桃蛀螟和松蛀螟的外部形态学和几何形态度量学研究

王 巾，曾雪刚，李卫春

（江西农业大学 农学院，江西 南昌 330045）

【研究意义】桃蛀螟[Conogethes punctiferalis（Guenée，1854）]和松蛀螟（C.pinicolalisInoue&Yamanaka，2006）隶属于鳞翅目（Lepidoptera）草螟科（Crambidae）斑野螟亚科（Spilomelinae），是重要的农林害虫，尤其桃蛀螟是重大的蛀果害虫。【前人研究进展】2 种害虫的外部形态和外生殖器解剖结构差异甚微，为物种的准确识别带来很大的困惑且曾一度被误认为同一物种。直到2006 年，基于生物学性状的差异才将后者作为有效物种区分出来[1]，此后基于线粒体DNA 进一步有力地证实了松蛀螟的独立性[2]。桃蛀螟在华北发生3～4 代，西北3～5 代，华中5 代，主要以老熟幼虫越冬；松蛀螟每年发生3 代，越冬态为3～4 龄幼虫[3-4]。2 种害虫具有同域分布的特性，其成虫在同一区域易通过灯诱被同时采集。它们的食性差异较大：桃蛀螟食性杂、寄主范围广泛，取食众多果树和作物，为害果树时常达到“十果九蛀”，且在一些地区已成为玉米的主要害虫[3-4]；松蛀螟食性较为单一，主要以松柏类为食，其中对松树新稍的危害率达到30%[5]。【本研究切入点】在农林害虫综合治理中，准确区分二者并依据害虫种类制定科学的防治策略具有重要的意义。目前，应用DNA 条形码技术能够有效地区分桃蛀螟和松蛀螟。但是对于从事农林害虫预测预报的基层工作者而言，分子生物学技术的应用具有较大难度和较高成本、难以广泛推广。与分子分类学相比较，基于外部形态学的害虫鉴别方法更易于在生产实践中操作和推广。在本研究以前，整合应用外部形态学和几何形态度量学区分桃蛀螟和松蛀螟的系统研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】本文以桃蛀螟和松蛀螟的成虫标本为研究材料，基于外部形态学和几何形态度量学探索区分2 种害虫的有效途径，为区分2 种害虫提供有效的外部形态学和几何形态度量学分类依据。

1 材料和方法

1.1 研究标本

本文应用的标本均选自前期已准确鉴别的桃蛀螟和松蛀螟成虫标本（表1）。标本采集选用250 W自镇流荧光高压汞灯为引诱光源，采集标本针插干燥后保存在江西农业大学昆虫标本馆（JXAUM）。

1.2 图像采集和图像数字化

成虫标本、头部和足应用数码相机进行显微拍摄。前翅标本制作取成虫前翅制成玻片标本（表1），通过扫描仪扫描来获取数码图像。得到数码图像后，以前翅相同位置的斑点为依据，基于地标点法（landmark methods）（基于笛卡尔地标点的形态统计法，通过获取二维图像上的地标点x和y坐标值绘制网格变形图分析前翅斑点变异、进行多元化统计分析）使用TPSdig 2.31 软件[6]选取并标记地标点用于几何形态度量学分析。每个地标点对应一组数据，为增加选取地标点的准确性，本实验对每个标本重复5 次选点，计算平均值作为分析数据。

表1 研究样本采集地点和前翅玻片号Tab.1 Overview of collection locality and forewing slide numbers of the studied samplings

1.3 数据分析

基于普氏叠加法（procrustes superimposition）通过缩放、叠加和旋转调整地标点，使形状的普氏距离最小化[7-8]。然后使用MorphoJ[9]对叠加后得到的坐标点数据进行主成分分析（principal components analysis，PCA）。根据PCA 分析结果，以二维的形式展示多变量数据中最重要的信息并绘制散点图，通过各样本数据聚集情况探索几何形态度量学在区分桃蛀螟和松蛀螟的应用效果。

2 结果与分析

2.1 桃蛀螟和松蛀螟的外部形态学研究

基于采自我国江西、湖南标本的比较形态学分析发现：（1）桃蛀螟和松蛀螟的体长、翅展、颜色和斑点等均很相似，体表和翅均被黑色斑点，前翅斑点25～28 个且性状较稳定（图1A，图1D）；依据虫体整理特征难以将二者区分开来。（2）雄性下唇须和后足胫节具有较显著的鉴别性状，桃蛀螟的下唇须外侧浅黄色，后足胫节无毛从（图1B，图1C）；松蛀螟下唇须外侧中部密被黑色鳞片，后足胫节有深褐色毛丛（图1E，图1F）；应用下唇须和后足胫节的特征可将二者的雄性个体区分开来。（3）二者雌性的后足胫节均无显著的毛从，且有些个体间下唇须差异不显著；依据形态学难以确切地区分桃蛀螟和松蛀螟的雌性个体。

图1 雄性桃蛀螟和松蛀螟外部形态Fig.1 External morphology of male Conogethes punctiferalis and C.pinicolalis

2.2 前翅斑点数字化分析

通过桃蛀螟和松蛀螟前翅图片（图2）信息的仔细比对，剔除图片中模糊不清、个体间形态变化较大的斑点后使用TPSdig 2.31[6]对其他斑点进行选点和数据统计分析，结果确定前翅具11 个斑点适于地标点数据的提取（图3）。

图2 桃蛀螟和松蛀螟前翅Fig.2 Forewings of Conogethes punctiferalis and C.pinicolalis

图3 前翅选取的地标点，雄性Fig.3 The landmarks selected on the of forewing，male

2.3 前翅斑点的几何形态度量学分析

基于桃蛀螟和松蛀螟前翅斑点形态变异的主成分分析得出主成分1（PC1）和主成分2（PC2）占所有形态变异的61.67%，其中PC1 达到总变异数的47.71%，PC2占总变异数的13.96%。基于PCA 散点图结果（图4），桃蛀螟和松蛀螟的样本散点分别形成了2个清晰的群集，表明通过前翅斑点的几何形态度量学分析可将二者有效地区分开来。

图4 主成分分析（PCA）散点图Fig.4 Principal Component Analysis（PCA）scatter plot

3 结果与讨论

桃蛀螟和松蛀螟的外部形态和外生殖器解剖结构差异甚微导致二者曾一度被误认为属于同一物种。虽然早在1986 年就已开展有关它们食性和生物学等研究[10]，但直到2006 年才将松蛀螟与桃蛀螟区分开来[1]。随后，基于DNA 条形码序列的系统发生分析进一步证实了松蛀螟的客观存在。本文依据采自江西和湖南桃蛀螟和松蛀螟成虫标本的研究，证实了2种害虫雄性个体可依据下唇须和后足胫节的特征予以区分，与原始描述相符[1]。但在本研究以前，如何使用形态学特征确切地区分它们雌性个体的困惑一直未被澄清。

对于松蛀螟和桃蛀螟这类同域分布且外形相近的物种而言，分子分类学可以提供有效的鉴别途径。但对于基层工作者来说，该技术在鉴别农林害虫具有难度大、成本高、推广难等缺点。因此，探索区分桃蛀螟和松蛀螟的其他形态学特征及其在分类学中的应用尤显重要。近些年，几何形态测量学在研究昆虫形态学的应用较为普遍。与传统的分类方法以及分子分类学方法相比，此方法耗时少，可靠性更强，且随着几何形态度量学方法的不断改进和成熟，在形状变异分析方面显示出了独特的优势[11]。本文应用几何形态度量学，基于地标点法选取桃蛀螟和松蛀螟前翅斑点的地标点数据，通过主成分分析成功地将二者区分开来。研究结果证实了几何形态度量学在区分桃蛀螟和松蛀螟的可行性，同时也为其他形态相近的农林害虫的区分提供了参考依据。随着农林害虫网络共享图像的不断增多，几何形态测量学方法有望在农林害虫识别方面得到更加广泛的应用。