暴食性害蟲黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部形態(tài)及感受器超微結(jié)構(gòu)

關(guān)鍵詞黏蟲；斜紋夜蛾；幼蟲感受器；掃描電鏡；暴食期

黏蟲Mvthirnna separata，是一種在世界范圍內(nèi)廣泛分布的鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae害蟲，幼蟲以取食葉片為害為主，也可啃食穗部、莖稈等，因而又名行軍蟲、剃枝蟲等，食性復(fù)雜，除主要為害小麥、玉米、水稻等三大糧食作物外，還可取食高梁、甘蔗、青稞等16科100多種植物。幼蟲在5～6齡時表現(xiàn)出暴食性，大發(fā)生時往往造成嚴(yán)重減產(chǎn)，為害時間長，世代重疊嚴(yán)重，一年可達(dá)8代，成蟲遷飛能力極強，在我國各省、自治區(qū)均有過大規(guī)模遷飛為害的記錄，并且發(fā)生頻率高，擴散的可能性大，易暴發(fā)成災(zāi)，嚴(yán)重威脅著我國的糧食生產(chǎn)安全。

斜紋夜蛾Spodoptera litura隸屬鱗翅目夜蛾科，在進(jìn)化上與黏蟲的親緣關(guān)系非常相近，而且幼蟲同樣具有多食性和暴食性，寄主植物多達(dá)109科390多種，不過該蟲對寄主的選擇偏好不同于黏蟲，斜紋夜蛾在棉花、煙草、十字花科Bras-sicaceae蔬菜及大豆上取食為害更為嚴(yán)重，4齡后，幼蟲進(jìn)入暴食期，此時取食量突然增大，表皮加厚，抗藥性也隨之大幅增強，使防治更加困難，成蟲具有遷飛性，世代重疊，一年可發(fā)生4～9代，大發(fā)生時可給棉花、煙草等多種經(jīng)濟(jì)作物造成毀滅性損失。

昆蟲取食和感覺的中樞位于頭部，其上富集的多種感受器具有感知外界化學(xué)、機械刺激等功能，在昆蟲尋找寄主、取食、聚集、交配和躲避天敵等生命活動中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近年來，隨著掃描電鏡技術(shù)的發(fā)展，昆蟲綱中已有超過14目61種感受器類型被研究和報道，在不同種類的昆蟲中，感受器類型、分布、數(shù)量等不盡相同，甚至同一種昆蟲還存在雌雄異型現(xiàn)象。鱗翅目昆蟲的很多種類是農(nóng)業(yè)上的重大害蟲，以幼蟲期為害最為嚴(yán)重，而幼蟲觸角和口器作為感受器最為集中的部位，在對寄主的選擇及取食過程中起關(guān)鍵作用。目前已有不少研究者使用掃描電鏡技術(shù)對鱗翅目幼蟲頭部形態(tài)及感受器進(jìn)行了報道，確定了如草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda、云南錦斑蛾Achelu-ra yu-nnane-nsis，柚木野螟Eutectona rnachaera-lis、梨小食心蟲Grapholitarnolesta等多種幼蟲頭部的感受器類型，廖春燕等對黏蟲幼蟲頭部感受器進(jìn)行了研究，但不同齡期感器長度、基部直徑、總數(shù)量等數(shù)據(jù)缺乏，而對斜紋夜蛾幼蟲觸角及口器感受器的研究尚未見報道。鑒于此，本研究以夜蛾科的兩個近緣種黏蟲和斜紋夜蛾為研究對象，基于掃描電鏡技術(shù)，觀察研究了這2種害蟲不同齡期的頭部形態(tài)及感受器的超微結(jié)構(gòu)特征，明確頭部感受器的分布、類型、長度、基部直徑等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了比較，以期為探究這2種暴食性害蟲與寄主植物之間的互作關(guān)系奠定形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)，并為開發(fā)利用以頭部感受器的信號分子為靶標(biāo)的防控策略提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試?yán)ハx

黏蟲與斜紋夜蛾蟲卵購買于河南省濟(jì)源白云實業(yè)有限公司，置于通氣透明塑料小盒（直徑24.90cm，高6.00cm）內(nèi)，室溫條件下孵化，幼蟲在人工氣候箱（RG-300型，廣州康恒儀器有限公司）中培養(yǎng)，設(shè)置溫度（25±1）℃，相對濕度（70±5）%，光照周期L//D=16h∥8h。黏蟲和斜紋夜蛾分別用新鮮的玉米葉片和煙草葉片飼喂，飼養(yǎng)過程中及時清理蟲糞并消毒殺菌，保持飼蟲環(huán)境干凈整潔，以減少試蟲疾病的發(fā)生。

1.2樣品制備及電鏡掃描

分別挑選健康的3、4、5、6齡黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲各10頭，放人-20℃冰箱中冷凍10min至昏迷狀態(tài)，于KL200LED型體視顯微鏡下用解剖刀迅速切下2種幼蟲的頭部，流出的淋巴液及時用潔凈的濾紙擦干，將處理好的幼蟲頭部放人經(jīng)過4℃預(yù)冷的4%戊二醛中固定24h，取出后在0.1mol/L pH7.2的磷酸緩沖液中漂洗3次，每次10min，接著在乙醇（75%，85%，95%，100%）中逐級脫水10min后晾干。供試樣品于E-1010型離子濺射儀中真空濺射噴金15s，利用FlexSEM-1000型掃描電子顯微鏡觀察2種幼蟲頭部并拍照。離子濺射儀和掃描電子顯微鏡均為日本Hitachi公司產(chǎn)品。

1.3感受器分類鑒定及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

參考鐘覺民的方法對黏蟲和斜紋夜蛾頭部形態(tài)進(jìn)行劃分，使用Schneider和Keil的方法對幼蟲觸角、上唇、上顎、下顎及下唇上分布的各種感受器進(jìn)行命名和系統(tǒng)歸類。

幼蟲頭部長寬及各類感受器長度等數(shù)據(jù)利用ImageJ 1.48軟件進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)分析采用SPSS 27.0軟件，同一幼蟲不同齡期間感器參數(shù)差異顯著性分析采用多重比較，黏蟲與斜紋夜蛾幼蟲同一感受器之間的差異顯著性分析采用t檢驗方法。

2結(jié)果與分析

2.1黏蟲幼蟲與斜紋夜蛾幼蟲頭部和口器的形態(tài)特征

2.1.1黏蟲幼蟲頭部和口器形態(tài)特征

黏蟲幼蟲頭部整體近圓形，兩側(cè)沿中軸對稱，3～6齡頭部逐漸增大，左右長度可從1.27mm增至2.98mm，前后長度從1.12mm增至2.89mm，口器下口式、咀嚼式（圖1a）。頭部背面有一倒“Y”字形蛻裂線，稍凹陷，并將頭部劃分成3個部分，額為平薄三角形狀，左右兩側(cè)為顱側(cè)區(qū)（圖1b），頭部表面剛毛（ST）不規(guī)則分布，6個側(cè)單眼（O）呈半圓形分布（圖1c）、還包含觸角（AT），額（Fr）、頭冠縫（CS）、額縫（FS）、唇基（CL）、額唇基溝（Fsu）、上唇（Lar）、上顎（Mn）、下顎（Mx）、下顎須（Mp）、下唇須（Lp）、吐絲器（Spi）等構(gòu)造（圖1a）。觸角著生于頭部前端側(cè)下方位置，短粗狀，兩側(cè)分別著生6個側(cè)單眼，周圍還無規(guī)則分布著（23.33±0.33）根長度不等的剛毛（圖1c）。頭部中央有一塊橫片為上唇，圓弧形，中間位置有一缺刻，上唇上有14個對稱分布的刺形感器Ⅱ型（ScⅡ），其中3對沿上唇外側(cè)邊緣分布，4對位于缺刻的中央呈對稱排列。唇基和額唇基溝位于上唇后方（圖1b），額唇基溝凹陷比蛻裂線明顯，將額和唇基分開。

上顎位于上唇后方，是一個三角形錐狀結(jié)構(gòu)，高度發(fā)達(dá)且堅硬，由基部臼齒葉與端部切齒葉兩部分組成（圖1a），幫助撕裂和咀嚼寄主植物。下顎與下唇位于頭部下方近腹面位置，其中下顎位于上顎之后，分布在下唇外側(cè)，由軸節(jié)、莖節(jié)、外顎葉、內(nèi)顎葉與下顎須5個部分構(gòu)成，在取食過程中起穩(wěn)固與刮切輔助的作用，下顎和舌、下唇基部構(gòu)成一個復(fù)合體，復(fù)合體可整體活動，復(fù)合體尖端部位具有吐絲器，在吐絲器兩側(cè)分布1對下唇須（圖1a），下唇內(nèi)壁上膜質(zhì)的突起部分為舌，舌具有味覺和推送食物的功能。

2.1.2斜紋夜蛾幼蟲頭部和口器形態(tài)特征

斜紋夜蛾幼蟲頭部為橢圓形，3～6齡長約1.52～2.27mm，寬約1.31～1.96mm，在5齡后，頭部長寬幾乎不再變化。咀嚼式口器，位置為下口式（圖2a），頭部背面有一條明顯的倒“Y”字形的蛻裂線，將頭部劃分為3個部分，呈三角形凸起狀為額，左右兩側(cè)為顱側(cè)區(qū)（圖2b）。頭部可觀察到觸角（AT）、額（F）、額縫（FS）、頭冠縫（CS）、額唇基溝（Fsu）、剛毛（ST）、單眼0（01～06）、上唇（Lar）、上顎（Mn）、下顎（Mx）、下顎須（Mp）、下唇須（Lp）、吐絲器（Spi）等結(jié)構(gòu)，觸角著生在頭部下方位置，剛毛長短不一，數(shù)量為（27.67±0.33）根，無規(guī)則分布在6個圓形單眼及頭部兩側(cè)周圍（圖2c）。

頭部中央有一塊呈缺刻狀的橫片為上唇，上唇表面附著7對刺形感器Ⅱ型，左右對稱排列，上唇后方為唇基和內(nèi)陷明顯的額唇基溝，且上唇可左右或前后小幅度移動，具有防止食物外漏的功能。在頭部上唇后方著生的1對呈缺刻三角錐形鋸齒狀結(jié)構(gòu)為上顎，上顎由基部臼齒葉與端部切齒葉組成，堅硬且發(fā)達(dá)，頭部最下方近腹面位置為下顎和下唇，下顎位于唇下方，由軸節(jié)、莖節(jié)、外顎葉、內(nèi)顎葉與下顎須等結(jié)構(gòu)組成，用于握緊和刮切食物，與舌、下唇組成一個整體結(jié)構(gòu)，頂端圓柱形構(gòu)造為吐絲器，吐絲器左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)為下唇須（圖2a）。

2.2黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲觸角及口器感受器

2.2.1黏蟲幼蟲觸角與口器感受器

黏蟲幼蟲觸角著生于復(fù)眼與上顎之間，由柄節(jié)、梗節(jié)、鞭節(jié)3節(jié)組成，整體粗短狀，基部陷于觸角窩內(nèi)（圖3a），梗節(jié)的端部外緣上著生1個頂端尖銳、形同剛刺的刺形感受器（Sensilla chaetica，Sc）I型，且還有1個毛形感受器（Sensilla trichodea，St）（圖3b），毛形感受器為黏蟲幼蟲頭部最長的感受器類型，長度可達(dá)（188.46～460.40）um（表1）；錐形感受器（Sensilla basiconica，Sb）最短，其中SbI型僅（3.05～4.80）um，數(shù)量為3個，著生于觸角頂端，3～4齡的Sb工型感器處于觸角鞭節(jié)的內(nèi)褶結(jié)構(gòu)中（圖3c），直至5齡后才完全暴露出來（圖3b）；SbⅡ型明顯較SbI型長（表1），觸角梗節(jié)外緣和鞭節(jié)端部分別分布2個和1個；此外在鞭節(jié)頂部邊緣還著生著1個栓錐形感受器（Sensilla styloconica，Ss），椎體狀，上布小孔（圖3b）。

口器上的感受器主要分布于上唇、上顎、下顎和下唇，又以下顎內(nèi)部的感器類型最為豐富，下顎由外顎葉、內(nèi)顎葉、下顎須、軸節(jié)、莖節(jié)等5個部分組成（圖3d），下顎軸節(jié)和莖節(jié)上各著生著2個和3個刺形感受器I型（圖3e），外顎葉上著生2個栓錐形感受器（圖3e），下顎須頂端則密集著生8個錐形感受器I型（圖3f），值得注意的是，下顎莖節(jié)和外顎葉上不規(guī)則分布著小錐形感器（SbI），隨著齡期增加，單個下顎上的SbI感受器數(shù)量增加1～3個（圖3g），并在總數(shù)量上呈顯著增多的趨勢，直至5齡后趨于穩(wěn)定（表1）；上唇的感受器類型較為單一，14個刺形感器Ⅱ型對稱分布（圖3h）；下唇由后頦和前頦組成，包括著生在前頦兩側(cè)前端的下唇須，在其頂端各著生1個刺形感受器工型（ScI）（圖3i）。

隨著齡期的增長，黏蟲觸角和口器上的感受器均有不同程度的變化，毛形感器隨齡期增加，長度出現(xiàn)大幅度增長，基部也隨齡期顯著加寬；錐形感器主要表現(xiàn)為基部直徑隨齡期增大而增大；刺形感器基本呈隨齡期增加而增大的趨勢，刺形感器Ⅱ型（ScⅡ）的增長范圍要比ScI型大；栓錐形感器在3～5齡期間長度和寬度都顯著增大，但5齡后不再增長；在感器數(shù)量上，錐形感器工型從4齡開始總數(shù)量明顯增加，5～6齡數(shù)量維持不變，而其他感器類型數(shù)量在各齡期之間并無顯著變化，各類感器分布及不同齡期的參數(shù)見表1。

2.2.2斜紋夜蛾觸角與口器感受器

斜紋夜蛾幼蟲觸角位于復(fù)眼和上顎之間，分為柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)（圖4a）。柄節(jié)位于凹陷的觸角窩內(nèi)，并無感受器分布，梗節(jié)短而粗壯，在外側(cè)邊緣位置分布著1個刺形感受器I型（ScI），1個錐形感受器Ⅱ型（SbⅡ）和1個毛形感受器（St）（圖4b），這3種感器隨著蟲齡增加，長度和基部直徑也有不同程度的增大，并且各齡期之間差異顯著（表1）；鞭節(jié)與梗節(jié)相連，直徑較梗節(jié)小，僅有梗節(jié)的1/3左右，僅在頂端有感受器分布，著生著3個錐形感受器（2個SbI型和1個SbⅡ型）和1個栓錐形感受器（圖4b），栓錐形感受器的長度在4齡后增加并不顯著，而基部直徑在5齡后才趨于平穩(wěn)（表1）。

斜紋夜蛾幼蟲下顎、下唇、舌共同組成一個整體結(jié)構(gòu)，下顎由外顎葉、內(nèi)顎葉、下顎須、軸節(jié)、莖節(jié)等部分組成（圖4c），下顎軸節(jié)和莖節(jié)上各分布2個和3個刺形感受器I型（ScI）（圖4d）；下顎須分為3節(jié)，在下顎須外側(cè)端部上著生8個乳突狀錐形感受器I型（SbI）（圖4e），外顎葉上布有2個栓錐形感受器（Ss）（圖4d）。下唇分為前頦和后頦，下唇須位于前頦兩側(cè)靠前端位置，頂端還著生1對刺形感受器Ⅱ型，刺形感器根部附近還有1個錐形感受器（SbⅡ）分布（圖4f），上唇和上顎上僅有刺形感受器Ⅱ型（ScⅡ）1種類型，對稱分布，分別有7對和2對，形態(tài)及分布位置與黏蟲幼蟲基本一致。

由表1可知，斜紋夜蛾3～6齡幼蟲頭部的感受器總數(shù)量并未發(fā)現(xiàn)顯著的增減，感受器隨齡期的變化主要集中于長度和基部直徑，在長度上，刺形感器（Sc）的2種亞型和毛形感器（St）都呈現(xiàn)出隨齡期增加而顯著增長的趨勢，錐形感器Ⅱ型（SbII）在3～4齡間長度有所增加但差異不顯著，5～6齡則顯著增長，并在6齡時達(dá)到最大。錐形感器I型（SbI）和栓錐形感器（Ss）在5齡后長度幾乎不再變化；在基部直徑上，毛形感器（St）、刺形感器和錐形感器Ⅱ型（Sb n）隨齡期顯著加寬，錐形感器（SbI）和栓錐形感器（Ss）分別在3齡和5齡后不再顯著增長。

3結(jié)論與討論

昆蟲頭部的口器和觸角是完成取食和感覺功能的重要結(jié)構(gòu)，作為昆蟲的攝食器官，口器上分布著的各類感受器與神經(jīng)系統(tǒng)一起調(diào)控著昆蟲的行為，感受器在昆蟲與環(huán)境的交流中是不可或缺的一部分，因此，了解昆蟲頭部上分布的各類感受器，可為深入探究昆蟲的行為機理奠定理論基礎(chǔ)。

前人研究表明，黏蟲和斜紋夜蛾同屬鱗翅目夜蛾科，在進(jìn)化上具有非常近的親緣關(guān)系，其形態(tài)特征、行為習(xí)性等具有很多的相似性，但這兩種昆蟲的取食譜卻大不相同，因此本研究選取了這兩個近緣種作為研究對象，探究其幼蟲頭部感受器是否存在差異。本研究發(fā)現(xiàn)黏蟲幼蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部的感受器種類一致，均為4種類型，相較于前人對黏蟲頭部感器的研究，在觸角及下顎上新發(fā)現(xiàn)了刺形感受器。2種幼蟲的感器數(shù)量由多到少分別為刺形感受器（Sc）、錐形感受器（Sb）、栓錐形感受器（Ss）和毛形感受器（St），但頭部形態(tài)特征和各感受器的長度、分布和總數(shù)量略有差異，在頭部形態(tài)特征上，黏蟲幼蟲頭部較圓，而斜紋夜蛾幼蟲頭部整體更為狹長；在感受器長度上，斜紋夜蛾幼蟲頭部的毛形感受器（St）和刺形感受器Ⅱ型（ScⅡ）分別較黏蟲幼蟲頭部的St和ScⅡ明顯短，而5、6齡的錐形感器Ⅱ型（SbⅡ）顯著長于黏蟲；在感受器數(shù)量上，斜紋夜蛾幼蟲頭部上的剛毛數(shù)量較黏蟲明顯多，黏蟲在進(jìn)入4齡后，下顎上的小錐形感器（Sb工）數(shù)量開始明顯增加，而在斜紋夜蛾上并未觀察到這種現(xiàn)象，推測這可能與昆蟲的種類不同有關(guān)。

相比于視覺系統(tǒng)，近年來對昆蟲嗅覺系統(tǒng)和觸覺系統(tǒng)的研究更加成熟，昆蟲頭部作為嗅覺和觸覺的中心，頭部上大量的嗅覺感受器和觸覺感受器協(xié)同完成嗅覺和觸覺功能，而在昆蟲識別寄主植物的過程中，嗅覺往往具有更重要的作用，化學(xué)感受器是組成嗅覺系統(tǒng)的重要部分，主要包含了毛形感受器、錐形感受器、栓錐形感受器，腔錐形感受器（Sen-silla coeloconica）、刺形感受器和Bohm氏鬃毛（Bohm bristles）等多種感受器類型。黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部發(fā)現(xiàn)的4種化學(xué)感受器與同屬夜蛾科草地貪夜蛾、斑蛾科云南錦斑蛾幼蟲上的口器和觸角上的感受器類型相一致，但感受器長度和數(shù)量有一定的差異。與鱗翅目其他科幼蟲頭部感受器相比，黏蟲和斜紋夜蛾感受器類型較山核桃透翅蛾、番茄潛葉蛾、小地老虎，這3種蛾類感受器分別為7種、8種和5種，而較桉蝠蛾、梨小食心蟲的3種感受器類型多，感受器在不同科昆蟲中的類型往往存在很大差異。

昆蟲的各項生命活動需要由多種感受器共同參與，各感受器執(zhí)行著多種多樣的功能，而感受器在不同種、不同性別、不同蟲態(tài)和齡期均有一定的差異性，甚至同一種感受器會因為分布位置不同而發(fā)揮著不一樣的功能。毛形感受器是最為常見的感受器類型，大部分鱗翅目昆蟲頭部上都有這類感受器，如豆野螟和小地老虎幼蟲頭部都著生有毛形感受器，這種感受器已被證實具有感知寄主氣味和接受性信息素的作用；錐形感受器的功能根據(jù)在幼蟲頭部著生的位置不同而產(chǎn)生差異，其功能多樣，不僅可以識別味覺刺激和接受CO2信號，還能感知物理機械刺激等，是一種多功能感受器，在本研究中，黏蟲從4齡開始下顎上的錐形感受器I型（SbI）總數(shù)顯著增多，在5～6齡暴食期達(dá)到最大值，筆者推測這可能與黏蟲在暴食期需要更多的錐形感受器I型（SbI）來識別寄主植物有關(guān)。栓錐形感受器表面具有小孔，內(nèi)部富含神經(jīng)細(xì)胞，不僅能夠感知環(huán)境中溫、濕度的變化，還具有嗅覺、味覺等多種功能。刺形感受器是一種以機械感覺為主的感受器，但近年來也有研究者證實刺形感受器還具有接受化學(xué)信息的功能。關(guān)于黏蟲和斜紋夜蛾各類感受器的具體功能，還需要借助單感器電生理記錄等技術(shù)進(jìn)一步深究。

綜上所述，本文觀察比較了暴食期與非暴食期黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部形態(tài)及感受器的超微結(jié)構(gòu)，明確了不同齡期觸角和口器的感受器類型、分布及長度等數(shù)據(jù)，并對感器的功能進(jìn)行了討論，結(jié)果有助于研究2種害蟲的取食譜差異機制，也可為明確這2種暴食性害蟲的寄主識別機制及環(huán)境適應(yīng)性提供理論依據(jù)。