棗食芽象甲觸角感器的掃描電鏡觀察

張 鋒，洪 波，王遠征，任 平，李英梅，陳志杰

(陜西生物農業研究所，西安 710043)

棗食芽象甲(ScythropusyasumatsuiKono et Morimoto) 屬鞘翅目，象甲科，又名棗飛象、灰象鼻蟲、棗月象、太谷月象等，是棗樹上的一種重要害蟲[1]。主要分布于陜西、山西、河南等地紅棗主產區[2-4]，它不僅危害棗樹，還危害蘋果、梨、核桃、楊樹、泡桐等多種樹木。該蟲近年在陜西的黃河沿岸延川、清澗、佳縣等地連續暴發成災[5]，成蟲春季主要取食棗樹的嫩芽，嚴重時可將嫩芽全部吃光，導致尖端光禿。棗樹二次萌芽后造成棗吊發育及開花結果延遲，嚴重降低棗果的品質和產量[3]。

研究發現6種棗樹品種棗葉揮發物對棗食芽象甲成蟲的引誘作用不明顯，但是‘贊皇棗’‘壺瓶棗’和‘駿棗’等幾個品種的棗芽揮發物對棗食芽象甲的引誘作用比較明顯，說明棗芽的揮發性氣味能夠對棗食芽象甲的寄主選擇發揮重要作用[6]。昆蟲的嗅覺作用通過一個復雜的辨認識別過程，能夠對寄主植物氣味的“化學指紋圖譜”進行綜合識別[7-8]。因此，只有通過對植食性昆蟲嗅覺感受器的形態與結構進行深入研究，才能進一步闡明其對寄主的嗅覺行為和識別機制[9]。

近年來，國內外學者廣泛關注昆蟲觸角感器的研究，特別對鞘翅目昆蟲的觸角感器進行深入研究。僅在象甲科昆蟲研究領域，目前至少已有20種昆蟲的觸角感器的形態、結構、數量及分布特點被報道[10]，但國內外尚未見關于棗食芽象甲觸角感器研究的文獻。本試驗對棗食芽象甲成蟲觸角的感器類型、形態和分布特點，利用掃描電鏡首次進行觀察和報道，為深入研究棗樹揮發性物質與棗食芽象甲之間的互作機理奠定基礎。棗芽在生長過程中，一些信息化學物質被釋放出來，能夠對棗食芽象甲成蟲的定向活動產生直接影響，因此，探明觸角感器的形態、結構和分布，也將進一步揭示觸角感器在棗食芽象甲尋找寄主的過程中所起的重要作用。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

2015年4月中旬，在佳縣小會坪村未噴施殺蟲劑的山地棗園內采集剛羽化的棗食芽象甲成蟲，通過象甲的形態特征將雌蟲和雄蟲區分開，分別放置于培養皿中，每個培養皿中飼養50頭(性別相同)，用新鮮的棗樹嫩芽進行飼喂。

1.2 觀察方法

在解剖鏡下剪取雌、雄成蟲的頭部各10只，并用鑷子摘取單個觸角，浸入體積分數為700 mL/L的乙醇溶液中，用超聲波清洗儀清洗1 min以除去表面雜質，分別用體積分數為80%、90%、95%和100%酒精進行梯度脫水，觸角樣品自然干燥好后，在掃描電鏡樣品臺上用雙面膠帶按照以下4個角度粘好：背面、腹面和兩個側面，用中科科儀SBC-12離子濺射儀噴金，通過Phenom pro臺式掃描電子顯微鏡對觸角和感器觀察和拍照。電鏡工作電壓為5 kV，樣品放大80～13 000倍。采用Phenom Prosuite控制軟件對觸角及其感器進行測量，各節長度和感器的長度及數量為10個重復樣的平均值，感器的數量為各節中部(100 μm×100 μm=10 000 μm2)面積的數量。

2 結果與分析

2.1 觸角的形態特征

棗食芽象甲的觸角呈膝焰狀，著生在喙管前端兩側；從基部開始分為柄節、梗節和鞭節，鞭節分7個亞節。其中，第1鞭亞節在形態上與梗節相似，第2～6鞭亞節形態相近，第7鞭亞節膨大呈蠟燭火焰狀。棗食芽象甲觸角的各節的平均長度見圖1，鞭節最長，柄節次之，梗節最短。雌蟲觸角長約(1 445.78±96.88)μm，雄蟲觸角長約(1 477.47±132.21)μm，雄蟲觸角比雌蟲觸角長度略長。

圖1 棗食芽象甲雌、雄成蟲觸角各節長度Fig.1 Length of antennal segments of Scythropus yasumatsui

2.2 觸角感器的類型和結構

棗食芽象甲觸角上有7類感器，分別為鱗形感器、端指形感器、毛形感器、刺形感器、錐形感器、栓錐形感器和芽孢形感器。在這些感器中，端指形感器和毛形感器的數量較多。表皮上有少量表皮孔。總的來看，從柄節至第7鞭亞節，以第7鞭亞節上的感器類型最多，有5種類型，其分布最密，數量最多，說明此鞭亞節在其觸角所有部位中的感受能力最強(圖2-a,2-b)。

2.2.1 鱗形感器(Sensilla squamiformia,SS) 鱗形感器呈鱗片狀，像魚鱗單層覆蓋在觸角表面，表面具有縱脊，端部有短小突起，長約(37.79± 2.75)μm，寬約(10.01±1.46)μm，分布在柄節、梗節及第1至第3鞭亞節(圖2-c)。

2.2.2 端指形感器(Finger-like sensillum,FS) 觸角表面有一些圓形或橢圓形的凹窩，端指形感器著生其中，它分為長端指形感器和短端指形感器兩種，長端指形感器長約(72.29±9.15)μm，直徑約(4.79±1.09)μm，短端指形感器長約 (36.70±3.07)μm，直徑約(3.61±0.71)μm，縱長形，表面縱貫脊或溝槽，形狀像微管束，端部分叉，形似手指，傾斜于觸角表面，與觸角表面角度約30～45°。該類感器大小、端部的分指長度和數量略有差別，分布于雌成蟲和雄成蟲觸角的每1節，是棗食芽象甲觸角上分布最廣、數量較多的1種感器(圖2-d,2-e)，鞭節的第7亞節主要分布在下端。

2.2.3 毛形感器(Sensilla trichoid,ST) 毛形感器呈毛發狀，表面具有縱溝，頂端較細，在靠近端部時略微彎曲，呈現弧形，長約(33.0±2.58)μm，在觸角表面傾斜夾角約45°。第5～7鞭亞節有分布，以第7鞭亞節數量最多(圖3-a,3-d)。

2.2.4 刺形感器(Sensilla chaetica,SC) 刺形感器與毛形感器相似，直徑較粗，基部的關節窩較寬，有特別分化向上突起的臼狀窩，基部挺立，頂端較圓鈍，向觸角頂端彎曲，與觸角表面約45°～60°，表面具有縱溝、無孔，長約(48.54±3.84)μm，分布在第7鞭亞節(圖3-a,3-b)。

2.2.5 錐形感器(Sensilla basiconic,SB) 錐形感器較短小，頂部鈍圓，基部無關節窩，向觸角端部傾斜，與觸角呈60°夾角，長約(14.4±1.31)μm，直徑約(1.58±0.12)μm內，數量較少，零散或成簇分布。僅分布在觸角7鞭節。感器的表面孔較多，壁很薄，內部神經細胞較豐富(圖3-c)。

S.柄節 Scape(Sc)；P.梗節 Pedicel (Pe)；f1.第1鞭節 Flagellum 1；f2.第2鞭節 Flagellum 2；f3.第3鞭節 Flagellum 3；f4.第4鞭節 Flagellum 4；f5.第5鞭節 Flagellum 5；f6.第6鞭節 Flagellum 6；f7.第7鞭節 Flagellum 7；a．雌成蟲的觸角(80×) Antennal of adult female(80×)；b.雄成蟲的觸角(80×) Antennal of adult female(80×)；c.雌蟲梗節上的鱗型感器SS(600×) Sensilla squamiformia of pedicel on antennae of adult female(600×)；d．雄蟲第7鞭亞節的短端指形感器FS(2000×) Finger-like sensillum of flagellum 7 on antennae of adult male(2000×)；e．雌蟲第2鞭節的長端指形感器FS(750×) Finger-like sensillum of flagellum7 on antennae of adult female(750×)

圖2 棗食芽象甲觸角感器掃描電鏡照片(Ⅰ)
Fig.2 Morphology of antennal sensilla ofScythropusyasumatsui(Ⅰ)

2.2.6 栓錐狀感器(Sensilla styloconica,SST) 栓錐狀感器底座為圓環形，小錐呈圓柱形，末端鈍圓， 表面具有縱溝，直立， 實心。底座直徑 (3.40±0.18)μm，高(8.27±0.59)μm，感器直徑 (1.22±0.12)μm。頂端有孔，能夠感覺濕度、味覺和嗅覺，只在成蟲觸角第7鞭亞節中上部分布(圖3-e)。

2.2.7 芽孢形感器(Sensilla gemmiformium,SG) 芽孢形感器外形和植物芽孢相似，基部粗大，短小，頂端尖，呈鋸齒狀排列，主要分布在第1至第3梗節之間的節間表面(圖3-f)。

2.2.8 表皮孔(cuticular pore,CP) 表皮孔存在于觸角各節均，呈圓形或橢圓形，向表皮內凹陷，其在各節上的分布位置、數量各不相同，成蟲個體間、雌蟲和雄蟲之間也存在差異。

2.3 雌、雄觸角感器數量及分布的差異

棗食芽象甲雌、雄成蟲觸角各節感器的分布及數量如圖4所示。雌、雄成蟲間觸角感器類型及分布基本一致，但雄蟲觸角總長比雌蟲略長。在雌、雄蟲觸角柄節、梗節和第1～3鞭節分布兩類感器，鱗型感器和端指形感器；在第4鞭節僅分布一類感器，端指形感器；在第5～6鞭節分布兩類感器，端指形感器和毛型感器；在棗食芽象甲觸角第7鞭亞節上各種感器分布類型和數量最多，共有5類感器，分別為錐形感器、毛型感器、刺形感器、端指形感器及栓錐狀感器，這種分布結構可能與第7鞭亞節最先感受外界刺激相適應，并有利于棗食芽象甲的生存繁衍。栓錐狀感器僅在雌蟲觸角第7鞭亞節上分布，而且數量極少。錐形感器分布在觸角第7鞭亞節，形成3個幾乎平行的環狀帶，其分布情況和數量在雌蟲和雄蟲觸角上沒有明顯差異。從數量上來看，毛形感器最多，為123.3個/10 000μm2，其次是端指形感器，平均數量為25.1個/10 000μm2，鱗形感器的平均數量為20.1個/10 000μm2，錐形感器、刺形感器和栓錐狀感器數量較少，分別為11.7、5.9和3.9個/10 000μm2。

a．雌蟲第7鞭亞節的毛型感器ST和刺形感器SC(1000×) Sensilla trichoid and sensilla chaetica of flagellum 7 on antennae of adult female(1000×)；b．雄蟲第7鞭亞節的刺形感器SC(1800×) Sensilla chaetica of flagellum 7 on antennae of adult male(1800×)；c．雌蟲第7鞭亞節的錐形感器SB(3200×) Sensilla basiconic of flagellum 7 on antennae of adult female(3200×)；d．雄蟲第7鞭亞節的毛形感器ST(2700×) Sensilla trichoid of flagellum 7 on antennae of adult male(2700×)；e．雌蟲第7鞭亞節的栓錐形感器SST(13000×) Sensilla styloconica of flagellum 7 on antennae of adult female(13000×)；f．雌蟲第2～3鞭節芽孢感器SG(5500×) Sensilla gemmiformium of flagellum 2-3 on antennae of adult female(5500×)

圖3 棗食芽象甲觸角感器掃描電鏡照片(Ⅱ)
Fig.3 Orphology of antennal sensilla ofScythropusyasumatsui(Ⅱ)

3 結論與討論

研究結果表明，棗食芽象甲雌成蟲和雄成蟲的觸角感器類型和觸角形狀都相似。觸角上著生有7類8種感器，分別為2種端指形感器、1種毛形感器、1種鱗形感器、1種刺形感器、1種錐形感器、1種栓錐形感器和1種芽孢形感器。在這些感器中，毛形感器和端指形感器的數量較多。感器在成蟲觸角上種類與其寄主、棲境及空間分布型等生活習性有關，棗食芽象甲寄主較為單一、食物充足、棲境簡單、在田間為聚集分布[11]，因此其觸角感器類型相對較少。

圖4 棗食芽象甲雌、雄成蟲觸角各節感器的分布及數量(個/10 000μm2)Fig.4 Sensilla distribution and number (sensilla/10 000μm2) of antennal segments of Scythropus yasumatsui

棗食芽象甲觸角鱗形感器主要分布于柄節，其形態與一些象甲上的鱗形感器相似：包括茶麗紋象甲[12]、稻水象甲[13]以及樟子松球果象甲[14]，另外，其與其他象甲的某類觸角感器：如松梢象的棒狀感器[9]、沙蒿大粒象上的板形感器[15]及長足大竹象上的芽形感器[16]比較相似，但分布和數量都有顯著不同。毛型感器的作用是可較早感受各種信息素，據報道在棕櫚象甲觸角的毛形感器壁上發現了具有嗅覺功能的微孔，因此推斷毛形感器屬于嗅覺感器[17]，而在棗食芽象甲的毛形感器上沒有觀察到微孔，可以推斷其不具備嗅覺功能，但從其分布位置和著生方式推斷或許具備機械感器的功能。端指形感器在觸角上從柄節到鞭節都有分布，分布較密集的部位處于第7鞭亞節下緣，在雌雄成蟲觸角上的分布情況和數量差異不大。端指形感器有其自身的獨特功能，目前在鞘翅目中鮮有報道[18]。刺形感器和大多數象甲科昆蟲在形態上相似，主要分布在第7鞭亞節上，適于首先接觸物品，其功能是感受機械刺激[19]。栓錐形感器具有味覺、嗅覺及感受濕度的功能，可能與棗食芽象甲的取食過程關系密切。閻雄飛等[6]報道棗食芽象甲雌蟲對棗樹的揮發性氣味比雄蟲更為敏感，可能與栓錐形感器僅在雌蟲上分布有關。錐形感器的結構可以選擇通透性，屬于嗅覺感器的1種，可以識別并感受植物氣味的刺激[20]。芽孢形感器分布于柄節節間部位，當觸角受到外界的機械刺激時，芽孢形感器能夠起到緩沖重力的功能，因此芽孢形感器或許能夠感受重力的一種機械感器[21]。另外，在棗食芽象甲的觸角上發現了少量表皮孔，其在觸角各節均有分布，可能具有分泌潤滑劑的功能[22-23]。

棗樹棗食芽象甲雌、雄成蟲分布在同一生境，并具有聚集分布特性。羽化后出土，雌雄成蟲都需要補充營養，以便雄蟲尋找雌蟲交配和雌蟲尋找寄主及產卵場所[19]。雖然棗食芽象甲雄成蟲體型比雌成蟲小，但是雄蟲觸角長度平均較雌蟲長，這與觸角較長能夠提高雄蟲的擇偶效率有關，因為雄蟲的擇偶習性主要是憑借觸角定位、接觸和識別雌蟲來完成的[24]。雄成蟲率先識別寄主植物棗樹上的棗芽并進行取食，然后釋放出聚集信息素，吸引同性的雄成蟲進行取食，以及引誘異性雌蟲進行交配。本研究利用掃描電鏡觀察分析棗食芽象甲成蟲觸角的感器類型、形態特征及分布特點，對其觸角感器的功能做了推測，而關于棗食芽象甲各感器的特定功能有待進一步探究，尤其需明確棗食芽象甲與寄主植物間的化學通訊機理，以確定寄主揮發物及與信息素相關的化學物質，對其綜合防治提供理論依據。