團花絹野螟性信息素分泌腺形態及感器超微結構觀察

摘要

本研究利用光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡觀察團花絹野螟Diaphania glauculalis雌蛾性信息素分泌腺表面形態、感器類型和超微結構，了解團花絹野螟釋放性信息素部位。結果表明，團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺位于腹部末端第8～9節之間的節間膜上。團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺表面分布3類8種感器，分為毛形感器（Ⅰ～Ⅴ型）、刺形感器（Ⅰ～Ⅱ型）和一種錐形感器。分泌腺細胞分布于角質層內表面，細胞呈柱狀或圓形，表皮層分為厚度不一的兩層，細胞中有內質網、線粒體、脂滴以及微絨毛等結構組織。研究結果可為探討團花絹野螟性信息素分泌合成及釋放機制提供依據。

關鍵詞

團花絹野螟; 性信息素分泌腺; 超微結構; 感器

中圖分類號：

Q 964

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2024415

Ultrastructural observation of the morphology of the sex pheromone

gland and sensilla in Diaphania glauculalis

TAO Yu1， WANG Jing1， DENG Chuangchuang1， FENG Ying2， MA Tao1*

（1. College of Forestry and Landscape Architecture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China;

2. Forest Resources Conservation Center of Guangdong Province， Guangzhou 510173， China）

Abstract

The surface morphology， types of sensilla and ultrastructure of the sex pheromone gland of female Diaphania glauculalis were examined using light microscopy， scanning electron microscopy and transmission electron microscopy to identify the site of sex pheromone release. The results showed that the sex pheromone gland was located on the intersegmental membrane between the 8th and 9th abdominal segments. Three types and eight subtypes of sensilla were distributed on the surface of the sex pheromone gland， including sensilla trichodea （type Ⅰ-Ⅴ）， sensilla chaetica （type Ⅰ-Ⅱ） and one type of sensilla basiconica. Glandular cells were located on the inner surface of the the cuticle， and were columnar or round. The epidermis was divided into two layers of varying thickness. Within the cells， structures such as endoplasmic reticulum， mitochondria， lipid droplets， and microvilli were observed. These results provide a foundation for further studies on the synthesis and release mechanisms of sex pheromones in D.glauculalis.

Key words

Diaphania glauculalis; sex pheromone gland; ultrastructure; sensilla

團花絹野螟Diaphania glauculalis （Guenée）屬鱗翅目Lepidoptera螟蛾科Pyralidae，國內已知分布于廣東、福建、廣西、云南等省，嚴重為害速生樹種團花Neolamarckia cadamba;該蟲以幼蟲吐絲卷起葉片蠶食葉肉，受害葉片僅留葉脈，呈現疏網狀;除為害葉片外，幼蟲還會蛀食主梢嫩芽，對團花的正常成長產生嚴重影響，嚴重時可至整株死亡［12］。傳統化學防治低效且污染環境，探索高效綠色環保的防治方法尤為重要。

昆蟲性信息素是一種高度特異性的化學物質，性信息素的分泌釋放在昆蟲繁衍過程中有著關鍵的媒介作用，幫助成蟲順利定位配偶完成交配［35］。性信息素分泌腺（pheromone gland， Pg）是合成釋放性信息素的主要器官，大多數鱗翅目昆蟲性信息素分泌腺通常位于腹部末端第8腹節和第9腹節之間［6］。觀察了解性信息素分泌腺的形態及超微結構，進一步研究性信息素分泌釋放機制，有助于后續探索利用性信息素對害蟲進行綠色無公害的防治。目前，已研究報道甘蔗黃螟Tetramoera schistaceana、紅尾白螟Scirpophaga excerptalis、甘蔗二點螟Chilo infuscatellus、歐洲玉米螟Ostrinia nubilalis、竹織葉野螟Algedonia coclesalis和黃野螟Heortia vitessoides等昆蟲的性信息素分泌腺的外部形態及超微結構［711］。

本研究采用光學顯微鏡、掃描電鏡以及透射電鏡觀察團花絹野螟性信息素分泌腺的表面形態、感器類型和超微結構，意在探明團花絹野螟性信息素分泌腺位置及其結構，為研究性信息素的合成及分泌機制提供形態學和組織學基礎，以期為探索團花絹野螟靶向精準防控技術提供科學依據。

1 材料方法

1.1 試蟲及其飼養

在廣州市增城區華南農業大學寧西基地團花林（23.24°N， 113.64°E）采集團花絹野螟幼蟲，采集回來的幼蟲分裝在圓形塑料盒（直徑28.7 cm×高9.8 cm）中，置于人工智能氣候箱中飼養，光周期L∥D=12 h∥12 h，溫度（25±1）℃，相對濕度70%～80%。用新鮮的團花葉片飼養幼蟲，蛹期將雌雄分開，分裝于方形塑料盒（長14.1 cm×寬8.5 cm×高6.3 cm），成蟲羽化后用10%蜂蜜水喂養。

1.2 掃描電鏡樣品制備

選取2日齡進入暗期3～4 h處于求偶狀態的雌蛾，于-20℃冷凍10 min，在體視鏡（SZN71，寧波舜宇儀器有限公司）下用鑷子輕輕按壓雌蛾腹部末端直至腺體完全伸出，用解剖刀迅速切下腺體，小心清理腺體表面粘黏的鱗毛。將腺體放入2.5%戊二醛固定液中4℃固定24 h。用0.1 mol/L磷酸緩沖液（PH 7.2）沖洗樣品3次，每次10 min。使用梯度濃度（30%、50%、70%、80%、90%、100%）的乙醇脫水3次，每次10 min，然后置于室溫條件自然干燥12 h。用導電膠將干燥的腺體樣品粘于樣品臺，放入離子濺射儀（E1010，日本日立公司）內噴金處理3次，噴金后，在掃描電子顯微鏡（SU70，日本日立公司）下觀察性腺并拍照。

1.3 透射電鏡樣品制備

昆蟲性信息素分泌腺樣品獲取方法如1.2，用2.5%戊二醛在4℃固定24 h后，再用磷酸緩沖液（0.1 mol/L， pH 7.2）漂洗樣品3次，每次15 min。然后放入1%鋨酸溶液置于4℃冰箱固定樣品2 h;固定完畢取出鋨酸廢液用磷酸緩沖液（0.1 mol/L， pH 7.2）漂洗3次，每次15 min。用30%，50%，70%，80%，90%和95%的乙醇溶液進行梯度脫水處理，每次處理10 min，再用100%的乙醇處理20 min。隨后用2種體積比例的丙酮∶包埋劑（V/V=3/1;V/V=1/1）置于37℃分別滲透處理樣品1 h和3 h，再用純包埋劑處理樣品過夜。滲透好的樣品用純樹脂包埋置于60℃烘箱（DHG9420A， 上海一恒科學儀器有限公司）中聚合48 h，即得到包埋好的樣品。聚合完成的樣品放在冷凍超薄切片機（Leica EM UC7， 德國萊卡儀器有限公司）上，進行半薄切片（厚約2 μm）和超薄切片（厚約70 nm）。半薄切片用1%甲苯胺藍染色5 min，蒸餾水洗掉染料，在連接CCD成像系統的光學顯微鏡（Olympus BX51， 日本奧林巴斯公司）下觀察并拍照;超薄切片用4%檸檬酸鉛溶液染色10 min，2%醋酸雙氧鈾和50%乙醇飽和溶液染色5 min，在透射電鏡（FEI/Talos L 120C， 美國賽默飛公司）下觀察并拍照。

1.4 數據處理與分析

使用Adobe Photoshop CS6軟件對上述拍攝的圖片添加標注，采用Image J 1.48軟件測量各感器的長度和寬度，每種指標至少測量5次。參考Schneider［12］的分類方法和目前已報道的昆蟲感器的研究對其感器進行分類與鑒定。運用SPSS 26.0軟件對測量數據進行統計分析，毛形感器和刺形感器的長度和寬度分別采用Tukey檢驗和獨立樣本t檢驗進行差異顯著性分析（Plt;0.05）。

2 結果與分析

2.1 團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺位置及表面形態

團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺（Pg）位于腹部末端第8～9節之間的節間膜，自然狀況下，隨第8節和第9節一起套縮在第7腹節內，為黃色褶疊囊狀結構（圖1a）。當雌蟲進入求偶狀態或腹部受到人為擠壓時節間膜外翻，性信息素腺體由皺褶狀態展開，為一個黃色囊泡（圖1b，c）。

在掃描電鏡低倍下觀察發現，第8節為環狀骨片結構，表面無鱗片附著，著生長短不一的剛毛，第8～9節間可見分布許多褶皺突出體，與第8節和第9節存在明顯界限，第9節為骨化的產卵器，產卵瓣邊緣分布大量長剛毛（圖2a）。高倍鏡下觀察，第9腹節表面不平整（圖2b）;第8腹節表面無明顯褶皺，存在一些橫向線狀紋理（圖2c），局部著生大量微毛，以2～4根聚集離散分布（圖2d）;第8～9節間表面形態特征存在差異，靠近第8腹節部分表面分布呈縱向均勻排列的褶皺（圖2e），靠近第9腹節部分表面起伏明顯分布大量刺狀突出體，刺狀突出體分布呈現縱向排列（圖2f）。

2.2 團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺感器的類型和分布

通過掃描電子顯微鏡觀察發現，在團花絹野螟雌蛾性腺上共發現3類8種感器，分別為毛形感器、錐形感器、刺形感器。錐形感器只有一種類型，根據感器外部形態的不同，毛形感器分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，刺形感器分為Ⅰ、Ⅱ。

2.2.1 毛形感器

毛形感器整體呈長毛狀，是腺體上分布感器類型中亞型最多和分布最廣泛的感器。Ⅰ型毛形感器由基部到端部逐漸變細，長度為（3.55±0.085） μm，是毛形感器中最短的一個亞型，端部寬度（0.09±0.002） μm為所有感器中最窄的，密集分布在團花絹野螟雌蛾腹部節間膜上，整體呈現上翹形態著生（圖3a）。Ⅱ型毛形感器分布于第9腹節表面，基部寬度（1.74±0.031） μm，是所有感器中最寬的，長度（10.35±0.362） μm，為所有感器中最長的，整體形態為拉長的S形，上翹角度由基部到中部逐漸降低到端部逐漸升高（圖3b）。Ⅲ型毛形感器和Ⅳ型毛形感器形態較為特殊，兩者都分布在第9腹節處，Ⅲ型毛形感器端部存在水滴狀膨大，端部寬度（0.75±0.090） μm，顯著寬于其他毛形感器（Plt;0.05），端部略向下彎曲（圖3c）;Ⅳ型毛形感器頂部有一念珠狀突起（圖3d），突起較Ⅲ型毛形感器小很多，Ⅳ型毛形感器較Ⅲ型毛形感器整體更細更短，長度（4.89±0.322） μm，基部寬度、中部寬度和端部寬度分別（0.66±0.035）（0.24±0.012）（0.19±0.014） μm，均顯著小于Ⅲ型毛形感器（Plt;0.05）。Ⅴ型毛形感器和Ⅰ型毛形感器一樣，著生在節間膜突起處，寬度于基部到端部逐漸變小（圖3e），長（3.74±0.146） μm，為毛形感器中第二短，直立著生，末端鈍圓略向下彎曲（表1）。

2.2.2 刺形感器

Ⅰ型刺形感器斜生在褶皺節間膜上，成簇出現，表面光滑，基部粗壯（圖3f），基部直徑（0.82±0.088） μm寬于Ⅱ型刺形感器，端部鈍圓，端部直徑（0.12±0.011） μm小于其他大部分感器。Ⅱ型刺形感器分布在第9腹節，呈短刺狀直立著生，由基部向端部收縮變細（圖3g），端部尖細，端部寬度（0.10±0.008） μm僅寬于Ⅰ型毛形感器;長度（3.32±0.148） μm，中部直徑（0.23±0.016） μm，均顯著小于Ⅰ型刺形感器（Plt;0.05）（表1）。

2.2.3 錐形感器

團花絹野螟雌蛾性信息素腺體只分布著一種錐形感器，著生于第8～9節節間處，整體呈短錐狀，基部粗大，端部圓鈍，近乎垂直著生于腺體表面（圖3h），是觀察到的所有感器中最短小感器，長度為（0.81±0.038） μm，基部寬度為（0.38±0.029） μm。

2.3 團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺組織結構

團花絹野螟性信息素分泌腺半薄切片結果（圖4）顯示，分泌腺細胞分布于角質層內表面，細胞的高度和形狀大小各不相同，細胞呈柱形或圓形，高矮不齊，位于中央部位及近中央部位的細胞最靠近內表皮，左右兩側細胞與表皮距離逐漸變遠。表皮分兩層，厚度不一。大多數細胞含有深色顆粒，主要分布于細胞質中，每個細胞中分布深色顆粒的數量存在差異。

2.4 團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺超微結構

運用透射電鏡觀察團花絹野螟雌蛾腹部第8～9節節間區域，結果顯示在細胞中有空泡、線粒體、脂肪滴、高爾基體、光面內質網和粗面內質網（圖5a～c）。線粒體呈現圓形、扁平形和不規則形，大小不一，內膜有多處褶皺（圖5a～b）;不同大小的空泡和脂肪滴在細胞內零散分布（圖5a，c）;細胞中少量分布粗面內質網和光面內質網，內質網周圍有少量儲備物質（圖5a～b）。在細胞內還觀察到較多聚集成小群的球狀顆粒和氣管，分布于角質層（圖5d～e）。細胞質外腔內有特異性分化形成的微絨毛結構（圖5d）。

3 結論與討論

對鱗翅目昆蟲性信息素分泌腺的研究發現，大多數昆蟲性信息素分泌腺位置相似，均位于腹部末端第8～9節之間，由節間膜特化而成的上皮組織［13］。本研究運用掃描電鏡觀察發現，團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺位于第8～9節節間膜處，這與許多學者對鱗翅目昆蟲的性信息素分泌腺的研究結果一致，如卷蛾科的葡萄花翅小卷蛾Lobesia botrana、木蠹蛾科的小木蠹蛾Holcocerus insularis、舉肢蛾科的核桃舉肢蛾Atrijuglans hetaohei、草螟科的黃野螟、麥蛾科的麥蛾Sitotroga cerealella等［11，1417］。Hollander等［18］和Solari等［19］研究發現鱗翅目雌蛾腹尖末端運動在求偶過程中可以協助性信息素向外分泌傳播。團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺第8～9節節間膜與榆木蠹蛾Holcocerus vicarius表面結構相似，都分布大量刺狀突出體，研究證明性信息素分泌腺細胞存在于刺狀突出體內，突出體起到增大腺體表皮的表面積作用，利于保存腺體表面分泌的性信息素或求偶過程中分泌釋放合成的性信息素［2022］。

通過掃描電子顯微鏡觀察，團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺共發現3類8種感器，分別為I～Ⅴ型毛形感器、Ⅰ和Ⅱ型刺形感器、錐形感器，與黃野螟雌蛾性信息素分泌腺表面分布感器數量相同，但亞型種類略有不同［11］。毛形感器在性信息素分泌腺上有5種亞型，比黃野螟分布的毛形感器多一種亞型，兩者都分布有末端膨大的毛形感器亞型;團花絹野螟刺形感器與黃野螟相同，有2種亞型;錐形感器種類比黃野螟少，只有一種。關于分泌腺毛形感器、刺形感器和錐形感器的功能尚不清楚，有待于進一步研究。

研究發現，團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺細胞呈柱形或圓形，與舞毒蛾性信息素分泌腺的觀察結果一致［22］。運用透射電鏡觀察團花絹野螟性信息素分泌腺切片發現細胞中有內質網、高爾基體、線粒體和脂肪滴等細胞器，與之前的昆蟲性信息素分泌腺超微結構研究結果相似，Ma等［9］研究歐洲玉米螟性信息素分泌腺發現細胞中存在光面內質網、高爾基體等，Raina等［23］發現美洲棉鈴蟲Helicoverpa zea腺體細胞表皮上分泌有脂肪小液滴，向玉勇等［24］發現小地老虎Agrotis ipsilon性信息素分泌腺體內有空泡、脂質粒及光面內質網等各種細胞器。Biostad等［25］對紅帶卷葉蛾Argyrotaenia velutinana

性信息素分泌腺

產生性信息素過程的研究發現，腺體細胞內光面內質網大量增多、出現液泡，且兩者的大小分布與蛾齡及腺體中性信息素含量密切相關。光面內質網和粗面內質網協作產生性信息素化合物，隨后在高爾基體中展開進一步修飾和儲存，

或以電子致密顆粒的形態在分泌腺細胞內短期儲存，后續

這些顆粒會逐漸溶解，從性信息素分泌腺中釋放出來［20］。脂肪滴可能是用于存放信息素合成過程中產生的脂肪酸，其具體的功能有待進一步研究［9］。在細胞中分布特異分化的微絨毛結構，不僅能擴展細胞的表面積，還能提升上皮細胞對營養物質的吸收效率，這一結構可能在性信息素分泌腺發育中發揮了重要作用［23］。關于細胞內細胞器和性信息素分泌合成的關系還有待進一步研究。

本研究利用掃描電鏡和透射電鏡觀察團花絹野螟雌蛾性信息素分泌腺的表面形態和超微結構，明確了其表面結構特征、感器類型和細胞的超微結構，為團花絹野螟性信息素后續研究提供了科學基礎，但未深入研究各類感器及細胞器與性信息素合成釋放之間的內在關系等問題，尚需進一步開展試驗研究論證。

參考文獻

［1］ 陶瑜， 董祥， 鄧創創， 等.團花絹野螟幼蟲頭部形態及感器掃描電鏡觀察［J］. 植物保護， 2024， 50（4）： 189195.

［2］ 郭本森. 西雙版納團花絹螟的初步研究［J］. 林業科學， 1982（1）： 103106.

［3］ 馬濤， 林娜， 周麗麗， 等. 性信息素迷向干擾防控害蟲的研究進展及應用前景［J］. 林業科學研究， 2018， 31（4）： 172182.

［4］ 王留洋， 楊超霞， 郭兵博， 等. 昆蟲性信息素研究進展與應用前景［J］. 農藥學學報， 2022， 24（5）： 9971016.

［5］ 馬濤， 溫秀軍， 李興文. 昆蟲性信息素人工合成技術研究進展［J］. 世界林業研究， 2012， 25（6）： 4651.

［6］ ZHANG Zubing， YIN Ningna， LONG Jiming， et al. Transcriptome analysis of the pheromone glands in Noorda blitealis reveals a novel AOX group of the superfamily Pyraloidea ［J］. Journal of AsiaPacific Entomology， 2021， 24（1）： 110119.

［7］ 周芬薇， 劉秀瓊， 楊偉東， 等. 甘蔗黃螟Argyroploce schistaceana （Snellen）雌蛾性外激素腺體不同時期的組織觀察［J］. 華南農學院學報， 1983， 4（4）： 3842.

［8］ 張善干， 張玉華， 陳德明. 紅尾白螟和二點螟性外激素分泌腺的形態構造［J］. 昆蟲學報， 1989， 32（1）： 8082.

［9］ MA K W P， ROELOFS L W. Sex pheromone gland of the female European corn borer moth， Ostrinia nubilalis （Lepidoptera， Pyralidae）： Ultrastructural and biochemical evidences ［J］. Zoological Science， 2002， 19（5）： 501511.

［10］劉曼， 楊茂發， 徐思遠， 等. 竹織葉野螟成蟲求偶行為及其雌蛾性信息素分泌腺超微結構［J］. 昆蟲學報， 2014， 57（8）： 879888.

［11］錢沉魚， 蘇鐘琪， 溫秀軍， 等. 黃野螟性信息素分泌腺形態及超微結構［J］. 植物保護學報， 2024， 51（2）： 467474.

［12］SCHNEIDER D. Insect antennae ［J］. Annual Review of Entomology， 1964， 9（1）： 103122.

［13］PERCY J E， WEATHERSTON J. Studies of physiologically active arthropod secretions. Ⅸ. Morphology and histology of the pheromoneproducing glands of some female Lepidoptera ［J］. The Canadian Entomologist， 1971， 103（12）： 17331739.

［14］ELSAYED A M， WITZGAL P， ARN H. Location of the pheromone producing gland in the European grapevine moth， Lobesia botrana （Lepidoptera： Tortricidae） ［J］. Applied Entomology and Zoology， 1998， 33（4）： 507511.

［15］張金桐， 韓艷， 甘雅玲， 等. 小木蠹蛾性信息素分泌腺的位置及組織學［J］. 昆蟲學報， 2002， 45（4）： 430435.

［16］郝興宇， 張金桐， 王瑞， 等. 核桃舉肢蛾性信息素通訊系統掃描電鏡觀察［J］. 山西農業大學學報（自然科學版）， 2005， 25（4）： 353354.

［17］MA Min， CHANG Mengmeng， LU Yan， et al. Ultrastructure of sensilla of antennae and ovipositor of Sitotroga cerealella （Lepidoptera： Gelechiidae）， and location of female sex pheromone gland ［J/OL］. Scientific Reports， 2017， 7： 40637. DOI： 10.1038/srep40637.

［18］HOLLANDER A L， YIN C M， SCHWALLBE C P. Location， morphology and histology of sex pheromone glands of the female gypsy moth， Lymantria dispar （L.） ［J］. Journal of Insect Physiology， 1982， 28（6）： 513518.

［19］SOLARI P， CRNJAR R， SPIGA S， et al. Release mechanism of sex pheromone in the female gypsy moth Lymantria dispar： A morphofunctional approach ［J］. Journal of Comparative Physiology， 2007， 193（7）： 775785.

［20］楊美紅， 張金桐， 范麗華， 等. 榆木蠹蛾性信息素通訊系統的超微結構觀察［J］. 昆蟲學報， 2011， 54（5）： 522530.

［21］張善干， 張玉華， 任世珍， 等. 棉鈴蟲性外激素分泌腺的研究［J］. 昆蟲學報， 1995， 38（2）： 184187.

［22］BOI M， QUARTU M， SERRA M， et al. The pheromonal gland of Lymantria dispar： Morphology and evidence for its innervation ［J］. Journal of Morphology， 2009， 270（4）： 442450.

［23］RAINA A K， WERGIN W P， MURPHY C A， et al. Structural organization of the sex pheromone gland in Helicoverpa zea in relation to pheromone production and release ［J］. Arthropod Structure amp; Development， 2000， 29（4）： 343353.

［24］向玉勇， 楊茂發， 李子忠. 小地老虎性信息素分泌腺體的部位及其超微結構［J］. 浙江大學學報（理學版）， 2008， 35（6）： 690695.

［25］BJOSTAD L B， WOLF W A， ROELOFS W L. Total lipid analysis of the redbanded leafroller moth， Argyrotaenia velutinana， with reference to pheromone biosynthesis ［J］. Insect Biochemistry， 1981， 11（1）： 7379.

（責任編輯：張文蔚）