云南切梢小蠹雌雄成虫触角结构及感受器的扫描电镜观察

卢世栋 张新民 杨 斌 赵 宁,

( 1. 西南林业大学生命科学学院，云南 昆明 650233；2. 云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 650233)

云南切梢小蠹（Tomicus yunnanensis），隶属于小蠹科（Scolytidae）、切梢小蠹属（Tomicus），是一种严重危害松属植物的蛀干害虫。切梢小蠹在欧亚各国均有分布，在我国的许多省份也都有发生，其中吉林、陕西、浙江、四川、重庆和云南尤为严重[1-4]。

云南切梢小蠹在形态上与纵坑切梢小蠹（Tomicus piniperda）极为相似。在很长一段时间里，危害云南松的切梢小蠹一直被认为是纵坑切梢小蠹[5]。直到2008年，才从形态学上确认云南的切梢小蠹是一个尚未描述的切梢小蠹新种，并描述定名为云南切梢小蠹[6]。云南切梢小蠹主要分布在云南，及与云南相邻的四川和贵州地区，仅在云南每年就有5.67万hm2云南松林受其危害，并导致大量云南松死亡，对生态环境造成巨大威胁[7-10]。

昆虫触角上着生有许多不同类型的感受器，昆虫依赖这些感受器感知来自外界环境的各种信号，因此感受器的存在对昆虫的生存和适应环境具有重要作用[11-13]。研究昆虫感受器，有助于深入了解昆虫的化学感受系统，探究其类型、数量、分布和功能，可进一步了解昆虫触角感器与行为反应之间的关系，了解昆虫与自然界之间的联系等[14]。迄今为止，对于小蠹属（Scolytus）、大小蠹属（Dendroctonus）、齿小蠹属（Ips）、切梢小蠹属（Tomicus）和材小蠹属（Xyleborus）等类别的小蠹虫触角结构和感受器已有相关研究，以上类别小蠹的感受器涉及毛形感受器、刺形感受器、锥形感受器、芽形感受器和锯齿形感受器等，并且不同属及种类的小蠹虫的触角结构和感受器类型及分布有明显差异[15-23]。目前，切梢小蠹属的触角结构和感受器的研究仅见松纵坑切梢小蠹的报道[24]，而关于云南切梢小蠹的触角结构和感受器类型分布未见报道。因此，本研究采用形态学对比方法初步观察了云南切梢小蠹雌虫和雄虫整体外部形态，弄清云南切梢小蠹雌、雄成虫触角的结构和感受器的类型及分布规律，可为今后云南切梢小蠹的电生理学、行为学以及引诱剂的研发等研究提供参考价值。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

供试虫源为2018年6月采自云南省曲靖市沾益县九龙山林场的云南切梢小蠹，该林场为云南松纯林，常年受小蠹虫的危害。

1.2 实验方法

1.2.1 昆虫标本制作和整理

将野外采集得到的云南切梢小蠹雌、雄成虫各20头用95%的乙醇杀死后，放置室内的培养皿内进行自然风干，然后用昆虫针和三角台将其制作成干制标本，最后用ZEISS体式显微镜（SteREO Discovery. V20）进行拍照、整理。

1.2.2 昆虫触角的处理

另取云南切梢小蠹雌雄成虫各20头，分别将其用2.5%戊二醛溶液固定，然后用0.1 mol/L磷酸缓冲液在SG9200HE超声波清洗器中洗涤2次，每次各5 min。分别用30%、50%、70%、90%和100%乙醇逐级进行脱水；完全干燥后在体视镜下用镊子摘取云南切梢小蠹的触角，将雌雄触角分别用导电胶固定在样品台上，用CRESSINGTON 108 Auto型号的离子溅射仪进行真空喷金，镀金后置于ZEISS Sigma 300扫描电镜下，观察其形态特征、感受器类型及分布特点与规律，电镜工作电压为15 kV。触角感受器类型的鉴定和命名主要参照Schneider[25]。

2 结果与分析

2.1 雌雄成虫外部形态特征及差异

依据Kirkendall的方法，通过观察成虫腹部末端背板的形状和刚毛朝向来区分云南切梢小蠹的性别[6,26-28]。雌虫腹部末端背板宽大，半圆形，刚毛均匀地伸向末端；而雄虫的窄小，近似长方形，中间处刚毛向中间聚拢（图1e，f）。雌虫体长4.3～5.0 mm，雄虫体长3.9～4.6 mm。

图1 云南切梢小蠹雌雄成虫外部形态特征比较Fig. 1 Comparison of external characteristics of male and female adults of T. yunnanensis

头部及前胸背板黑色，鞘翅红褐色至黑褐色，有强光泽，触角膝状；额部略隆起，额心有点状凹陷，额部底面平滑光亮，额面刻点圆形，分布疏散；点心生细短茸毛，口上片边缘的额毛长密下垂；刻点沟凹陷，沟内刻点圆大，点状无毛；沟间部宽阔，翅基部沟间部生有横向隆堤，起伏显著，向后渐平，出现刻点，点小有如针尖锥刺的痕迹，分布疏散。鞘翅长度为前胸背板长度的2.6 倍，为两翅合宽的1.8倍；腹部末端有淡黄色较短的刚毛。雌虫体型略大于雄虫（图1a-d）。

2.2 雌雄成虫触角基本形态

云南切梢小蠹触角短膝状，雌虫触角长（606.8±28.5）μm，雄虫触角长（670.5±30.2）μm，分为柄节、鞭部和锤头部3部分。柄节1节，粗长，棒锤状，长约（210.6±12.6）μm，宽约（80.5±7.4）μm；鞭节6节，第1节呈念珠状，第2、3、4、5节呈套筒，并且从第2节开始由细逐渐变粗；锤头部膨大近似椭圆形，长约（256.7±11.6）μm，宽约（183.2±10.7）μm，约占整个触角长度的36%。触角各节的表面有明显的多边形或瓦楞状花纹。柄节、鞭节和锤头部着生不同类型和数量的感受器。其中，柄节和梗节上的感器数量少并且稀疏，锤头部上的感受器数量多而且密集，在节间轮生整齐排列（图2a，b）。

图1 云南切梢小蠹雌雄成虫触角形态Fig. 2 Whole antennae of male and female adults of T. yunnanensis

2.3 感受器类型

云南切梢小蠹雌、雄成虫触角上着生5类6种感器，分别为：毛形感受器（ST）、栓锥形感受器（SS）、锯齿形感受器（SZ）（2种）、刺形感受器（SC）、芽形感受器（BS），其中锯齿形感受器均存在不同亚型。

1）毛形感受器。触角上数量最多的一种感受器，数量大约占全部感受器总数的90%左右。直立，呈毛发状，末端逐渐由粗变细，无分支，长度约为（17.0±5.6）μm，绝大部分着生在锤头部的带状凹陷中，呈轮状排列，并且排列整齐，该感器在锤头部1、2、3节上呈较整齐的轮状排列，从第4节上开始密集散生，少部分在锤头部节间散生（图3a-c）。

2）栓锥形感受器。分布在锤头部的顶端半球形突起和每节的外侧。直立或沿触角轴略弯曲，无分支，长度较长，约（40.3±9.3）μm，其顶端或中部有小锥状隆起，是触角上最长的感受器，散生，数量较少，约占全部感器总数的5%（图3a，c）。

3）锯齿形感受器。柄节、鞭节和锤头部的基部均有分布，散生，直立或弯曲，毛发状，一侧具有锯齿，另一侧光滑，有1～5齿，着生基窝较深，基窝附近存在腺孔。根据感受器有无隆起和分布位置分为2种亚型：第1种为锯齿形感受器I型（SZ-I）：存在于柄节与锤头部基部上，感受器表面光滑且无隆起（图3a，d，f）。第2种为锯齿形感受器II型（SZ-II）：分布在鞭节以及锤头部的基部，感受器上半部存在小锥状光滑隆起（图3e）。

4）刺形感受器。着生在柄节与鞭节的上，散生，表面光滑，无分支，顶部尖，数量较少（图3f）。

5）芽形感受器。所有感受器中形态最为短小，并且数量最少，形似禾谷种子刚发出的芽，着生于柄节基部的凹陷中（图3f）。

除了以上数量较多的感受器外，还有数量较少的腺孔（图3e，f），分布于锯齿形感受器和毛形感受器的基部。

2.4 感受器分布规律

云南切梢小蠹雌、雄成虫触角上的5种感受器的类型和分布规律没有明显的差异（表1）。毛形感受器数量最多，占所有感受器数量的绝大部分，主要分布在触角锤头部的带状区域；栓锥形感受器数量较少，仅在锤头部顶端和每个节中零星分布；锯齿形感受器除在第2鞭节未见分布，其于各节均有分布；芽形感受器数量最少，最为隐蔽，仅分布于柄节基部；刺形感受器仅在鞭节和柄节分布。

云南切梢小蠹雌、雄成虫触角各节中，感受器类型以锤头部和柄节较多，分别具有3种（锤头部：毛形感受器、栓锥形感受器、锯齿形感受器；柄节：锯齿形感受器、刺形感受器、芽形感受器），鞭节较少，仅2种（锯齿形感受器、刺形感受器），且均位于第1、3～6鞭节处。在感受器数量上，均以锤头部最多，占总感受器的92%，而柄节和鞭节感受器较少，分别占总感受器2%和4%。锤头部各节中，以第1和2节感受器分布最为密集。无论雌虫与雄虫，鞭节第2节均无着生任何感受器类型。

图3 云南切梢小蠹雌雄成虫触角感受器Fig. 3 Fine morphology of different sensilla on the antennae of adult T. yunnanensis

表1 云南切梢小蠹触角感受器的数量分布统计Table 1 Abundance and distribution of different sensilla on the antennae of adult T. yunnanensis

3 结论与讨论

本研究通过扫描电子显微镜对云南切梢小蠹成虫触角感受器的超微结构进行观察，结果表明：云南切梢小蠹触角上共有5种类型的感受器，分别为毛形感受器、栓锥形感受器、锯齿形感受器、芽形感受器和刺形感受器，其中锯齿形感受器又分为2种亚型。除感受器外，在触角锤头部基部、柄节和鞭节的表面还发现了少量的腺孔，分布在毛形感受器和锯齿形感器的基部。腺孔在大部分昆虫体表普遍存在，他们可能起到分泌缓和剂、激素、润滑剂等物质的作用[29]，在一些昆虫的触角上也有分布，如松六齿小蠹（Ips acuminatus）[30]。

云南切梢小蠹的触角感受器与纵坑切梢小蠹（Tomicus piniperda）的触角感受器类型和分布基本一致，两者都具有毛形感受器、栓锥形感受器、锯齿形感受器、刺形感受器和芽形感受器，且分布部位也大体相同，但锯齿形感受器的亚型SZ-II在纵坑切梢小蠹触角上的研究较少[24]。由于切梢小蠹虫长期生活在树干或树梢内，需要大量机械感受器感知环境，因而推测基窝较深的锯齿形感受器可能具有感知周围环境的机械作用，但对于新的亚型SZ-II的作用目前尚不清楚，需要进一步研究。

云南切梢小蠹的感受器与松六齿小蠹、红脂大小蠹（Dendroctonus valens）、华山松大小蠹（Dendroctonus armandi）、脐腹小蠹（Scolytus schevyrewi）等许多小蠹类害虫存在很多相似之处。如云南切梢小蠹、松六齿小蠹、红脂大小蠹和华山松大小蠹成虫触角均分布有毛形感受器、刺形感受器和锥形感受器3种类型的感受器，并且云南切梢小蠹的感受器在锤头部分布方式与红脂大小蠹、脐腹小蠹和松六齿小蠹十分相似，均整齐呈3条轮状排列分布，顶端有孔，在锤头部数量上占绝对优势，同时具有机械感器和化学感器的作用[16,23,30-31]。化学感器可感受的气味主要有2类，一类来自寄主挥发性物质的气味，另一类是小蠹虫自身分泌的各种信息物质气味，故推测云南切梢小蠹触角上分布的大量毛形感受器可能具有寻找寄主和种群聚集的作用。但除此之外，它们之间还存在一些种间差异性，如触角锤头部的3条轮状排列的感受器类型并不相同，云南切梢小蠹、红脂大小蠹、松六齿小蠹触角锤头部带状排列的是毛形感受器，而脐腹小蠹触角锤头部带状排列的并不是毛形感受器，而是锯齿状感受器[16,18,30]。昆虫触角感受器的类型和分布规律与寄主树木挥发性物质的识别和反应密切相关，脐腹小蠹是榆树的一种重要蛀干害虫，其寄主植物主要有：白榆（U. lmuspumila）、春榆（U. propingua）、黑榆（U. davidiana）、黄榆（U. macrocarpa）、美国榆（U. americana）、欧洲白榆（U. laevis）等[32]。而云南切梢小蠹、红脂大小蠹和松六齿小蠹的主要寄主分别是云南松、害油松、白皮松等松树植物，寄主差异明显，可能是导致触觉感受器类型差异的主要原因。

云南切梢小蠹触角各种形态感受器与其他小蠹属害虫在触角上的分布也存在着不同之处，如云南切梢小蠹的栓锥形感受器仅在锤头部顶端和每个节中零星分布，锯齿形感受器除在第2鞭节未见分布，其于各节均有分布，芽形感受器仅分布于柄节基部，刺形感受器仅在鞭节和柄节分布。脐腹小蠹各部位均分布有锯齿形感受器触角，刺形感受器分布于柄节和鞭节连接处，芽形感受器和锥形感受器散生在锤头部，而华山松大小蠹的锯齿形感受器分布于柄节和鞭节，偶见于锤头部，对于红脂大小蠹而言，芽形感受器只着生于柄节，锯齿形感受器只着生于柄节和鞭节上，锤头部没有分布，刺形感受器着生于锤状部，纵坑切梢小蠹锤状部上数量最多的感器是毛形感器，芽形感器只着生在柄节[16,23,30-31]。

本研究得到了云南切梢小蠹雌雄成虫触角的形态特征、感受器类型和分布规律的结果，但尚缺乏关于各感受器的组织和功能方面的研究，有待进一步深入研究。