長林小蠹觸角感器的超微結構

陳煥文 解丹 賈妮婭 于欣禾 許建嬌 遲德富 宇佳

摘要

為了探究長林小蠹Hylurgus?ligniperda（Fabricius）觸角上感器的類型和數量，為進一步探索其對化學信號的感受機制奠定基礎，利用掃描電鏡技術對長林小蠹雌雄成蟲的觸角感器進行觀察。結果表明：長林小蠹觸角上存在5種類型的感器和少量腺孔，包括毛形感器（STⅠ、?STⅡ、?STⅢ亞型）、鋸齒形感器（SZⅠ、?SZⅡ、?SZⅢ亞型）、刺形感器（Sch）、腔錐形感器（Sco）和芽形感器（BS）。毛形感器約占總感器數的61%，鋸齒形感器在觸角的每一節均有分布，占感器總數的24.7%，刺形感器分布在柄節基部和梗節，腔錐形感器只少量散生在部分毛形感器帶上，數量約占4.1%，鞭節端部分布有0～3個芽形感器，且有個體差異。長林小蠹雌雄成蟲間觸角感器的結構和類型無明顯差異，雌蟲STⅠ比例稍多，雄蟲STⅡ比例稍多。

關鍵詞

長林小蠹;?觸角;?掃描電鏡;?感受器

中圖分類號：

S?763

文獻標識碼：?A

DOI：?10.16688/j.zwbh.2022185

Ultrastructure?of?the?antennal?sensilla?of?the?redhaired?pine?bark?beetle，?Hylurgus?ligniperda?（Fabricius）?（Coleoptera：?Curculionidae）

CHEN?Huanwen，?XIE?Dan，?JIA?Niya，?YU?Xinhe，?XU?Jianjiao，?CHI?Defu*，?YU?Jia*

（Northeast?Forestry?University，?Key?Laboratory?of?Sustainable?Forest?Ecosystem?Management，?Ministry?of?Education，?Harbin?150000，?China）

Abstract

To?lay?a?foundation?for?further?exploring?the?sensory?mechanism?of?Hylurgus?ligniperda?（Fabricius）?to?chemical?signals，?the?types?and?number?of?antennal?sensilla?on?male?and?female?adults?were?observed?by?scanning?electron?microscopy.?It?was?found?that?there?were?five?morphological?types?of?sensilla?on?the?surface?of?the?antennae：?sensilla?trichodea?（subtypes?STⅠ，?STⅡ，?STⅢ），?sensilla?zigzag?（subtypes?SZⅠ，?SZⅡ，?SZⅢ），?sensilla?chaetica?（Sch），?sensilla?coeloconica?（Sco），?budshaped?sensilla?（BS）?and?a?small?number?of?cuticular?pores.?The?major?sensilla?ST?accounted?for?about?61%.?SZ?distributed?on?each?segments?and?subsegments?of?antennae?accounted?for?about?24.7%.?Sch?was?distributed?on?the?base?of?scape?and?pedicel.?Sco?was?scatteredly?distributed?on?the?belts?where?ST?was?situated，?accounting?for?about?4.1%.?There?were?0-3?BSs?on?the?terminal?part?of?the?flagellum，?but?there?existed?individual?disparity?in?the?number?of?these?sensilla.?There?was?no?obvious?difference?in?sensilla?structure?and?types?between?male?and?female?H.ligniperda，?but?the?numbers?of?STⅠ?and?STⅡ?were?different?between?them.

Key?words

Hylurgus?ligniperda;?antenna;?scanning?electron?microscope;?sensilla

長林小蠹Hylurgus?ligniperda?Fabricius，1787，又名紅毛小蠹，屬鞘翅目Coleoptera象甲科Curculionidae小蠹亞科Scolytinae切梢小蠹族Tomicini林小蠹屬Hylurgus?Latreille。原產歐洲南部及非洲北部的地中海沿岸，目前已傳播至各大洲［14］，現已入侵我國并造成較大危害［5］。該蟲在世界范圍的寄主樹種約20余種［6］，包括黑松Pinus?thunbergii在內的18種松屬Pinus樹木，也可對冷杉屬Abies、落葉松屬Larix、云杉屬Picea和黃杉屬Pseudotsuga樹木產生一定的危害。一般雌蟲侵入植株后，鉆蛀數條母坑道，吸引雄蟲前來交配、繁殖［7］。另外，除了直接為害松樹外，長林小蠹還可攜同伴生真菌入侵，加快樹木死亡［810］。研究發現，利用植物源揮發物例如α蒎烯、β蒎烯、月桂烯等，以及齒小蠹屬Ips的信息素引誘劑如齒小蠹烯醇、齒小蠹二烯醇和南部松小蠹引誘劑，以及樹木死亡過程中釋放的乙醇，單一或混合均對長林小蠹有一定的引誘效果［1114］。其中以α蒎烯、β蒎烯兩種植物源揮發物和乙醇的復配效果最佳。但是，針對不同發生區的長林小蠹，其引誘規律也有所不同［12，1415］。國外已經將植物源引誘劑做成誘芯，廣泛用于蟲情監測。

昆蟲主要依靠觸角感受外界的化學信號，并利用這些化學信號進行寄主定位、交尾及產卵等活動。觸角上分布著各種感受器，昆蟲通過感受器感受外界化學信號，從而調控自身行為。各種昆蟲觸角感器的類型、比例和分布位置都有一定的差異，各種類型的感器功能也各不相同。不僅不同昆蟲之間感器有著相當大的差異，甚至在同種昆蟲的雌雄個體間也有所不同［16］。迄今為止，對于小蠹亞科中的切梢小蠹屬Blastophagus，大小蠹屬Dendroctonus，齒小蠹屬，足距小蠹屬Xylosandrus等已做了大量的研究［1723］，發現小蠹亞科昆蟲的觸角上毛形感器（sensilla?trichodea，ST）、鋸齒形感器（sensilla?zigzag，SZ）、錐形感器（sensilla?basiconica，SB）、芽形感器（budshaped?sensilla，BS）、刺形感器（sensilla?chaetica，Sch）、腔錐形感器（sensilla?coeloconica，Sco）和栓錐形感器（sensilla?styloconica，SS）為主要的感器類型，也有少數存在Bhm氏鬃毛形感器（Bhms?bristles，BB）。

由于觸角上不同的感器行使不同的功能，研究觸角感受器的類型及分布，也能為解開昆蟲的氣味行為密碼提供理論基礎。本研究旨在借助掃描電鏡，觀察長林小蠹觸角的超微結構，了解其雌雄成蟲觸角感器類型、數量及分布，為進一步研究長林小蠹嗅覺感受機制奠定基礎，為探索新的防治途徑和方法提供參考。

1?材料與方法

1.1?供試昆蟲

長林小蠹雌雄成蟲采自山東省煙臺市牟平區沿海防護林（37.46°N，121.85°E），在林間選取侵入孔表面有新鮮蛀屑的長林小蠹為害木，并對其進行解剖，用鑷子小心取出坑道內的長林小蠹成蟲，雌雄成蟲各選取20頭，放入1.5?mL小離心管中保存備用。

1.2?觸角樣品制備和觀察

取雌雄成蟲各20頭，在體視顯微鏡下用鑷子和解剖針，將著生有完好觸角的頭取下（避免觸角在脫水過程中丟失）。將取下的頭用2.5%戊二醛固定液于4℃冰箱中黑暗固定24?h后，置于超聲波振蕩器中振蕩15～20?s。經pH?7.2的磷酸緩沖液漂洗3次，每次10?min，之后再依次用體積分數30%、50%、70%、80%、90%、95%和100%的梯度乙醇溶液逐級脫水10?min。脫水后室溫自然干燥12?h，然后在解剖鏡下用鑷子小心取下觸角，并固定在貼有導電雙面膠帶的銅制樣品臺上，再干燥12?h后，進行噴金鍍膜。將制好的樣品在掃描電子顯微鏡（Apreo?C，美國賽默飛公司）下觀察觸角的形態特征、感器類型和分布情況，掃描模式為ETD，加速電壓為20?kV，加速電流為0.8?nA。

觸角感受器的分類與定名，主要依據Schneider［24］和Brooks［25］的方式進行。對雌雄成蟲觸角感器數量和長度的測量均做10個重復。使用ImageJ軟件測量感器的長寬和夾角，使用Excel?2019處理數據。

2?結果與分析

2.1?長林小蠹觸角的基本形態描述

通過掃描電鏡觀察長林小蠹觸角感器的超微結構發現（圖1），長林小蠹觸角由柄節（scape）、梗節（pedicel）和鞭節（flagellum）組成。柄節和梗節分別只有1個亞節。鞭節由10個亞節組成，鞭節的第1～6亞節呈套筒狀依次逐漸膨大，從第7至第10亞節又依次逐漸縮小。第1、2亞節端部最寬處直徑依然明顯窄于梗節最寬處，第3亞節端部寬與梗節最寬處相當。雌雄成蟲結構無明顯差異。觸角各（亞）節遍布瓦楞形或多邊形花紋。柄節長（292.6±23.8）μm，梗節長（47.7±3.0）μm，鞭節長（345.6±31.2）μm，觸角整體長（679.7±38.1）μm（表1）。觸角柄節、梗節、鞭節分布著不同類型的感器。有的感器著生處分布有少量腺孔（cuticular?pore，CP），且有個體差異（圖2i）。

2.2?長林小蠹觸角感器的種類、形態和分布

長林小蠹觸角感器共有5種類型，分別為毛形感器、鋸齒形感器、刺形感器、腔錐形感器和芽形感器（表2）。

2.2.1?毛形感器（sensilla?trichodea，ST）

毛形感器呈毛狀，彎曲或略彎曲;僅分布在觸角鞭節端部的4層感器帶，是長林小蠹分布數量最多的感器類型，約占總感器數的61%。根據感器的大小、形狀和彎曲程度不同，可將ST分為3種亞型：STⅠ（圖2a，3a）、STⅡ（圖2a，3a）和STⅢ（圖2b，3a）。其中STⅠ長度為（21.2±1.6）μm，夾角為（5.2±0.4）°，略彎曲，端部較尖;STⅡ長度為（19.8±2.0）μm，夾角為（5.1±0.9）°，略彎曲，端部圓鈍;STⅠ和STⅡ分兩排并列著生于觸角錘頭部，均表面光滑，是組成錘頭部感器帶的主體，兩種感器的數量百分比在雌雄之間略有差異，雌蟲STⅠ比例稍多，雄蟲STⅡ比例稍多;STⅢ比STⅠ和STⅡ長，長度為（50.2±2.1）μm，向外側彎曲，夾角（55.0±9.8）°，數量明顯少于STⅠ和STⅡ，約占感器總數的9.8%，分布在觸角鞭節的第7～10亞節的感器帶。

2.2.2?鋸齒形感器（sensilla?zigzag，SZ）

鋸齒形感器為分布最廣的感器，在觸角的各節均有分布。SZⅠ亞型（圖2d，3a，3b）直立略彎曲，形似鋸齒，與接觸面夾角較?。?8.7±4.2）°，長度（115.8±3.3）μm，基部寬（5.4±0.9）μm，數量少于毛形感器，約占總感器數的7%。SZⅡ（圖2e，3c）與接觸面夾角較大，為（55.0±2.6）°，且彎曲，長（90.7±8.1）μm，鋸齒極多，分布在觸角的柄節，數量相對較少。SZⅢ（圖2f，3a）較短，長（43.2±3.5）μm，除第5～6亞節沒有分布外，在各亞節均有分布，約占總感器數的12%。

2.2.3?刺形感器（sensilla?chaetica，Sch）

刺形感器表面光滑，末端極尖，數量較少，約占總感器數的4.7%。長度（10.9±2.8）μm，基部（1.3±0.6）μm。主要分布在柄節基部和梗節（圖2b，3g，3c）。

2.2.4?腔錐形感器（sensilla?coeloconica，Sco）

腔錐形感器外形似火炬，長（9.3±1.2）μm，基部（2.2±0.2）μm，感器上下生長不同，下部似錐形，

光滑無花紋，上部均勻分布有縱向條紋形成槽狀（圖2c，3a）。上部分比下部分稍短。主要夾生在錘頭部

的毛形感器帶間。數量較少。

2.2.5?芽形感器（budshaped?sensilla，BS）

芽形感器表面光滑，長（5.4±0.5）μm，基部（2.0±0.4）μm，只極少地分布在鞭節的端部，且有個體差異（圖2h，3d）。

2.3?感器分布的特點和規律

長林小蠹雌雄成蟲，在觸角感器的結構和感器類型上無明顯差異，只是STⅠ和STⅡ的數量在雌雄之間略有差異（表2），但差異不顯著。感器在各（亞）

節的分布規律如表3所示，柄節感器數量最少，約占

總感器數量的4%，主要分布SZⅠ、SZⅡ和Sch。梗節分布有Sch和SZⅠ，鞭節感器分布種類較多，ST的3個亞型、SZ的2個亞型、腔錐形感器及芽形感器均有分布。ST都分布在錘頭部的上4

層，SZ在每一節的每一感器層都有分布。錘頭部是感器最多的部位，約占總感器數的88%。Sch分布在柄節基部和梗節，與接觸面的夾角較大。Sco只分布在鞭節的第7～9亞節。在錘頭的感器帶中STⅠ、

STⅡ與Sco混生，且各占感器帶的86.8%，9.1%和4.1%。BS只偶爾分布在鞭節端部，且有個體差異。

3?結論與討論

昆蟲主要通過嗅覺感受外界化學信號，進行寄主定位、躲避天敵、尋找食物等生命活動。在其觸角上著生大量的感器。感器的種類和數量以及分布的不同，決定著其識別化學信號的能力。小蠹亞科昆蟲不僅能感受寄主揮發物、信息素，還能受微生物揮發物的影響。對其感器類型和分布的研究具有較大意義。通過對長林小蠹觸角感器的研究，發現其觸角上的5種感器均為小蠹亞科昆蟲常見類型，且雌雄成蟲個體間無顯著差異。大部分“一夫一妻”制小蠹蟲聚集信息素由雌蟲入侵新寄主后釋放，在吸引雄蟲交配的同時也吸引雌蟲進行聚集為害，并且研究表明許多小蠹亞科昆蟲的觸角感器在雌雄個體間均無顯著性差異［1719，22，27］，對于長林小蠹行為學和觸角電生理的研究尚無報道，有待于后續進一步研究。

在小蠹亞科昆蟲中，毛形感器普遍最發達，數量最多，同時具備嗅覺和味覺功能，主要用來感受信息素等，對種群的聚集和繁殖起重要作用。前人研究證明［20，26］，毛形感器對寄主揮發物的萜烯和信息素類物質有著強烈的感應，具有幫助小蠹定位寄主和聚集為害等功能。由于長林小蠹的觸角感器種類相對較少，由此推測長林小蠹感受寄主氣味和聚集信息素的神經元和受體應該也集中分布在ST中。通過對長林小蠹觸角各節感器的統計發現，毛形感器主要分布在其觸角的錘頭部，所以其主要感受外界氣味信號的位置也應該位于觸角錘頭部。而且長林小蠹雌雄成蟲觸角STⅠ和STⅡ的比例差異很可能與雌雄之間感知種間求偶信號的差異有關。

以往的研究發現，傳統鋸齒形感器SZⅠ腔內部沒有神經元，不具備感受化學信號的能力［2425］。長林小蠹為害需要穿過厚厚的土壤在寄主根系的韌皮部和木質部定殖，因而推測其需要大量的機械感器感受周圍環境。這也可能是長林小蠹鋸齒形感器分布多且廣的原因。在柄節分布著SZⅠ型和SZⅡ型，且SZⅡ只分布在柄節。SZⅡ亞型感器與傳統鋸齒形感器不同，其表面鋸齒不僅數量多，且鋸齒朝各個方向生長。猜測其不止是感受機械作用的感器，其可能還有感受土壤物理特征的能力或是能近距離識別化學信號物質。這些猜測需要透射電鏡和電生理試驗等后續驗證。

刺形感器在長林小蠹中分布的方式與云南松切梢小蠹［27］、臍腹小蠹［22］等相似。現階段，刺形感器被廣泛認為是感受機械壓力的感器類型，也有研究表明其表面的小孔也可感受環境中的化學信號。腔錐形感器在云杉八齒小蠹Ips?typographus?［28］和南部松大小蠹Dendroctonus?frontalis［29］觸角上均有發現，他們的分布特點和長林小蠹相似。Brooks［25］認為，腔錐形感器能行使嗅覺和味覺功能，其凹凸不平的結構能加強對化學信號的感知;而Borden［26］等通過對加州十齒小蠹?Ips?confusus的研究發現，腔錐形感器對外界溫度變化也有一定的反應。雖然腔錐形感器數量較少，但是其對長林小蠹生命活動也一定是不可或缺的。關于腔錐形感器和刺形感器在長林小蠹生命活動過程中的功能也待進一步研究。

綜上所述，通過觀察長林小蠹觸角的超微結構發現，長林小蠹觸角感器的結構、類型和數量在雌雄成蟲間無明顯差異，只在STⅠ和STⅡ數量上略有差別。在雌雄觸角上共發現5類感器和少量腺孔，其中毛形感器和鋸齒形感器分別各包括3個亞型。本研究為后續研究長林小蠹的感器相關功能，以及嗅覺感受相關分子機制奠定了基礎。

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