處相接近，是將貯存在交配囊內(nèi)的精子轉(zhuǎn)移到受精囊內(nèi)的通道（圖4A）。

前表皮突和后表皮突均為細(xì)棒狀，成對存在，弱骨化，也稱生殖突，是肌肉的附著點(diǎn)，起固定生殖腔等其他結(jié)構(gòu)的作用（圖4A）。前表皮突細(xì)長，著生于第8 腹節(jié)，前端約1/3 處包被一層半透明肌肉層。后表皮突為第9，10 背板延伸形成的內(nèi)骨，稍短，位于肛突基部側(cè)緣。

肛突是腹部末端第9 和第10 節(jié)上一對左右對稱的弱骨化圓形瓣?duì)钔獠拷Y(jié)構(gòu)（圖4B），產(chǎn)卵孔開口于其間。肛突邊緣密被大量刺型感器，這些感器有助于雌蟲感知并尋找合適的產(chǎn)卵場所。

3 結(jié)論與討論

山核桃透翅蛾與已報(bào)道的其他鱗翅目昆蟲生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成大體相似，但各組成部分在相對位置、大小、形狀、數(shù)量上仍有一些區(qū)別，其內(nèi)生殖器中的附腺是兩條粘連的細(xì)長管道，而白楊透翅蛾P(guān)aranthrenetabaniformis的兩條附腺則互不粘連，分別連接在倒“人”字形膨大的貯精囊兩側(cè)[16]。山核桃透翅蛾雌蛾交配囊呈長圓形，而白楊透翅蛾交配囊為圓形，小地老虎Agrotisypsilon交配囊則為“丫”型[17]，黑紋黃齒螟Heortiavitessoides的交配囊為不規(guī)則梯形[18]，這說明雌蛾外生殖器的交配囊種間形態(tài)差異較大，可作為種類劃分的重要依據(jù)之一。此外，顯微觀察山核桃透翅蛾雌雄外生殖器發(fā)現(xiàn)，雖然雌蛾種間差異很小，但雄蛾外生殖器在近緣種間的分化較為明顯。海棠透翅蛾Synanthedonhaitangvora抱握器上具有側(cè)視略呈心形的顎形突，山核桃透翅蛾沒有顎形突。榆興透翅蛾Synanthedonulmicola與山核桃透翅蛾雌蛾產(chǎn)卵器結(jié)構(gòu)幾乎沒有差別，但雄蛾交配器略有差異，榆興透翅蛾雄蛾抱器腹上不具有抱器腹突，這一結(jié)構(gòu)在海棠透翅蛾上也同樣未觀察到，山核桃透翅蛾則有發(fā)達(dá)的抱器腹突[19-20]。黑赤腰透翅蛾Scasibarhynchioides與山核桃透翅蛾同屬，二者外部形態(tài)特征相似，但前者抱器腹突為近三角形的骨狀片，與山核桃透翅蛾窄長的骨狀刺差異明顯[21]。因此，抱器腹突是區(qū)別山核桃透翅蛾與其他透翅蛾的一個重要特征。

大多數(shù)鱗翅目昆蟲均有在成蟲羽化后要經(jīng)歷取食即補(bǔ)充營養(yǎng)才能完成其生殖發(fā)育的習(xí)性[22]，但在對山核桃透翅蛾成蟲生殖系統(tǒng)的解剖中發(fā)現(xiàn)，羽化第一天的雄成蟲精巢飽滿、貯精囊充滿白色內(nèi)容物，雌成蟲的腹部被淡褐色成熟卵粒所組成的卵巢塞滿，抱卵量最高達(dá)320 粒，說明精巢、卵巢在蛹期就已基本完成發(fā)育，在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)山核桃透翅蛾的過程中也發(fā)現(xiàn)，雌成蟲羽化后第2 天便開始產(chǎn)卵，這種能迅速交尾和產(chǎn)卵的能力與巨癤蝙蛾Endoclitadavidi類似，都是為了完成繁衍而出現(xiàn)的一種適應(yīng)性進(jìn)化[23]。同時觀察到羽化初期成蟲體內(nèi)包含有豐富的脂肪粒，但羽化后第5 天粘連在內(nèi)生殖器上的脂肪粒基本消耗殆盡，而前期實(shí)驗(yàn)中觀察到成蟲壽命一般在5 d 左右，因此補(bǔ)充營養(yǎng)似乎對山核桃透翅蛾成蟲的生殖發(fā)育影響不大。此外，與櫟掌舟蛾P(guān)haleraassimilis類似，山核桃透翅蛾雌蛾的高懷卵量表明其具有巨大的生殖潛能，容易對寄主林木造成暴發(fā)性危害[24]。因此，在防治管理中，更應(yīng)以預(yù)防為主，做好山核桃透翅蛾蟲情測報(bào)工作。