柑橘大實蠅產卵器的超微結構觀察(雙翅目:實蠅科)

周仁迪,桂連友*,劉梅柯*,何章章,楊 璇,華登科,劉文茹,姜振宇,湯建濤,孫康林

(1. 長江大學農學院,湖北省農林病蟲害預警與調控工程技術研究中心,湖北荊州 434025;2. 湖北省農業科學院,農業質量標準與檢測技術研究所,武漢 430064)

柑橘大實蠅Bactroceraminax(Enderlein)屬于雙翅目實蠅科,是柑橘類重要害蟲之一(陳世驤和謝蘊貞,1955;羅杰等,2016;楊璇等,2022)。柑橘大實蠅雌蟲產卵于柑橘幼果中,幼蟲在果實內部蛀食,常使果實未熟先黃并提前脫落,使其完全失去食用價值,嚴重影響柑橘產量和品質(黃大樹等,2007;王小蕾和張潤杰,2009)。

雌性昆蟲的外生殖器稱為產卵器,在昆蟲交配、產卵和排泄行為中發揮著關鍵作用(Norrbom and Kim, 1988)。產卵器的基本構造為管狀構造,由三對產卵瓣構成,分別為第一產卵瓣(腹產卵瓣),第二產卵瓣(內產卵瓣)和第三產卵瓣(背產卵瓣)(Hünefeldetal., 2012)。昆蟲的產卵器主要分為兩大類:產卵器或真產卵器,起源于腹節附肢,保留了產卵器最基本的產卵瓣結構,并出現了相應的發展、特化或消失。如直翅目、半翅目和膜翅目等的產卵器;另一類是偽產卵器,其產卵瓣的結構己經退化或與腹部愈合,不具備由附肢特化的產卵瓣結構,只是腹部后端幾個體節逐漸變細,可以伸長、收縮、套疊的管狀結構。如鞘翅目葉甲科、雙翅目實蠅科和鱗翅目姬蜂科的產卵器(張璐,2015)。

雙翅目實蠅科昆蟲的偽產卵器是由第7、8和9腹節演化而來(Drew, 1969; Dodson, 1978; Norrbom and Kim, 1988; 吳佳教等,2009)。第7腹節為產卵器基節,背腹扁平,背板和腹板在側面愈合,1對氣門位于腹外側,腹板向前形成了一個三角形區域,其前部形成了一個薄的卵圓形膜(Drew, 1969; Stoffolano and Yin, 1987)。第8腹節為翻縮膜(eversible membrane),長而柔軟呈管狀(Hanna, 1938; Steyskal, 1986),具三角形骨化齒或鱗片(Hanna, 1938; Stone, 1942; Drew, 1969; Dodson, 1978; Stoffolano and Yin, 1987; Norrbom and Kim, 1988)。第9腹節為產卵針,由一塊背片和兩塊腹片組成,背片高度骨化,一直延伸到尖端,腹片短于背片(Drew, 1969; Stoffolano and Yin, 1987)。兩塊腹片之間、背片與腹片之間均以柔性的角質層或柔性膜連接(Berube and Zacharuk, 1983; Stoffolano and Yin, 1987)。靠近產卵針的尖端的兩側有2個凹槽,每個凹槽內有3對化學感受器(Stoffolano and Yin, 1987)。在實蠅科昆蟲中,產卵器的生殖孔和肛門開口合為一體,從而形成了泄殖腔結構(Dean, 1935; Stoffolano and Yin, 1987)。實蠅科昆蟲的產卵器內部不僅有調節產卵器內部液體壓力的泵和閥門,還有直腸、輸卵管、氣管和血淋巴(Dodson, 1978; Berube and Zacharuk, 1983)。除此之外,還存在肌肉組織,如內腹肌(Medioventral muscle)、側腹肌(Lateroventral muscle)、背腹肌(Tergosternite muscle)、背肌(Dorsal muscle)(Ovchinnikova, 2008; Ovtshinnikova, 2010; 2012; Berube and Zacharuk, 1983)。產卵器收縮時,首先第9腹節(產卵針)折疊在第8腹節內(翻縮膜),然后再一起折疊在第7腹節內(基節),因此,形成了產卵針、翻縮膜和基節3個腹節的套疊(Drew, 1969; Berube and Zacharuk, 1983)。

柑橘大實蠅的產卵器在產卵過程中能夠完成多種運動類型,如套疊、彎曲、伸長和收縮(李宗鍇等,2014;桂連友等,2020)。在產卵過程中,用產卵器敲擊柑橘果實表面,找尋合適產卵位點,確定位點后,基節留在果實外,翻縮膜伸展產生壓力使產卵針垂直刺入果實,產卵針刺入合適深度后在橘果中產卵(尤克西等,2012;李宗鍇等,2014)。基于光學顯微鏡,對柑橘大實蠅產卵器的形態結構研究較多,柑橘大實蠅產卵器基節為橙褐色,表面密被細毛,大致為漏斗狀,背腹扁平,端部細長、漸尖;翻縮膜的中部有鱗片狀紋;產卵針表面光滑無鋸齒,末端尖銳且堅硬,利于雌蟲刺穿果皮(Christenson and Foote, 1960; 李宗鍇等,2014)。而基于掃描電鏡,對柑橘大實蠅產卵器感器的觀察結果尚未統一,張國娜(2012)僅清晰的觀察到有毛形感受器和鐘形感受器,宋傲群等(2015)僅清晰的觀察到有毛形感受器和腔錐形感受器。

綜上所述,有關柑橘大實蠅產卵器的超微形態結構研究較少,特別是對其產卵器的內部結構包括其套疊結構的描述未見報道。本研究基于光學顯微鏡、掃描電鏡、石蠟切片和透射電鏡觀察,對柑橘大實蠅的產卵器形態結構進行觀察描述,將為理解昆蟲進化和多樣性,以及分析昆蟲的產卵、交配和代謝物排泄等行為機制提供新的例證。

1 材料和方法

1.1 供試蟲源

2020年10月從湖北省宜昌市(30°37′N, 111°3′E)未采取防控措施的柑橘園采集蟲果,帶回長江大學昆蟲生態學實驗室,埋在河沙(厚度5～7 cm)中,幼蟲化蛹后,分期分批收集蛹,轉移到盛有河沙(厚度5～7 cm) 的塑料盆中(直徑17 cm,高11 cm),保持土壤濕度20%左右。收集羽化后的成蟲,置于養蟲籠(35 cm×35 cm×35 cm)中飼養,飼喂的食物是酵母菌浸粉(純味型,青島海博生物技術有限公司)和蔗糖化學純(北京康普匯維科技有限公司),并按1∶3的質量比混合(何章章等,2022)。室內環境條件溫度為25±2℃、相對濕度為65%±5%,以所飼養的20日齡雌蟲作為供試蟲源。

1.2 研究方法

1.2.1基于光學顯微鏡對產卵器的解剖、觀察和測量

產卵針收縮狀態下的產卵器樣本:在徠卡光學顯微鏡下,剪去其頭部、胸部以及腹部1～5節,僅保留收縮狀態下的產卵器樣本;產卵針完全伸出產卵器樣本:在徠卡光學顯微鏡(Leica M205A)下,首先剪去雌成蟲的頭部和胸部,然后用鑷子擠壓腹部,使產卵針完全伸出,待產卵針不收縮后,將腹部1～5節去除,獲得產卵針完全伸出產卵器的樣本;最后進行觀察和測量(Drew, 1969),記錄產卵器各組成部分的長度與寬度(各部分的1/2處)。共測試24頭成蟲。

1.2.2基于掃描電子顯微鏡對產卵器超微形態觀察和拍照

第一步:固定。用2.5%戊二醛將上述產卵器固定。第二步:清洗和脫水。首先將樣品放入磷酸緩沖鹽溶液(PBS)中,然后用超聲波清洗 10 s,最后用30%、50%、70%、90%和100%乙醇溶液依次梯度脫水。第三步:干燥。將產卵器置入冷凍干燥機(Christ-Alpha 1-2 LD)干燥。第四步:噴金。將產卵器放在粘有雙面碳導電膠帶(8 mm×20 mm,浙江立晶光電科技)的掃描電鏡樣品臺(直徑12.7 mm)上;將樣品臺放于離子濺射儀(Quorum-SC 7620)中,噴金60 s。第五步:掃描觀察。將樣品臺放在掃描電子顯微鏡(TESCAN-VEGA 3 SBU)中觀察和拍照。

1.2.3產卵器石蠟切片的掃描、觀察和測量

第一步:固定。分別取產卵器在收縮狀態和部分伸出狀態時標本,固定于4%多聚甲醛。第二步:脫水、透明和浸蠟。將上述樣本先進行乙醇梯度脫水,然后用無水乙醇和二甲苯進行透明,最后浸蠟。第三步:包埋和切片。將上述樣本通過包埋機(KD-BM)包埋制作成蠟塊,隨后用石蠟切片機(RM2016)切片,最后放進60℃烘箱(DGX-9003B)內烤片。第四步:染色。將上述切片用HE(蘇木精-伊紅)染色。第五步:掃描觀察和測量。首先將上述切片置入倒置熒光顯微鏡(NIKON ECLIPSE TI-SR)下初步觀察,然后在切片掃描儀(Pannoramic DESK, P-MIDI, P250, P1000)下將所需要的部分進行掃描成像,最后用Caseviewer 2.3軟件對產卵器的各部分長度進行測量。

1.2.4基于透射電子顯微鏡對產卵針內部超微形態結構進行觀察和拍照

首先將解剖雌蟲的產卵器的產卵針樣本固定在1%鋨酸中,然后放于不同濃度的乙醇及丙酮中脫水,接著用包埋劑包埋,放于60℃烤箱中聚合,將其置于超薄切片機(Leica UC7)中進行切片,緊接著使用2%醋酸鈾染色,再在2.6%枸櫞酸鉛溶液中染色,最后在透射電子顯微鏡下觀察(HT7800/HT7700),采集圖像分析。

1.3 命名參考

產卵器的各部分名稱參考McAlpine(1973)、McAlpine(1977)、Freidberg and Mathis(1986)和Norrbom and Kim(1988)。感受器的命名參考Dickensetal.(1988)、張國娜(2012)和宋傲群等(2015)。肌肉命名參考的是Berube and Zacharuk(1983)和Ovtshinnikova(2012)。

2 結果與分析

2.1 基于光學顯微鏡對柑橘大實蠅產卵器的形態結構觀察與測量

柑橘大實蠅成蟲產卵器分為產卵器基節、翻縮膜和產卵針(圖1),基節分為基節基部與基節端部,翻縮膜分為骨化部和膜質部,骨化部又分為骨化帶和骨化環,產卵針分為基部和端部。產卵器基節、產卵器基節基部和產卵器基節端部的長度分別為5.292±0.077(M±SE,下同)、3.319±0.036和1.972±0.057 mm,其寬度分別為1.975±0.024、1.522±0.023和0.453±0.008 mm;翻縮膜、骨化部、骨化帶、骨化環和膜質部的長度分別為5.296±0.114、2.662±0.046、1.772±0.036、0.891±0.024和2.634±0.096 mm,其寬度分別為0.870±0.025、0.574±0.018、0.301±0.008、0.288±0.007和0.296±0.010 mm;產卵針、產卵針基部、產卵針端部的長度分別為5.114±0.079、4.815±0.080和0.300±0.016 mm,其寬度分別為0.290±0.008、0.164±0.004和0.126±0.005 mm;產卵器的長度為15.695 ±0.235 mm。測量發現,產卵器基節、翻縮膜和產卵針的長度幾乎相等。

圖1 柑橘大實蠅產卵器結構Fig.1 Composition of ovipositor of Bactrocera minax 注:①產卵針;②翻縮膜;③膜質部;④骨化部;⑤骨化環;⑥骨化帶;⑦基節;⑧基節端部;⑨基節基部。Note:① Aculeus;② Eversible membrane;③ Membranous section;④ Sclerotized section;⑤ Sclerotized ring;⑥ Sclerotized belt;⑦ Oviscape;⑧ Oviscape distal;⑨ Oviscape basal.

產卵器基節是由連續硬化的角質層組成。呈棕褐色,漏斗狀(圖1),其表面著生大量細小剛毛。在產卵器基節基部靠近腹部第6體節處,有1對骨片和1個圓形透明膜(圖2-A)。產卵器基節基部兩側各有1個氣門(圖2-B)。翻縮膜是淺黃色的柔軟的管狀結構,其基部與產卵器基節相連,端部與產卵針相連。產卵器基節與骨化帶的交界處呈齒狀(圖2-C)。在翻縮膜的近端為骨化帶,有4條縱向的、褐色的柔化的離散帶(圖2-D),其中兩條位于背內側,另外兩條位于腹面外側(圖2-E),其離散帶上有密集的棕褐色顆粒狀斑點,離散帶之間由柔性的角質層連接。骨化環近端與骨化帶相連,遠端與膜質部相連。在骨化環背面和腹面有棕褐色的骨片且網狀排列(圖2-F),其側面也有骨片,但未完全閉合,中間有一條淺黃色的縫隙(圖2- G)。膜質部遠端與產卵針基部相連,膜質部淺黃色,其表面的骨片與骨化環的骨片相似,但比骨化環的骨片小(圖2-H)。產卵針在自然狀態下伸出時,產卵針基部常常有一小部分套疊于膜質部內(圖2-I)。產卵針褐色、劍狀,末端尖銳(圖2-I)。

在產卵器完全收縮狀態下,翻縮膜和產卵針都收縮于基節內(圖2-A),基節端口呈菱形,由4條骨化帶上的離散帶組成4條邊(圖2-J)。在產卵器部分伸出狀態下,骨化帶露出,骨化環部分露出,膜質部未露出,產卵針部分露出(圖2-K)。產卵器完全伸出狀態下,翻縮膜和產卵針均完全從基節中露出,膜質部在伸出或收縮過程中,能夠有較大程度的彎曲(圖2-L),骨化帶和骨化環在伸出或收縮過程中,彎曲程度極低(圖2-L),產卵針不能夠彎曲(圖1)。

2.2 基于掃描電鏡對柑橘大實蠅產卵器的超微形態結構觀察

產卵器基節基部左右兩側各有1個內閉式氣門(圖3-A)。基節與骨化帶之間的交界處有凹陷,而且其凹陷表面有褶皺(圖3-B)。骨化帶上的離散帶表面有排列緊密的多邊形花紋(圖3-C),離散帶之間的膜質表皮上有不規則且不連續的縱向條紋(圖3-D),骨化帶與骨化環的交界處,其膜質表面有半圓形的花紋(圖3-E)。骨化環和膜質部表面均有角質化鱗片,鱗片的一端固定在表皮上,另外一端未固定,鱗片以覆瓦狀排列包圍在骨化環和膜質部表面(圖3-F,J)。相比于骨化環的鱗片,膜質部表面的鱗片的頂端更圓滑,但鱗片更小(圖3-G),其鱗片的端部和中部均有多個小齒狀突起,距離產卵針越近,鱗片上的小齒狀突起越多(圖3-H,I)。

圖3 掃描電鏡下柑橘大實蠅的產卵器的形態特征Fig.3 Morphological characteristics of ovipositor of Bactrocera minax under scanning electron microscope注:A,基節;B,產卵器基節與骨化帶連接處;C,骨化帶表面的離散帶;D,離散帶之間的膜質部分;E,離散帶之間的膜質部分與骨化環的連接處;F,骨化環;G,膜質部;H,鱗片;I,膜質部表面的齒狀突起的鱗片;J,膜質表面翹起的鱗片;K,產卵針基部突起;L,產卵針背片;M,產卵針腹片;N,泄殖腔;O和P,產卵針端部側面凹槽;Q和R,產卵針端部;①,毛形感受器4;②,氣門;③,泄殖腔;④,毛形感受器5;⑤,腔錐形感受器;⑥,鐘形感受器。Note: A, Oviscape; B, Junction between the sclerotized belt and the oviscape; C,Discrete bands of sclerotized belt surface; D, Membranous section between the discrete bands; E, Junction of the membranous section between the discrete bands and the sclerotized ring; F, Sclerotized ring; G, Membranous section; H, Scales; I, Denticulate scales of surface of the membranous section; J, Scales with raised surface of membranous section; K, Protuberance at the base of aculeus; L, Tergite of aculeus; M, Sternite of aculeus; N, Cloaca; O and P, Lateral groove of aculeus end; Q and R, The end of the aculeus; ①, Sensilla trichoid 4; ②, Spiracle; ③, Cloaca; ④, Sensilla trichoid 5; ⑤, Sensilla coeloconic; ⑥, Sensilla campaniform.

產卵針是由1塊背片和2塊腹片組成,背片高度骨化,腹片短于背片。產卵針的基部(背片)的寬度不等,端部船形,僅由背片部分形成,背片頂端漸尖。產卵針基部的凹槽內有多個多邊形花紋(圖3-K)。在產卵針的背面中部和腹面中部形成寬度不等的縱向凹槽,背面中部凹槽未到達產卵針端部(圖3-L,M)。在產卵針腹面末端的凹槽內有產卵孔、交配孔、排泄孔組成的泄殖腔(圖3-M,N)。

柑橘大實蠅產卵器有3種感受器:毛形感受器,腔錐形感受器和鐘形感受器。其中毛形感受器4(Sensilla trichoid 4,ST4)(圖3-A)整體細長,端部尖細,分布于產卵器的基節表面。毛形感受器5表面光滑,端部彎曲,分布在產卵針背片端部的側溝中,在側溝內有5根或7根毛形感受器5(Sensilla trichoid 5,ST5)(圖3-O,P)。腔錐形感受器(Sensilla coeloconic,SCo)呈錐狀,有圓形凹陷,分布在產卵針的背面(圖3-Q)。鐘形感受器(Sensilla campaniform,CA)為圓球狀,位于凹陷中,分布在產卵針的端部(圖3-R)。

2.3 基于石蠟切片對產卵器橫切面形態結構觀察和測量

在產卵器收縮狀態下,觀察產卵器基節上A、B、C和D 4個位置橫切圖(圖4),在產卵器部分伸出狀態下,觀察產卵針、翻縮膜、基節上A、B、C、D和E 5個位置橫切圖(圖5)。翻縮膜和產卵針套疊在產卵器基節內的相對位置,由內及外排列順序為:內層為產卵針(圖4-A～C;圖5-B～D),中間層為緊貼在產卵針外層的翻縮膜(圖4-A～C;圖5-B～D),外層為產卵器基節表皮層(圖4;圖5-B～E)。中間層與外層之間存在一定間隙,處在產卵器基節基部位置的間隙較大(圖4-C;圖5-D),處在產卵器基節端部位置的間隙次之(圖4-A,B;圖5-C)。

產卵針的背片和腹片、以及產卵針內部的直腸、輸卵管,因處在產卵器收縮狀態或部分伸出狀態時的位置不同,其橫切面的形態結構也存在一定差異。HE染色后,紫色為細胞質,藍紫色為細胞核。產卵針的兩腹片之間、背片與腹片之間均通過柔性的角質層連接(圖4-A,C;圖5-A,D)。產卵針背片向側面延伸包裹整個產卵針的背側面,且向側內方延長彎曲呈鉤狀(圖5-A～B)。在產卵器部分伸出狀態下,位于產卵針和骨化帶位置的切片,其背片中部沒有向內凹陷(圖5-A～B)。但在基節位置的切片,產卵針的背片中部均有不同程度的凹陷(圖4-A～C;圖5-C～D)。在產卵針兩腹片之間和產卵針兩側面背片與腹片的交接處均向內內陷(圖4-A～C;圖5-A～D)。除了位于產卵針位置的切片,其產卵針背片兩內側無突起外(圖5-A),其余位置的產卵針背片兩內側均向產卵針中心突起。在基節位置的切片,背片兩內側向內突起形成未封閉的圓環(圖4-A～C;圖5-B～D)。

圖4 基于石蠟切片的柑橘大實蠅產卵器收縮狀態下的產卵器基節內部結構Fig.4 Internal morphological structure of oviscape of Bactrocera minax under the ovipositior contraction based on paraffin section注:橫切面圖:A,基節端部前端;B,基節端部后端;C,基節基部前端;D,基節基部后端。①, 產卵器基節表皮層;②, 翻縮膜;③, 產卵針背片;④, 氣管;⑤, 產卵針腹片;⑥, 直腸;⑦, 輸卵管;⑧, 肌肉;⑨, 泵和瓣膜。Note: Cross section: A, Front end of the oviscape end; B, Back end of the oviscape end; C, Front end of the oviscape base; D, Back end of the oviscape base. ①, Cuticular layer of oviscape; ②, Eversible membrane; ③, Tergite; ④, Trachea; ⑤, Sternite; ⑥, Rectum; ⑦, Oviduct; ⑧, Muscle; ⑨, Pumps and valves.

圖5 基于石蠟切片的柑橘大實蠅產卵器部分伸出狀態下的產卵器內部結構Fig.5 Internal morphological structure of ovipositor of Bactrocera minax under the aculeus partially everted out of sclerotized belt based on paraffin section注:橫切面圖:A,產卵針;B,骨化帶;C,產卵器基節端部;D,產卵器基節基部前端;E,產卵器基節基部后端。①, 產卵針背片;②, 直腸;③, 輸卵管;④, 氣管;⑤, 產卵針腹片;⑥, 翻縮膜;⑦, 肌肉;⑧, 產卵器基節表皮層;⑨, 泵和瓣膜。Note: Cross section: A, Aculeus; B, Sclerotized belt; C, Front end of the oviscape; D, Front end of the oviscape base; E, Base of the oviscape base. ①, Tergite; ②, Rectum; ③, Oviduct; ④, Trachea; ⑤, Sternite; ⑥, Eversible membrane; ⑦, Muscle; ⑧, Cuticular layer of oviscape; ⑨, Pumps and valves.

靠近腹片與柔性的角質層交接處附近、背片側面與背片凹陷交接處附近各有1支支氣管(圖4-C),共4支支氣管。背片凹陷的下方為直腸,輸卵管位于兩腹片間內陷的上方及直腸下方(圖4-B)。在產卵器基節內,存在肌肉,輸卵管、泵或閥以及血淋巴等組織或器官(圖4-C～D;圖5-D～E)。

產卵針的橫向平均長度為197.7 μm,其縱向平均長度為138.6 μm(圖4-A～C;圖5-A～D),產卵針切片的橫向長度超過縱向長度。產卵針背片的未封閉圓環的橫向平均長度為43.1 μm,其縱向平均長度為70.9 μm(圖4-A～C;圖5-C～D),圓環的橫向長度小于縱向長度。背片凹陷的平均深度為43.5 μm,而兩塊腹片內陷的平均深度為69.6 μm(圖4-A～C;圖5-C～D),產卵針的腹片內陷的深度更深。上端兩支氣管間平均距離為93.1 μm,下端兩支氣管間距離為平均76.9 μm,上端到下端支氣管距離相近平均距離為44.0 μm(圖4-C)。

2.4 基于透射電鏡對柑橘大實蠅產卵針的超微形態結構觀察

對產卵針進行橫切片,發現產卵針的內部為肌肉、氣管、輸卵管和直腸等結構(圖6-A)。背片和腹片均為角質層,最外一層為包膜,依次是上表皮、外表皮、中表皮,內表皮和真皮(圖6-B)。產卵針的腹片向內彎曲,且中表皮層較厚,共5層(圖6-A～B)。靠近腹片與柔性的角質層交接處附近、背片側面與背片凹陷交接處附近各有1支支氣管(圖6-A)。

第9節段(產卵針)的背腹肌(Tergosternal muscles of segment 9, TSM9))發達,肌細胞的一端著生于腹片內側(靠近兩腹片柔性的角質層交接處一端),另一端著生于背片內側,斜向連接背片和腹片(圖6-A,C)。輸卵管和直腸均彎曲呈折疊狀,直腸緊貼背片,輸卵管靠近腹片(圖6-A)。輸卵管的管腔小,內壁有數個小褶皺,而且排列整齊。直腸的管腔大,內壁的褶皺比輸卵管的褶皺大,褶皺內部有很大孔隙,彎曲弧度大(圖6-A,D)。

圖6 基于透射電鏡的柑橘大實蠅產卵針內部結構Fig.6 Internal morphological structure of aculeus of Bactrocera minax under transmission electron microscopy注:橫切面圖:A,產卵針部分圖片;B,表皮層放大圖;C,肌肉放大圖;D,輸卵管和直腸放大圖。Ⅰ,腹片;Ⅱ,背腹肌肉;Ⅲ,輸卵管;Ⅳ,直腸;Ⅴ,氣管;Ⅵ,背片;Ⅶ,包膜;Ⅷ,上表皮;Ⅸ,外表皮;Ⅹ,中表皮;Ⅺ,內表皮;Ⅻ,真皮。Note: Section: A, Partial picture of the aculeus; B, Enlarged view of the epidermis; C, Enlarged view of muscles; D, Enlarged view of oviduct and rectum. Ⅰ, Sternite; Ⅱ, Tergosternite muscle; Ⅲ, Oviduct; Ⅳ, Rectum; Ⅴ, Trachea; Ⅵ, Tergite;Ⅶ, Envelope; Ⅷ, Epicuticle; Ⅸ, Exocuticle; Ⅹ, Mescuticle; Ⅺ, Endocuticle; Ⅻ, Epidemis.

3 結論與討論

柑橘大實蠅雌蟲產卵器由產卵器基節(腹部第7節)、翻縮膜(腹部第8節)和產卵針(腹部第9節)3部分組成,這些結構組成與其他學者研究的實蠅科昆蟲的產卵器組成類似(Drew, 1969; Berube and Zacharuk, 1983; Stoffolano and Yin, 1987)。其骨化帶、骨化環、膜質部三者之間除了有明顯形態特征差異外,還因為它們之間的彎曲程度也存在差異,如膜質部彎曲程度較大(李宗鍇等,2014;桂連友等,2020),骨化帶和骨化環彎曲程度極小,因此,本實驗將翻縮膜進一步分為骨化部和膜質部,又將骨化部分成骨化帶和骨化環。

本研究首次基于石蠟切片觀察表明,柑橘大實蠅產卵器在收縮狀態時,首先產卵針折疊在翻縮膜內,然后再一起折疊在基節內,因此,形成了產卵針(內層)、翻縮膜(中間層)和基節(外層)3個腹節的套疊。這些套疊結構與其他學者研究實蠅科昆蟲產卵器套疊結構類似(Drew and Hardy, 1981; Stoffolano and Yin, 1987; 李宗鍇等,2014)。產卵器收縮時,會將產卵針收縮在產卵器基節內,因此,本研究認為產卵器基節呈漏斗狀,其形態和大小與產卵針和翻縮膜在收縮于基節內時需要的內部空間密切相關,同時這樣的收縮功能有利于在其運動過程中保護產卵針不受傷害,也因其體長縮短,更有利于其在復雜環境中快速運動。

研究結果表明,柑橘大實蠅產卵器基節的基部固定于腹末,端部游離,盡管產卵器基節可以旋轉搖擺,但并不能伸出和收縮。產卵針本身不能夠伸出、收縮或彎曲,它是隨著翻縮膜的伸出、收縮或彎曲而發生運動。柑橘大實蠅產卵器上骨化環和膜質部的表面具有小齒和無齒兩種類型的鱗片狀結構并且網狀排列,Drew and Hardy(1981)研究Ducus(Bactrocera)opiliae的產卵器上也存在這兩種鱗片結構。柑橘大實蠅骨化帶上有4條離散帶,其離散帶數量、位置及形態與Drew(1969)研究Urophorauflnis和Urophoraquadrifasciata結果類似。Drew and Hardy(1981)認為D.opiliae的鱗片能增加膜的韌性。蘋果實蠅Rhagoletispomonella(Stoffolano and Yin, 1987)、Anastrepha屬和Toxotrypana屬(Norrbom and Kim, 1988)的產卵器上的鱗片有助于固定腹部或產卵針的基部。骨化帶上的離散帶及離散帶上的顆粒狀結構,以及骨化環和膜質部表面有網狀排列的鱗片狀結構,它們可能在產卵器做徑向和軸向運動時起支撐作用,也可以在產卵器伸出、收縮及套疊過程中減少阻力(張占立,2007)。鱗片以覆瓦狀排列在骨化環和膜質部表面,這種類似蛇皮表面的腹鱗結構,既可以防止自身的水分蒸發,又對外界的各種理化刺激及冷熱變化有一定的抵抗作用,是翻縮膜很好的保護層(張占立,2007)。

柑橘大實蠅產卵針的背面(背片)中線、側面(背片與腹片連接處)和腹面中線(2腹片連接處)存在寬度和深度不同的縱向凹槽或縫結構,這些結構與其他學者研究實蠅科昆蟲產卵針的結構類似(Berube and Zacharuk, 1983)。推測這些結構可能與雌雄成蟲交配時,雄成蟲的抱握器夾持雌成蟲的產卵器行為有關(Eberhard and Pereira, 1993)。

產卵針背片、腹片及背片與腹片之間連接的柔性角質層內存在發達的中皮層(Hackman, 1971),可能是背腹肌(TSM)收縮和舒張交替進行,驅動背片和腹片相對運動,使其背片兩側面向內突起形成1個未封閉的環、操控其背片、側面和腹面向內凹陷、或調節產卵針內部的徑向寬度,從而擴大或縮小產卵針內部的空間。這種結構有利于其成蟲排泄和產卵(Stoffolano and Yin, 1987)。

柑橘大實蠅產卵器的表面有毛形感受器、腔錐形感受器和鐘形感受器這3種類型感受器。這些感受器位置與類型與其他學者研究的實蠅科昆蟲結果類似(Stoffolano and Yin, 1987; 張國娜,2012;宋傲群等,2015)。但在數量上存在一些不同,Stoffolano and Yin(1987)研究認為在蘋果實蠅的產卵針端部的兩條側溝內有3對化學感受器,Ritter and Vasey(1989)研究認為在Eurostasolidaginis的產卵針端部的兩條側溝內,其中一條側溝內為2根化學感受器,另一條為3根化學感受器。本研究的柑橘大實蠅的產卵針端部的側溝內存在5根或7根兩種數量的毛形感受器5(ST5)。

產卵器上的感受器在雌蟲交配、產卵及尋找產卵場所過程中具有重要作用。橘小實蠅Bactroceradorsalis的產卵器上的毛形感受器均具有觸覺功能,能幫助雌蟲選擇合適的產卵場所(張國娜,2012)。在產卵過程中,蘋果實蠅產卵器上的毛形感受器能監測產卵器的運動,并提供產卵器位置信息(Stoffolano and Yin, 1987),在交配過程中感知產卵器延伸到雄蟲生殖器的程度(Hooper and Pitts, 1972)。Luciliacuprina產卵器上的鐘形感受器可以給雌蠅提供信息反饋,從而調節產卵量(Rice, 1976)。Aedesaegypti生殖器上的鐘形感受器可能只在交配過程中起作用(Rossignol and McIver, 1977)。張國娜(2012)推測實蠅產卵器上的鐘形感受器,可能在實蠅選擇產卵場所時具有重要的作用。柑橘大實蠅產卵器上的腔錐形感受器可能根據溫濕度幫助雌蟲選擇適宜的產卵時機,并且感受寄主的揮發物質(宋傲群等,2015)。目前,對于柑橘大實蠅產卵器上的3種感受器的具體功能還有待于進一步研究。

有關實蠅科昆蟲產卵器運動的操縱機制的文獻報道有4篇。如Dean(1935)對蘋果實蠅、Hanna(1938)對地中海實蠅Ceratitiscapitata、以及Berube and Zacharuk(1983)對Urophoraaffinis和U.quadrifasciata的進行了詳細研究。這些研究均表明,腹部第1～6體節內部收縮,壓力減小,腹部血淋巴通過產卵器基節的瓣膜(泵和閥)流入產卵器內,基節內的第1對背側肌肉DM1 vii收縮,關閉瓣膜;第2對背側基節肌肉DM2 vii隨后收縮,向后牽拉腹側背內側葉,使得第7和8段的血淋巴壓力增加,從而促使翻縮膜伸長,而產卵器的收縮是其內部的肌肉運動引起的。另外,李宗鍇等(2014)研究認為,自然狀態下的柑橘大實蠅翻轉膜(翻縮膜)在鱗片狀紋處內折入基節內,僅露產卵管針突部分,產卵器伸長時翻轉膜內疊部分恢復伸展,使產卵管完全露出。產卵針以產卵器基節為中心旋轉,產卵器彎曲甚至可超過180°,呈 γ 形。并推測其彎曲原因:在產卵器翻轉膜內壁分布有肌肉組織,通過兩側肌肉牽拉,相對應收縮—伸展使得產卵器可彎曲。產卵管要刺穿果皮需要極大的壓力,壓力則依靠翻轉膜的伸展來獲得,那么翻轉膜內就存在發達的肌肉組織,但李宗鍇等(2014)這些推測未經解剖驗證。柑橘大實蠅基節內存在泵和閥及其控制泵和閥門的肌肉這一結論還有待驗證。目前,柑橘大實蠅產卵器運動的操縱機制并不清楚,有待于進一步研究。

綜上所述,柑橘大實蠅產卵器屬于偽產卵器,由于長期進化或演化形成這些獨特的結構或組織,如(1)產卵器基節呈漏斗狀且其內含泵和閥的結構;(2)細長柔軟的翻縮膜,其表面有鱗片且網狀排列;(3)產卵針由1塊高度骨化的背片和2塊腹片組成,背片與腹片之間、腹片之間均與柔性角質層(內含發達中皮層)連接,產卵器上有感受器及產卵針內部存在背腹肌。這些結構及組織,一方面為了適應其偽產卵器外翻、彎曲、收縮和折疊的運動機制。另一方面為理解昆蟲進化和多樣性,以及昆蟲的產卵、交配和代謝物排泄等行為機制提供新的例證。