灰茶尺蠖雌成蟲生殖器形態(tài)特征與組織結構的研究

張家俠，孫欽玉，葛超美，葉濤，張冉，丁勇

安徽省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，安徽 黃山 245000

灰茶尺蠖（Ectropis grisescensWarren）屬鱗翅目（Lepidoptera）尺蛾科（Geometridae），是危害茶樹的主要食葉類害蟲之一，和茶尺蠖（Ectropis obliquaProut）為形態(tài)結構極其相似的近緣種，統(tǒng)稱茶尺蛾[1]。灰茶尺蠖在國外暫無分布，在中國的安徽、江西、浙江、湖北、湖南、福建、河南、廣東、廣西和香港等省份或地區(qū)均有發(fā)生[1-4]。

目前，對灰茶尺蠖雌成蟲內(nèi)外生殖器官的形態(tài)結構尚未見詳細的研究報道，姜楠等[1]對兩近緣種尺蛾雌成蟲外生殖器的肛瓣、后表皮突、前陰片、囊導管和囊片進行了簡要描述，并未明確各組織的結構特征，限制了其在系統(tǒng)學中應用價值的探討。明確雌成蟲生殖系統(tǒng)的形態(tài)結構，對探討雌性生殖器官在昆蟲分類中的地位具有重要意義。如粉蛉屬（Coniopteryx）的雌蟲生殖器官中交配囊、受精囊等結構是其分類鑒別特征[5-6]。而鱗翅目雌性生殖系統(tǒng)結構的變異主要來自卵管長度、交配囊、受精囊形狀、附腺著生位置等。如小菜蛾的交配囊為圓球形、棉鈴蟲的為長圓形、小地老虎的為“Y”型，這些特征可作為種間鑒定的標準[7-8]。此外，觀察卵巢發(fā)育進度是害蟲預測預報的重要手段，對雌成蟲的卵巢及發(fā)育進度進行區(qū)分比較，建立形態(tài)學標準，可推測田間昆蟲的發(fā)育階段及雌性昆蟲種群的整體生殖地位[8-10]。如劉穎等[11]將柑橘大實蠅[Bactrocera minax(Enderlein)]雌蟲卵巢發(fā)育進度分為5個等級（卵巢發(fā)育初期、卵黃沉積期、成熟待產(chǎn)期、產(chǎn)卵盛期、產(chǎn)卵末期），Ⅰ～Ⅲ級未性成熟，雌蟲以覓食為主要，建議應用蛋白誘餌等誘劑進行誘殺，Ⅳ、Ⅴ級已性成熟，雌蟲主要進行交配和產(chǎn)卵，建議結合性信息素誘殺成蟲。王憲輝等[7]將甜菜夜蛾[Spodoptera exigua(Hü bner)]卵巢發(fā)育進度分為卵黃沉積期、成熟待產(chǎn)期、產(chǎn)卵盛期和產(chǎn)卵末期4個等級，并將3級卵巢的比例作為預測田間產(chǎn)卵量的1個指標等。因此，本文通過解剖和顯微觀察的方法明確灰茶尺蠖雌成蟲內(nèi)外生殖器的形態(tài)結構和組織結構，對卵巢發(fā)育分級、近緣種的鑒別、種群田間發(fā)生規(guī)律以及性信息素研究具有重要指導和參考意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試灰茶尺蠖于2017年5—8月采自安徽省祁門縣和東至縣的茶園。室溫條件下，在安徽省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所養(yǎng)蟲室內(nèi)用茶樹鮮葉進行續(xù)代飼養(yǎng)。

1.2 試驗方法

1.2.1 生殖器結構觀察

參照張家俠等[12]方法進行。先剪去雌成蟲的足和翅，將體軀浸入70%酒精溶液中30 s左右，用清水將蟲體體表清洗 3次，保存于75%的酒精中備用。

解剖時用昆蟲針從前胸中部插入，將其固定在蠟盤上，用解剖針從蟲體背部中央輕輕剝離表皮，直至整個腹腔顯露出來。再將蟲體移到培養(yǎng)皿內(nèi)的載玻片上，置于體視顯微鏡下，用解剖針剔除消化道等組織器官，同時滴入清水進行沖洗，直至生殖器清晰的顯露。

解剖觀察所用體視顯微鏡為上光XTZ-D，用Canon佳能PowerShot-A1100IS數(shù)碼相機進行觀察和圖像采集。

1.2.2 石蠟切片的制作

參照張家俠等[13]方法進行。取出灰茶尺蠖雌成蟲的生殖器置于布安氏固定液中固定4～8 h后，器官經(jīng)不同濃度梯度的乙醇、TO溶劑及兩者混合液進行透明脫水，石蠟包埋，手動切片機（Leica RM2235）連續(xù)切片、貼片處理，蘇木精-伊紅（HE染色）進行染色處理，再重新脫水，制成永久標本片，于順置生物顯微鏡（Olympus BX53）下觀察和采集圖像。

2 結果與分析

2.1 雌成蟲生殖器的形態(tài)結構

灰茶尺蠖雌成蟲生殖系統(tǒng)充滿整個腹部，由內(nèi)生殖器和外生殖器兩部分組成（圖1）。

圖1 灰茶尺蠖雌成蟲生殖系統(tǒng)整體結構圖Fig. 1 General structure of reproductive system of E. grisescens female adult

2.1.1 雌成蟲內(nèi)生殖器結構

雌成蟲內(nèi)生殖器由1對卵巢，2根側輸卵管，1根中輸卵管，1個受精囊，附腺，產(chǎn)卵孔以及外生殖腔組成。

卵巢（Ovary，圖2-A，2-B）：多滋式。1對、由8根卵巢小管組成，左右對稱分布，即每側均有4根卵巢小管。各卵巢小管的下端基部匯合在一起，與側輸卵管連接。

側輸卵管（Lateral oviduct，圖 2-A，2-B）：側輸卵管有 1對，是卵巢與中輸卵管間的 1對管狀物，位于2個卵巢下方，呈乳白色。前端與卵巢小管相連，末端與中輸卵管連接。

中輸卵管（Common oviduct，圖 2-A，2-B）：前端與兩側輸卵管相連，基部開口于外生殖腔（圖 2-D）。中輸卵管乳白色，相對較細長，與2根側輸卵管相連呈“Y”型。

受精囊（Spermatheca，圖2-C）：呈褐色，細長型，是由第Ⅷ腹節(jié)腹板后緣的梯壁內(nèi)陷而成，分為受精囊貯囊、受精囊腺和受精囊管3部分。受精囊基部連接受精囊管，受精囊管開口于生殖腔上[7]。

附腺（Accessory gland，圖2-C）：又稱貯膠囊，1對，透明狀，分為附腺貯囊、附腺管和附腺腺體3部分[7]，能分泌保護卵的物質(zhì)。

2.1.2 雌成蟲外生殖器結構

灰茶尺蠖雌成蟲外生殖器主要由交配囊及其附屬結構、導精管、后表皮突和肛突等部分組成，具體形態(tài)特征見解剖結構圖3。

交尾囊（Corpus bursae，圖3-C）：交尾囊呈袋狀結構，和囊導管相連，位于中輸卵管下方。其附屬結構包括囊尾、囊片、囊導管和交配囊孔。

交尾囊片（Signum，圖 3-C）：一端中間處稍凹，似心型，表面密布長短不一的刺狀突起，邊緣刺突更為明顯，且兩側16根刺突呈對稱分布。

囊導管（Ductus bursae，圖 3-C）：乳白色，細長型，是交尾囊孔與交配囊間的管狀物。

囊尾（Apendix bursae，圖3-C）：乳白色膜質(zhì)，是與交配囊相連的1個小型囊狀結構。

后表皮突（Apophyses posteriors，圖3-A，3-B，3-E）：1對，較細長，左右對稱分布，似鏟狀，內(nèi)柱半骨質(zhì)化，外包被一層乳白色半透明肌肉層。與部分鱗翅目雌成蟲后表皮突的形狀存在明顯區(qū)別[13-14]。

肛突（Papillae anales，圖 3-B）：是第Ⅸ與第Ⅹ節(jié)的外部結構，形成左右對稱的 1對瓣，其上分布很多長絨毛，肛門、產(chǎn)卵孔都開口于其間。

2.2 雌成蟲生殖器的組織學觀察

2.2.1 卵巢

灰茶尺蠖的卵巢小管由圍巢膜、圍膜上皮鞘及卵室組成，其中卵室由固有膜、卵泡上皮細胞和卵細胞組成（圖 4-A，4-B，4-C）。從卵巢小管的縱切片可以看出，卵巢外層是非細胞結構的圍巢膜，內(nèi)層是由細胞組成的圍鞘。圍鞘內(nèi)是由卵泡細胞組成的卵室，室內(nèi)為處于不同發(fā)育階段的生殖細胞和滋養(yǎng)細胞，且卵母細胞與滋養(yǎng)細胞交替排列（圖 4-B）。卵母細胞區(qū)域，能清晰的看見網(wǎng)狀結構，其由原生質(zhì)和卵黃組成。

2.2.2 中輸卵管

中輸卵管位于2根側輸卵管下方，組織結構從外到內(nèi)依次為：外膜、上皮細胞、底膜、管腔等組成（圖4-D，4-E）。上皮細胞多層緊密排列，為柱形上皮細胞，可見細胞核；肌肉層明顯，細胞結構呈棍棒狀結構，細胞核明顯可見；管腔內(nèi)含有大量的脂肪粒。

2.2.3 交尾囊片

圖2 灰茶尺蠖雌成蟲內(nèi)生殖器結構圖Fig. 2 Composition and structure of internal genitalia of E. grisescens female adult

圖3 灰茶尺蠖雌成蟲外生殖器結構圖Fig. 3 Composition and structure of external genitalia of E. grisescens female adult

圖4 灰茶尺蠖雌成蟲生殖器官組織結構圖Fig. 4 Histological structure of reproductive organs of E. grisescens female adult

交尾囊片位于交尾囊內(nèi)部，組織切片顯示，交尾囊片組織內(nèi)部存在明顯的細胞結構，可見細胞核（圖 4-F）。表面相對粗壯的刺狀突骨質(zhì)化程度較高（圖4-F，4-G），周邊小刺突未呈現(xiàn)骨質(zhì)化（圖4-H）。

2.2.4 產(chǎn)卵器

產(chǎn)卵器位于腹部末端，其組織結構由外到內(nèi)依次為：外膜、內(nèi)膜、性腺和內(nèi)腔（圖 4-I—4-M）。外膜為無細胞結構的結締組織，內(nèi)膜表層為齒狀結構，基部存在典型的細胞結構。內(nèi)外膜之間存在大量的濾泡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。性腺1對，主要用于分泌性信息素引誘雄性成蟲，2個性腺之間由具有細胞結構的腺管鏈接[15]。

3 討論

灰茶尺蠖雌成蟲生殖器結構與其他鱗翅目雌成蟲主要結構基本相似，包含內(nèi)生殖器和外生殖器兩部分，內(nèi)生殖器主要由1對卵巢、1對側輸卵管、中輸卵管、受精囊、生殖腔及附腺組成；外生殖器主要由交配囊及其附屬結構、導精管、表皮突及肛突等組成[12,16]。本文對灰茶尺蠖雌成蟲生殖器進行解剖發(fā)現(xiàn)，1對卵巢左右對稱分布，分別由 4根卵巢小管組成，這與鱗翅目昆蟲的卵巢結構基本一致，但也存在卵巢結構不對稱現(xiàn)象，如曹帥等[16]對黑紋粉蝶（Pieris meleteMé né triè s）雌成蟲生殖系統(tǒng)進行結構學研究，結果發(fā)現(xiàn)8根卵巢管左右不對稱，一側由4根卵巢管直接合并，另一側則是相鄰的2根卵巢管先聚成1支，然后2支再聚合。灰茶尺蠖的交尾囊呈袋狀結構，其內(nèi)囊片一端中間處稍凹，似心型，表面密布長短不一的刺狀突，兩側刺突16根，且呈對稱分布，這與姜楠等[1]的結論一致。灰茶尺蠖前表皮突退化，但有 1對結構似鏟狀的后表皮突，結構特征與鱗翅目的微紅梢斑螟（Dioryctria rubellaHampson）等極為相似[17]，而與黃粉蝶亞科的圓翅鉤粉蝶（Gonepteryx aminthaBlanchard）、尖鉤粉蝶（Gonepteryx mahaguru）、斑緣豆粉蝶（Colias erateEsper）等棒狀后表皮突的形態(tài)結構存在明顯區(qū)別[12]。另外，內(nèi)外生殖器組織結構的大小與個體發(fā)育狀態(tài)有密切關系，因此作者未對各組織器官的長短與寬度進行測量。

鱗翅目昆蟲分類的重要依據(jù)就是雌成蟲生殖器官形態(tài)特征。如螟蛾總科（Pyralaidea）分亞科的特征中就包括雌性外生殖器導精管的生出位置（交配囊或囊導管）、交配囊有無支囊、交配囊有無附囊以及囊突形狀等；苔螟亞科（Scopariinae）分屬依據(jù)中包括雌性生殖器有無后陰片、外生殖器第 8節(jié)有無骨化褶等；草螟亞科（Crambinae）分屬依據(jù)包括雌性外生殖器前后表皮突的長度以及是否退化等[18]。雌性生殖器官形態(tài)結構在種的分類上也發(fā)揮著重要的作用。如小苔螟屬（Micraglossa）可依據(jù)交配囊有無囊突、囊導管形狀、導精管生出位置等進行種的分類[18]；王穎[19]根據(jù)雌性外生殖器囊導管有無“V”形骨化環(huán)、前后表皮突長度、囊片形狀、交配孔有無后陰片等特征進行青尺蛾屬（Geometra）內(nèi)種類鑒定，將后陰片兩側有無卵圓形骨片、囊導管是否骨化等作為綠尺蛾屬（Comibaena）分種依據(jù)；劉淑蓉[20]將雌性外生殖器囊導管中部是否密被齒突和囊突在交配囊中的位置及形狀作為中國福利祝蛾屬（Frisilia）的分種依據(jù)等。

此外，雌性生殖器結構在昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中也有重要的價值。如王曉芳[13]研究黃粉蝶亞科黃粉蝶屬（Eurema）、豆粉蝶屬（Colias）、遷粉蝶屬（Catopsilia）等 5個屬發(fā)現(xiàn)，黃粉蝶屬受精囊管形狀以及卵巢管端絲集成的懸?guī)Ьc其余4屬差別明顯，其導精管內(nèi)的藏精包也未退化，而且5個屬中僅遷粉蝶屬和豆粉蝶屬的前表皮突退化消失，這一結果從雌性生殖系統(tǒng)角度支持了劉曉燕等[22]和Braby等[23]通過分子手段構建的系統(tǒng)發(fā)育關系，即黃粉蝶屬是黃粉蝶亞科內(nèi)較原始的屬，遷粉蝶屬和豆粉蝶屬是親緣關系較近的姊妹群。