基于形态与COI条形码的蜂缘蝽物种鉴定

王师君, 伊文博, 赵 清, 张虎芳,*

(1.山西农业大学 植物保护学院, 山西 太谷 030801; 2.忻州师范学院 生物系, 山西 忻州 034000)

0 引言

【研究意义】蜂缘蝽属(RiptortusStål,1860)隶属半翅目(Hemiptera)缘蝽总科(Coreoidea)蛛缘蝽科(Alydidae),其在世界范围已记录27种,中国记录3种,即条蜂缘蝽〔Riptortuslinearis(Fabricius, 1775)〕、点蜂缘蝽〔Riptortuspedestris(Fabricius, 1775)〕和小蜂缘蝽〔RiptortusparvusHsiao, 1964〕[1-2]。该属主要特征为小到中型,身体黄褐色;头三角形,窄于前胸背板的宽度,触角第1节显著长于第2节和第3节;前胸背板梯形,侧角尖锐;头部和胸部侧板常有不规则黄色斑块;后足股节膨大,内侧具刺;胸部与腹部连接处常细缩,似“蜂腰”状;若虫似蚁;成虫善飞,易受惊扰[2-4]。蜂缘蝽是豆科作物典型的刺吸性害虫[2-3]。如点蜂缘蝽从若虫到成虫均可危害大豆,刺吸大豆的花、果、豆荚、嫩茎嫩叶的汁液,引起大豆症青症状,严重时颗粒无收[3-9]。蜂缘蝽属不同种的鉴定存在一定程度的混乱,探究其种的准确鉴定方法,对有效防治该类害虫在豆类作物上的危害具有重要意义。【前人研究进展】萧采瑜等[2-4]报道,3种蜂缘蝽种间外部形态极为相近,在豆科作物及稻田上常混合发生,传统分类方法主要依据成虫头胸侧板的黄色斑点进行种类鉴定。PENTINSAARI等[10-11]研究表明,DNA条形码技术也是区分近缘物种的有效手段之一。TAUTZ等[11-14]报道,线粒体DNA中的线粒体细胞色素氧化酶亚基I基因(COI)由于具有变异速度较快、分布普遍性、序列和结构相对保守性等特点,是常用的DNA条形码分子标记,已广泛应用于昆虫物种鉴定和亲缘关系的分析。【研究切入点】由于蜂缘蝽种内不同个体间存在不同程度的色斑变异,导致其种的准确分类困难,在形态学基础上,结合分子数据进行辅助鉴定,是有效解决近缘物种分类问题的有效途径。选择中国蜂缘蝽属3个种,对其成虫进行形态学观察和雄虫生殖节解剖观察,结合形态学和COI条形码数据探究蜂缘蝽属3个种的鉴定方法。【拟解决的关键问题】探明蜂缘蝽属3个种的准确鉴定方法,以期为该类害虫的准确分类鉴定及有效防治其在豆类作物上的危害提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 蜂缘蝽 2019-2021年在不同地点采集3种蜂缘蝽共计257头,其中,条蜂缘蝽19头,点蜂缘蝽236头,小蜂缘蝽2头,保存于山西农业大学植物保护学院。具体采集地、采集时间和分布见表1。

表1 蜂缘蝽属3个种的采集地和采集时间等基本信息

1.1.2 仪器 双目实体显微镜,香港麦克奥迪(Motic)控股有限公司;佳能EOS 600D相机和佳能EF100 mm微距镜头,佳能(中国)有限公司。

1.1.3 DNA提取试剂盒 D1700动物组织/细胞基因组DNA提取试剂盒,北京索莱宝(Solarbio)科技有限公司

1.2 方法

1.2.1 形态学观察 将获取的标本进行整姿,形态学观察和测量采用麦克奥迪(Motic)双目实体显微镜,形态照片使用佳能EOS 600D相机和佳能EF100 mm微距镜头拍摄,并通过Helicon Focus进行景深合成。雄性生殖节经解剖后观察并绘图。利用Adobe Photoshop CS5制作图版。

1.2.2 分子鉴定 小蜂缘蝽仅有2头干制标本,未提取到分子数据。选取点蜂缘蝽56头和条蜂缘蝽19头浸制标本,经解剖提取腿部肌肉组织,采用D1700动物组织/细胞基因组DNA提取试剂盒提取DNA。扩增COI条形码658 bp序列引物为通用引物[15]。经检测后送上海生工公司测序,所得结果经BioEdit比对,得到长度为627bp序列,用于后期分析。遗传距离的模型与分析采用K2P(Kimura-2-parameter)[16]和MEGA 6.0[17]进行,单倍型分析采用DnaSP 5.10[18]。COI条形码的种内遗传距离<1.00%,种间距离>3.00%,即可将属内物种区分出来。

2 结果与分析

2.1 蜂缘蝽属3个种的形态特征

蜂缘蝽属的条蜂缘蝽、点蜂缘蝽和小蜂缘蝽3个种的形态特征既存在差异,也有相似之处,相似之处在于体色相近,体型相似,且头胸部侧板均具黄色斑点等;差异主要体现在前胸背板、头部和胸部侧板及雄性外生殖器等部位,3个种成虫的背面、侧面和腹面观见图1,成虫的侧面观特征绘制图见图2。

注:A1～A3为条蜂缘蝽;B1～B3为点蜂缘蝽;C1～C3为小蜂缘蝽。

2.1.1 体型及体长 条蜂缘蝽体中型,相对较细长,体色偏棕色;雄虫体长13.2～15.8 mm,雌虫体长13.5～17.1 mm。点蜂缘蝽体中型,较粗壮,体色偏暗,以深棕色或深褐色为主;雄虫体长14.5～17.1 mm,雌虫体长14.8～17.3 mm。小蜂缘蝽体中小型,相对较细长,体色偏棕色;雄虫体长9.9～11.4 mm,雌虫体长11.0～11.6 mm。

2.1.2 头部 条蜂缘蝽头侧面具黄色且连续纵向光滑带纹,在侧板缝处不间断;触角第4节最长,显著长于2节和3节之和,但短于前3节长度之和,第1节超过头宽。点蜂缘蝽头侧面具有形状不规则黄色斑点或无斑点;触角第4节最长,显著长于2节和3节之和,但短于前3节长度之和,第1节超过头宽。小蜂缘蝽头侧面具黄色光滑带纹,且在侧板缝处间断;触角第4节最长,接近或超过前3节长度之和,第1节较短,不超过头宽。

2.1.3 前胸背板及胸侧板 条蜂缘蝽前胸背板或侧板均无颗粒状瘤突;胸部侧板具条状的黄色纵向条纹,并且在各节侧板缝位置无间断。点蜂缘蝽前胸背板、侧板及中后胸侧板均有显著的黑色颗粒状瘤突;胸部侧板无斑点或具黄色不连续斑点。小蜂缘蝽前胸背板、侧板及中后胸侧板均无显著的黑色颗粒状瘤突;胸部侧板具条状的黄色纵向条纹,并在各节侧板缝位置间断。

2.1.4 腹部 条蜂缘蝽腹部侧面具较宽的黄色纵向条纹,与胸部和头部的条纹相连接;腹部背板黄色,无圆斑;腹部外缘无黄黑相间的花纹,仅在各节侧缘留有黑色残留痕迹。点蜂缘蝽腹部侧面具黄色和黑褐色不规则斑点或无斑点,种内变异较大;腹部第5～6节背板中央区域有1个大型黄色圆斑,第7节端半部和第8～9节背板为橘黄色,腹部外缘具黄黑相间的花纹。小蜂缘蝽腹部侧面具较宽的黄色纵向条纹,与胸部和头部的条纹相连接;腹部背板黄色,无圆斑,腹部外缘无黄黑相间的花纹。

2.2 蜂缘蝽属3个种雄性生殖器的形状

蜂缘蝽属的条蜂缘蝽、点蜂缘蝽和小蜂缘蝽3个种的雄性生殖器结构虽然近似,但种间也存在差异(图3)。雄性生殖囊:条蜂缘蝽宽大于长,背缘窄,腹缘中间凹陷,腹后突显著,超过腹缘;点蜂缘蝽生殖囊的长大于宽,背缘稍宽,腹缘凸出,腹后突显著;小蜂缘蝽长宽约相等,背缘窄,腹缘中间凸出,腹后突显著,超过腹缘。抱器:条蜂缘蝽呈钩状,端部稍膨大,末端凹陷;点蜂缘蝽呈钩状,端部稍膨大,末端平直不凹陷;小蜂缘蝽呈钩状,端部细小不膨大,末端轻微凹陷。

2.3 条蜂缘蝽和点蜂缘蝽的种内种间遗传距离

蜂缘蝽属的条蜂缘蝽和点蜂缘蝽的COI条形码为75条,其单倍型数量分别为12个和35个,2个种的种间不存在共享单倍型;2个种的种内遗传距离分别为0.67%和0.68%,二者的种间距离为6.55%。

3 讨论

蜂缘蝽属的条蜂缘蝽、点蜂缘蝽和小蜂缘蝽3个种由于形态较接近,在早期报道中较为混乱。研究结果表明,蜂缘蝽属的条蜂缘蝽、点蜂缘蝽和小蜂缘蝽3个种的形态特征既存在差异,也有相似之处,相似之处在于体色相近,体型相似,且头胸部侧板均具黄色斑点等;差异主要体现在前胸背板、头部和胸部侧板及雄性外生殖器等部位;3个种的前胸背板、头部和胸部侧板具有明显的区别,如点蜂缘蝽前胸背板具有显著的黑色颗粒状瘤突,其余2个种则较光滑。点蜂缘蝽和条蜂缘蝽的形态、若虫、生活史等与已有报道吻合[3-4],但点蜂缘蝽头胸侧板的黄色斑块变异较大,不能仅依此将其进行区分。对近似种的区分,也可采用雄性外生殖器结构特征作为其主要的鉴定特征,条蜂缘蝽生殖囊腹缘中间凹陷,腹后突显著,超过腹缘,抱器端部稍膨大,末端凹陷;点蜂缘蝽生殖囊,腹缘凸出,腹后突显著;抱器端部稍膨大,末端平直不凹陷;小蜂缘蝽生殖囊腹缘中间凸出,腹后突显著,超过腹缘,抱器端部细小不膨大,末端轻微凹陷。

研究结果表明,条蜂缘蝽和点蜂缘蝽的单倍型多样性均较高,其单倍型数量分别为12个和35个,均具有较高的分化潜能,2个种间不存在共享单倍型;2个种的种内遗传距离分别为0.67%和0.68%,其种间距离为6.55%。与HEBERT等[19-20]的结论相符。表明,点蜂缘蝽和条蜂缘蝽是2个不同的物种,与形态学研究结果一致。尽管点蜂缘蝽个体间在头胸侧板处存在黄色斑块大小不一的变异,但DNA条形码结果证明其为同一物种,未达种间差异水平。

4 结论

蜂缘蝽属不同种可通过胸部侧板色斑、前胸背板形态及雄性外生殖器特征进行物种鉴定,COI条形码序列分析结果也与形态特征鉴定结果一致。形态特征差异结合COI条形码数据可将蜂缘蝽属内不同种进行准确鉴定。