绿翅绢野螟幼虫头部感器超微结构观察

陈冬宇 张玉静 秦小芳　全达万　郑霞林　陆温

摘要

为探讨和分析绿翅绢野螟Diaphania angustalis （Snellen）幼虫头部感器的功能及其作用机制，通过扫描电镜对其触角和口器上的感器进行了观察。结果表明：绿翅绢野螟幼虫头式为下口式，头部具有触角、上唇、上颚、下颚和下唇。触角短小，位于幼虫头部侧下方，分3节，其梗节和鞭节分布有4种类型的感器，即毛形感器、短毛感器、锥形感器和栓锥形感器。口器分为上唇、上颚、下颚和下唇4个部分，共具有6种类型感器，分别为毛形感器、刺形感器、指形感器、锥形感器、栓锥形感器和小感觉锥。刺形感器数量较多，分布范围广，口器上各部位均有分布；毛形感器仅分布于上唇；指形感器仅分布于内唇；锥形感器仅分布于下颚；栓锥形感器在下颚和下唇皆有分布；指形感器为内唇所特有。

关键词

绿翅绢野螟； 幼虫； 头部； 感器； 扫描电镜

中图分类号：

Q 964

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2017401

Ultrastructure of the sensilla on larval head of Diaphania angustalis

（Snellen） （Lepidoptera： Crambidae）

CHEN Dongyu， ZHANG Yujing， QIN Xiaofang， QUAN Dawan， ZHENG Xialin， LU Wen

（Guangxi Key Laboratory of AgriEnvironment and AgriProducts Safety， College of

Agriculture， Guangxi University， Nanning 530004， China）

Abstract

To explore the functions of the sensilla on larval head of Diaphania angustalis （Snellen）， we examined the ultrastructure of larval head by using scanning electron microscopy （SEM）. The main findings were： 1） the head was hypognathous； 2） the antennae were located at lower side of the head with 3 segments and 4 types of sensilla-sensilla trichoidea， short sensilla trichoidea， sensilla basiconica and sensilla styloconica； 3） there were 6 types of sensilla on the mouthparts-sensilla trichoidea， sensilla chaetica， sensilla digitiformia， sensilla basiconica， sensilla styloconica， sensilla of epipharynx and sensory pegs. Sensilla chaetica were abundant and widespread； sensilla trichoidea only occurred on labrum； sensilla digitiformia on epipharynx； sensilla basiconica on maxilla； sensilla styloconica on both maxilla and labium， and sensilla of digitiformia on epipharynx.

Key words

Diaphania angustalis； larva； head； sensillum； scanning electron microscopy

化学感受器是昆虫与外界环境化学信息交流的基本单位。目前已有大量昆虫成虫感器的研究报道，集中在昆虫感应化学信息素、搜寻寄主以及识别寄主时发挥的重要作用上[1]。鱗翅目是昆虫纲中的第二个大目，也是农林害虫较为集中的目，该目部分种类的幼虫为单食性或寡食性，依靠化学感器在取食过程中发挥的作用来精确识别寄主[2]。这些感器主要集中在幼虫头部的触角和口器上，与成虫的感器具有同等重要的作用，发挥着寄主定位和取食选择等感受外界环境刺激因子的功能[34]。因此，幼虫头部化学感受器的研究能为解析幼虫取食特性的作用机制提供科学依据，也有助于昆虫取食行为的探究和制定有害生物的防治方案。

绿翅绢野螟Diaphania angustalis（Snellen），又名绿翅绢螟，属鳞翅目Lepidoptera草螟科Crambidae，绢野螟属Diaphania Hübner，主要分布于中国（广东、福建、云南、广西等地）和印度尼西亚，是园林绿化植物和药用植物糖胶树Alstonia scholaris （L.） R. Br.的主要食叶害虫[5]。其幼虫吐丝将糖胶树叶片纵向缀合形成虫苞，在内取食叶肉。3-4月为该虫始发期，5-6月是为害盛期，其发育起点温度较低，耐高温，为害期较长，年发生代数高达6～7代，为害严重时嫩叶受害率达80%，致使枝叶枯黄凋落，树枝光秃，严重影响树体生长，极大地降低了糖胶树的药用及观赏价值[6]。目前，国外未见针对该虫的研究报道，国内对其研究主要集中在发生与为害[7]、化学防治[8]、生物学特性[5，9]、性信息素[10]等方面，尚未见对其幼虫感器超微结构的研究报道。

本文利用扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）研究绿翅绢野螟幼虫头部感器的种类、形态、数量及分布，从该幼虫的头部微观形态特征来探索其宏观的行为活动，探讨各类感器在其行为活动中发挥的主要功能，为研究绿翅绢野螟寄主精确定位和取食选择机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 虫源

供试昆虫：2016年9月上旬在广西大学校园内的糖胶树上采集绿翅绢野螟幼虫带回室内，在温度（25±3）℃，相对湿度（80±10）%，光周期L∥D=14 h∥10 h的条件下建立实验室种群。将绿翅绢野螟幼虫饲养于培养皿（d=12 cm）中，每皿8头，饲喂新鲜幼嫩的糖胶树叶片，每日更换食料及清理虫粪。

1.2 样品的制备与扫描

选取室内饲养的绿翅绢野螟5龄幼虫15头，于-18℃冷冻10～15 min。取出后，在体视镜（DFC450型，瑞士Heerbugg徕卡仪器有限公司）下用镊子和眼科手术剪将幼虫头部取下，用滤纸将组织液吸干。随后将头部浸入70%乙醇溶液中，以超声波振荡仪（JP010T，广州市吉普超声波电子设备有限公司）清洗5 min，除去表面杂质；再将头部转移至2.5%戊二醛溶液中，保存在4℃下固定4 h；固定后，将其放入磷酸缓冲液中清洗2次，每次3 min；最后在70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%乙醇溶液中进行梯度脱水，每个浓度脱水5 min；脱水后自然风干。将干燥后的样品用导电胶粘于样本台上，确保幼虫头部以适宜的角度粘着于样品台，并做标记。放入离子溅射仪（E1010型，日本东京Hitachi公司）内喷金。喷金后的样品在扫描电子显微镜（S3400N型，日本东京Hitachi公司）下观察、拍照和记录。电镜工作电压为10.0 kV。绿翅绢野螟幼虫头部的感器参照前人发表的研究论文[1114]进行鉴定和命名。

1.3 数据统计与分析

幼虫头部各部分以及感器的大小根据电镜照片，借助AutoCAD 2014软件测量，运用统计分析软件IBM SPSS 20.0计算各项数据的平均值和标准误。

2 结果与分析

2.1 绿翅绢野螟幼虫头部形态

绿翅绢野螟幼虫头部近圆形，下口式，具6对单眼、1对触角和15对头部感觉刚毛（图1a～d）。单眼分布于头部两侧，呈“U”形排列。触角着生于头部侧下方，位于单眼与上颚之间。触角较为粗短，由柄节、梗节及鞭节组成。柄节长（173.42±2.35）μm（n=8），直径（184.05±2.28）μm（n=8）；梗节长（213.14±7.84）μm（n=8），直径（77.99±0.57）μm（n=8），表面光滑；鞭节长（30.03±0.33）μm（n=8），直径（25.36±0.51）μm（n=8），较柄节和梗节明显短小。感觉刚毛分两类，即长刚毛与短刚毛，长刚毛3对，对称分布于头部背面，排列于单眼周围，长度约为短刚毛的2～4倍；短刚毛12对，在头部腹面及背面呈对称分布，单眼周围排列着3对短刚毛，其余9对零散分布于口器近侧。口器为咀嚼式，由上唇、上颚、下颚和下唇组成。上唇前端中部向内凹陷，后端与前壁以一条深沟线分割，长（5.88±0.08）μm（n=8），宽（3.23±0.10）μm（n=8）（图1e）。

上颚是高度硬化的掌形结构（图2a），前缘有7个切齿（T1～T7），位于最前缘的是T3，侧缘有最短的切齿T7；上颚反面有2条自齿尖向上颚基部延伸的脊状凸起（图2b）。下颚由轴节、茎节、外颚叶和下颚须组成，軸节和茎节皆粗短，外颚叶和下颚须较延伸（图2c～d）。

下唇包括1个伸长的吐丝器和1对下唇须（图3a）。吐丝器自前颏伸出，呈管状，末端斜切尖突，长（221.03±1.54） μm（n=8）（图3b）。吐丝器两侧各有1个下唇须，下唇须长（179.62±1.10） μm（n=8）。

2.2 绿翅绢野螟幼虫触角感器

绿翅绢野螟幼虫的触角柄节上未发现有感器着生。梗节具有1个毛形感器（STr1）、1个短毛感器（STr2）和2个锥形感器（SB1和SB2）。鞭节具栓锥形感器（SSt）1个，着生于该节中央，SSt顶端锥突长（10.12±0.26）μm（n=8），由3个锥形感器（SB3～ SB5）包围（图4），各类感器长度见表1。

2.3 绿翅绢野螟幼虫口器感器

2.3.1 绿翅绢野螟幼虫上唇感器

上唇具有6对对称分布的毛形感器，分别为长毛形感器（STr1）和短毛形感器（STr2～STr6）（图1e）。侧缘的2个短毛形感器之间着生1个长毛形感器，另外3个短毛形感器呈三角形排列。各类感器长度见表2。

内唇为上唇内侧（图5a～b）。在内唇两侧及基部着生丰富的微毛，两侧感器呈对称分布。在内唇侧下缘有3个扁平的刺形感器（SC1～SC3）和1个指形感器（SD），而在刺形感器旁有2个内唇感器（SE1和SE2）。

2.3.2 绿翅绢野螟幼虫上颚感器

上颚正面一侧分布有2个刺形感器（SC1和SC2），近基部的刺形感器较长（图2a～b）。

2.3.3 绿翅绢野螟下颚感器

下颚的轴节和茎节各有1个刺形感器（SC1和SC2）（图2c）。外颚叶侧面具有1个刺形感器（SC3）、4个锥形感器（SB1～SB4）和2个栓锥形感器（SSt1和SSt2），St1顶端锥突长（6.14±0.10） μm（n=8），St2顶端锥突长（5.22±0.10） μm（n=8）（图6a）。下颚须仅端部有感器分布，分别为7个锥形感器（SB1～SB7）及1个位于中央的栓锥形感器（SSt）（图6b）。

2.3.4 绿翅绢野螟下唇感器

吐丝器基部与前颏连接处着生1对小感觉锥（P1和P2）（图3a）。下唇须末端具有1个刺形感器（SC）和1个栓锥形感器（SSt）。刺形感器较短；栓锥形感器的栓部圆锥状，其顶端锥突细长，长度为（58.48±1.40）μm（n=8）（图7）。

3 讨论

昆虫可以通过化学感觉器与环境中的化学信息相联系，这些联系是通过特定的化学感觉机制发生的[15]，由此引起昆虫的生态行为，如搜寻寄主、取食等。鳞翅目幼虫的化学感受器主要集中在头部，幼虫通过这些感受器选择寄主，并表现出取食特性。所以，研究绿翅绢野螟幼虫的化学感受器是了解其取食特性的前提，能够深化对其感受器机理的认识，为害虫防治提供理论基础。

鳞翅目幼虫中，触角的主要功能是嗅觉感受[16]。本研究结果显示，绿翅绢野螟幼虫每个触角的梗节具有1个毛形感器、1个短毛感器和2个锥形感器；鞭节具有3个锥形感器和1个栓锥形感器。结果与欧洲向日葵螟Homoeosoma nebulella[3]、黄野螟Heortia vitessoides[17]、山茱萸蛀果蛾Carposina coreana[18]和桃蛀果蛾Carposina sasakii[19]等鳞翅目幼虫相似。其中，锥形感器被认为具有嗅觉功能，能够帮助昆虫在环境中搜寻和定位寄主[13，19]；刺形感器能够感受周围环境的物理刺激，感知环境的温度、湿度以及CO2的浓度变化[3，14，2021]；栓锥形感器可以感知环境中的温度变化[20]。通过与上述昆虫幼虫感器比较，作者推测绿翅绢野螟幼虫触角上相应类型的感器也具有上述相应的功能，而触角在取食过程中主要发挥着识别寄主以及感知外界环境的作用。

鳞翅目幼虫口器上的各类感器在其进行取食过程中扮演着重要角色，是识别寄主的最后一道关卡[2]。绿翅绢野螟幼虫口器上的感器类型与黄野螟[17]、山茱萸蛀果蛾[18]基本相同，分别为毛形感器、刺形感器、指形感器、锥形感器、栓锥形感器及小感觉锥6种，但在感器数量、分布以及形态特征上有区别。绿翅绢野螟幼虫上唇的6对刺形感器及上颚的2个刺形感器的功能与烟草天蛾Manduca sexta及蓑蛾科的Perisceptis carnivora相似，为机械感器，主要感受外界机械刺激、化学感应及寄主定位[2223]。此外，下唇须所具有的刺形感器和栓锥感器被认为是机械感器[3，2425]。并且，这些机械感器可以感知食物的硬度，昆虫以此调节上颚的作用力度来进行取食[2]。内唇具有的大量微毛及内唇感器，被认为具味觉功能，能判别寄主植物的器官[3]。推测绿翅绢野螟内唇的大量微毛使其对寄主有更精确的识别作用。

与其他鳞翅目幼虫相比，绿翅绢野螟幼虫最显著的区别在于每个下颚的感器主要分布于外颚叶和下颚须。其外颚叶具有1个刺形感器、4个锥形感器及2个栓锥形感器共7个感器，数量上较向日葵螟Homoeosoma electellum[27]的颚叶共有8个感器少了一个刺形感器。而外颚叶上的锥形感器和栓锥形感器在辅助昆虫的取食过程中有感受化学物质的功能[24]；刺形感器具有机械感受功能，推测刺形感器在该虫的取食过程中对寄主叶片的幼嫩程度有感知作用[2829]。下颚须具有7个锥形感器及1个栓锥形感器，这与欧洲向日葵螟、向日葵螟在下颚须上具有8个锥形感器相区别[3，26]。其中，锥形感器在下颚中可能发挥嗅觉、味觉及机械感受功能[25，27，29]；栓锥形感器在取食行为以及味觉感受上发挥作用，使昆虫在取食过程中选择寄主并且区分寄主叶片的幼嫩程度，有选择性地取食叶片[30]。绿翅绢野螟作为单食性昆虫，如此不同的感器组合有利于在取食选择过程中更加准确定位和识别寄主。

本文对绿翅绢野螟幼虫头部的感器进行了观察与描述，基于前人研究，推测了各类感器的功能和作用。但下一步仍需通过电生理学方法进一步验证这些感器的功能，目的在于进一步探索其取食特性的发生机制以及制订害虫防治的方案。

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（責任编辑：田 喆）