基于形態(tài)與COI條形碼的蜂緣蝽物種鑒定

王師君, 伊文博, 趙 清, 張虎芳,*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護學(xué)院, 山西 太谷 030801; 2.忻州師范學(xué)院 生物系, 山西 忻州 034000)

0 引言

【研究意義】蜂緣蝽屬(RiptortusSt?l,1860)隸屬半翅目(Hemiptera)緣蝽總科(Coreoidea)蛛緣蝽科(Alydidae),其在世界范圍已記錄27種,中國記錄3種,即條蜂緣蝽〔Riptortuslinearis(Fabricius, 1775)〕、點蜂緣蝽〔Riptortuspedestris(Fabricius, 1775)〕和小蜂緣蝽〔RiptortusparvusHsiao, 1964〕[1-2]。該屬主要特征為小到中型,身體黃褐色;頭三角形,窄于前胸背板的寬度,觸角第1節(jié)顯著長于第2節(jié)和第3節(jié);前胸背板梯形,側(cè)角尖銳;頭部和胸部側(cè)板常有不規(guī)則黃色斑塊;后足股節(jié)膨大,內(nèi)側(cè)具刺;胸部與腹部連接處常細縮,似“蜂腰”狀;若蟲似蟻;成蟲善飛,易受驚擾[2-4]。蜂緣蝽是豆科作物典型的刺吸性害蟲[2-3]。如點蜂緣蝽從若蟲到成蟲均可危害大豆,刺吸大豆的花、果、豆莢、嫩莖嫩葉的汁液,引起大豆癥青癥狀,嚴重時顆粒無收[3-9]。蜂緣蝽屬不同種的鑒定存在一定程度的混亂,探究其種的準(zhǔn)確鑒定方法,對有效防治該類害蟲在豆類作物上的危害具有重要意義。【前人研究進展】蕭采瑜等[2-4]報道,3種蜂緣蝽種間外部形態(tài)極為相近,在豆科作物及稻田上常混合發(fā)生,傳統(tǒng)分類方法主要依據(jù)成蟲頭胸側(cè)板的黃色斑點進行種類鑒定。PENTINSAARI等[10-11]研究表明,DNA條形碼技術(shù)也是區(qū)分近緣物種的有效手段之一。TAUTZ等[11-14]報道,線粒體DNA中的線粒體細胞色素氧化酶亞基I基因(COI)由于具有變異速度較快、分布普遍性、序列和結(jié)構(gòu)相對保守性等特點,是常用的DNA條形碼分子標(biāo)記,已廣泛應(yīng)用于昆蟲物種鑒定和親緣關(guān)系的分析。【研究切入點】由于蜂緣蝽種內(nèi)不同個體間存在不同程度的色斑變異,導(dǎo)致其種的準(zhǔn)確分類困難,在形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上,結(jié)合分子數(shù)據(jù)進行輔助鑒定,是有效解決近緣物種分類問題的有效途徑。選擇中國蜂緣蝽屬3個種,對其成蟲進行形態(tài)學(xué)觀察和雄蟲生殖節(jié)解剖觀察,結(jié)合形態(tài)學(xué)和COI條形碼數(shù)據(jù)探究蜂緣蝽屬3個種的鑒定方法。【擬解決的關(guān)鍵問題】探明蜂緣蝽屬3個種的準(zhǔn)確鑒定方法,以期為該類害蟲的準(zhǔn)確分類鑒定及有效防治其在豆類作物上的危害提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 蜂緣蝽 2019-2021年在不同地點采集3種蜂緣蝽共計257頭,其中,條蜂緣蝽19頭,點蜂緣蝽236頭,小蜂緣蝽2頭,保存于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院。具體采集地、采集時間和分布見表1。

表1 蜂緣蝽屬3個種的采集地和采集時間等基本信息

1.1.2 儀器 雙目實體顯微鏡,香港麥克奧迪(Motic)控股有限公司;佳能EOS 600D相機和佳能EF100 mm微距鏡頭,佳能(中國)有限公司。

1.1.3 DNA提取試劑盒 D1700動物組織/細胞基因組DNA提取試劑盒,北京索萊寶(Solarbio)科技有限公司

1.2 方法

1.2.1 形態(tài)學(xué)觀察 將獲取的標(biāo)本進行整姿,形態(tài)學(xué)觀察和測量采用麥克奧迪(Motic)雙目實體顯微鏡,形態(tài)照片使用佳能EOS 600D相機和佳能EF100 mm微距鏡頭拍攝,并通過Helicon Focus進行景深合成。雄性生殖節(jié)經(jīng)解剖后觀察并繪圖。利用Adobe Photoshop CS5制作圖版。

1.2.2 分子鑒定 小蜂緣蝽僅有2頭干制標(biāo)本,未提取到分子數(shù)據(jù)。選取點蜂緣蝽56頭和條蜂緣蝽19頭浸制標(biāo)本,經(jīng)解剖提取腿部肌肉組織,采用D1700動物組織/細胞基因組DNA提取試劑盒提取DNA。擴增COI條形碼658 bp序列引物為通用引物[15]。經(jīng)檢測后送上海生工公司測序,所得結(jié)果經(jīng)BioEdit比對,得到長度為627bp序列,用于后期分析。遺傳距離的模型與分析采用K2P(Kimura-2-parameter)[16]和MEGA 6.0[17]進行,單倍型分析采用DnaSP 5.10[18]。COI條形碼的種內(nèi)遺傳距離<1.00%,種間距離>3.00%,即可將屬內(nèi)物種區(qū)分出來。

2 結(jié)果與分析

2.1 蜂緣蝽屬3個種的形態(tài)特征

蜂緣蝽屬的條蜂緣蝽、點蜂緣蝽和小蜂緣蝽3個種的形態(tài)特征既存在差異,也有相似之處,相似之處在于體色相近,體型相似,且頭胸部側(cè)板均具黃色斑點等;差異主要體現(xiàn)在前胸背板、頭部和胸部側(cè)板及雄性外生殖器等部位,3個種成蟲的背面、側(cè)面和腹面觀見圖1,成蟲的側(cè)面觀特征繪制圖見圖2。

注:A1～A3為條蜂緣蝽;B1～B3為點蜂緣蝽;C1～C3為小蜂緣蝽。

2.1.1 體型及體長 條蜂緣蝽體中型,相對較細長,體色偏棕色;雄蟲體長13.2～15.8 mm,雌蟲體長13.5～17.1 mm。點蜂緣蝽體中型,較粗壯,體色偏暗,以深棕色或深褐色為主;雄蟲體長14.5～17.1 mm,雌蟲體長14.8～17.3 mm。小蜂緣蝽體中小型,相對較細長,體色偏棕色;雄蟲體長9.9～11.4 mm,雌蟲體長11.0～11.6 mm。

2.1.2 頭部 條蜂緣蝽頭側(cè)面具黃色且連續(xù)縱向光滑帶紋,在側(cè)板縫處不間斷;觸角第4節(jié)最長,顯著長于2節(jié)和3節(jié)之和,但短于前3節(jié)長度之和,第1節(jié)超過頭寬。點蜂緣蝽頭側(cè)面具有形狀不規(guī)則黃色斑點或無斑點;觸角第4節(jié)最長,顯著長于2節(jié)和3節(jié)之和,但短于前3節(jié)長度之和,第1節(jié)超過頭寬。小蜂緣蝽頭側(cè)面具黃色光滑帶紋,且在側(cè)板縫處間斷;觸角第4節(jié)最長,接近或超過前3節(jié)長度之和,第1節(jié)較短,不超過頭寬。

2.1.3 前胸背板及胸側(cè)板 條蜂緣蝽前胸背板或側(cè)板均無顆粒狀瘤突;胸部側(cè)板具條狀的黃色縱向條紋,并且在各節(jié)側(cè)板縫位置無間斷。點蜂緣蝽前胸背板、側(cè)板及中后胸側(cè)板均有顯著的黑色顆粒狀瘤突;胸部側(cè)板無斑點或具黃色不連續(xù)斑點。小蜂緣蝽前胸背板、側(cè)板及中后胸側(cè)板均無顯著的黑色顆粒狀瘤突;胸部側(cè)板具條狀的黃色縱向條紋,并在各節(jié)側(cè)板縫位置間斷。

2.1.4 腹部 條蜂緣蝽腹部側(cè)面具較寬的黃色縱向條紋,與胸部和頭部的條紋相連接;腹部背板黃色,無圓斑;腹部外緣無黃黑相間的花紋,僅在各節(jié)側(cè)緣留有黑色殘留痕跡。點蜂緣蝽腹部側(cè)面具黃色和黑褐色不規(guī)則斑點或無斑點,種內(nèi)變異較大;腹部第5～6節(jié)背板中央?yún)^(qū)域有1個大型黃色圓斑,第7節(jié)端半部和第8～9節(jié)背板為橘黃色,腹部外緣具黃黑相間的花紋。小蜂緣蝽腹部側(cè)面具較寬的黃色縱向條紋,與胸部和頭部的條紋相連接;腹部背板黃色,無圓斑,腹部外緣無黃黑相間的花紋。

2.2 蜂緣蝽屬3個種雄性生殖器的形狀

蜂緣蝽屬的條蜂緣蝽、點蜂緣蝽和小蜂緣蝽3個種的雄性生殖器結(jié)構(gòu)雖然近似,但種間也存在差異(圖3)。雄性生殖囊:條蜂緣蝽寬大于長,背緣窄,腹緣中間凹陷,腹后突顯著,超過腹緣;點蜂緣蝽生殖囊的長大于寬,背緣稍寬,腹緣凸出,腹后突顯著;小蜂緣蝽長寬約相等,背緣窄,腹緣中間凸出,腹后突顯著,超過腹緣。抱器:條蜂緣蝽呈鉤狀,端部稍膨大,末端凹陷;點蜂緣蝽呈鉤狀,端部稍膨大,末端平直不凹陷;小蜂緣蝽呈鉤狀,端部細小不膨大,末端輕微凹陷。

2.3 條蜂緣蝽和點蜂緣蝽的種內(nèi)種間遺傳距離

蜂緣蝽屬的條蜂緣蝽和點蜂緣蝽的COI條形碼為75條,其單倍型數(shù)量分別為12個和35個,2個種的種間不存在共享單倍型;2個種的種內(nèi)遺傳距離分別為0.67%和0.68%,二者的種間距離為6.55%。

3 討論

蜂緣蝽屬的條蜂緣蝽、點蜂緣蝽和小蜂緣蝽3個種由于形態(tài)較接近,在早期報道中較為混亂。研究結(jié)果表明,蜂緣蝽屬的條蜂緣蝽、點蜂緣蝽和小蜂緣蝽3個種的形態(tài)特征既存在差異,也有相似之處,相似之處在于體色相近,體型相似,且頭胸部側(cè)板均具黃色斑點等;差異主要體現(xiàn)在前胸背板、頭部和胸部側(cè)板及雄性外生殖器等部位;3個種的前胸背板、頭部和胸部側(cè)板具有明顯的區(qū)別,如點蜂緣蝽前胸背板具有顯著的黑色顆粒狀瘤突,其余2個種則較光滑。點蜂緣蝽和條蜂緣蝽的形態(tài)、若蟲、生活史等與已有報道吻合[3-4],但點蜂緣蝽頭胸側(cè)板的黃色斑塊變異較大,不能僅依此將其進行區(qū)分。對近似種的區(qū)分,也可采用雄性外生殖器結(jié)構(gòu)特征作為其主要的鑒定特征,條蜂緣蝽生殖囊腹緣中間凹陷,腹后突顯著,超過腹緣,抱器端部稍膨大,末端凹陷;點蜂緣蝽生殖囊,腹緣凸出,腹后突顯著;抱器端部稍膨大,末端平直不凹陷;小蜂緣蝽生殖囊腹緣中間凸出,腹后突顯著,超過腹緣,抱器端部細小不膨大,末端輕微凹陷。

研究結(jié)果表明,條蜂緣蝽和點蜂緣蝽的單倍型多樣性均較高,其單倍型數(shù)量分別為12個和35個,均具有較高的分化潛能,2個種間不存在共享單倍型;2個種的種內(nèi)遺傳距離分別為0.67%和0.68%,其種間距離為6.55%。與HEBERT等[19-20]的結(jié)論相符。表明,點蜂緣蝽和條蜂緣蝽是2個不同的物種,與形態(tài)學(xué)研究結(jié)果一致。盡管點蜂緣蝽個體間在頭胸側(cè)板處存在黃色斑塊大小不一的變異,但DNA條形碼結(jié)果證明其為同一物種,未達種間差異水平。

4 結(jié)論

蜂緣蝽屬不同種可通過胸部側(cè)板色斑、前胸背板形態(tài)及雄性外生殖器特征進行物種鑒定,COI條形碼序列分析結(jié)果也與形態(tài)特征鑒定結(jié)果一致。形態(tài)特征差異結(jié)合COI條形碼數(shù)據(jù)可將蜂緣蝽屬內(nèi)不同種進行準(zhǔn)確鑒定。