暗黑鳃金龟成虫触角感器的超微结构特征

宋月芹，董钧锋，孙会忠，段爱菊(.河南科技大学林学院，河南洛阳47003;.洛阳市农林科学研究院，河南洛阳47000)

金龟子是鞘翅目昆虫中庞大的类群之一，也是国内外公认的难防治的土栖性害虫，其种类多、分布广、食性杂、生活隐蔽、适应性强、生活史长短不一，造成的危害已居各类地下害虫之首［1］.其中，华北大黑鳃金龟、东北大黑鳃金龟和铜绿丽金龟最为常见，也是研究最多的三大优势种类［2－6］.近些年，暗黑鳃金龟(Holotrichia parallela)的危害逐年加重，对其研究主要集中在预测预报、生物学特性及药物防治3个方面［1，3，7］.

依据进化、发育和遗传相统一的原理，昆虫在长期的演化过程中，触角形成了一套与自身生理生化过程及生态环境相适应的感器，了解触角感器类型及其分布特征，有助于更深入地诠释昆虫的生物学特性，如性诱剂和信息素的作用机理等，也能为系统发育学和种群演化研究提供有效的工具［8－12］.据报道，板形感器(placodea sensilla)和腔锥形感器(coeloconica sensilla)是最重要的2种感器，其分布数量最多，是苹毛丽金龟、东北大黑鳃金龟、铜绿丽金龟子等趋性机理的重要靶标部位［2，5－6］.但迄今为止，有关暗黑鳃金龟触角感器的超微结构尚未见报道.因此，作者运用扫描电子显微镜对暗黑鳃金龟雌、雄成虫触角感器类型及其分布特征进行观察.

1 材料与方法

1.1 供试虫源

暗黑鳃金龟成虫个体采自河南省洛阳市农林科学研究院，标本由洛阳市农林科学研究院刘顺通研究员鉴定.

1.2 观察方法

挑选发育良好的活体暗黑鳃金龟雌、雄成虫各5头，放入70%乙醇中保存备用.进行观察前，先在双目解剖镜下小心剪下其头部，放入0.2 mol·L－1磷酸盐缓冲液中超声波振荡、洗涤5 min，用0.2 mol·L－1磷酸盐缓冲液充分冲洗，再用蒸馏水漂洗2次.先后用2.5%戊二醛在4℃下固定3 h，1%锇酸室温条件下固定2 h后，分别经35%、55%、75%、85%、95%丙酮溶液脱水，每个梯度30 min，再经100%丙酮分析纯脱水2次，每次20 min.然后用100%乙酸异戊酯分析纯置换2次，每次2 h.经HCP-2型二氧化碳临界干燥仪(日本日立电子公司)干燥2.5 h，借助体视显微镜粘台后，立即用JFC-1600型离子溅射仪喷金镀膜，最后置于JSM-6360LV型扫描电子显微镜下观察，并选取典型视野统计、拍照.观察加速电压为15 kV.

触角感器类型描述主要参考文献［13－14］.

1.3 数据统计与分析

应用SPSS 16.0统计分析软件对试验数据进行方差分析(F检验，P=0.05)［15］.

2 结果与分析

2.1 触角的一般形态

暗黑鳃金龟成虫触角由柄节、梗节和鞭节3个部分组成，共9节(图1A)，呈“之”字形弯曲.触角的柄节较长，达1000－1100 μm，粗壮，与头部相连一端较细，与梗节相连一端膨大;梗节长300－400 μm，基部一端较细，端部膨大，但不及柄节;鞭节包含7个亚节，端部3个亚节特化形成腮片状结构，3个鳃片迭合成长椭圆体(称为鳃状部)，鳃状部由端部鳃片算起，依次记作鳃片1(L1)、鳃片2(L2)和鳃片3(L3)(图1A、B)，其余4个亚节整体上呈棒状(称为棒状部)，但每个亚节的端部均膨大.柄节、梗节和鞭节均有感器的分布.

2.2 触角感器类型及其分布特征

通过在扫描电镜下对暗黑鳃金龟雌、雄成虫触角的观察，共发现5种类型的感器，即毛形感器(trichodea sensilla)、刺形感器(chaetica sensilla)、板形感器、腔锥感器和耳形感器(auricillica sensilla).

2.2.1 毛形感器 雌、雄暗黑鳃金龟触角上分布的毛形感器依据长短，可分为2个亚类，即毛形感器Ⅰ和毛形感器Ⅱ(图1C、D).两者的共同特征为大多与触角表面呈30°－50°夹角，基部无臼状窝缢缩痕，中上部略呈弧形弯曲，鳃片L3外侧分布的毛形感器末端方向与触角末端方向一致(图1C).毛形感器Ⅰ长10－40 μm，毛形感器Ⅱ长40－100 μm.柄节、梗节上分布的毛形感器均为毛形感器Ⅰ(图1D)，且呈零星分布;鞭节棒状部也零星分布毛形感器Ⅰ，雄虫触角鳃状部的L3外侧面集中分布大量的毛形感器Ⅱ(图1C).2.2.2 刺形感器 雌、雄暗黑鳃金龟触角上分布的刺形感器依据长短，可分为2个亚类，即刺形感器Ⅰ和刺形感器Ⅱ，是触角外表面尤其鞭节棒状部数量最多的一种感器(图1D、E).刺形感器的典型特征是形态刚直如刺，基部具有较为明显的臼状窝(图1D、F)，生长方向与触角表面近乎90°角，刺表面又分化出许多微刺(图1F).刺形感器Ⅰ长100－200 μm，臼状窝外直径6－10 μm;刺形感器Ⅱ长20－100 μm，基部直径2－4 μm.刺形感器主要分布于柄节、梗节和鞭节棒状部侧缘，其中，柄节和梗节上主要分布刺形感器Ⅰ，鞭节棒状部上分布的刺形感器Ⅰ和刺形感器Ⅱ数量相当，鞭节鳃状部外缘主要分布刺形感器Ⅱ.

2.2.3 板形感器 板形感器是触角鞭节鳃状部表面分布最多的一种感器，其位于鳃片表皮内陷形成的凹腔中央，腔中央形成盘体，盘体中央凹陷明显，盘体基部无臼状窝，整个盘体明显低于腔深.凹腔直径约12 μm，盘体直径约6 μm.根据盘体表面皱褶或凸起的有无，可将板形感器分为2个亚类，即板形感器Ⅰ和板形感器Ⅱ.板形感器Ⅰ的盘面呈正圆形，表面光滑，呈浅碗状(图1G);板形感器Ⅱ的盘面具有明显的皱褶或小凸起，中央凹陷较深，呈深碗状(图1H).板形感器与其他类型的感器相间分布.柄节和梗节上无板形感器的分布.

2.2.4 腔锥感器 腔锥感器是暗黑鳃金龟触角鞭节鳃状部表面分布较多的一种感器.根据锥体形状，腔锥感器可分为2个亚类，即腔锥感器Ⅰ(图1I)和腔锥感器Ⅱ(图1J).腔锥感器Ⅰ的锥体上半部分呈子弹头状，顶端钝圆，基部特化形成球状体底座，锥体长3－5 μm;腔锥感器Ⅱ呈典型的圆锥状，长2－3 μm，顶端较腔锥感器Ⅰ尖锐.柄节和梗节上无腔锥感器的分布.

2.2.5 耳形感器 耳形感器的显著特点是触角鞭节鳃状部表皮内陷形成凹腔，凹腔中央形成一鳞片状结构，鳞片稍有卷曲，形似禾本科植物新生叶片.根据鳞片的形态，可将耳形感器分为2个亚类，即耳形感器Ⅰ(图1K)和耳形感器Ⅱ(图1L).耳形感器Ⅰ的鳞片短、宽，一侧具有一缺刻，贴生于腔底;耳形感器Ⅱ的鳞片狭长，多数直立，长度往往超过腔深.耳形感器和板形感器相间分布.耳形感器Ⅰ多于耳形感器Ⅱ;耳形感器Ⅰ呈星散分布，耳形感器Ⅱ呈聚集分布，往往是多个鳞片聚生于表皮下陷形成的一个凹腔中(图1L).柄节和梗节上无耳形感器的分布.

图1 暗黑鳃金龟触角感器超微结构及其分布Fig.1 The ultrastructure and distribution of antennal sensilla of H.parallela

2.3 雌、雄成虫触角感器差异对比

观察发现，雌、雄成虫触角感器种类一致.但其触角鞭节鳃状部各鳃片长度存在显著差异，说明其存在性二型现象;雄虫触角感器总数显著多余雌虫(表1).雄虫触角L1(图1M)和雌虫触角L1(图1N)外侧面上分布的感器区域面积明显不同.

表1 雌、雄成虫触角鳃片长度及各类感器的数量(n=5)1)Table 1 Length of lamellae and number of sensillas on antennae of female and male adults

3 讨论

暗黑鳃金龟成虫静止时，触角呈蜷缩状态，鳃状部的3个鳃片抱合在一起;开始活动或起飞后，触角调整角度，抱合的鳃片呈钳状张开，使集中分布感器的鳃面迎风或充分暴露，有利于感器接受空气中的各类气味分子.这种姿态调整习性与暗黑鳃金龟触角感器的分布特征有关.每种感器都存在亚类，形态上存在多样性，说明暗黑鳃金龟有着较为复杂和多样化的趋性适应能力.目前发现的昆虫触角感器有十多种［9－11］，每种感器所执行的具体功能在不同种群间存在差异［2，5－6，16］.

孙凡等［2］报道的东北大黑鳃金龟的嗅感器主要包括锥形感器和板形感器2种;姚永生等［6］报道的铜绿丽金龟的触角感器共包括7种，以锥形感器和板形感器为主;路常宽等［5］报道的苹毛丽金龟触角嗅感器则以板形感器为主.本研究中的暗黑鳃金龟触角感器是以板形感器为主，腔锥感器和耳形感器也有相当数量的分布，这与其他类群明显不同.综合文献报道的感器特征发现，即使是同一类感器也会因金龟种类不同而存在形态上的明显差异.这说明不同金龟种群的感器类型有一定的近缘性，但各自在与环境的协同进化过程中产生了趋异适应，正是这些趋异适应结构特征为研究金龟种群的系统发育提供了佐证［10－14，16］.

诸多文献显示，毛形感器具有感知性信息素的功能;刺形感器与昆虫的选择行为有关;腔锥感器主要感受昆虫行为环境的物理因素，如水蒸气、二氧化碳等;板形感器则主要承担味觉和嗅觉的功能;耳形感器推测与接受声波有关［2，6，8－9，17－18］.暗黑鳃金龟雄虫触角上各类感器的数量均多于雌虫，说明雄性暗黑鳃金龟在诸多感知能力方面优于雌虫，进而在大部分趋避行为中处于主动或优势的地位，如求偶、觅食等.

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