长角扁谷盗触角感器的扫描电镜观察

唐培安, 李非凡, 段锦艳, 吴海晶, 陶冶心

(南京财经大学食品科学与工程学院,江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心,江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室, 南京 210023)



长角扁谷盗触角感器的扫描电镜观察

唐培安*, 李非凡, 段锦艳, 吴海晶, 陶冶心

(南京财经大学食品科学与工程学院,江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心,江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室, 南京 210023)

利用扫描电镜对长角扁谷盗雌、雄成虫触角形态及感器进行观察,分析了雌、雄成虫触角感器的类型、形态与分布。结果表明,长角扁谷盗成虫触角由柄节、梗节和鞭节组成,其中鞭节由9个亚节组成。成虫触角上共有3类感受器,可将其分为8种,分别是:刺形感器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)、毛形感器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)以及Böhm氏鬃毛。比较发现,雄虫触角每节的长度均显著长于雌虫,雌、雄虫触角感器的形态相似,类型基本相同。结合长角扁谷盗触角感器的形态、分布和已报道的锈赤扁谷盗的相关研究等,对长角扁谷盗成虫触角各类感器的功能进行了分析与推测。

长角扁谷盗; 扫描电镜; 触角; 感受器

长角扁谷盗CryptolestespusillusSchoenherr,隶属鞘翅目Coleoptera扁谷盗科Laemophloeidae,其分布遍及全世界,在国内各省均有发现。长角扁谷盗以成虫及幼虫为害破碎或损伤的谷物、油料、粉类、豆类及干果等多种农产品及其加工品,偶尔也取食玉米象的卵,是仓库及加工厂中常见的、重要的后期性储粮害虫之一[1]。当前,国内粮库对储粮害虫的防治仍以化学熏蒸为主。这种防治方法见效快、前期效果极好,然而,频繁、过量地使用不仅诱使害虫产生抗药性,而且容易造成农药残留,引起环境污染。因此,探索绿色环保的生物防治剂已成为国内外防治储粮害虫的研究热点[2-3]。目前,针对昆虫信息素、激素类似物等生物防治剂的研究较多,有研究证明:聚集信息素不仅可以用于储粮害虫的大量诱杀,而且可用于实时监测以及进口货物的检验检疫[4-5]。与化学药剂相比,生物防治剂主要通过干扰害虫的新陈代谢、化学通讯等方式控制害虫,所以残留少,污染小。

昆虫触角感器是由触角表皮特化而成的重要器官,具有感受外界物理、化学刺激等功能[6-8]。以常见的毛形感器为例,对皮蠹科、吉丁虫科、芫菁科、瓢虫科、天牛科等鞘翅目昆虫的研究发现:毛形感器可充当化学感器从而对多种信息素有反应[9-15]。目前,扁谷盗类害虫已经上升为主要的储粮害虫之一,然而,对该类害虫的研究主要集中在形态特征及生活习性等方面,对其触角感器的研究报道较少[16]。为此,本团队在研究报道了锈赤扁谷盗CryptolestesferrugineusStephens触角感器超微结构的基础上,通过扫描电镜观察长角扁谷盗成虫触角及触角感器的外部形态,探究其触角感器的类型、形态和分布,推测感器与其相应行为反应之间的关系,为进一步了解昆虫触角感器的功能,进而为探索防治长角扁谷盗等扁谷盗科储粮害虫的途径提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

供试昆虫长角扁谷盗于2014年采自中储粮成都粮食储藏科学研究所,并在养虫室内连续繁殖数代。试验前,用全麦粉∶干酵母粉=19∶1(质量比)混合而成的饲料,在温度为(30±1)℃,湿度为(75±5)%、无光照条件的人工气候箱中饲养成虫。

1.2 试验试剂

叔丁醇(C4H16O),中国医药集团上海化学试剂公司;戊二醛(C5H8O2),国药集团化学试剂有限公司;乙腈(CH3CN),国药集团化学试剂有限公司。

1.3 试验仪器

超声波清洗器:KH5200B型,昆山禾创超声仪器有限公司;扫描电镜:TM3000,日本株式会社日立那珂有限公司;HWS型恒温恒湿箱:300D-4,宁波东南仪器有限公司;电热鼓风干燥箱:303-TA,上海苏进仪器设备厂。

1.4 试验方法

昆虫触角的处理方法参考孙虹霞等[17]并稍作修改。取雌、雄长角扁谷盗成虫触角各5对,在0.1 mol/L磷酸缓冲液中浸泡并用超声波处理30 s,之后用超纯水冲洗3次。放入2.5%戊二醛中固定2 h,随后用0.1 mol/L磷酸缓冲液和超纯水各清洗3次。将清洗好的触角依次用30%、50%、60%、70%、80%、90%和无水乙醇进行梯度脱水,每次脱水10 min。最后依次用50%叔丁醇、70%叔丁醇、100%叔丁醇、叔丁醇-乙腈(2∶1)、叔丁醇-乙腈(1∶1)、100%乙腈进行梯度干燥。

将干燥好的触角样品用导电双面胶按背面、腹面粘在扫描电镜样品台上,采用离子溅射器喷金,应用TM3000扫描电镜在15 kV加速电压下观察和摄影。雌、雄虫触角各观察5对。触角感器类型的形态学鉴定参照Schneider[18]。长度测量采用显微图像分析测量软件Digimizer 3.2。

1.5 数据处理

采用SPSS 17.0进行数据计算和分析,采用独立样本t检验法比较长角扁谷盗雌、雄成虫触角每节长度、直径的差异;利用Photoshop对图片进行处理。

2 结果与分析

2.1 触角的一般形态

长角扁谷盗成虫触角由柄节、梗节和鞭节组成,其中鞭节由9个亚节组成,外形具有雌雄二型性,雌虫触角每节均呈念珠状,雄虫呈线状(图1a～b)。雄虫触角 (1 415.1～1 455.7 μm)显著长于雌虫(796.1～832.3 μm),雌雄触角各节长度均有显著差异(P<0.05)。长角扁谷盗成虫触角每节的长度和直径数据见表1和表2。

表1 长角扁谷盗成虫触角各节的长度1)

Table 1 Mean lengths of antennal segments ofCryptolestespusillus

性别Sex柄节/μmScape梗节/μmPedicel鞭节/μmFlagellumF1F2F3F4F5F6F7F8F9全长/μmOveralllength雌Female(98.4±1.9)b(73.4±1.4)b(55.9±1.5)b(56.8±1.4)b(63.5±1.7)b(55.7±1.6)b(68.4±1.6)b(54.6±1.9)b(88.2±1.7)b(85.0±1.7)b(114.4±1.7)b(814.2±18.1)b雄Male(134.0±2.2)a(94.3±0.9)a(79.8±2.4)a(104.0±2.5)a(130.5±1.5)a(120.2±1.2)a(131.3±2.2)a(123.7±1.1)a(151.0±1.2)a(155.0±2.2)a(211.7±2.8)a(1435.4±20.3)a

1) 表中数据为平均值±标准误;同列数据后不同字母表示雌、雄成虫触角各节长度差异显著(P<0.05)。下同。 Data in this table are mean±SE.The different letters in the same column indicate significant difference between sexes based ont-test at 0.05 level. The same below.

表2 长角扁谷盗成虫触角各节的直径

Table 2 Diameters of the antennal segments ofCryptolestespusillus

性别Sex柄节/μmScape梗节/μmPedicel鞭节/μmFlagellumF1F2F3F4F5F6F7F8F9雌Female(70.3±2.3)b(59.7±3.4)b(53.6±1.9)b(51.8±3.4)b(55.3±2.6)a(52.1±2.8)a(56.4±2.6)a(52.8±2.9)a(63.1±4.1)a(52.1±4.1)b(60.8±3.9)a雄Male(85.8±4.6)a(68.5±6.6)a(62.9±2.8)a(56.9±0.8)a(53.3±4.4)a(49.7±5.4)a(51.5±2.9)b(52.8±5.4)a(54.0±2.4)b(57.0±4.8)a(53.2±3.9)b

图1 长角扁谷盗触角一般形态Fig.1 Morphology of antennae of Cryptolestes pusillus

2.2 触角感器类型、形态、分布与数量

利用扫描电镜观察长角扁谷盗成虫触角感器,发现有3种类型的感器,分别为毛形感器、刺形感器、Böhm氏鬃毛。

2.2.1 刺形感器(sensilla chaetica,SC)

长角扁谷盗刺形感器由基部向端部渐细,端部钝圆且略微弯曲,着生于鞭节第7、8、9节,表面光滑无明显纵纹。根据其长度与形状不同可分为4种类型:Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型。刺形感器Ⅰ(SCⅠ,图2a)着生于鞭节第7、8、9亚节,长度7.87～11.6 μm,基部直径1.01～1.49 μm;鞭节第7、8亚节端部两侧各有一簇感器,有大量的刺形感器Ⅰ着生于感器簇中,数量较多。刺形感器Ⅱ(SCⅡ,图2b)着生于鞭节第9亚节端部,明显高于同一区域内的其他感器,长度30.2～32.4 μm,基部直径1.45～1.59 μm;数量较少,仅数根。刺形感器Ⅲ(SCⅢ,图2c)着生于鞭节第9亚节,长度8.6～14.3 μm,基部直径1.20～1.73 μm;大多直立生长于触角表面,端部较基部略细,数量较少。刺形感器Ⅳ(SCⅣ,图2d)着生于鞭节第7、8亚节端部开阔的臼状触角窝内,长度2.00～2.33 μm,基部直径0.33～0.41 μm;形似芽状,感器细而短,数量较少。

图2 长角扁谷盗触角感器类型Fig.2 Morphology of antennal sensilla of Cryptolestes pusillus

2.2.2 毛形感器(sensilla trichodea,ST)

长角扁谷盗毛形感器细长,端部尖细,表面具明显纵纹,大多平行于触角表面。根据其长度与形状不同可分为3种类型:Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。毛形感器Ⅰ(STⅠ,图2e)着生于触角每一节上凹陷的基窝内;整体贴近触角表面,与触角表面形成20°左右夹角,长度22.1～86.0 μm,基部直径1.10～3.32 μm;数量最多,在柄节、梗节、鞭节均有分布。毛形感器Ⅱ(STⅡ,图2f) 在鞭节第7、8、9亚节端部均有分布,主要着生于鞭节第9亚节端部,与ST Ⅰ外形相似,但长度较短且更尖细,端部更弯曲,长度12.1～17.3 μm,基部直径0.92～1.33 μm,数量较少。毛形感器Ⅲ(STⅢ,图2g)仅分布于柄节腹面,着生处基窝深且宽,长度122～153 μm,基部直径2.69～3.33 μm,是所有感器中最长的,仅有一根。

2.2.3 Böhm氏鬃毛(Böhm bristles,BB)

长角扁谷盗Böhm氏鬃毛(BB,图2h)着生于柄节与梗节连接处,被柄节表皮遮盖,端部钝圆且略微弯曲,长度3.22～4.86 μm,基部直径0.87～1.16 μm,数量较少,鞭节上无此感器。

2.3 雌、雄虫触角感器比较

长角扁谷盗雌、雄成虫触角均具有Böhm氏鬃毛、毛形感器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)与刺形感器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)这三类感器。对长角扁谷盗雌、雄成虫触角感器的长度、基部直径和形态特征的比较表明:除雄虫毛形感器Ⅰ的长度、基部直径显著长于雌虫外,其他各类型的感器均无显著差异;雌、雄成虫触角感器的形态特征不存在差异。雌、雄成虫间触角感器的比较数据见表3。

表3 长角扁谷盗雌、雄成虫触角感器的类型与形态1)

Table 3 Morphological characteristics of antennal sensilla ofCryptolestespusillus

感器类型Typeofsensillum性别Sex感器的外部特征Morphologicalcharacteristicsofsensilla长度/μmLength基部直径r/μmDiameter顶端Tip外壁Wall形状Shape基窝Socket刺形感器ⅠSensillachaeticaⅠ雌Female雄Male9.2±1.79.9±2.01.1±0.11.3±0.1钝圆Blunt光滑Smooth弯曲Curved狭窄Tight刺形感器ⅡSensillachaeticaⅡ雌Female雄Male30.8±1.231.4±1.31.5±0.11.4±0.1尖细Sharp光滑Smooth直立Straight狭窄Tight刺形感器ⅢSensillachaeticaⅢ雌Female雄Male10.1±0.811.6±1.01.4±0.11.4±0.1钝圆Blunt光滑Smooth直立Straight-刺形感器ⅣSensillachaeticaⅣ雌Female雄Male2.1±0.32.1±0.10.3±0.050.3±0.07钝圆Blunt光滑Smooth直立Straight宽阔Wide毛形感器ⅠSensillatrichodeaⅠ雌Female雄Male(34.6±2.8)b(55.7±6.1)a(1.5±0.7)b(2.2±0.8)a尖细Sharp具纵纹Grooved直立Straight宽阔Wide毛形感器ⅡSensillatrichodeaⅡ雌Female雄Male14.7±1.615.3±1.21.1±0.21.2±0.1尖细Sharp具纵纹Grooved弯曲Curved狭窄Tight毛形感器ⅢSensillatrichodeaⅢ雌Female雄Male131±3.9140±4.72.6±0.32.8±0.4尖细Sharp具纵纹Grooved弯曲Curved宽阔WideBöhm氏鬃毛Böhmbristles雌Female雄Male3.7±0.44.1±0.30.9±0.11.0±0.2尖细Sharp光滑Smooth弯曲Curved狭窄Tight

1) 表中数据为平均值±标准误;不同字母表示雌、雄成虫触角同种感器长度有显著差异(P<0.05);“-”表示无此结构。 Data in this table are mean±SE.Different letters for the same antennal sensilla between sexes indicate significant difference based ont-test at 0.05 level. “-” means no such structure.

3 讨论

本文对长角扁谷盗成虫触角感器的超微结构进行了扫描电镜观察,在参考对近缘种昆虫锈赤扁谷盗触角感器研究结果的基础上,对长角扁谷盗触角感器的功能做了推测。长角扁谷盗触角感器类型属于鞘翅目昆虫常见类型,其主要生理功能在其他鞘翅目昆虫中已有报道[6,19-21]。一般认为刺形感器具有感受外界机械力的作用和感受化学信息的作用[2]。长角扁谷盗刺形感器Ⅰ较短,集中分布于感器簇中,因此认为刺形感器Ⅰ为化学感器。刺形感器Ⅱ高于周围感器,较先接触到外界物体,因此认为刺形感器Ⅱ为机械感器。刺形感器Ⅲ表面光滑,长度较短,分布较集中,故认为其为化学感器。刺形感器Ⅳ长度较短,着生于臼状触角窝内,这种微小的凹陷结构常被定义为腔锥感器或坛形感器,具有感受温度、湿度的功能[23],因此认为刺形感器Ⅳ为化学感器。

长角扁谷盗毛形感器Ⅰ数量多,分布广,表面具明显纵纹,而且感器整体可发生较大程度的弯曲,因此认为毛形感器Ⅱ为机械感器。毛形感器Ⅱ长度较短,主要分布在鞭节第9亚节端部,其形态特点与云杉卷叶蛾Choristoneurafumiferana的一种毛形感器十分相似,该感器被证明为化学感受器,因此推测长角扁谷盗毛形感器Ⅱ也为化学感受器[24]。毛形感器Ⅲ在其他昆虫中未见报道,因其着生于柄节腹面,长度为毛形感器Ⅰ的2～3倍,生长方向向口部靠拢,便于感受口部周围的化学信息,有助觅食,因此推测毛形感器Ⅲ为化学感受器[25]。

Böhm氏鬃毛仅着生于柄节和梗节基部,大多垂直于表面或略微弯曲,感器表面光滑无孔。一般认为Böhm氏鬃毛为一种感受重力的机械感器,当遇到机械刺激时,能够缓冲重力的作用力,进而控制触角位置下降的速度[18]。

长角扁谷盗与锈赤扁谷盗均为扁谷盗属的后期性储粮害虫。研究发现:两者均具有毛形感器、刺形感器、Böhm氏鬃毛这3类感器;其中,毛形感器在长角扁谷盗中发现了3种,而锈赤扁谷盗中仅有2种,这可能是由于分类标准与命名方式的不同造成的[25],其他2类感器的形态、分布均十分相似。基于两种害虫在生物学、生态学以及触角感器特性的相似性,认为对这两种害虫可采用相同的防治措施[26-28]。

本文为今后进一步开展长角扁谷盗形态学、行为学、电生理研究等奠定了基础。对成虫触角感器更深层次的研究有待于借助电生理实验技术,从本质上探讨长角扁谷盗成虫各类感器的功能以及在行为反应中的作用。

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(责任编辑：田 喆)

Scanning electron microscopy observations on the antennal sensilla ofCryptolestespusillus

Tang Peian, Li Feifan, Duan Jinyan, Wu Haijing, Tao Yexin

(CollegeofFoodScienceandEngineering,CollaborativeInnovationCenterforModernGrainCirculationandSafety，KeyLaboratoryofGrainsandOilsQualityControlandProcessing,NanjingUniversityofFinanceandEconomics,Nanjing210023,China)

Antennal morphology and sensilla ofCryptolestespusilluswere studied by scanning electron microscopy. The results showed that the antennae were made up of scape, pedicel and flagellum that consisted of nine segments. There were 3 kinds and 8 types of sensilla on the antennae of both sexes, including Böhm bristles, 4 types of sensilla chaetica and 3 types of sensilla trichodea. The length of every segment of the male antennae was significantly longer than that of female’s. No difference was found among the morphology and distribution of sensilla between male and female. The functions of sensilla were speculated according to their morphology, distribution, and the previously reported research of rusty grain beetle.

Cryptolestespusillus; scanning electron microscope; antenna; sensillum

2016-08-15

2016-12-04

粮食公益性行业科研专项(201413007-2);国家级星火计划(2015GA690174);国家自然科学基金(31000828);江苏高校优势学科建设工程项目

Q 964

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.04.011

* 通信作者 E-mail:tangpeian@163.com