长林小蠹触角感器的超微结构

陈焕文 解丹 贾妮娅 于欣禾 许建娇 迟德富 宇佳

摘要

為了探究长林小蠹Hylurgus ligniperda（Fabricius）触角上感器的类型和数量，为进一步探索其对化学信号的感受机制奠定基础，利用扫描电镜技术对长林小蠹雌雄成虫的触角感器进行观察。结果表明：长林小蠹触角上存在5种类型的感器和少量腺孔，包括毛形感器（STⅠ、 STⅡ、 STⅢ亚型）、锯齿形感器（SZⅠ、 SZⅡ、 SZⅢ亚型）、刺形感器（Sch）、腔锥形感器（Sco）和芽形感器（BS）。毛形感器约占总感器数的61%，锯齿形感器在触角的每一节均有分布，占感器总数的24.7%，刺形感器分布在柄节基部和梗节，腔锥形感器只少量散生在部分毛形感器带上，数量约占4.1%，鞭节端部分布有0～3个芽形感器，且有个体差异。长林小蠹雌雄成虫间触角感器的结构和类型无明显差异，雌虫STⅠ比例稍多，雄虫STⅡ比例稍多。

关键词

长林小蠹; 触角; 扫描电镜; 感受器

中图分类号：

S 763

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2022185

Ultrastructure of the antennal sensilla of the redhaired pine bark beetle， Hylurgus ligniperda （Fabricius） （Coleoptera： Curculionidae）

CHEN Huanwen， XIE Dan， JIA Niya， YU Xinhe， XU Jianjiao， CHI Defu*， YU Jia*

（Northeast Forestry University， Key Laboratory of Sustainable Forest Ecosystem Management， Ministry of Education， Harbin 150000， China）

Abstract

To lay a foundation for further exploring the sensory mechanism of Hylurgus ligniperda （Fabricius） to chemical signals， the types and number of antennal sensilla on male and female adults were observed by scanning electron microscopy. It was found that there were five morphological types of sensilla on the surface of the antennae： sensilla trichodea （subtypes STⅠ， STⅡ， STⅢ）， sensilla zigzag （subtypes SZⅠ， SZⅡ， SZⅢ）， sensilla chaetica （Sch）， sensilla coeloconica （Sco）， budshaped sensilla （BS） and a small number of cuticular pores. The major sensilla ST accounted for about 61%. SZ distributed on each segments and subsegments of antennae accounted for about 24.7%. Sch was distributed on the base of scape and pedicel. Sco was scatteredly distributed on the belts where ST was situated， accounting for about 4.1%. There were 0-3 BSs on the terminal part of the flagellum， but there existed individual disparity in the number of these sensilla. There was no obvious difference in sensilla structure and types between male and female H.ligniperda， but the numbers of STⅠ and STⅡ were different between them.

Key words

Hylurgus ligniperda; antenna; scanning electron microscope; sensilla

长林小蠹Hylurgus ligniperda Fabricius，1787，又名红毛小蠹，属鞘翅目Coleoptera象甲科Curculionidae小蠹亚科Scolytinae切梢小蠹族Tomicini林小蠹属Hylurgus Latreille。原产欧洲南部及非洲北部的地中海沿岸，目前已传播至各大洲［14］，现已入侵我国并造成较大危害［5］。该虫在世界范围的寄主树种约20余种［6］，包括黑松Pinus thunbergii在内的18种松属Pinus树木，也可对冷杉属Abies、落叶松属Larix、云杉属Picea和黄杉属Pseudotsuga树木产生一定的危害。一般雌虫侵入植株后，钻蛀数条母坑道，吸引雄虫前来交配、繁殖［7］。另外，除了直接为害松树外，长林小蠹还可携同伴生真菌入侵，加快树木死亡［810］。研究发现，利用植物源挥发物例如α蒎烯、β蒎烯、月桂烯等，以及齿小蠹属Ips的信息素引诱剂如齿小蠹烯醇、齿小蠹二烯醇和南部松小蠹引诱剂，以及树木死亡过程中释放的乙醇，单一或混合均对长林小蠹有一定的引诱效果［1114］。其中以α蒎烯、β蒎烯两种植物源挥发物和乙醇的复配效果最佳。但是，针对不同发生区的长林小蠹，其引诱规律也有所不同［12，1415］。国外已经将植物源引诱剂做成诱芯，广泛用于虫情监测。

昆虫主要依靠触角感受外界的化學信号，并利用这些化学信号进行寄主定位、交尾及产卵等活动。触角上分布着各种感受器，昆虫通过感受器感受外界化学信号，从而调控自身行为。各种昆虫触角感器的类型、比例和分布位置都有一定的差异，各种类型的感器功能也各不相同。不仅不同昆虫之间感器有着相当大的差异，甚至在同种昆虫的雌雄个体间也有所不同［16］。迄今为止，对于小蠹亚科中的切梢小蠹属Blastophagus，大小蠹属Dendroctonus，齿小蠹属，足距小蠹属Xylosandrus等已做了大量的研究［1723］，发现小蠹亚科昆虫的触角上毛形感器（sensilla trichodea，ST）、锯齿形感器（sensilla zigzag，SZ）、锥形感器（sensilla basiconica，SB）、芽形感器（budshaped sensilla，BS）、刺形感器（sensilla chaetica，Sch）、腔锥形感器（sensilla coeloconica，Sco）和栓锥形感器（sensilla styloconica，SS）为主要的感器类型，也有少数存在Bhm氏鬃毛形感器（Bhms bristles，BB）。

由于触角上不同的感器行使不同的功能，研究触角感受器的类型及分布，也能为解开昆虫的气味行为密码提供理论基础。本研究旨在借助扫描电镜，观察长林小蠹触角的超微结构，了解其雌雄成虫触角感器类型、数量及分布，为进一步研究长林小蠹嗅觉感受机制奠定基础，为探索新的防治途径和方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

长林小蠹雌雄成虫采自山东省烟台市牟平区沿海防护林（37.46°N，121.85°E），在林间选取侵入孔表面有新鲜蛀屑的长林小蠹为害木，并对其进行解剖，用镊子小心取出坑道内的长林小蠹成虫，雌雄成虫各选取20头，放入1.5 mL小离心管中保存备用。

1.2 触角样品制备和观察

取雌雄成虫各20头，在体视显微镜下用镊子和解剖针，将着生有完好触角的头取下（避免触角在脱水过程中丢失）。将取下的头用2.5%戊二醛固定液于4℃冰箱中黑暗固定24 h后，置于超声波振荡器中振荡15～20 s。经pH 7.2的磷酸缓冲液漂洗3次，每次10 min，之后再依次用体积分数30%、50%、70%、80%、90%、95%和100%的梯度乙醇溶液逐级脱水10 min。脱水后室温自然干燥12 h，然后在解剖镜下用镊子小心取下触角，并固定在贴有导电双面胶带的铜制样品台上，再干燥12 h后，进行喷金镀膜。将制好的样品在扫描电子显微镜（Apreo C，美国赛默飞公司）下观察触角的形态特征、感器类型和分布情况，扫描模式为ETD，加速电压为20 kV，加速电流为0.8 nA。

触角感受器的分类与定名，主要依据Schneider［24］和Brooks［25］的方式进行。对雌雄成虫触角感器数量和长度的测量均做10个重复。使用ImageJ软件测量感器的长宽和夹角，使用Excel 2019处理数据。

2 结果与分析

2.1 长林小蠹触角的基本形态描述

通过扫描电镜观察长林小蠹触角感器的超微结构发现（图1），长林小蠹触角由柄节（scape）、梗节（pedicel）和鞭节（flagellum）组成。柄节和梗节分别只有1个亚节。鞭节由10个亚节组成，鞭节的第1～6亚节呈套筒状依次逐渐膨大，从第7至第10亚节又依次逐渐缩小。第1、2亚节端部最宽处直径依然明显窄于梗节最宽处，第3亚节端部宽与梗节最宽处相当。雌雄成虫结构无明显差异。触角各（亚）节遍布瓦楞形或多边形花纹。柄节长（292.6±23.8）μm，梗节长（47.7±3.0）μm，鞭节长（345.6±31.2）μm，触角整体长（679.7±38.1）μm（表1）。触角柄节、梗节、鞭节分布着不同类型的感器。有的感器着生处分布有少量腺孔（cuticular pore，CP），且有个体差异（图2i）。

2.2 长林小蠹触角感器的种类、形态和分布

长林小蠹触角感器共有5种类型，分别为毛形感器、锯齿形感器、刺形感器、腔锥形感器和芽形感器（表2）。

2.2.1 毛形感器（sensilla trichodea，ST）

毛形感器呈毛状，弯曲或略弯曲;仅分布在触角鞭节端部的4层感器带，是长林小蠹分布数量最多的感器类型，约占总感器数的61%。根据感器的大小、形状和弯曲程度不同，可将ST分为3种亚型：STⅠ（图2a，3a）、STⅡ（图2a，3a）和STⅢ（图2b，3a）。其中STⅠ长度为（21.2±1.6）μm，夹角为（5.2±0.4）°，略弯曲，端部较尖;STⅡ长度为（19.8±2.0）μm，夹角为（5.1±0.9）°，略弯曲，端部圆钝;STⅠ和STⅡ分两排并列着生于触角锤头部，均表面光滑，是组成锤头部感器带的主体，两种感器的数量百分比在雌雄之间略有差异，雌虫STⅠ比例稍多，雄虫STⅡ比例稍多;STⅢ比STⅠ和STⅡ长，长度为（50.2±2.1）μm，向外侧弯曲，夹角（55.0±9.8）°，数量明显少于STⅠ和STⅡ，约占感器总数的9.8%，分布在触角鞭节的第7～10亚节的感器带。

2.2.2 锯齿形感器（sensilla zigzag，SZ）

锯齿形感器为分布最广的感器，在触角的各节均有分布。SZⅠ亚型（图2d，3a，3b）直立略弯曲，形似锯齿，与接触面夹角较小（18.7±4.2）°，长度（115.8±3.3）μm，基部宽（5.4±0.9）μm，数量少于毛形感器，约占总感器数的7%。SZⅡ（图2e，3c）与接触面夹角较大，为（55.0±2.6）°，且弯曲，长（90.7±8.1）μm，锯齿极多，分布在触角的柄节，数量相对较少。SZⅢ（图2f，3a）较短，长（43.2±3.5）μm，除第5～6亚节没有分布外，在各亚节均有分布，约占总感器数的12%。

2.2.3 刺形感器（sensilla chaetica，Sch）

刺形感器表面光滑，末端极尖，数量较少，约占总感器数的4.7%。长度（10.9±2.8）μm，基部（1.3±0.6）μm。主要分布在柄节基部和梗节（图2b，3g，3c）。

2.2.4 腔锥形感器（sensilla coeloconica，Sco）

腔锥形感器外形似火炬，长（9.3±1.2）μm，基部（2.2±0.2）μm，感器上下生长不同，下部似锥形，

光滑无花纹，上部均匀分布有纵向条纹形成槽状（图2c，3a）。上部分比下部分稍短。主要夹生在锤头部

的毛形感器带间。数量较少。

2.2.5 芽形感器（budshaped sensilla，BS）

芽形感器表面光滑，长（5.4±0.5）μm，基部（2.0±0.4）μm，只极少地分布在鞭节的端部，且有个体差异（图2h，3d）。

2.3 感器分布的特点和规律

长林小蠹雌雄成虫，在触角感器的结构和感器类型上无明显差异，只是STⅠ和STⅡ的数量在雌雄之间略有差异（表2），但差异不显著。感器在各（亚）

节的分布规律如表3所示，柄节感器数量最少，约占

总感器数量的4%，主要分布SZⅠ、SZⅡ和Sch。梗节分布有Sch和SZⅠ，鞭节感器分布种类较多，ST的3个亚型、SZ的2个亚型、腔锥形感器及芽形感器均有分布。ST都分布在锤头部的上4

层，SZ在每一节的每一感器层都有分布。锤头部是感器最多的部位，约占总感器数的88%。Sch分布在柄节基部和梗节，与接触面的夹角较大。Sco只分布在鞭节的第7～9亚节。在锤头的感器带中STⅠ、

STⅡ与Sco混生，且各占感器带的86.8%，9.1%和4.1%。BS只偶尔分布在鞭节端部，且有个体差异。

3 结论与讨论

昆虫主要通过嗅觉感受外界化学信号，进行寄主定位、躲避天敌、寻找食物等生命活动。在其触角上着生大量的感器。感器的种类和数量以及分布的不同，决定着其识别化学信号的能力。小蠹亚科昆虫不仅能感受寄主挥发物、信息素，还能受微生物挥发物的影响。对其感器类型和分布的研究具有较大意义。通过对长林小蠹触角感器的研究，发现其触角上的5种感器均为小蠹亚科昆虫常见类型，且雌雄成虫个体间无显著差异。大部分“一夫一妻”制小蠹虫聚集信息素由雌虫入侵新寄主后释放，在吸引雄虫交配的同时也吸引雌虫进行聚集为害，并且研究表明许多小蠹亚科昆虫的触角感器在雌雄个体间均无显著性差异［1719，22，27］，对于长林小蠹行为学和触角电生理的研究尚无报道，有待于后续进一步研究。

在小蠹亚科昆虫中，毛形感器普遍最发达，数量最多，同时具备嗅觉和味觉功能，主要用来感受信息素等，对种群的聚集和繁殖起重要作用。前人研究证明［20，26］，毛形感器对寄主挥发物的萜烯和信息素类物质有着强烈的感应，具有帮助小蠹定位寄主和聚集为害等功能。由于长林小蠹的触角感器种类相对较少，由此推测长林小蠹感受寄主气味和聚集信息素的神经元和受体应该也集中分布在ST中。通过对长林小蠹触角各节感器的统计发现，毛形感器主要分布在其触角的锤头部，所以其主要感受外界气味信号的位置也应该位于触角锤头部。而且长林小蠹雌雄成虫触角STⅠ和STⅡ的比例差异很可能与雌雄之间感知种间求偶信号的差异有关。

以往的研究发现，传统锯齿形感器SZⅠ腔内部没有神经元，不具备感受化学信号的能力［2425］。长林小蠹为害需要穿过厚厚的土壤在寄主根系的韧皮部和木質部定殖，因而推测其需要大量的机械感器感受周围环境。这也可能是长林小蠹锯齿形感器分布多且广的原因。在柄节分布着SZⅠ型和SZⅡ型，且SZⅡ只分布在柄节。SZⅡ亚型感器与传统锯齿形感器不同，其表面锯齿不仅数量多，且锯齿朝各个方向生长。猜测其不止是感受机械作用的感器，其可能还有感受土壤物理特征的能力或是能近距离识别化学信号物质。这些猜测需要透射电镜和电生理试验等后续验证。

刺形感器在長林小蠹中分布的方式与云南松切梢小蠹［27］、脐腹小蠹［22］等相似。现阶段，刺形感器被广泛认为是感受机械压力的感器类型，也有研究表明其表面的小孔也可感受环境中的化学信号。腔锥形感器在云杉八齿小蠹Ips typographus ［28］和南部松大小蠹Dendroctonus frontalis［29］触角上均有发现，他们的分布特点和长林小蠹相似。Brooks［25］认为，腔锥形感器能行使嗅觉和味觉功能，其凹凸不平的结构能加强对化学信号的感知;而Borden［26］等通过对加州十齿小蠹 Ips confusus的研究发现，腔锥形感器对外界温度变化也有一定的反应。虽然腔锥形感器数量较少，但是其对长林小蠹生命活动也一定是不可或缺的。关于腔锥形感器和刺形感器在长林小蠹生命活动过程中的功能也待进一步研究。

综上所述，通过观察长林小蠹触角的超微结构发现，长林小蠹触角感器的结构、类型和数量在雌雄成虫间无明显差异，只在STⅠ和STⅡ数量上略有差别。在雌雄触角上共发现5类感器和少量腺孔，其中毛形感器和锯齿形感器分别各包括3个亚型。本研究为后续研究长林小蠹的感器相关功能，以及嗅觉感受相关分子机制奠定了基础。

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