褐纹甘蔗象触角感器的扫描电镜观察

段云博　董子舒　张玉静　刘俊延　黄宗优　郑霞林　陆温

摘要：【目的】明确褐纹甘蔗象雌雄成虫触角感器的超微结构、种类和分布情况，为进一步探索利用性信息素开展褐纹甘蔗象防治提供理论依据。【方法】利用扫描电子显微镜观察褐纹甘蔗象雌雄成虫触角感器的外部形态特征、类型和分布，以SPSS 21.0进行数据计算与分析，采用独立样本t检验方法比较雌雄成虫间触角各节的长度、直径和感器数量差异。【结果】褐纹甘蔗象雌雄成虫触角外部形态一致，均为膝状，包括柄节、梗节和鞭节部分；触角上有刺形、毛形和芽孢形3种类型感器，其中，毛形感器有5种亚型，刺形感器有3种亚型，芽孢形感器有3种亚型，以毛形感器的数量和种类最丰富。褐纹甘蔗象雌雄成虫触角在感器数量上有明显的性二型现象。【结论】毛形感器在褐纹甘蔗象寻找寄主和配偶中扮演十分重要的角色，其中，雄虫触角上STⅠ、STⅢ和STⅣ的数量显著多于雌虫，与感受性信息素有关，而雌虫触角上STⅡ的数量显著多于雄虫，与寻找产卵场所有关。

关键词：褐纹甘蔗象；扫描电镜；触角；超微结构；感器

中图分类号：S433.5 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）12-2190-07

0引言

【研究意义】褐纹甘蔗象[Rhabdoscelus lineati-collis（Heller）]属鞘翅目象甲科，原产于菲律宾吕宋岛和内革罗岛等地，是棕榈科植物和甘蔗上的主要钻蛀性害虫，也是我国进境植物检疫性有害生物之一（赵京芬等，2007），目前我国多地有该虫发生为害的报道（王果红等，2005；何艳萍等，2010；秦成兴等，2014）。褐纹甘蔗象以幼虫钻蛀寄主植物叶鞘及茎干为害，严重时会造成整株枯萎死亡（钟宝珠等，2016）。迄今为止，针对褐纹甘蔗象的防治仍主要依赖化学药剂（王果红等，2005，2007），但长期使用化学药剂易造成农产品农药残留超标、误伤天敌和污染环境等负面影响（陈长福，2017），因而利用环保、高效和易操作的性信息素防治害虫成为当前植物害虫防治研究的热点（李会宾等，2017）。昆虫的感器是感知外界环境变化和刺激产生反应的重要结构，且大多数感器在触角富集，可感受多种信息素，在寻找寄主、配偶和产卵等方面发挥重要作用（余海忠，2007）。因此，研究褐纹甘蔗象的触角感器类型对于利用性信息素开展其防治工作具有十分重要的意义。【前人研究进展】近年来，诸多学者采用电子显微技术研究了象甲科昆虫的感器，如苜蓿叶象甲[Hy-pera postica（Gyllenhal）J（Bland，1981，1983）、李象[Conotrachelus nenuphar（Herbst）]（Aim and Hall，1986）、稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus Kuschel）（Hix et al.，2003；Kang et al.，2012）、沟眶象[Eu-cryptorrhynchus chinensis（Olivier）]（杨贵军等，2008）、长足大竹象（Cyrtotrachelus buqueti Guerin-Mene-ville）（杨瑶君等，2010）、松梢象（Pissodes nitidus Ro-el.）（Yan et al.，2011）、香蕉假茎象[Odoiporus lon-gicoillis（Oliver）]（高景林等，2011；赵海燕等，2016）、樟子松球果象甲（Pissodes validirostris Gyll.）（Zhao et al.，2012）、茶丽纹象甲（Myilocerinus auro-lineatus Voss）（高宇等，2013）、杨干象（Cryptorrhyn-chus lapathi L.）（常立儒等，2014）、米象（Sitophilus oryzae L.）（姚富姣等，2016）和香樟齿喙象（Pagio-phloeus tsushimanus Morimoto）（顾天滋等，2017）等，其中，沟眶象、香蕉假茎象和香樟齿喙象等触角上的锥形感器被认为是一种嗅觉感器，对外界环境中的气味特别是植物气味分子很敏感，对寄主定位具有重要意义（杨贵军等，2008；赵海燕等，2016；顾天滋等，2017），而长足大竹象和茶丽纹象甲的毛形感器兼具感受性信息素及机械刺激的双重功能，在寻找配偶方面发挥重要作用（杨瑶君等，2010；高宇等，2013）。【本研究切入点】前人针对褐纹甘蔗象的研究极少且主要集中在生物学特性及预测预报方面（张润志等，2002；王果红等，2005；初冬和魏初奖，2007；赵京芬等，2007；钟宝珠等，2016），有关褐纹甘蔗象触角感器的研究目前尚无文献报道。【拟解决的关键问题】以褐纹甘蔗象雌雄成虫的触角为研究对象，通过扫描电子显微镜对其进行观察，研究褐纹甘蔗象触角的形态、感器类型及分布，并分析感器的潜在功能，以期为进一步探索利用性信息素开展褐纹甘蔗象防治提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试昆虫

于2015年10月在南宁市某苗圃种植的散尾葵[Dypsis lutescens（H.Wend.）Beentie et Dransf.]上采集褐纹甘蔗象成虫。虫源带回室内后，置于塑料盒（110 mm×55 mm×35 mm）中，每盒放置雌雄成虫各1头，在温度（25士1）℃、相对湿度70%土5%和光周期14L：IOD的条件下用新鲜块状甘蔗茎秆（10 g）饲养待用。

1.2试验方法

随机选取触角完整的褐纹甘蔗象雌雄成虫各10头，在解剖镜下用镊子和解剖刀剪取整个触角。在2.5%戊二醛磷酸缓冲液（pH 7.4）中固定5 h后，将样品浸入70%乙醇溶液中，用超声波振荡仪（JP-010T，斯凯清洁设备有限公司）振荡清洗10min，除去表面黏附物，重复3次。经上述处理后将样品依次放入70%、80%、90%和100%的乙醇溶液梯度中逐级脱水，每个梯度脱水30 min，脱水后的樣品自然干燥，最后将干燥好的触角样品按照背面、腹面、内侧面和外侧面四个角度贴于粘有导电胶的样品台上，经离子溅射仪喷金后，置于扫描电子显微镜（SU8020，日本Hitachi公司）下进行观察和拍照，电子显微镜工作电压为10.0 kV。利用Adobe Photo-shop CS5处理图片及测量成虫触角各节的长度和直径（廖任娅等，2017），6次重复，取平均值。所有刺型感器均在其着生的整个小节计数，毛形感器和芽孢形感器均在其着生位置选取2500μm²面积内计数，每类型感器均统计背面、腹面、内侧面和外侧面4个面，6次重复，取平均值。

1.3特征描述

褐纹甘蔗象触角感器的分类及命名依据Sch-neider（1964）命名系统。

1.4统计分析

所有数据均利用SPSS 21.0进行计算与分析，采用独立样本t检验方法比较雌雄成虫问触角各节的长度、直径和感器数量差异。

2结果与分析

2.1褐纹甘蔗象触角的形态特征

褐纹甘蔗象雌雄成虫触角外部形态一致，均为膝状，着生于靠近喙基部的两侧，包括柄节（Scape）、梗节（Pedicel）和鞭节（Flagellum）3部分。其中，柄节最长，占整个触角长度的50%左右；梗节较短小；鞭节包括6个鞭亚节，第1鞭亚节基部细长，第2～5鞭亚节形态基本一致，似算盘珠，第6鞭亚节体积最大，形似毛笔尖，末端着生有丰富的感器（图1）。

2.1.1雌雄虫触角各节长度比较 雄虫触角梗节长于雌虫但差异不显著（P>0.05，下同），其他各节均显著长于雌虫（P<0.05，下同）（表1）。

2.1.2雌雄虫触角各节直径比较 由表2可知，雄虫触角各节的直径均显著大于雌虫。

2.2褐纹甘蔗象触角感器的种类、形态和分布

褐纹甘蔗象触角上共有3种类型感器，分别为刺形感器、毛形感器和芽孢形感器（图2）。

2.2.1刺形感器（Sensilla chaetica，SC） 褐纹甘蔗象触角上的刺形感器共有3种亚型，分别为刺形感器Ⅰ型（SCⅠ）、刺形感器Ⅱ型（SCⅡ）和刺形感器Ⅲ型（SCⅢ）。SCⅠ和scm仅分布于雌雄虫端节。SCⅠ直立、细长、无孔，远长于其他感器，形状像刺，末端较钝圆，表面具有纵向沟棱，数量较多；SCⅢ与SCI外形相似，只是SCⅢ在近基部处呈约30°弯曲，且数量较少。SCⅡ在雌雄虫触角各节均有分布，轮生于雌雄虫触角的各鞭亚节，不规则着生于雌雄虫触角的柄节和梗节，远长于其附近的毛形感器，各节分布数量不均等，与触角表面呈30～60°夹角。

2.2.2毛形感器（Sensilla trichodea，ST） 褐纹甘蔗象触角上的毛形感器数量最多，在触角各节均有分布。其表面光滑无棱，可与刺形感器相区分。毛形感器分为5种亚型，分别为毛形感器Ⅰ型（STⅠ）、毛形感器Ⅱ型（STⅡ）、毛形感器Ⅲ型（STⅢ）、毛形感器Ⅳ型（STⅣ）和毛形感器Ⅴ型（STⅤ）。STⅠ长毛状，不弯曲，外壁光滑，基部较粗，从中部开始急剧变细，末端尖细，仅见于雌雄虫端节；STⅡ长毛状，末端稍弯曲，表面光滑，顶部较钝圆，仅分布于雌雄虫端节；STⅢ与STⅡ外形十分类似，但末端弯曲较STⅡ更多（几乎成90°），仅着生于雌雄虫端节；STⅣ与STⅡ和STⅢ外形较一致，但末端较STm弯曲更多，形似钩状，仅在雌雄虫端节有发现且数量较少；STV长毛状，表面光滑，整体从基部开始弯曲较严重，几乎紧贴于触角表面，基部膨大末端尖细，雌雄虫触角各节均有分布且数量较多，在柄节上多簇拥形成漩涡状。

2.2.3芽孢形感器（Sensilla gemmiformium，SG）褐纹甘蔗象触角上芽孢形感器的数量仅次于毛形感器，其外形较短小，似刚长出的小芽尖，呈锯齿状排列，雌雄虫触角各节均有分布。芽孢形感器分为3种亚型，分别为芽孢形感器Ⅰ型（SGⅠ）、芽孢形感器Ⅱ型（SGⅡ）和芽孢形感器Ⅲ型（SGⅢ）。SGI除柄节外其他节均有分布，一般数个着生于各鞭亚节连接处及梗6节与第1鞭亚节连接处的波纹状表皮上，似表皮长出的“小嫩芽”，每个SG Ⅰ基部不相连且距离较远；SGⅡ仅分布于梗节上，靠近与柄节连接处，一般呈单个或2个着生于梗节基部的波纹状表皮上；SGⅢ仅发现于柄节两端，数个SGⅢ基部紧密相连，数量较多。

2.3褐纹甘蔗象雌雄虫触角各节感器的数量比较

SC Ⅰ仅着生于褐纹甘蔗象雌雄虫触角F6上，雄虫SC Ⅰ的数量显著多于雌虫；STⅠ、STⅡ、STⅢ和STⅣ只着生于雌雄虫触角F6上，雄虫STⅠ、STⅡ、STⅢ和STⅣ的数量均显著多于雌虫，但雄虫STⅡ的数量显著少于雌虫；SGⅢ和SGⅡ分别着生于雌雄虫触角的柄节与梗节，雌虫SGⅡ和SGm的数量均显著多于雄虫（表3）。

3讨论

本研究发现褐纹甘蔗象雌雄成虫触角感器的种类和分布位置均无明显差异，说明同种感器在两性间可能具有相似的功能，与同科茶丽纹象甲（高宇等，2013）的研究结果较一致；但在感器数量上有明显的性二型现象，如雄虫触角端节上SCⅠ的数量显著多于雌虫，SC Ⅰ属于机械感器，可感受外界机械刺激（赵海燕等，2016），推测其与雄虫在交配时感知雌虫反抗活动的机械刺激有关；又如雄虫触角端节）2STⅡ的数量显著少于雌虫，STⅡ属于化学感器，可较早感受各种化学信息素（高景林等，2011），推测STⅡ与雌虫寻找合适的寄主进行产卵有关。

绝大多数昆虫的雌雄成虫触角上均具有刺形感器，一般长于其他感器并最先触碰外界，属于感知机械刺激的感器（Ochieng et al.，2000；杜潇等，2015）；毛形感器是褐紋甘蔗象触角中感器亚型和数量最多、分布面积最大的一类感器，几乎每种昆虫触角上均有分布，已被证实为感受性信息素的主要感器（Zhang et al.，2013），且前人研究的同科昆虫长足大竹象、茶丽纹象甲和香蕉假茎象的毛形感器均具有感受性信息素的功能（杨瑶君等，2010；高宇等，2013；赵海燕等，2016）。本研究中雄虫触角端节上STⅠ、STⅢ和STⅣ的数量均显著多于雌虫，可能与雄虫感受性信息素寻找配偶有关，且已有研究报道在该成虫活动高峰期时利用性信息素诱杀效果较好（王果红等，2005）。本研究发现SGⅢ仅着生于柄节的两端，且可能是一种感受重力的机械感器，当遇到机械刺激时具有缓冲重力的功能（刘玉双和石福明，2005），认为其可能与触角折叠收缩时感知梗节和喙的机械刺激有关。此外，在褐纹甘蔗象触角端节基部、第1～5鞭亚节和梗节两端均有呈锯齿状排列着生的SGⅠ，在SGI着生位置明显可见有从SGⅠ过渡到STⅤ的现象，推断STⅤ是从SGⅠ进化而来。

本研究基于扫描电镜观察了褐纹甘蔗象触角的外部形态特征及其上感器的种类、分布和数量，并根据前人的研究推测各感器潜在的功能，下一步需要通过透射电镜、单细胞记录等电生理技术和分子生物学技术验证各感器的功能，以期从本质上探讨各类型感器在褐纹甘蔗象行为反应中的作用。

4结论

褐纹甘蔗象触角上着生有刺形、毛形和芽孢形3种类型感器，雌雄成虫触角感器的种类和分布位置均无明显差异，但在感器数量上有明显的性二型现象。3种感器中以毛形感器的数量和种类最丰富，在褐纹甘蔗象寄主定位和寻找配偶方面扮演十分重要的角色，其中，雄虫触角上STⅠ、STⅢ和STⅣ的数量显著多于雌虫，与感受性信息素有关，而雌虫触角上STll的数量显著多于雄虫，与寻找产卵场所有关。