暴食性害蟲黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部形態及感受器超微結構

關鍵詞黏蟲；斜紋夜蛾；幼蟲感受器；掃描電鏡；暴食期

黏蟲Mvthirnna separata，是一種在世界范圍內廣泛分布的鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae害蟲，幼蟲以取食葉片為害為主，也可啃食穗部、莖稈等，因而又名行軍蟲、剃枝蟲等，食性復雜，除主要為害小麥、玉米、水稻等三大糧食作物外，還可取食高梁、甘蔗、青稞等16科100多種植物。幼蟲在5～6齡時表現出暴食性，大發生時往往造成嚴重減產，為害時間長，世代重疊嚴重，一年可達8代，成蟲遷飛能力極強，在我國各省、自治區均有過大規模遷飛為害的記錄，并且發生頻率高，擴散的可能性大，易暴發成災，嚴重威脅著我國的糧食生產安全。

斜紋夜蛾Spodoptera litura隸屬鱗翅目夜蛾科，在進化上與黏蟲的親緣關系非常相近，而且幼蟲同樣具有多食性和暴食性，寄主植物多達109科390多種，不過該蟲對寄主的選擇偏好不同于黏蟲，斜紋夜蛾在棉花、煙草、十字花科Bras-sicaceae蔬菜及大豆上取食為害更為嚴重，4齡后，幼蟲進入暴食期，此時取食量突然增大，表皮加厚，抗藥性也隨之大幅增強，使防治更加困難，成蟲具有遷飛性，世代重疊，一年可發生4～9代，大發生時可給棉花、煙草等多種經濟作物造成毀滅性損失。

昆蟲取食和感覺的中樞位于頭部，其上富集的多種感受器具有感知外界化學、機械刺激等功能，在昆蟲尋找寄主、取食、聚集、交配和躲避天敵等生命活動中發揮著關鍵作用。近年來，隨著掃描電鏡技術的發展，昆蟲綱中已有超過14目61種感受器類型被研究和報道，在不同種類的昆蟲中，感受器類型、分布、數量等不盡相同，甚至同一種昆蟲還存在雌雄異型現象。鱗翅目昆蟲的很多種類是農業上的重大害蟲，以幼蟲期為害最為嚴重，而幼蟲觸角和口器作為感受器最為集中的部位，在對寄主的選擇及取食過程中起關鍵作用。目前已有不少研究者使用掃描電鏡技術對鱗翅目幼蟲頭部形態及感受器進行了報道，確定了如草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda、云南錦斑蛾Achelu-ra yu-nnane-nsis，柚木野螟Eutectona rnachaera-lis、梨小食心蟲Grapholitarnolesta等多種幼蟲頭部的感受器類型，廖春燕等對黏蟲幼蟲頭部感受器進行了研究，但不同齡期感器長度、基部直徑、總數量等數據缺乏，而對斜紋夜蛾幼蟲觸角及口器感受器的研究尚未見報道。鑒于此，本研究以夜蛾科的兩個近緣種黏蟲和斜紋夜蛾為研究對象，基于掃描電鏡技術，觀察研究了這2種害蟲不同齡期的頭部形態及感受器的超微結構特征，明確頭部感受器的分布、類型、長度、基部直徑等數據，并進行了比較，以期為探究這2種暴食性害蟲與寄主植物之間的互作關系奠定形態學基礎，并為開發利用以頭部感受器的信號分子為靶標的防控策略提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試昆蟲

黏蟲與斜紋夜蛾蟲卵購買于河南省濟源白云實業有限公司，置于通氣透明塑料小盒（直徑24.90cm，高6.00cm）內，室溫條件下孵化，幼蟲在人工氣候箱（RG-300型，廣州康恒儀器有限公司）中培養，設置溫度（25±1）℃，相對濕度（70±5）%，光照周期L//D=16h∥8h。黏蟲和斜紋夜蛾分別用新鮮的玉米葉片和煙草葉片飼喂，飼養過程中及時清理蟲糞并消毒殺菌，保持飼蟲環境干凈整潔，以減少試蟲疾病的發生。

1.2樣品制備及電鏡掃描

分別挑選健康的3、4、5、6齡黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲各10頭，放人-20℃冰箱中冷凍10min至昏迷狀態，于KL200LED型體視顯微鏡下用解剖刀迅速切下2種幼蟲的頭部，流出的淋巴液及時用潔凈的濾紙擦干，將處理好的幼蟲頭部放人經過4℃預冷的4%戊二醛中固定24h，取出后在0.1mol/L pH7.2的磷酸緩沖液中漂洗3次，每次10min，接著在乙醇（75%，85%，95%，100%）中逐級脫水10min后晾干。供試樣品于E-1010型離子濺射儀中真空濺射噴金15s，利用FlexSEM-1000型掃描電子顯微鏡觀察2種幼蟲頭部并拍照。離子濺射儀和掃描電子顯微鏡均為日本Hitachi公司產品。

1.3感受器分類鑒定及數據統計分析

參考鐘覺民的方法對黏蟲和斜紋夜蛾頭部形態進行劃分，使用Schneider和Keil的方法對幼蟲觸角、上唇、上顎、下顎及下唇上分布的各種感受器進行命名和系統歸類。

幼蟲頭部長寬及各類感受器長度等數據利用ImageJ 1.48軟件進行測量，數據分析采用SPSS 27.0軟件，同一幼蟲不同齡期間感器參數差異顯著性分析采用多重比較，黏蟲與斜紋夜蛾幼蟲同一感受器之間的差異顯著性分析采用t檢驗方法。

2結果與分析

2.1黏蟲幼蟲與斜紋夜蛾幼蟲頭部和口器的形態特征

2.1.1黏蟲幼蟲頭部和口器形態特征

黏蟲幼蟲頭部整體近圓形，兩側沿中軸對稱，3～6齡頭部逐漸增大，左右長度可從1.27mm增至2.98mm，前后長度從1.12mm增至2.89mm，口器下口式、咀嚼式（圖1a）。頭部背面有一倒“Y”字形蛻裂線，稍凹陷，并將頭部劃分成3個部分，額為平薄三角形狀，左右兩側為顱側區（圖1b），頭部表面剛毛（ST）不規則分布，6個側單眼（O）呈半圓形分布（圖1c）、還包含觸角（AT），額（Fr）、頭冠縫（CS）、額縫（FS）、唇基（CL）、額唇基溝（Fsu）、上唇（Lar）、上顎（Mn）、下顎（Mx）、下顎須（Mp）、下唇須（Lp）、吐絲器（Spi）等構造（圖1a）。觸角著生于頭部前端側下方位置，短粗狀，兩側分別著生6個側單眼，周圍還無規則分布著（23.33±0.33）根長度不等的剛毛（圖1c）。頭部中央有一塊橫片為上唇，圓弧形，中間位置有一缺刻，上唇上有14個對稱分布的刺形感器Ⅱ型（ScⅡ），其中3對沿上唇外側邊緣分布，4對位于缺刻的中央呈對稱排列。唇基和額唇基溝位于上唇后方（圖1b），額唇基溝凹陷比蛻裂線明顯，將額和唇基分開。

上顎位于上唇后方，是一個三角形錐狀結構，高度發達且堅硬，由基部臼齒葉與端部切齒葉兩部分組成（圖1a），幫助撕裂和咀嚼寄主植物。下顎與下唇位于頭部下方近腹面位置，其中下顎位于上顎之后，分布在下唇外側，由軸節、莖節、外顎葉、內顎葉與下顎須5個部分構成，在取食過程中起穩固與刮切輔助的作用，下顎和舌、下唇基部構成一個復合體，復合體可整體活動，復合體尖端部位具有吐絲器，在吐絲器兩側分布1對下唇須（圖1a），下唇內壁上膜質的突起部分為舌，舌具有味覺和推送食物的功能。

2.1.2斜紋夜蛾幼蟲頭部和口器形態特征

斜紋夜蛾幼蟲頭部為橢圓形，3～6齡長約1.52～2.27mm，寬約1.31～1.96mm，在5齡后，頭部長寬幾乎不再變化。咀嚼式口器，位置為下口式（圖2a），頭部背面有一條明顯的倒“Y”字形的蛻裂線，將頭部劃分為3個部分，呈三角形凸起狀為額，左右兩側為顱側區（圖2b）。頭部可觀察到觸角（AT）、額（F）、額縫（FS）、頭冠縫（CS）、額唇基溝（Fsu）、剛毛（ST）、單眼0（01～06）、上唇（Lar）、上顎（Mn）、下顎（Mx）、下顎須（Mp）、下唇須（Lp）、吐絲器（Spi）等結構，觸角著生在頭部下方位置，剛毛長短不一，數量為（27.67±0.33）根，無規則分布在6個圓形單眼及頭部兩側周圍（圖2c）。

頭部中央有一塊呈缺刻狀的橫片為上唇，上唇表面附著7對刺形感器Ⅱ型，左右對稱排列，上唇后方為唇基和內陷明顯的額唇基溝，且上唇可左右或前后小幅度移動，具有防止食物外漏的功能。在頭部上唇后方著生的1對呈缺刻三角錐形鋸齒狀結構為上顎，上顎由基部臼齒葉與端部切齒葉組成，堅硬且發達，頭部最下方近腹面位置為下顎和下唇，下顎位于唇下方，由軸節、莖節、外顎葉、內顎葉與下顎須等結構組成，用于握緊和刮切食物，與舌、下唇組成一個整體結構，頂端圓柱形構造為吐絲器，吐絲器左右兩側結構為下唇須（圖2a）。

2.2黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲觸角及口器感受器

2.2.1黏蟲幼蟲觸角與口器感受器

黏蟲幼蟲觸角著生于復眼與上顎之間，由柄節、梗節、鞭節3節組成，整體粗短狀，基部陷于觸角窩內（圖3a），梗節的端部外緣上著生1個頂端尖銳、形同剛刺的刺形感受器（Sensilla chaetica，Sc）I型，且還有1個毛形感受器（Sensilla trichodea，St）（圖3b），毛形感受器為黏蟲幼蟲頭部最長的感受器類型，長度可達（188.46～460.40）um（表1）；錐形感受器（Sensilla basiconica，Sb）最短，其中SbI型僅（3.05～4.80）um，數量為3個，著生于觸角頂端，3～4齡的Sb工型感器處于觸角鞭節的內褶結構中（圖3c），直至5齡后才完全暴露出來（圖3b）；SbⅡ型明顯較SbI型長（表1），觸角梗節外緣和鞭節端部分別分布2個和1個；此外在鞭節頂部邊緣還著生著1個栓錐形感受器（Sensilla styloconica，Ss），椎體狀，上布小孔（圖3b）。

口器上的感受器主要分布于上唇、上顎、下顎和下唇，又以下顎內部的感器類型最為豐富，下顎由外顎葉、內顎葉、下顎須、軸節、莖節等5個部分組成（圖3d），下顎軸節和莖節上各著生著2個和3個刺形感受器I型（圖3e），外顎葉上著生2個栓錐形感受器（圖3e），下顎須頂端則密集著生8個錐形感受器I型（圖3f），值得注意的是，下顎莖節和外顎葉上不規則分布著小錐形感器（SbI），隨著齡期增加，單個下顎上的SbI感受器數量增加1～3個（圖3g），并在總數量上呈顯著增多的趨勢，直至5齡后趨于穩定（表1）；上唇的感受器類型較為單一，14個刺形感器Ⅱ型對稱分布（圖3h）；下唇由后頦和前頦組成，包括著生在前頦兩側前端的下唇須，在其頂端各著生1個刺形感受器工型（ScI）（圖3i）。

隨著齡期的增長，黏蟲觸角和口器上的感受器均有不同程度的變化，毛形感器隨齡期增加，長度出現大幅度增長，基部也隨齡期顯著加寬；錐形感器主要表現為基部直徑隨齡期增大而增大；刺形感器基本呈隨齡期增加而增大的趨勢，刺形感器Ⅱ型（ScⅡ）的增長范圍要比ScI型大；栓錐形感器在3～5齡期間長度和寬度都顯著增大，但5齡后不再增長；在感器數量上，錐形感器工型從4齡開始總數量明顯增加，5～6齡數量維持不變，而其他感器類型數量在各齡期之間并無顯著變化，各類感器分布及不同齡期的參數見表1。

2.2.2斜紋夜蛾觸角與口器感受器

斜紋夜蛾幼蟲觸角位于復眼和上顎之間，分為柄節、梗節和鞭節（圖4a）。柄節位于凹陷的觸角窩內，并無感受器分布，梗節短而粗壯，在外側邊緣位置分布著1個刺形感受器I型（ScI），1個錐形感受器Ⅱ型（SbⅡ）和1個毛形感受器（St）（圖4b），這3種感器隨著蟲齡增加，長度和基部直徑也有不同程度的增大，并且各齡期之間差異顯著（表1）；鞭節與梗節相連，直徑較梗節小，僅有梗節的1/3左右，僅在頂端有感受器分布，著生著3個錐形感受器（2個SbI型和1個SbⅡ型）和1個栓錐形感受器（圖4b），栓錐形感受器的長度在4齡后增加并不顯著，而基部直徑在5齡后才趨于平穩（表1）。

斜紋夜蛾幼蟲下顎、下唇、舌共同組成一個整體結構，下顎由外顎葉、內顎葉、下顎須、軸節、莖節等部分組成（圖4c），下顎軸節和莖節上各分布2個和3個刺形感受器I型（ScI）（圖4d）；下顎須分為3節，在下顎須外側端部上著生8個乳突狀錐形感受器I型（SbI）（圖4e），外顎葉上布有2個栓錐形感受器（Ss）（圖4d）。下唇分為前頦和后頦，下唇須位于前頦兩側靠前端位置，頂端還著生1對刺形感受器Ⅱ型，刺形感器根部附近還有1個錐形感受器（SbⅡ）分布（圖4f），上唇和上顎上僅有刺形感受器Ⅱ型（ScⅡ）1種類型，對稱分布，分別有7對和2對，形態及分布位置與黏蟲幼蟲基本一致。

由表1可知，斜紋夜蛾3～6齡幼蟲頭部的感受器總數量并未發現顯著的增減，感受器隨齡期的變化主要集中于長度和基部直徑，在長度上，刺形感器（Sc）的2種亞型和毛形感器（St）都呈現出隨齡期增加而顯著增長的趨勢，錐形感器Ⅱ型（SbII）在3～4齡間長度有所增加但差異不顯著，5～6齡則顯著增長，并在6齡時達到最大。錐形感器I型（SbI）和栓錐形感器（Ss）在5齡后長度幾乎不再變化；在基部直徑上，毛形感器（St）、刺形感器和錐形感器Ⅱ型（Sb n）隨齡期顯著加寬，錐形感器（SbI）和栓錐形感器（Ss）分別在3齡和5齡后不再顯著增長。

3結論與討論

昆蟲頭部的口器和觸角是完成取食和感覺功能的重要結構，作為昆蟲的攝食器官，口器上分布著的各類感受器與神經系統一起調控著昆蟲的行為，感受器在昆蟲與環境的交流中是不可或缺的一部分，因此，了解昆蟲頭部上分布的各類感受器，可為深入探究昆蟲的行為機理奠定理論基礎。

前人研究表明，黏蟲和斜紋夜蛾同屬鱗翅目夜蛾科，在進化上具有非常近的親緣關系，其形態特征、行為習性等具有很多的相似性，但這兩種昆蟲的取食譜卻大不相同，因此本研究選取了這兩個近緣種作為研究對象，探究其幼蟲頭部感受器是否存在差異。本研究發現黏蟲幼蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部的感受器種類一致，均為4種類型，相較于前人對黏蟲頭部感器的研究，在觸角及下顎上新發現了刺形感受器。2種幼蟲的感器數量由多到少分別為刺形感受器（Sc）、錐形感受器（Sb）、栓錐形感受器（Ss）和毛形感受器（St），但頭部形態特征和各感受器的長度、分布和總數量略有差異，在頭部形態特征上，黏蟲幼蟲頭部較圓，而斜紋夜蛾幼蟲頭部整體更為狹長；在感受器長度上，斜紋夜蛾幼蟲頭部的毛形感受器（St）和刺形感受器Ⅱ型（ScⅡ）分別較黏蟲幼蟲頭部的St和ScⅡ明顯短，而5、6齡的錐形感器Ⅱ型（SbⅡ）顯著長于黏蟲；在感受器數量上，斜紋夜蛾幼蟲頭部上的剛毛數量較黏蟲明顯多，黏蟲在進入4齡后，下顎上的小錐形感器（Sb工）數量開始明顯增加，而在斜紋夜蛾上并未觀察到這種現象，推測這可能與昆蟲的種類不同有關。

相比于視覺系統，近年來對昆蟲嗅覺系統和觸覺系統的研究更加成熟，昆蟲頭部作為嗅覺和觸覺的中心，頭部上大量的嗅覺感受器和觸覺感受器協同完成嗅覺和觸覺功能，而在昆蟲識別寄主植物的過程中，嗅覺往往具有更重要的作用，化學感受器是組成嗅覺系統的重要部分，主要包含了毛形感受器、錐形感受器、栓錐形感受器，腔錐形感受器（Sen-silla coeloconica）、刺形感受器和Bohm氏鬃毛（Bohm bristles）等多種感受器類型。黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部發現的4種化學感受器與同屬夜蛾科草地貪夜蛾、斑蛾科云南錦斑蛾幼蟲上的口器和觸角上的感受器類型相一致，但感受器長度和數量有一定的差異。與鱗翅目其他科幼蟲頭部感受器相比，黏蟲和斜紋夜蛾感受器類型較山核桃透翅蛾、番茄潛葉蛾、小地老虎，這3種蛾類感受器分別為7種、8種和5種，而較桉蝠蛾、梨小食心蟲的3種感受器類型多，感受器在不同科昆蟲中的類型往往存在很大差異。

昆蟲的各項生命活動需要由多種感受器共同參與，各感受器執行著多種多樣的功能，而感受器在不同種、不同性別、不同蟲態和齡期均有一定的差異性，甚至同一種感受器會因為分布位置不同而發揮著不一樣的功能。毛形感受器是最為常見的感受器類型，大部分鱗翅目昆蟲頭部上都有這類感受器，如豆野螟和小地老虎幼蟲頭部都著生有毛形感受器，這種感受器已被證實具有感知寄主氣味和接受性信息素的作用；錐形感受器的功能根據在幼蟲頭部著生的位置不同而產生差異，其功能多樣，不僅可以識別味覺刺激和接受CO2信號，還能感知物理機械刺激等，是一種多功能感受器，在本研究中，黏蟲從4齡開始下顎上的錐形感受器I型（SbI）總數顯著增多，在5～6齡暴食期達到最大值，筆者推測這可能與黏蟲在暴食期需要更多的錐形感受器I型（SbI）來識別寄主植物有關。栓錐形感受器表面具有小孔，內部富含神經細胞，不僅能夠感知環境中溫、濕度的變化，還具有嗅覺、味覺等多種功能。刺形感受器是一種以機械感覺為主的感受器，但近年來也有研究者證實刺形感受器還具有接受化學信息的功能。關于黏蟲和斜紋夜蛾各類感受器的具體功能，還需要借助單感器電生理記錄等技術進一步深究。

綜上所述，本文觀察比較了暴食期與非暴食期黏蟲和斜紋夜蛾幼蟲頭部形態及感受器的超微結構，明確了不同齡期觸角和口器的感受器類型、分布及長度等數據，并對感器的功能進行了討論，結果有助于研究2種害蟲的取食譜差異機制，也可為明確這2種暴食性害蟲的寄主識別機制及環境適應性提供理論依據。