梨小食心虫幼虫感受器扫描电镜观察

柴晓晗，王 怡,，郭永福，孔维娜，李 捷，马瑞燕*

(1. 山西农业大学植物保护学院，山西太谷 030801；2. 山西农业大学园艺学院，山西太谷 030801)

昆虫与寄主植物是通过行为选择和生理表现建立寄生关系的。昆虫利用视觉、嗅觉、触觉和味觉对寄主进行定向、辨识和取食并随之发生相应的生理变化(Tangetal., 2000)。昆虫感觉系统的基本单位是感受器(Sensilla)，由昆虫体壁的皮细胞演变而成，协同神经系统对昆虫行为起调控作用，主要与内、外部环境进行化学通讯(马瑞燕等，2000)。昆虫的感受器主要包括化学感受器和机械感受器，具有味觉、嗅觉、触觉等功能(Sunetal., 2009)。对于蛾类昆虫而言，化学感受器是与外界信息交流的最小功能单位，具有不同的形状和功能，在昆虫化学通讯中发挥着重要的作用(杨慧等，2008)。

受孕雌虫会在产卵之前寻找寄主植物，而幼虫取食的生理表现则用于评价是否与寄主成功建立寄生关系。幼虫通过感受器探测寄主的化学物质(王怡，2016)。它的感受器主要集中在头部(下唇须、下颚须、触角)、胸足、肛门(腹部末端)，尤以头部感受器及功能丰富(彩万志等，2011)。不同种昆虫的感受器功能也不尽相同。例如，鳞翅目幼虫的栓锥感受器是主要的味觉感受器，与取食有关(周东升等，2012)；目前，人们主要利用扫描电镜观察幼虫头部和躯体感受器的外形、种类、数量、分布，以此来确定哪些重要的感受器是用来感受化学物质的(谢建军等，2006；向玉勇等，2016)，并进一步探讨感受器的功能作用(宋月芹等，2014；宋月芹等，2018)。

梨小食心虫Grapholitamolesta(Busck)，属鳞翅目Lepidoptera卷蛾科Tortricidae，简称梨小，是一种重要的世界性蛀果害虫。在桃、梨、苹果等蔷薇科果树的整个生长季节，多世代的幼虫会在不同时期选择不同寄主对不同部位进行蛀食，严重影响了果树生产和果农收入(孔维娜等，2018；冷春蒙等，2018)。因此，本文对梨小食心虫幼虫头部的触角、口器以及足进行了扫描电镜观察，探讨了具有钻蛀取食特点的梨小食心虫幼虫与其他植食性昆虫在感受器上产生的差异，从而为进一步明确梨小食心虫与寄主植物的关系提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 供试虫源

虫源采自山西省晋中市太谷区桃园，饲养于山西农业大学生物安全与生物防治实验室人工气候箱(MGC-450HP)内，温度26±0.8℃，相对湿度70%～80%，光周期L ∶D=15 ∶9，利用人工饲料继代饲养50代以上获得大量整齐一致的虫源。将4～5龄幼虫收集后备用(Yokoyamaetal., 1987；王怡等，2019)。

1.2 样品处理方法

在显微镜M165C下用镊子和刀片分离幼虫头部与胸腹部。用2.5%戊二醛溶液固定24 h(郭永福等，2018)。用不同浓度的乙醇对头部和胸腹部分别进行逐级脱水(30%、50%、70%、80%、90%、100%)3次，每次脱水15 min，放于通风处干燥，将干燥后的处理样品固定在贴有导电胶的样品台上。放入小型离子溅射仪(SBC-12)喷金30～60 s，置于日立SU8020场发射扫描电子显微镜下观察、拍照记录，加速电压为0.5～30 kV。该制样和观察过程在中科百测电镜室完成。

1.3 数据统计分析

使用Adobe Photoshop CS4标记图像，并测量每种感受器类型的至少5头幼虫的长度和基部宽度。感受器根据Albert(1980)提出的标准进行标记(Albert, 1980)。

2 结果与分析

2.1 头部

梨小食心虫5龄幼虫的头部是硬化的囊(长度：933.6 μm，宽度：619.2 μm)，椭圆形，光滑，低颌。其表面具有许多长毛形感受器(LTS，长度：178.4 μm)和短毛形感受器(STS，长度：78.1 μm)。头部囊的前部有1对触角、口器和 6对侧单眼(图1)。

图1 梨小食心虫5龄幼虫头部的正面视图Fig.1 Frontal view of the head of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: A, 触角; F, 额唇基; C, 唇基; S, 单眼; Lb, 上唇; M, 上颚; Mx, 下颚; Lap, 下唇须; Sp, 吐丝器; LTS, 长毛形感受器; STS, 短毛形感受器。Note: A, antenna; F, frontoclypeus; C, clypeus; S, stemmata; Lb, labrum; M, mandible; Mx, maxilla; LaP, labial palp; Sp, spinneret; LTS, long sensilla trichodea; STS, short sensilla trichodca.

2.1.1触角

梨小食心虫幼虫的触角相当短(平均值：158.8 μm)，位于侧单眼和上颚之间(图1)。它由3个体节组成：柄节(长度：54.8 μm，宽度：56 μm)、梗节(长度：66.8 μm，宽度：43.7 μm)和鞭节(长度：26.7 μm，宽度：15.9 μm；图2-A)。

图2 梨小食心虫5龄幼虫触角的形态和结构Fig.2 Morphology and structure of the antenna of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A): Sc, 柄节; Pe, 梗节; FL, 鞭节; (B): C1～C2, 刺形感受器; B1～B6, 锥形感受器; St, 栓锥形感受器。Note: (A): Sc, scapus; Pe, pedicel; Fl, flagellum; (B): C1～C2, sensilla chaetica; B1～B6, sensilla basiconica; St, sensillum styloconicum.

柄节是触角上最宽的一段体节，未观察到感受器。内侧的梗节最长，具有3个锥形感受器(B1～B3)和2个刺形感受器(C1～C2)；锥形感受器B1和B2的外观相似，而B3则是细长的短钉状；梗节上只有1个顶孔，表面无孔、光滑的、镶嵌的刺形感受器，长度相差较大，C2比C1长，全部位于梗节的远端边缘处。触角末端的鞭节有3个锥形感受器(B4～B6)和1个细长的栓锥形感受器(St)；锥形感受器B5的形状与梗节上的B1和B2类似，比B4和B6长并且大。B6的底部膨胀，但是上部比B4和B5薄很多。其中，B4是最小的一个感受器，近乎圆柱形(图2-B)。

2.1.2上唇

上唇长288.1 μm，宽139.4 μm，表面分布有6对左右对称、单孔的刺状感受器(图3-A，C1～C6)。

2.1.3上颚

上颚长212.0 μm，紧挨上唇，非常发达和硬化。上颚的前端包含有切齿叶(图3-B，M)，每片切齿叶有5个齿，适于咬食(图3-B)。

图3 梨小食心虫5龄幼虫上唇和上颚Fig.3 Labrum and mandible of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A)，上唇的正面图; C1～C6，刺形感受器; (B)，上颚的视图; M，上颚的切齿。Note: (A), Frontal view of the labrum; C1～C6, sensilla chaetica; (B), Outer view of the mandible; M, distal incisor cusps.

2.1.4舌

幼虫口腔的中央有1个类似舌的结构，其两侧向内卷曲，并在舌边缘成排出现大量的微刺(图4-A)。

2.1.5下颚的外颚叶

下颚由近端的轴节(宽度：92.1 μm，长度：60.0 μm)和远端的茎节(宽度：72.2 μm，长度：39.6 μm)组成。2个节的侧须(基节和远端体节)和内侧外颚叶从远端的茎节中产生(图4-A、B)。轴节和茎节的体节上都具有1个较长的刺形感受器C1和C2(图4-B、C)，其他感受器聚集在外颚叶和下颚须的的末梢表面。外颚叶的末梢表面上有8个感受器。2个较大的栓锥形感受器St1和St2位于外颚叶末梢的内侧。在外颚叶的侧壁的中间有1个刺形感受器C3。2个刺形感受器C4和C5扁平且长，并且位于外颚叶的背侧缘。锥形感受器B1是多孔的、尖锐的，并且位于舌附近。B2是丝状的并且位于St1和St2之间。B3位于外颚叶的边缘(图4-C)。

图4 梨小食心虫5龄幼虫下颚Fig.4 Maxillae of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A)，下颚和舌的视图; Ca, 轴节; Sp, 茎节; Ga, 外颚叶; Mp, 下颚须; H, 舌; M, 微刺; (B)，下颚的轮廓图; C1～C2, 刺形感受器; Mp1～Mp2, 分段; (C)，外颚叶的远端视图; C3～C5, 刺形感受器; B1～B3, 锥形感受器; St1～St2, 栓锥形感受器; (D)，下颚须的远端体节; D, 指形感受器; p, 板形感受器。Note: (A)，Inner view of maxilla and hypopharynx; Ca, cardo; Sp, stipes; Ga, galea; Mp, maxillary palp; H, Hypopharynx; M, microtrichia. (B)，Profile view of the maxilla; C1～C2, sensilla chaetica; MP1～MP2, two-segmented . (C)，Distal view of the galea; C3～C5, sensilla chaetica; B1～B3, sensilla basiconica; St1～St2, sensilla styloconica. (D)，Distal segment of the maxillary palp; D, sensillum digitiformium; P, sensillun placodeum.

2.1.6下颚须

2段下颚须长是98.4 μm(Mp1～Mp2)。须的末端表面有许多感器坑，尚未发现它们穿过体壁(图5)。左右须尖端的8个感受器的空间分布如下：

7个锥形感受器和1个栓锥形感受器。下颚须的末端也有1个拉长的、宽的指形感受器，其位于下颚须的外壁中，附着在基部并沿其长度自由分布。2个板形感受器位于末梢部分的侧面(图4-D)。2.1.7下唇下唇有1对触须(长度：56.9 μm)和长管状的吐丝器(长度：81.8 μm)，幼虫可从中分泌丝。下唇须上有1个较长的栓锥形感受器和1个较短的刺形感受器；该栓锥形感受器具有球根状基部和细发状顶部，刺形感受器位于须的末端(图6-A)。在下唇的基部有2个小的、有气泡状小孔(图6-B)的感受器钉(P1和P2，平均9.7 μm)。触须的表面有许多孔。

图5 梨小食心虫幼虫下颚须凸凹不平的表面Fig.5 Cratered surface of the maxillae palpof larva Grapholita molesta

图6 梨小食心虫5龄幼虫下唇及下唇的腹侧视图Fig.6 Labium and ventral view of the labium of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: 下唇的背视图; Lap, 下唇须; Sp, 吐丝器; C, 刺形感受器; St, 栓锥形感受器; P1～P2, 感受器钉; M, 微刺。Note: Dorsal view of the labium; LaP, labial palps; Sp, spinneret; C, sensillum chaeticum; St, sensillum styloconicum; P1～P2, sensilla pegs; M, microtrichia.

2.2 体躯

梨小食心虫老熟幼虫背部感受器较少，但从背面观分节明显，胸部3节，腹部10节；腹面感受器较多，腹面观分节亦明显(图7)。

图7 梨小食心虫5龄幼虫正面观与腹面观Fig.7 Back view and ventral view ofthe fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A)，背面观; (B)，腹面观。Note: (A)，Back view; (B)，Ventral view.

2.2.1胸足

梨小食心虫老熟幼虫胸足较为发达，共有3对(图8-A、B、C)，端部具有较弯曲1爪，前胸分节较为明显，第一胸节两侧旁各有一气门(图9-A、B、C)。胸足周围排列有不规则的毛型感受器和刺型感受器(图8)。

图8 梨小食心虫5龄幼虫胸足Fig.8 Thoracic legs of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A)～(C)，胸足; C, 刺型感受器; LTS, 长毛形感受器; STS, 短毛形感受器。Note: (A)～(C)，Thoracic legs; C, sensilla chaetica; LTS, long sensilla trichodea; STS, short sensilla trichodca.

2.2.2腹足

梨小食心虫老熟幼虫腹部最长，共10节，无臀栉(图7-B)。腹气门共有8对，分别位于第1至8腹节的两侧。腹足共有5对，分别着生于第3～6腹节及第10腹节上。第10腹节上的腹足被称为臀足或尾足(图11)。其腹足端具趾钩，呈单序环形排列，基本呈刺状，但端部向外弯曲(图10-C)；腹足周围同样排列有不规则的毛型感受器和刺型感受器(图10，图11)。

图9 梨小食心虫5龄幼虫气孔Fig.9 Spiracle of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A)～(C)，气孔; C, 刺型感受器; LTS, 长毛形感受器。Note: (A)～(C)，Spiracle; C, sensilla chaetica; LTS, long sensilla trichodea.

图10 梨小食心虫5龄幼虫腹足Fig.10 Prolegs of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A)～(B)，腹足; (C)，腹足趾钩; C, 刺型感受器。Note: (A)～(B)，Prolegs; (C)，Crochets of ventral prolegs; C, sensilla chaetica.

图11 梨小食心虫5龄幼虫尾足Fig.11 Anal proleg of the fifth instar larva of Grapholita molesta注: (A)～(B)，尾足; C, 刺型感受器; LTS, 长毛形感受器。Note: (A)～(B)，Anal proleg; C, sensilla chaetica; LTS, long sensilla trichode.

3 结论和讨论

梨小食心虫幼虫为咀嚼式口器。卵孵化后，幼虫会先在植物或果实的表面爬行约2 h或更长时间后才逐渐开始钻蛀取食。期间，幼虫先将头部钻入寄主植物，吐出咀嚼过的植物组织形成孔洞，钻入后进行取食(王怡，2019)。

本研究对梨小食心虫幼虫的触角感受器进行扫描电镜观察的结果表明，幼虫触角上具有锥形感器、栓锥形感器和刺型感受器3种感受器。研究表明，较大的、多孔的锥形感受器(图2-B中B1，B2，B4，B5)对植物气味敏感，具有嗅觉功能(Zacharuketal., 1985)。无孔的栓锥形感受器内部有大量的神经细胞，可能与味觉和嗅觉有关，并被证实有热-湿感受器的功能以感受外物的温度和湿度变化。小的锥形感受器也具有这种功能(Schoonhovenetal., 1967)。B3和B6(图2-C)是梨小食心虫幼虫触角上小的锥形感受器。单孔的刺形感受器用来接受触觉刺激，也被归于味觉感受器(Schoonhovenetal., 1966; Albert, 1980; Bakeretal., 1986; Faucheux, 1995; 刘俊延等，2018)。桃小食心虫CarposinasasakiiMatsumura的刺形感受器参与触觉刺激信号的接收(Schoonhovenetal., 1967；宫田睿等，2012)。因此，梨小食心虫幼虫触角的感受器具有味觉、嗅觉功能，热-湿感受器的功能，这表明了幼虫触角是其感受寄主的关键部位。

梨小食心虫幼虫口器分为上唇、上颚、舌、下颚、外颚叶、下颚须、下唇等部位，主要具有刺形、锥形、栓锥形、指形、板形，毛形多种感受器。这些感受器相对集中于上唇、下颚、下颚须及外颚叶上。梨小食心虫幼虫口器的上唇有 6对单孔的刺形感受器(图3-A)，数量与形态与桃小食心虫一致(陈静，2015)。刺型感受器通常被认为是一种感受外部刺激的机械性感受器(Faucheux, 1995；Davisetal., 2008)。在梨小食心虫幼虫口器的上颚部分感受器数量较少，很难看到。但其上颚的前端具有切齿叶，每片切齿叶有5个齿，每个齿上端是尖锐的(图3-B)，适于咬食，用于切断并磨碎食物。此外，还观察到梨小食心虫舌边缘有几行小刺，可能用于搅拌食物。

梨小食心虫下颚的刺形感受器C1～5(图4-B、C)，尤其是感受器C4～5(图4-C)相比其他感受器更粗壮一些。这类感受器主要是接收到与食物接触的刺激并提供有关食物品质的信息，具有触觉性功能(Schoonhovenetal., 1966；Hanson, 1970)。

在梨小食心虫幼虫口器的每个下颚须上都有8个顶端较尖的感受器，即7个锥形感受器和1个栓锥形感受器，这种形状与桃小食心虫相似，而数量与其他鳞翅目昆虫不同(Grimesetal., 1986；Faucheux, 1995)。这种差异可能是由于食心虫在果实内部钻蛀的取食习性造成的(Keil, 1996; Lin, 2002; Liuetal., 2011)。地老虎Agrotisypsilon下颚须的感受器与嗅觉功能有关(Devittetal., 1982)，也可能具有机械感受功能(Schoonhovenetal., 1966)；与梨小食心虫的下颚须具有相同形状感受器的桃小食心虫不仅具有嗅觉功能和机械感受功能，还具有味觉功能(Liuetal., 2011)。对于近40种鳞翅目昆虫下颚须的指形感受器分析表明，虽然它们的分布和外观不同，但结构一致(Devittetal., 1982；Bakeretal., 1986；Keil, 1996；Lin, 2002；Liuetal., 2011)。此外，梨小食心虫幼虫口器的下颚须上还有2个板形感受器，形状凹陷(图4-D)，可能具有嗅觉功能(Devittetal., 1982；Bakeretal., 1986；Keil, 1996)。梨小食心虫幼虫口器的下颚须和下唇须表面是凹凸不平的，有许多凹坑，桃小食心虫和棉铃虫的下颚须也有类似形态(Keil, 1996)，其功能有待进一步研究。

在梨小食心虫幼虫口器的外颚叶上有3个刺形感受器(图4-C中C3，C4，C5)和栓锥形感器(图4-C中St1～St2)。Ishikawa等人使用切断试验证实了家蚕幼虫栓锥形感受器在食物识别中的重要作用(Ishikawaetal., 1969)。梨小食心虫的栓锥形感受器可能也有此作用。梨小食心虫外颚叶上的锥形感受器B1(图4-C)是多孔的，这与朱红毛斑蛾PhaudaflammansWalker(Albert, 2003)相似。气味信号会通过孔洞进入感受器内，与某些物质产生化学或物理反应，可作为气味物质的探测器与接收器(刘俊延等，2018)。鳞翅目幼虫中下唇须的感受器是典型的机械性感受器(Albertetal., 1980；Devittetal., 1982；Faucheux, 1995)。梨小食心虫下唇须上也发现了这两种感受器(图6)，与桃小食心虫下唇须上的感器类型、形态、数量和功能相同(Liuetal., 2011)。梨小食心虫下唇的2个小感受器钉(图6，P1～P2)其上各有1个气泡状小孔(图6)，在向日葵螟Homoeosomanebulella和桃小食心虫中也存在(Rothschildetal., 1991；Faucheux, 1995)，但结构和功能尚不清楚。

梨小食心虫老熟幼虫胸足较为发达，且胸足端部具有1个弯曲型的爪，这可能与幼虫钻蛀、取食、爬行有关，在桃小食心虫的幼虫形态里也被观察到(陈静，2015)。在鳞翅目幼虫的腹足上，趾钩的长短、数目和排列方式是分类鉴定的主要特征 (Common, 1990)。梨小食心虫幼虫腹足的趾钩呈单序环形排列，是与其他鳞翅目幼虫分类的主要特征。梨小食心虫幼虫胸足上主要有爪和孔，也许与头部触角感受器上的孔功能一样，用于感知温湿度；幼虫胸足的第2节腹面有许多线状突起，可能在光滑处运动时发挥作用(陈静，2015)。幼虫毛形感器主要分布在腹部腹面，根据对头部毛形感器的分析，并结合其分布，认为其在选择栖息地发挥作用且可能还具有机械功能。

综上所述，梨小食心虫幼虫口器的感受器最多，具有嗅觉、触觉、味觉、机械等多种功能，并具备了所有重要感受器类型。与小菜蛾PlutellaxylostellaL.(魏辉等，2003)和小地老虎(向玉勇等，2016)头部触角和口器的感受器相比，它们的类型和数量均小于梨小食心虫。这可能是因为梨小食心虫钻蛀取食的行为特点导致了感受器向有利于自身取食方向的发展，从而使得头部感受器比以其他方式取食的昆虫变得更加发达和丰富。因此，本文认为梨小食心虫进行寄主选择、钻蛀、取食等相关行为最主要的感受器集中在触角和下颚上。在此基础上，还需要进一步从行为学、电生理、分子生物学等方面对感受器的功能和作用进行更深入的探索与验证。