华北落叶松鞘蛾触角感器扫描电镜观察

李茂林 ，张平 ，杨美红 ，贺婷婷 ，李亚勇 ，赵祥

（1.山西省管涔山国有林管理局有害生物防治检疫站，山西 忻州 036700；2.山西省关帝山国有林管理局双家寨林场，山西 吕梁 030500；3.山西农业大学 基础部，山西 晋中 030801；4.山西省右玉县畜牧服务中心， 山西 朔州 037200；5.山西农业大学 草业学院，山西 晋中 030801）

华北落叶松鞘蛾（Coleophora sinensisYang）属鳞翅目（Lepidoptera）鞘蛾科（Coleophoridae），寄主为华北落叶松（Larix principis⁃rupprechtiiMayr），分布于山西、内蒙古、河北、河南等地，幼虫潜入针叶内蛀食危害［1］，近年来在山西省管涔山等林区集中爆发，给林业生产造成巨大损失，2015年管涔林局怀道林场受灾面积达543.3 hm2，2016年调查显示，怀道林场平均有虫株率70%，被调查的枝条上平均虫口密度每100叶簇达23头，甚至最高每100叶簇达58头，严重影响林木生长，已成为制约管涔林区林业生态发展的重大害虫［2］。由于幼虫危害隐蔽性极强，烟熏和化学防治等常规手段具有很大的局限性，鉴于此，探讨华北落叶松鞘蛾的绿色有效防治已经迫在眉睫，能否对其进行生态控制是直接关系到我国北方华北落叶松林健康发展的重大问题。

昆虫与寄主植物在长期相互适应过程中，寄主植物产生的化学信息物质对植食性昆虫具有一定的嗅觉行为反应［3］，引诱植食性昆虫在寄主植物上进行取食、交配、产卵等［4-5］。昆虫对寄主植物释放的信息化学物质的识别主要依赖触角表面上的不同类型的感器［6］，不同昆虫触角表面的感器种类、形态、分布及数量等差异较大，甚至同种昆虫的雌雄虫感器也不尽相同。因此，研究昆虫触角感器有助于深入了解昆虫化学通讯系统［7］，对于研究昆虫与植物环境之间的信息交流至关重要。

目前对华北落叶松鞘蛾的研究主要集中形态学特征和生物学特性研究［2］、性引诱剂及应用技术研究［8-9］、华北落叶松鞘蛾防治技术等等方面的研究［10］，但是对华北落叶松鞘蛾的触角感器观察未见报道。本文利用扫描电镜对华北落叶松鞘蛾雌雄成虫触角形态、各种感器的大小、分布、数量及雌雄虫间感器差异进行观察分析，并根据感器形态推测其可能具有的功能，为进一步揭示昆虫的嗅觉行为反应、感受信号物质的机制和探索利用植物源引诱剂对华北落叶松鞘蛾进行综合防治提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试虫源

华北落叶松鞘蛾于2021年5月28日采自山西省管涔山国有林管理局闫家村林场（38°38′28.608″N，111°50′11.040″E），将带有鞘蛾蛹的枝条剪下，用5层棉纱布轻轻将枝条包裹住，喷少量水（纱布不滴水）使纱布保持一定的湿度，带回实验室，将裹着鞘蛾蛹的纱布置于温度为（23±1） ℃、相对湿度65%±5%、光周期18L∶6D的人工气候箱中培养。

1.2 样品的制备与观察

（1）固定：待华北落叶松鞘蛾羽化后，选择生长健康的华北落叶松鞘蛾雌雄成虫各10头，按照性别分别放入2.5%戊二醛固定液中固定24 h（0~4 ℃）。（2）清洗：取出成虫，用解剖刀和镊子在体视显微镜（Leica EZ4HD）下把华北落叶松鞘蛾头部摘下，并将雌、雄成虫的触角分开，用新配制的磷酸缓冲液（pH=7.2）清洗3次，每次15 min；（3）脱水：依次用体积分数为30%、50%、70%、80%、90%和100%（2次）的乙醇水溶液对样品进行梯度脱水，每次 10 min。（3）干燥：JFD-320冷冻干燥仪−5 ℃冷冻干燥。（4）镀金：用导电胶将触角固定在样品台上，离子溅射镀膜仪（JEOL JFC-1600）喷金。（5）观察拍照：用扫描电镜（JEOL JEM-6490LV）进行形态观察并拍照。

1.3 数据分析

随机选择完整的雌雄成虫触角各10个，测量触角长度及对整个触角不同感器的数量进行统计，随机测量15个相同类型感器长度和基部直径，用Digimizer4 测量软件对各类感器长度及感器基部直径进行测量，数据均使用SPSS22.0软件计算平均值和标准误。

2 结果与分析

2.1 华北落叶松鞘蛾触角的特征

华北落叶松鞘蛾雌雄成虫触角均为丝状（图1a，图1b），分柄节，梗节和鞭节3部分，整个触角都被大量鳞片包被，靠近鞭节端部鳞片减少，感器着生于鳞片间（图1c）。柄节较粗壮，基部包被于触角窝内，梗节连接于柄节端部凹窝内，呈圆柱形，柄节和梗节被大量鳞片覆盖，只有Böhm氏鬃毛感器成簇分布，没有发现其他感器，鞭节鳞片较少，分布有大量感器。雄蛾触角比雌蛾的稍长，雄蛾触角长（3.39±1.27） mm，雌蛾触角长（2.57±0.33） mm；雌蛾触角鞭节由（43±3）节组成，雄蛾触角鞭节由（46±3）节组成。

图1 华北落叶松鞘蛾触角的一般形态Fig.1 General morphology of the antennae of C.sinensis Yang

2.2 华北落叶松鞘蛾触角感器的形态结构及空间分布

华北落叶松鞘蛾触角鞭节上分布有大量感器，雄蛾鞭节上感器总数大于雌蛾，雌蛾感器的种类多于雄蛾，各类感器的平均长度、感器基部直径及数量不同（表1）。雌雄成虫共有7种感受器：毛形感器（sensilla trichodea， ST）、腔锥形感器（sen⁃silla coeloconica， SC）、板型感器（sensilla placo⁃dea， SP）、锥形感器（sensilla basiconica， SBⅠ）及锥形感器的亚型感器（SBⅡ）、鳞形感器（sensilla squamiformia， SQ）、Böhm氏鬃毛感器（Böhm bris⁃tles， BB），栓锥形感器（sensilla styloconica， SST）只在雌蛾触角被发现，零星分布在其鞭节上。柄节和梗节被大量鳞片覆盖，只观察到Böhm氏鬃毛感器。

表1 华北落叶松鞘蛾成虫触角感器的组成Table 1 Composition of antennal sensilla of adults of C.sinensis Yang

2.2.1 毛形感器

毛形感器分布于华北落叶松鞘蛾触角各节鞭节上，是数量最多的一类感器，与触角表面成15~60º角，有的稍微弯曲（图2a，图2c），有的弯曲程度很大，和触角表面几乎平行（图2b），着生于表皮皱褶形成的臼状窝内，由基部向端部逐渐变细，感器表面布满很浅的纵纹。雄蛾毛形感器数量（678±16）显著多于雌蛾（601±11），雄蛾毛形感器长度（22.3±1.3） μm 显著长于雌蛾（15.3±1.1） μm，雄蛾基部直径（2.0±0.4） μm 与雌蛾基部直径（1.8±0.5） μm差异不显著（表1）。

2.2.2 腔锥形感器

腔锥形感器的腔口很大，四周未见缘毛，感觉锥基部较粗，突出于较浅的表皮凹陷处，呈乳头状，表面有明显突起的棱，与触角表面几乎垂直，感器长度较短（图2b，图2d）。雄蛾腔锥形感器数量（235±9）显著多于雌蛾（204±8），雌雄蛾腔锥形感器长度及基部直径差异不显著（表1）。

2.2.3 板型感器

板形感器，着生于鞭节表皮凹陷处，长椭圆状，基部较粗壮，感器表面有纵向纹，与鳞片生长方向相同，与其他感器伴生（图2c）。雌雄蛾板型感器数量、感器长度及基部直径均差异不显著（表1）。

2.2.4 锥形感器

锥形感器，着生于触角鞭节表皮所形成的不规则圆台形隆起的臼状窝中，基部粗壮且挺直，端部较细，与鳞片生长方向平行，感器表面布满横向的瓦楞形纹理，根据锥形感器外部形态的不同，将其分为锥形感器SBⅠ型（图2d）和锥形感器SBⅡ型（图2h）。雌雄蛾锥形感器Ⅰ型数量及基部直径差异不显著，雄蛾SBⅠ型感器长度（20.3±2.7） μm显著大于雌蛾（15.4±2.1） μm（表1）。

锥形感器SBⅡ与锥形感器SBⅠ形态相近，但其靠近端部有一椭圆形突起。雄蛾SBⅡ型感器数量（108±7）显著大于雌蛾（83±6），雌雄蛾感器长度及基部直径差异不显著（表1）。

2.2.5 鳞形感器

鳞形感器零星分布于触角的鞭节，数量很少，其结构与触角表面的鳞片相似，但比鳞片窄小，其外形像柳叶，中部略微宽大，基部和端部较尖细，表面有较深的纵向纹（图2e），与鳞片生长方向几乎平行。雌雄蛾鳞形感器数量、感器长度及基部直径差异不显著（表1）。

2.2.6 Böhm氏鬃毛感器

Böhm氏鬃毛感器成群分布于梗节和柄节，多数垂直于触角表面，长短不一，表面光滑，外形如短刺，基部粗壮，端部尖细（图2f）。雌雄蛾Böhm氏鬃毛感器数量、感器长度及基部直径差异不显著（表1）。

图2 华北落叶松鞘蛾触角感器形态Fig.2 Morphology of antennal sensilla of C.sinensis Yang

2.2.7 栓锥形感器

栓锥形感器分布于触角的鞭节，外形像拇指，较为粗壮，端部有一小腔，腔内的突起呈扁平状（图2g），仅在雌蛾触角上发现栓锥形感器，且数量少（表1）。

3 讨论

昆虫触角上的嗅觉感器对寄主植物的识别过程起着重要的作用，对挥发物有着高度的选择性和灵敏性，是昆虫接受外界化学信号刺激的主要器官［6］。昆虫触角感器在昆虫的寄主定位、取食、产卵、交配等方面具有重要作用［11］。华北落叶松鞘蛾雌、雄蛾触角长度、感器种类、数量及感器长度等存在差异，这种差异使雌雄虫对外界环境刺激做出不同的反应。雄蛾触角鞭节46节，雌蛾触角鞭节43节，雄蛾鞭节长于雌蛾鞭节，与杨慧等研究兴安落叶松鞘时发现雄性比雌性常多1个鞭亚节的结果类似［12］，雄蛾鞭节较多也可能与雄蛾在性成熟时寻找配偶有关。兴安落叶松鞘蛾成虫触角上共有8种感器，比华北落叶松鞘蛾多1种叉形感器，2种鞘蛾除了感器种类略有差异，各类相同感器的数量及感器长度等也不尽相同，这可能是生活习性和生存环境不同，触角的大小，感器的种类、数量、大小及分布等也向趋同和趋异两个方向发展［13］。

毛形感器在华北落叶松鞘蛾成虫触角上的数量最多，分布于各个鞭节，这可能与毛形感器具有感受机械刺激，识别植物气味和昆虫释放的化学信息素有关［14-15］。本研究发现雄成虫毛形感器在长度和数量上显著大于雌成虫的，与杨慧等对兴安落叶松鞘蛾触角感器的研究结果类似［12］。有研究证实，触角上的毛形感器的功能主要是感知性信息素［16］，大多数雄虫比雌虫对于性信息素更敏感［17］，求偶阶段，雄蛾可能利用大量的毛形感器去感知雌蛾释放的性信息素，这或许也是华北落叶松鞘蛾雄虫触角上毛形感器明显多于雌虫的原因。

腔锥形感器有两种类型，一种是中心锥周围有数量不等的缘毛，似菊花花瓣一样包围着中心锥，有学者认为缘毛对锥体具有保护作用［18］；另一种是没有缘毛的，只是锥形凸起突出于触角表皮的较大且深的凹陷处，有的昆虫触角上同时具有这两种感器［19］，本研究发现华北落叶松鞘蛾的腔锥形感器没有缘毛。腔锥形感器可以感受水分、二氧化碳、热量［20］，还可以感知寄主植物释放的化学物质［21］，昆虫可能利用腔锥形感器与外界较大的接触面积来识别外界的气味分子［22］。

锥形感器具有嗅觉功能，可以感知寄主植物释放的挥发性化学物质及昆虫释放的信息素［15］，雄蛾锥形感器长度显著大于雌蛾，杨慧等［12］也发现兴安落叶松鞘蛾锥形感器雄蛾较长，推测雄性较长的感器可能与性信息素识别有关［23］。

Böhm氏鬃毛感器只在华北落叶松鞘蛾的柄节和梗节观察到，与其他学者对别的鳞翅目昆虫触角感器的研究结果类似［12，24-25］。有研究证实，当昆虫的生活环境发生变化时，Böhm氏鬃毛是机械型感器，昆虫在受到外界机械刺激时，可以控制触角的移动速度，对触角起到缓冲的作用［26-27］，推测Böhm氏鬃毛感器可能通过改变触角的移动速度来保护触角。

板形感器在膜翅目昆虫触角上分布较普遍，而在鳞翅目昆虫中并不多见，杨慧等发现鳞翅目昆虫兴安落叶松鞘蛾和松瘿小卷蛾触角上存在板形感器，推测其可能承担味觉和嗅觉的功能［12，22］，兴安落叶松鞘蛾与华北落叶松同为鞘蛾科鞘蛾属，推测华北落叶松鞘蛾的板形感器也可能承担味觉的功能。

鳞形感器在鳞翅目昆虫中分布较普遍［12，28］，本研究中鳞形感器在形态上与杨慧等［12］对兴安落叶松鞘蛾的研究结果存在差异，杨慧等研究发现鳞形感器在外形上像圆柱形或长圆形，而本研究中鳞形感器形似柳叶状，且其上面有纵脊，目前对鳞形感器功能的相关报道比较少，有待进一步的研究。

栓锥形感器不仅数量少，形态单一，且只在雌蛾触角上有发现，而杨慧等［12］对兴安落叶松鞘蛾的研究中发现的栓锥形感器不仅数量较多、雌雄蛾中均有分布，且形态种类也较多，推测其具有感受湿度、味觉和嗅觉的功能［29］。

本研究仅利用扫描电镜对华北落叶松鞘蛾雌雄成虫触角形态及各类感器进行了观察，比较了雌雄虫的触角长度、感器种类、大小及数量，并分析了不同感器可能具有的生理功能，各类感器功能是靠前人的推测而来，还需要结合透射电镜技术，进一步用电生理等试验来验证。本研究为今后利用植物源引诱剂、性信息素或人工合成驱避剂等防治华北落叶松鞘蛾提供科学依据。

4 结论

华北落叶松鞘蛾雌雄成虫的触角均为丝状，整个触角都被大量鳞片包被，感器着生在鳞片间，雄蛾触角长度大于雌蛾触角长；雌蛾触角鞭节由43±3节组成，雄蛾触角鞭节数多于雌蛾的。雌雄成虫共发现7种感受器：分别为毛形感器、腔锥形感器、板型感器、锥形感器（2种亚型）、鳞形感器、Böhm氏鬃毛感器，栓锥形感器只在雌成虫触角上观察到。柄节和梗节被大量鳞片覆盖，只观察到Böhm氏鬃毛感器。华北落叶松鞘蛾雌、雄成虫触角大小不同，感器在种类、数量以及形态特征方面存在一定差异。