山核桃透翅蛾成虫生殖系统的形态和结构

梁甜 ， 巨云为 ， 彭方仁 ， 周洁璐 ， 冯伟坤 ， 王重贺

（南方现代林业协同创新中心, 南京林业大学林学院, 江苏 南京 210037）

山核桃透翅蛾Sphecodopterasheni1973 年发现于江苏南京，是危害薄壳山核桃Caryaillinoensis的重要蛀干害虫之一[1-2]，此前其拉丁学名和中文名一直比较混乱。2014 年巨云为团队根据最新的文献查考，将该种中文名和对应拉丁学名定为山核桃透翅蛾Sphecodopterasheni[3]。山核桃透翅蛾在南京地区1 a 发生1 代，幼虫在树干韧皮部与木质部间蛀食形成孔道，使受害植株树势衰弱，影响果实的品质与产量，严重时导致整株死亡；其成虫飞行、繁殖能力强，交配后卵常散产于老树树皮缝内，极难发现，防治困难。近年来随着薄壳山核桃树种植面积的迅速扩大，山核桃透翅蛾的种群数量也明显增长，对薄壳山核桃的危害程度日趋严重，因此做好该虫的科学防控对保障薄壳山核桃产业的良好发展具有重要意义。

昆虫的生殖系统负责繁殖后代和延续种族，能直接影响种群数量的消长，在昆虫生理中占据重要地位[4-6]。鳞翅目昆虫的生殖系统包括内生殖器和外生殖器，前者一般位于昆虫腹部第4 ～ 8 腹节，后者多分布于第9 ～ 10 腹节，二者协同完成整个生殖过程。内生殖器的主要作用是产生并贮存成熟的精子和卵子，保证基因的传递，其发育指标是预测昆虫发生规律、虫源性质的重要依据[7-8]。赵胜园 等研究草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda的内生殖结构时根据其卵粒发育状态等指标确定卵巢发育级别，以此应用于推测草地贪夜蛾的田间发生数量[9]。昆虫外生殖器由腹部生殖节上的附肢特化而成，主要用以完成交配、授精和产卵这一系列生殖行为[10]。不同种昆虫主要以形态差异极大的外生殖器实现种间隔离，保证只有同种个体才能顺利完成交配，因此外生殖器的形态特征可为昆虫分类和种类鉴定提供重要依据。一般来说，雌虫外生殖器相对简单且种间差异小，而雄虫的外生殖器较为复杂[11]。Arita等对山胡桃透翅蛾Scasibacaryavora雌雄外生殖结构观察后发现该种与赤腰透翅蛾Scasibamolybdoceps极其近似，但区别在于前者雄蛾的抱器腹突明显较宽，端部也更圆钝，能够作为区分不同种的一个有效特征[2,12]。姜楠 等通过比对雄蛾外生殖器的钩形突、囊形突、抱器瓣等结构的差异成功区分灰茶尺蛾Ectropisgrisescens和茶尺蠖Ectropis obliqua[13]。由此可见，对昆虫的生殖系统展开研究，不仅有利于进一步探究昆虫的生殖潜力，且对种间分类鉴定和虫情测报也具有重要意义。

目前，国内外对山核桃透翅蛾的研究主要聚焦于生物学特性观察和幼虫种群空间分布型及感器类型[14-15]。笔者通过光学显微镜和扫描电子显微镜对山核桃透翅蛾生殖系统的形态结构进行系统观察和记录，以期进一步明确其成虫形态学分类特征和生殖系统结构，揭示其生理适应性机制，为预测其种群数量动态，制定科学的防控策略提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

山核桃透翅蛾幼虫采集于江苏省南京市玄武区太平北路（32°04′42″N，118°48′37″E）行道树树干基部，带回实验室后使用半人工饲料饲养，饲养条件为温度25 ℃，相对湿度70%，光周期0L∶24D。待其羽化后，将雌雄成虫1∶1 移入50 cm × 50 cm ×50 cm 养虫笼中备用。

1.2 内外生殖器样品制备和观察

取羽化后第一天活力较强的雌雄成虫，剪掉翅和足，从胸腹交界处将完整腹部截取下来，置于0.9%的生理盐水中，以保持内外渗透压平衡，防止组织器官胀破或萎缩变形。在体视显微镜（Zeiss，Stereo Discovery.V8）下，用解剖针从腹部正中央轻轻撕开，剥离体壁，取出完整的内生殖器，摘除消化道及多余的脂肪体后冲洗干净观察拍照。

取雌雄成虫各15 头，在体视显微镜 (Leica EZ4)下分别剪取其腹部生殖节作为样品，将样品在4 ℃条件下浸入2.5%戊二醛溶液中固定12 h 取出，用0.1 mol/L 磷酸缓冲液 (PBS) 冲洗后，分别用70%，75%，80%，90%和100%体积分数的乙醇进行梯度脱水，每梯度脱水1 次，每次10 min。样品脱水后通过临界冷冻干燥机（Bal-Tec CPD 030）干燥2 h，按顺序用导电胶粘贴在载玻片上均匀喷金，最后在环境扫描电子显微镜下（FEI Compony Quahta 200）观察结构并拍照。

2 结果与分析

2.1 山核桃透翅蛾雄蛾生殖系统

2.1.1 雄性内生殖器

山核桃透翅蛾雄虫内生殖器位于第5 ～ 8 腹节的背部围脏窦内，由精巢、贮精囊、输精管、复射精管、单射精管和附腺组成（图1）。

精巢位于第5 腹节背隔下，是精子产生和发育的场所。左右精巢由半透明被膜包被成一个扁圆形的黄色球体（图1A）。

贮精囊位于第6 腹节内，由输精管前端膨大形成，是暂时贮存成熟精子团的场所，同时也是使精巢中的精子进入复射精管的泵器官，分为前贮精囊和后贮精囊（图1B）。前贮精囊与精巢腹面相连，膨大不明显，末端渐细；后贮精囊膨大成肾形，末端与输精管相连。输精管是精子进入复射精管的通道。半透明、极细，前端与后贮精囊相连，末端进入复射精管膨大的厚壁管腹侧（图1A，B）。

复射精管是贮存附腺分泌物和精子的场所。乳白色，前端与附腺相连，后端接入单射精管，整体为1 对明显膨大的月牙形厚壁管道（图1A）。单射精管始于复射精管，末端与阳茎相接，暂存于复射精管内的精子在此形成精包后经阳茎排出体外（图1C，D）。单射精管前段透明薄管为单射精管原节，后端粗短呈“U”型膨大，角质化程度较高，为单射精管表皮节（图1D），是形成精包的前体场所。

附腺具有丰富的内含物，为精子的成熟提供养分，还能分泌活性物质，在一定程度上影响和调控雌雄成虫的生殖生理；始于复射精管混合处，是一对粘连的等长乳白色细管（图1A）。

2.1.2 雄性外生殖器

与鳞翅目大多数昆虫外生殖器的演化相同，山核桃透翅蛾雄蛾的外生殖器，也称交配器，由第9，10 腹节特化而成，包括抱握器、背兜、基腹弧、囊形突、爪形突和阳茎等结构（图2A，B）。

抱握器为雄性外生殖器中最复杂、变化最多部分，是第9 腹节附肢形成的1 对附有大量短毛的对称耳状结构，交配时用以抱握固定雌虫，主要由抱器端、抱器腹和抱器背组成。抱器端先端长而尖，位于抱器顶端，侧缘垂直着生毛簇。抱器腹位于抱器末端腹部，基部边缘硬化，中央具弯曲上伸的骨化刺，为抱器腹突，是山核桃透翅蛾雄虫的典型识别特征之一。抱器背坚硬，位于抱器中部内凹面，基段近腹缘处有一骨状凸起，为抱器背突，其上密被一簇排列整齐的毛束，可以用来清刷阳茎（图2B）。

背兜发达，马鞍状，前端宽钝，向后渐窄，由第9 腹节的背板特化而成，末端与爪形突相连（图2B，C）。基腹弧是由第9 腹节腹板特化而成的骨片状结构，与背兜在抱握器基部相连，狭窄，边缘轻微角质化（图2B）。

爪形突是在交尾时起固定雌蛾的作用，为第10 腹节特化而来的附肢，与背兜末端相连，顶端长圆形，外缘有稀疏短毛着生，两侧向腹部内凹成槽，肛管由此伸出。囊形突呈短粗棒状，由基腹弧末端延伸形成。阳茎细长圆筒状，端部骨化，从背兜与基腹弧间的隔膜中部伸出，隔膜围绕阳茎的部分形成双褶，可以翻出，阳茎由此伸缩，可自由扭曲，基部与射精管相连，交尾时雄蛾用阳茎通过射精将精液输入雌蛾体内完成授精（图2B）。

2.2 山核桃透翅蛾雌蛾生殖系统

2.2.1 雌蛾内生殖器

雌蛾内生殖器位于第4 ～ 9 腹节，由卵巢、侧输卵管、中输卵管、生殖腔、受精囊和附腺组成（图3）。

图3 山核桃透翅蛾雌蛾内生殖器Fig. 3 Female internal reproductive organs of S. sheni

卵巢是卵子发生和发育的场所，成对存在，左右对称，位于消化道的背面，填满整个腹腔（图3A）。每个卵巢由4 条卵巢管组成，卵巢管呈多滋式，前端围鞘延伸成的细丝集合成悬带，附着于附近的脂肪体上以此固定卵巢位置，基部合并，汇入侧输卵管（图3B）。

侧输卵管是连接卵巢和中输卵管的1 对短管道，主要起贮存卵子的作用。中输卵管是由2 条侧输卵管沿身体中线伸向腹部末端形成的一条粗而直的排卵通道，后端与生殖腔相连（图3A）。

生殖腔是连接在中输卵管后的管状通道，前端较细，向后渐粗，末端开口于产卵孔（图3A）。受精囊膨大为肾形，位于中输卵管背面，开口于生殖腔左侧（图3A），有一根末端二分叉的细长受精囊腺，其分泌物可以保持精子活力。受精囊是雌、雄交配后，贮存精子的地方，当成熟卵子经中输卵管向外排出时，会释放精子与其结合形成受精卵，完成受精过程。

附腺的附腺柄短而膨大，着生于生殖腔基部，与附腺囊间界限不清晰，附腺囊为一对透明饱满的梨形球体，顶端分别发出一根灰白色细长附腺管（图3A）。通常分泌一种黏性物质，产卵时可使卵粘在他物上或结成卵块，还可形成覆被卵块的卵鞘，也称黏腺。

2.2.2 雌蛾外生殖器

山核桃透翅蛾雌蛾外生殖器也称产卵器，主要由交配囊及其附属结构，导精管，前表皮突，后表皮突，肛突组成（图4）。

图4 山核桃透翅蛾雌蛾外生殖器Fig. 4 Female external reproductive organs of S. sheni

交配囊是一个连接细长膜质交配囊管的半透明长圆形表皮质囊体，是交配时接受阳茎的场所。交配前呈扁平状，交配后因精子的流入膨大呈球形，之后精子由此通过导精管进入受精囊。交配囊体内膜上具有一个黄褐色骨化的交配囊片，常起到刺破精包释放精液的功能。导精管的开口在中输卵管基部左侧，与受精囊管开口处相接近，是将贮存在交配囊内的精子转移到受精囊内的通道（图4A）。

前表皮突和后表皮突均为细棒状，成对存在，弱骨化，也称生殖突，是肌肉的附着点，起固定生殖腔等其他结构的作用（图4A）。前表皮突细长，着生于第8 腹节，前端约1/3 处包被一层半透明肌肉层。后表皮突为第9，10 背板延伸形成的内骨，稍短，位于肛突基部侧缘。

肛突是腹部末端第9 和第10 节上一对左右对称的弱骨化圆形瓣状外部结构（图4B），产卵孔开口于其间。肛突边缘密被大量刺型感器，这些感器有助于雌虫感知并寻找合适的产卵场所。

3 结论与讨论

山核桃透翅蛾与已报道的其他鳞翅目昆虫生殖系统结构和组成大体相似，但各组成部分在相对位置、大小、形状、数量上仍有一些区别，其内生殖器中的附腺是两条粘连的细长管道，而白杨透翅蛾Paranthrenetabaniformis的两条附腺则互不粘连，分别连接在倒“人”字形膨大的贮精囊两侧[16]。山核桃透翅蛾雌蛾交配囊呈长圆形，而白杨透翅蛾交配囊为圆形，小地老虎Agrotisypsilon交配囊则为“丫”型[17]，黑纹黄齿螟Heortiavitessoides的交配囊为不规则梯形[18]，这说明雌蛾外生殖器的交配囊种间形态差异较大，可作为种类划分的重要依据之一。此外，显微观察山核桃透翅蛾雌雄外生殖器发现，虽然雌蛾种间差异很小，但雄蛾外生殖器在近缘种间的分化较为明显。海棠透翅蛾Synanthedonhaitangvora抱握器上具有侧视略呈心形的颚形突，山核桃透翅蛾没有颚形突。榆兴透翅蛾Synanthedonulmicola与山核桃透翅蛾雌蛾产卵器结构几乎没有差别，但雄蛾交配器略有差异，榆兴透翅蛾雄蛾抱器腹上不具有抱器腹突，这一结构在海棠透翅蛾上也同样未观察到，山核桃透翅蛾则有发达的抱器腹突[19-20]。黑赤腰透翅蛾Scasibarhynchioides与山核桃透翅蛾同属，二者外部形态特征相似，但前者抱器腹突为近三角形的骨状片，与山核桃透翅蛾窄长的骨状刺差异明显[21]。因此，抱器腹突是区别山核桃透翅蛾与其他透翅蛾的一个重要特征。

大多数鳞翅目昆虫均有在成虫羽化后要经历取食即补充营养才能完成其生殖发育的习性[22]，但在对山核桃透翅蛾成虫生殖系统的解剖中发现，羽化第一天的雄成虫精巢饱满、贮精囊充满白色内容物，雌成虫的腹部被淡褐色成熟卵粒所组成的卵巢塞满，抱卵量最高达320 粒，说明精巢、卵巢在蛹期就已基本完成发育，在实验室饲养山核桃透翅蛾的过程中也发现，雌成虫羽化后第2 天便开始产卵，这种能迅速交尾和产卵的能力与巨疖蝙蛾Endoclitadavidi类似，都是为了完成繁衍而出现的一种适应性进化[23]。同时观察到羽化初期成虫体内包含有丰富的脂肪粒，但羽化后第5 天粘连在内生殖器上的脂肪粒基本消耗殆尽，而前期实验中观察到成虫寿命一般在5 d 左右，因此补充营养似乎对山核桃透翅蛾成虫的生殖发育影响不大。此外，与栎掌舟蛾Phaleraassimilis类似，山核桃透翅蛾雌蛾的高怀卵量表明其具有巨大的生殖潜能，容易对寄主林木造成暴发性危害[24]。因此，在防治管理中，更应以预防为主，做好山核桃透翅蛾虫情测报工作。