榆木蠹蛾性信息素分泌腺和性信息素触角感受器的电镜观察

榆木蠹蛾性信息素分泌腺和性信息素触角感受器的电镜观察

榆木属于鳞状昆虫科，也被称为三叶树科。它是一种分布在中国东北、华北、华东、华南和西北的寄生虫。它主要危害着白柳树，其次是蝗虫科。麻醉师、蚱科、金针科、青椒科、柳树科、柳树科、柳树科、柳树科、柳树科、柳树科等（肖刚柔，1992）。它是国家林业局发布的《森林危险扑灭名单》之一（国家林业局防止外来森林微生物管理办公室，2003）。近年来该虫分布逐渐扩展,种群数量也在增大,2～3龄幼虫分散寻觅伤口及树皮裂缝侵入,危害韧皮部及边材,发育到5龄时,沿树干爬行到根颈部钻入为害,土层上下的根颈部往往被为害成蜂窝状,幼虫数头或数十头聚居一条虫道内,整个根颈部多达八九十头幼虫,在木质部形成广阔的不规则的密集虫道,严重破坏树木的生理机能,阻碍养分和水分的输导,致使树势衰弱,甚至整株死亡。国内外许多学者对多种鳞翅目昆虫性信息素分泌腺(Jeffersonetal.,1968;Aubreyetal.,1983;Tealetal.,1983;田宇和刘孟英,1990;甘雅玲等,1996;张金桐等,2002)以及触角感受器(尹姣等,2004;王霞等,2008;Yangetal.,2009)的超微结构进行了研究,但未见有关榆木蠹蛾性信息素通讯系统超微结构的报道。本研究利用扫描电镜、透射电镜对雌蛾性信息素腺体表面形态及结构进行观察,了解榆木蠹蛾性信息素分泌腺(性信息素释放系统)位置、表面形态及超微结构,有助于性信息素快速而准确地提取、分离和鉴定;对雄蛾触角感受器(性信息素接收系统)进行观察,明确了雄虫的触角感器种类、形态、分布,以期为深入了解其化学感受系统,以及为探索榆木蠹蛾感受器与行为之间的关系奠定基础。1材料和方法1.1虫笼与纱笼的饲养供试榆木蠹蛾采自宁夏回族自治区盐池县机械化林场高沙窝分厂,带回室内饲养于装有潮湿细沙的养虫笼(60cm×45cm×30cm)中,室内温度26±1℃,相对湿度65%±8%,光周期14L∶10D,以寄主植物白榆树干饲喂,直到老熟幼虫在潮湿细沙中化蛹,待其羽化后按性别将其分别置于纱笼(60cm×60cm×60cm),以10%蜂蜜水饲喂。1.2样品的制备和观察1.2.1两性异形感器的制备取2日龄的处女雌蛾10头,于21:30-22:00即处于召唤状态的处女雌蛾挤压腹部使其腹尖末端完全裸露,在第7节处用细绳扎紧,然后在结扎部位的前方剪下腹尖部分;取2日龄的雄蛾从基部剪下触角。用2.5%戊二醛固定雌蛾腺体和雄蛾触角,再用30%,50%,70%,80%,90%,95%,100%的乙醇梯度脱水2次,每级15min,JFD-320冷冻干燥仪-5℃冷冻干燥,取干燥后的雄蛾触角8根(分别为触角腹面、背面以及两侧面),JEOLJFC-1600离子溅射镀膜仪喷镀铂金,镀好的材料用日本产的JEOLJEM-6490LV扫描电子显微镜进行形态观察。感器的命名主要参照Schneider(1964)的命名系统,并参考高艳和罗礼智(2005)对触角感器进行描述,统计整个触角不同感器的数量。测量20个相同类型感器长度和基部直径作为重复。1.2.2超声切片机雌蛾腺体样品放入2.5%戊二醛固定液固定3h,用pH为7.2的磷酸缓冲液洗涤3次,每次15min,再用1%的锇酸固定2h,磷酸缓冲液洗涤3次,每次15min,再用30%,50%,70%,80%,90%,95%,100%的乙醇梯度脱水2次,每级15min,Epon812树脂包埋、UC6超薄切片机切片;醋酸双氧铀、柠檬酸铅双重染色;JSM-1400透射电子显微镜观察拍照。1.3数据的统计和处理采用SPSS13.0统计软件对数据进行分析处理。触角不同部位感器数量、各类感器长度及基部直径数据为平均值±标准差(SD)。2结果与分析2.1月间段呈单次开发后的季节动态榆木蠹蛾雌蛾性信息素分泌腺位于腹部末端第8～9节之间的节间膜背面腺体中央区域。雌蛾静止时,节间膜随第8～9节一起套缩在第7腹节之内,求偶时外伸露出(图版Ⅰ:A),腺体表皮外露,释放性信息素,第8节背板和第9节肛乳头上分布着较长的刚毛,第8～9节节间膜光滑(图版Ⅰ:B),腺体表面分布着许多饱满的锥状突出体,腺体细胞存在于锥状突出体中(图版Ⅱ:A)。2.2细胞内质网和国物质网由透射电镜观察榆木蠹蛾雌蛾第8～9节节间膜背面中央区域的腺体细胞横切图,可见腺体细胞之间有胞连接(图版Ⅱ:B),腺体细胞质中有脂质粒、大量空泡(图版Ⅱ:C)、光面内质网和粗面内质网(图版Ⅱ:D)和线粒体(图版Ⅱ:E)。细胞核偏离细胞中央(图版Ⅱ:D),细胞的基底膜基褶较多,在质膜上分布着微绒毛,并与内表皮连接(图版Ⅱ:F)。内表皮含有多层状的几丁质,几丁质中置埋着细丝,细丝形成几层与表面相平行的板层(图版Ⅰ:C)。在表皮层的凹陷中有一细长输送管(图版Ⅰ:D)。第8～9节节间膜背面中央区域的腺体细胞的纵切图中可见表皮层分为着色深的上表皮和着色浅的内表皮(图版Ⅰ:E),表皮层有众多细小孔道分布(图版Ⅰ:F)。2.3梗节、鞭节和梗节榆木蠹蛾雄蛾的触角为线状,由柄节(scape),梗节(pedicel)和鞭节(flagella)组成。柄节和梗节被大量鳞片覆盖。鞭节大约由76节组成,每小节都有鳞片,基部多,靠近鞭节端部鳞片越来越少。2.4各类感器的大小分布在雄蛾触角鞭节共观察到5种感受器,分别为毛形感器(sensillumtrichodea)、腔锥形感器(sensillumcoeloconica)、刺形感器(sensillumchaetica)、曲毛形感器(sensillumtrichodeacurvata)和锥形感器(sensillumbasiconica)。触角鞭节上分布有大量感器(图版Ⅲ:A),且不同部位各类感器的数量不同(表1),除锥形感器外其他感器在触角鞭节端部分布少,中部和基部分布多。各类感器的大小存在差异(表2)。毛形感器(图版Ⅲ:B～F)是触角上分布最广、数量最多的一类感器,分布于各节鞭节上,在鞭节基部和中部分别为14820和14404个,端部相对较少为7526个,感器长度为42.3μm,基部直径为2.2μm。形状细长,微弯,末端很尖,着生于触角表面,基部无臼状窝,感器与触角方向平行,匍匐于触角表面,且排列不规则。有的基部弯曲向前倾斜,有的基部不弯曲末端指向触角末端方向。腔锥形感器(图版Ⅲ:C)是一类感觉锥位于表皮凹陷中的感受器,感觉锥挺直,不具有缘毛,突出于较浅的表皮凹陷之处,分布在鞭节上,数量为1015个,是长度最短、基部最大的一类感器,长度为2.8μm,基部直径为7.3μm。刺形感器(图版Ⅲ:D)的外形如刺,分布于除末端鞭节的其他鞭节两侧面,与触角表面形成近90°夹角,数量不多,整个鞭节上有309个,是长度最长、基部最小的一类感器,长度为44.3μm,基部直径为1.9μm。曲毛形感器(图版Ⅲ:E)与毛形感器相似,但是比毛形感器短而粗,长度为29.4μm,基部直径为5.6μm,向触角末端弯曲。数量最少,整个鞭节上有215个。锥形感器(图版Ⅲ:B,F)直立,短小,圆锥状,端部钝圆,着生于触角表面的基窝内,基部具圆台形隆起,整个鞭节上分布数量为727个,端部鞭节分布较多,为322个,中部和基部少,分别为273和132个。感器长度为14.4μm,基部直径为4.0μm。3脂质粒及形态检查由扫描电镜观察到榆木蠹蛾雌蛾性信息素分泌腺体位于第8～9节节间膜,与许多学者对鳞翅目昆虫性信息素分泌腺的研究结果一致(张金桐等,2002;向玉勇等,2008)。Itagaki和Conner(1988)利用烟草天蛾Manducasexta的背面和腹面腺体提取物进行触角电位实验,发现该虫的绝大多数性信息素活性部分存在于腹面腺体中;Raina等(2000)则认为美洲棉铃虫Helicoverpazea的第8～9节节间膜上性信息素腺体细胞成环形分布;而本实验观察到榆木蠹蛾性信息素分泌腺细胞只存在于第8～9节节间膜背面中央区域。腺细胞中不仅有光面内质网,而且还有脂质粒和大量空泡。Percy(1974)、Feng和Roelofs(1977)分别研究东纵卷叶蛾Choristoneurafumiferana和红带卷叶蛾Argyrotaeniavelutinana的蛹及蛾龄与性信息素分泌腺的超微结构及性信息素滴度的关系,发现蛹期粗面内质网占优势,羽化时出现光面内质网,随着蛾龄的增长,光面内质网增多,脂质粒的数量和性信息素滴度也增大。脂质粒可能是榆木蠹蛾等鳞翅目昆虫合成性信息素的原料库(张金桐等,2002),也可能是性信息素生物合成过程中未用掉的脂肪酸的存放场所(MaandRoelofs,2002)。脂质粒在性信息素的生物合成过程中的作用有待进一步研究。Raina等(2000)通过研究美洲棉铃虫腺体细胞发现,腺体表面的表皮毛上细小的孔道是释放性信息素的通道。本实验通过透射电镜的纵切图也观察到腺细胞表皮毛上有众多细小孔道,腺细胞表皮层的凹陷中有一细长输送管,当雌蛾求偶时,性信息素可能通过这细长输送管转运到腺体细胞表皮毛,并通过细小孔道释放到空气中。Ma和Roelofs(2002)研究欧洲玉米螟Ostrinianubilalis性信息素腺体的超微结构发现细胞质中存在高尔基体;Raina等(2000)发现美洲棉铃虫腺体细胞表皮上分泌的脂肪小液滴;本研究未观察到高尔基体和脂肪小液滴。昆虫触角感器对于植物气味、性信息素、化学刺激以及物理刺激发挥着重要作用(Ochiengetal.,2000;Dolzeretal.,2003)。榆木蠹蛾雄蛾触角上共观察到5种感受器。毛形感器最多,是一类化学感器,是性信息素化合物的受体(Zacharuk,1980;吴才宏,1993;Olssonetal.,2005),具有嗅觉功能(ShieldsandHildebrand,2001;Rogersetal.,2001a;Yangetal.,2009),在昆虫取食和生境选择中对化学信息的检测具有重要作用(KimandYamasaki,1996),也有人认为毛形感器是机械感器(杜芝兰,1989)。刺形感器是触觉感器和机械感器(李坤等,2006),对机械振动有反应,对环境有选择功能,如求偶微环境和适宜场所选择等,对温湿度敏感(杜芝兰,1989);刺形感器直立于触角表面且较其他的感器高,故可以最先接触外界,也可能在对寄主植物和异性近距离识别中发挥作用(马瑞燕和杜家纬,2000)。腔锥形感器有两种,一种是具有缘毛的,另一种是不具有缘毛的,有的昆虫触角上同时具有这两种感器(尹姣等,2004),本研究发现榆木蠹蛾的腔锥形感器是不具有缘毛的。腔锥形感器能感受水蒸气、二氧化碳、热量等(Altneretal.,1983;Cuperus,1983)。锥形感器是嗅觉感受器,有识别气味的能力(陆宴辉等,2007),Laue(2000)在