红脉穗螟雌成虫生殖系统形态特征与卵巢发育分级研究

都梓萌,崔广超,李志东,周 祥,郭技星

(海南大学植物保护学院/热带农林生物灾害绿色防控教育部重点实验室,海口,570228)

红脉穗螟TirathabarufivenaWalk属鳞翅目Lepidoptera螟蛾科Pyralidae,主要分布于中国海南、印度尼西亚、马来西亚和菲律宾等地区,是槟榔、椰子、油棕等棕榈科植物的重要害虫[1-2]。该虫主要以幼虫为害棕榈科植物花穗、果实及嫩叶,其中花穗受害最重,严重时造成花苞枯死,落果等。近年来,海南省槟榔种植面积不断扩大,加上农民对红脉穗螟为害认识不足,部分地区种植方式单一,导致该虫虫源长期累积,为害加剧[3-4]。

红脉穗螟为钻蛀类害虫,发生具有较大隐蔽性,加之槟榔是高大乔木,防治较困难。红脉穗螟发生预测预报是制订害虫综合防治策略的前提。昆虫卵巢发育分级预测法是昆虫种群数量动态预测预报的重要方法之一,通过解剖确定害虫种群卵巢发育级别,不仅能推断害虫防治适期,还可预测种群繁殖能力,对害虫种群发生期和发生量做出准确预测[5-6]。目前已有多种农业害虫基于卵巢分级标准,构建了预测预报应用技术[7-13]。本研究通过解剖红脉穗螟雌成虫生殖系统,建立红脉穗螟雌虫卵巢发育分级标准,为红脉穗螟的生物学研究和田间预测预报提供参考,从而可为该虫的有效综合防治提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验虫源

红脉穗螟幼虫采集于海南省琼海市周边村庄槟榔林,北纬19.23°,东经110.47°,幼虫带回实验室放于养虫笼(长宽高均为20 cm,60目)内,利用人工饲料在温度(28±1) ℃,湿度(75±10)%,每天光暗交替各12 h下饲养。每日检查成虫羽化情况,将羽化后雌雄成虫按1∶1.5放入饲养盒内饲养,提供10%蜂蜜水浸湿的脱脂棉球供成虫补充营养。选取2～4日龄雌成虫6头解剖生殖系统,再选取每日龄雌成虫约10头解剖卵巢管。

1.2 解剖方法

将雌成虫置于冰上昏迷,去除翅和足后,腹部朝上置于泡沫板上,用昆虫针固定;用眼科剪沿腹部中线剪开体壁,使用解剖镊逐步撕开表皮,将内部生殖器完全暴露,加生理盐水浸漫虫体,再用镊子剔除脂肪体及气管,在体视显微镜(OLYMPUS-SZ61)下观察和拍照,记录红脉穗螟雌成虫生殖系统的结构组成及发育变化特征,确定卵巢的分级标准。

1.3 雌成虫产卵量观察

将同日羽化的雌雄成虫成对单独放入饲养盒中,在盒子口盖上纱布供雌成虫产卵,提供浸有10%蜂蜜水的脱脂棉球,每日定时更换纱布,共观察27对,统计每日产卵量,直到雌成虫死亡。

2 结果与分析

2.1 红脉穗螟雌成虫生殖系统

从图1看出,红脉穗螟雌成虫生殖系统由外生殖器和内生殖器组成。

图1 红脉穗螟雌成虫生殖系统

2.1.1 外生殖器

外生殖器主要包括产卵器、导精管、交配囊及其附属结构。产卵器是由腹部第8节至第10节特化形成的可套叠伸缩的管状结构。第9、10腹节形成肛乳突,着生大量长刺形感器,基部平时套入第8节,呈Z字形折叠,自然状态下稍露出腹末,产卵时伸出体外。肛乳突边缘连接着成对后表皮突,前表皮突着生于第8腹节,前、后表皮突弱骨化。产卵孔位于产卵器末端的肛孔之下。

交配囊位于腹部第6节至第7节,呈梨形,中间交配囊片骨化程度较高。交配囊通过交配囊导管与交配囊孔连接,交配囊孔开口于腹部第8节腹板前方;导精管较短,一端靠近交配囊孔开口并连接在交配囊导管上,另一端则连接在生殖腔前端。

2.1.2 内生殖器

内生殖器位于腹部第4节至第7节之间,包括卵巢1对、侧输卵管2根、中输卵管1根、受精囊、附腺和生殖腔。卵巢位于腹部第2节至第6节,左右对称,每侧卵巢由4根卵巢管组成。卵巢管分为端丝、生殖区、生长区和卵巢管柄4部分。4根端丝集合在一起形成1条悬带,附着在卵巢之间的脂肪体上;微气管和脂肪体缠绕在各卵巢管之间。卵巢管基部的卵巢管柄先汇合于侧输卵管,两侧侧输卵管再汇入中输卵管,中输卵管后方与生殖腔相连。

受精囊位于腹部第5节至第7节之间,由受精囊体、受精囊管和受精囊腺体组成。受精囊管基部连接生殖腔前端,稍高于导精管的着生位置,端部连接受精囊体。受精囊体包括受精主囊和受精副囊,受精主囊呈细长棒状,受精副囊为膨大的气泡状。受精囊腺体从受精囊体顶端发出,呈细丝状。附腺着生于生殖腔中后部,包括附腺柄、附腺囊和附腺3个部分。附腺柄管状,顶端连接囊状的附腺囊,附腺囊前端发出两条细长扭曲的附腺。

2.2 红脉穗螟卵的发育形态

红脉穗螟雌成虫卵巢管内排列着不同发育程度的卵细胞,根据卵粒大小、卵黄沉积情况以及颜色变化,可以将卵细胞发育分为3个时期,即卵黄发生前期、卵黄期和成熟期。卵黄发生前期:卵细胞呈半透明乳白色,较小,主要位于卵巢管生殖区。卵黄期:卵细胞出现卵黄沉积现象,少部分呈淡黄色;随着卵黄沉积量的增加,卵细胞颜色加深,到卵黄期后期卵细胞颜色较为一致。成熟期:卵细胞长椭圆形,已具有卵壳,颜色淡黄色,随时能被产出。根据卵细胞的成熟程度,可将红脉穗螟卵巢管生长区分为卵黄发育区和卵成熟区,卵黄期卵细胞位于卵黄发育区,成熟期卵细胞位于卵成熟区。

2.3 卵巢发育分级

根据红脉穗螟1～10日雌成虫龄卵巢管、交配囊、受精囊、附腺囊和脂肪体的颜色变化,以及侧输卵管和中输卵管有无卵粒等情况,将卵巢发育划分为5个级别,即I级.乳白透明期,II级.卵黄沉积期,III级.成熟待产期,IV级.产卵盛期,V级.产卵末期。

I级.乳白透明期:羽化后0～0.5日龄,卵巢小,卵巢管细长,生殖区和生长区白色透明,可见乳白色半透明未成熟的卵细胞;卵巢管柄明显,侧输卵管和中输卵管细长透明;脂肪体乳白色饱满,形状不规则,多为长椭圆形,与少量微支气管缠绕在整个卵巢外部;交配囊乳白色,受精囊和附腺囊白色透明。其中,卵巢管柄清晰可见是I级卵巢的典型特征。

II级.卵黄沉积期:0.5～1日龄,整个卵巢变大。前期卵巢管开始膨胀,卵粒变大,部分有卵黄开始沉积,但卵未成熟,侧输卵管开始膨大。后期卵巢管继续膨胀,形成卵室,卵黄沉积发生,卵成熟区为淡黄色,其余为乳白色;卵巢管柄不明显,侧输卵管和中输卵管无卵粒,这是II级卵巢的典型特征。脂肪体比I级更饱满,形状多为葡萄串状;交配囊乳白色膨大,附腺囊和受精囊乳白色。

III级.成熟待产期:1～2日龄,卵巢管内卵粒开始成熟,排列整齐,卵室界限清晰,管壁出现明显缢缩,卵黄发育区和卵成熟区淡黄色,其余为乳白色。卵巢管柄不明显,侧、中输卵管内出现卵粒。脂肪体长扁圆形,不饱满;交配囊淡黄色,比II级略小,附腺囊浅褐色,受精囊变白色且透明。其中,侧、中输卵管中存在卵粒是卵巢发育进入III级的典型特征。

IV级.产卵盛期:3～8日龄,卵巢占据腹部大部。成熟卵粒数量明显增加,紧密排列在各卵巢管内;卵巢管柄消失,侧输卵管和中输卵管中充满成熟卵粒。脂肪体明显减少,微支气管缠绕在各卵巢管之间;交配囊黄色,附腺囊褐色颜色加深,受精囊萎缩未见,导精管变粗,这是IV级卵巢的典型特征。

V级.产卵末期:9日龄及以上,典型特征为卵巢明显萎缩变小。卵巢管缩短,端部萎缩明显,生长区残留个别成熟卵粒,卵巢管管壁变薄,易破裂。腹腔内脂肪体消耗殆尽,仅存少数絮状代谢物围绕在卵巢周围。交配囊黄色,附腺囊褐色,受精囊萎缩未见,导精管变粗(见图2至图4)。

图2 红脉穗螟雌成虫不同发育阶段卵巢形态特征

图3 红脉穗螟雌成虫不同发育阶段交配囊和受精囊形态特征

图4 红脉穗螟雌成虫不同发育阶段附腺形态特征

2.4 卵巢发育进度与日均产卵量的关系

从图5可以看出,个别雌成虫在2日龄开始产卵,但产卵量低,此时卵巢主要处于成熟待产期;3日龄后,卵巢发育进入产卵盛期,雌成虫产卵量显著上升,平均日产卵达38粒/头;4日龄时日均产卵量最高,为42粒/头,产卵期可持续7～9 d。单头雌成虫产卵量69～448粒不等,平均产卵量213粒/头。

注:不同小写字母表示存在显著性差异(p<0.05)。

3 讨论与结论

本研究描述了红脉穗螟雌成虫生殖系统的结构特征,发现其与其他鳞翅目昆虫的雌性生殖器结构基本相同,外生殖器主要由产卵器、导精管、交配囊及其附属结构组成,内生殖器包含卵巢1对、侧输卵管2根、中输卵管1根、受精囊、附腺和生殖腔。鳞翅目昆虫雌性生殖系统结构相对保守,变异主要来自卵巢管长度,交配囊和受精囊形状、大小,及附腺着生位置等[14]。红脉穗螟交配囊体外形与微红梢斑螟、冷杉梢斑螟相似,呈梨形,但红脉穗螟导精管着生在交配囊导管上,而微红梢斑螟[15]、冷杉梢斑螟[16]导精管则从交配囊顶端发出。红脉穗螟受精囊体为双叶状,包括受精主囊和受精副囊,受精主囊为细长棒状,副囊呈气泡状,与二化螟[17]、玉米螟[18]和椰子木蛾[19]相似;而微红梢斑螟、冷杉梢斑螟、玉米螟的受精囊体为单叶状[15-16,18]。这些生殖系统的差异有助于进一步明确红脉穗螟在螟蛾科近缘种中的分类地位,对探讨雌性生殖器官在昆虫分类中的地位也有一定意义。

昆虫卵巢发育分级预测法是害虫短期预测的关键技术之一,解剖卵巢确定害虫种群的卵巢发育级别,有助于判断产卵高峰期,推断害虫的防治适期[14]。目前已经有多种农业害虫基于卵巢分级标准构建了预测预报应用技术。鳞翅目昆虫的卵巢发育级别一般根据卵巢管卵细胞、交配囊、受精囊、附腺囊及脂肪体的颜色及多少分为5个级别,即乳白透明期、卵黄沉积期、成熟待产期、产卵盛期和产卵末期,如椰子木蛾[19]、小地老虎[20]、稻纵卷叶螟[21]和草地贪夜蛾[22]。刘绍友等[20]将小地老虎的卵巢发育进度分为5级,通过剖检雌蛾卵巢,对陕西关中地区的各时代虫源性质进行判定分析。张孝羲等[21]通过卵巢解剖及发育等级鉴定,确定了稻纵卷叶螟各峰次虫源的性质,并准确预测了产卵高峰期。赵胜园等[22]根据草地贪夜蛾卵巢发育级别、抱卵量、成虫平均日龄、幼虫发育历期等指标,预测了产卵高峰期、下一代幼虫发生期及发生量。甜菜夜蛾雌性生殖系统根据其发育特点分为4个级别,无乳白透明期,产卵量变化与III级卵巢比例有极显著相关性,当III级卵巢比例在50%左右时,达到产卵高峰期[23]。本研究根据红脉穗螟雌成虫生殖器的形态发育特征,将卵巢发育分为5个级别,符合绝大多数鳞翅目卵巢发育分级标准。红脉穗螟雌成虫3日龄后,大多卵巢发育程度达到III级,进入产卵盛期。后续可田间诱捕红脉穗螟雌成虫进行解剖,根据卵巢发育程度预测其发生期,以更准确地推测红脉穗螟防治适期。