林喜建, 黃蓬英, 劉馨怡, 陳偉軍, 陳思涵, 蔡立君

(1.福建農(nóng)林大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所，福建 福州 350002；2.廈門(mén)出入境檢驗(yàn)檢疫局，福建 廈門(mén) 361012)

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米象成蟲(chóng)觸角感器及其取食偏好性

林喜建1, 黃蓬英2, 劉馨怡1, 陳偉軍1, 陳思涵1, 蔡立君1

(1.福建農(nóng)林大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所，福建 福州 350002；2.廈門(mén)出入境檢驗(yàn)檢疫局，福建 廈門(mén) 361012)

米象Sitophilusoryzae(L.)是重要的儲(chǔ)糧害蟲(chóng)，如何有效防控仍是世界性的研究難題.應(yīng)用掃描電鏡研究了米象成蟲(chóng)觸角感器的超微結(jié)構(gòu)，證實(shí)了米象觸角上僅分布3種感器，分別為毛形感器、刺形感器及錐形感器；采用嗅覺(jué)行為儀測(cè)定了米象對(duì)5種糧食的取食偏好性，結(jié)果表明：糧食對(duì)米象的引誘由強(qiáng)至弱依次為：燕麥>湖北丁優(yōu)大米>黑米>蓮子>薏米；同時(shí)觀察了5種糧食對(duì)米象F1代種群生長(zhǎng)發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)在蓮子中米象F1代發(fā)育歷期最長(zhǎng)，米象F1代種群數(shù)量在供試糧食中由多到少依次為：黑米>燕麥>薏米>湖北丁優(yōu)大米>蓮子.研究其觸角感器與取食偏好可為探索米象防治新途徑提供理論依據(jù).

米象; 超微結(jié)構(gòu); 嗅覺(jué)行為; 種群生長(zhǎng)發(fā)育

米象Sitophilusoryzae(L.)隸屬鞘翅目Coleoptera象甲科Curculionidae，是世界性分布的重要儲(chǔ)糧害蟲(chóng)之一[1].其食性廣，不僅取食多種谷物及其加工品，還危害豆類(lèi)、油料、干果以及藥材[2-3].米象生活周期較短，30 ℃下世代歷期1個(gè)月左右[4].米象取食造成的破粒與碎屑，及其生活引起的糧堆溫度和濕度升高，都為后期性害蟲(chóng)、害螨、霉菌滋生和有毒物質(zhì)的產(chǎn)生創(chuàng)造條件，造成更大經(jīng)濟(jì)損失[5].

昆蟲(chóng)觸角在感受化學(xué)信息素及寄主選擇等行為中扮演著重要的角色，這與觸角上多種類(lèi)型與功能的感器息息相關(guān)[6].作為化學(xué)信號(hào)輸入的主要通道之一，昆蟲(chóng)觸角感器擔(dān)負(fù)著感受氣味信息物質(zhì)、溫濕度以及機(jī)械刺激的功能[7-8].鞘翅目昆蟲(chóng)最常見(jiàn)的感器形狀包括刺形感器、錐形感器、毛形感器、鐘形感器、芽苞形感器、指形感器、板形感器和B?hm氏鬃毛等[9-10].胡飛等[11]對(duì)10種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)觸角感器的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)玉米象(Sitophiluszeamais)的觸角僅分布3種感器，即毛形感器、刺形感器和錐形感器.米象觸角感器僅見(jiàn)于Speris et al[12]對(duì)幼蟲(chóng)的研究，而對(duì)于成蟲(chóng)觸角感器鮮有報(bào)道.

觸角上不同類(lèi)型的感器是昆蟲(chóng)對(duì)寄主糧食的偏好與選擇性形成的基礎(chǔ)[13-14].林濤等[1]比較了米象對(duì)糙米、燕麥、高粱以及小麥這4種糧食的偏好性，結(jié)果表明高粱對(duì)米象具有較強(qiáng)的引誘作用.黃建國(guó)等[4]選擇小麥、大米以及高粱對(duì)米象后代種群生長(zhǎng)發(fā)育的影響發(fā)現(xiàn)，米象在高粱中的發(fā)育時(shí)間最短.

本研究利用掃描電鏡觀察了米象成蟲(chóng)觸角感器的超微結(jié)構(gòu)，同時(shí)分析了米象對(duì)5種糧食的取食偏好性以及5種糧食對(duì)F1代種群生長(zhǎng)發(fā)育的影響，旨在為制定有效的米象防治措施提供理論基礎(chǔ).

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1蟲(chóng)源及飼養(yǎng)米象成蟲(chóng)采自福州糧油店.將帶回的米象成蟲(chóng)放入盛有湖北丁優(yōu)大米的2 L玻璃瓶中，置于溫度為(25±1) ℃，相對(duì)濕度為(60±5)%的暗培養(yǎng)箱內(nèi)續(xù)代飼養(yǎng).

1.1.2供試糧食及處理方法新鮮收獲、未經(jīng)任何化學(xué)處理過(guò)的5種糧食：燕麥、湖北丁優(yōu)大米、薏米、蓮子及黑米.含水量采用常規(guī)干燥稱(chēng)重法測(cè)定，將5種糧食含水量調(diào)至12.5%左右備用.

1.2方法

1.2.1觸角電鏡掃描觀察取羽化后2周的成蟲(chóng)進(jìn)行電鏡掃描觀察.米象觸角口器角質(zhì)化程度較高，制樣方法參照郭素枝[15].選取健壯供試雌雄成蟲(chóng)各3頭投入盛滿75%乙醇的1.5 mL離心管中，置于超聲波清洗儀中清洗.經(jīng)戊二醛固定、磷酸鹽緩沖溶液漂洗、80%～100%乙醇梯度脫水后，在解剖鏡下用昆蟲(chóng)針與眼科鑷將觸角小心取下，置室溫25 ℃自然干燥.干燥后用導(dǎo)電膠將觸角的不同觀察面分別粘于掃描電鏡樣品臺(tái)上，用離子濺射法鍍上金鈀合金，在TM-1000 HICHMI型掃描電鏡下進(jìn)行觀察.

1.2.2米象對(duì)5種糧食的嗅覺(jué)行為反應(yīng)測(cè)定用Y型嗅覺(jué)儀研究米象對(duì)5種糧食的行為反應(yīng).嗅覺(jué)儀兩臂各接一個(gè)玻璃味源瓶，5種糧食分別稱(chēng)取100 g放入味源瓶，進(jìn)入味源瓶的空氣需經(jīng)活性炭過(guò)濾凈化.放入米象前，先開(kāi)真空泵通氣幾分鐘，空氣流速30 L·h-1；待糧食氣味隨載氣穩(wěn)定通過(guò)Y型管后，將10頭活躍的米象依次放入Y型嗅覺(jué)儀主臂的前端，待米象爬行超過(guò)側(cè)管臂三分之一處，記為該試蟲(chóng)選擇該臂所連接的氣味源，分別記錄左右臂中米象數(shù)量，每個(gè)處理至少重復(fù)3次.每次測(cè)完，立即用75%乙醇清洗味源瓶、嗅覺(jué)儀兩臂及橡膠管，再用雙蒸水沖洗后烘干，并調(diào)換嗅覺(jué)儀兩臂與味源瓶連接的位置，以消除兩臂可能存在不對(duì)稱(chēng)所造成的誤差.試驗(yàn)期間Y型嗅覺(jué)儀處于全暗條件下，避免光線對(duì)米象的干擾.

1.2.35種糧食對(duì)米象F1代種群生長(zhǎng)發(fā)育的影響稱(chēng)取5種糧食各100 g分別置于250 mL錐形瓶中作為米象的食料.挑取15對(duì)雌雄米象成蟲(chóng)置于裝好糧食的瓶中，每種糧食處理至少重復(fù)3次.再將接種有米象的培養(yǎng)瓶置于溫度為(25±1) ℃，相對(duì)濕度為(60±5)%的暗培養(yǎng)箱內(nèi)飼養(yǎng).7 d后將不同糧食飼養(yǎng)的米象成蟲(chóng)全部篩出，再將糧食放回原瓶繼續(xù)培養(yǎng)，直至下一代成蟲(chóng)全部羽化，并統(tǒng)計(jì)成蟲(chóng)數(shù)量.由于米象世代重疊及發(fā)育不整齊等生物學(xué)特性，以篩出試蟲(chóng)之日為起始，到第一次發(fā)現(xiàn)子代成蟲(chóng)為止，為一個(gè)世代，記錄米象取食不同糧食后，其世代的發(fā)育歷期[1].

1.3數(shù)據(jù)處理

嗅覺(jué)行為反應(yīng)趨性采用卡方檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析.運(yùn)用LSD法分析在5種糧食中米象F1代種群數(shù)量和發(fā)育歷期的差異顯著性.

2　結(jié)果與分析

2.1觸角及其感器的超微形態(tài)

米象成蟲(chóng)觸角呈膝狀，共8節(jié)，分別為柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)(圖1A).雄蟲(chóng)觸角平均長(zhǎng)度為(1.149±0.020) mm(n=3)，雌蟲(chóng)觸角平均長(zhǎng)度為(1.181±0.036) mm(n=3).

觀察結(jié)果顯示，米象觸角感器主要有3種：毛形感器(sensilla trichodea, ST)、錐形感器(sensilla basiconica, SB)和刺形感器(sensilla chaetica, SC).其中觸角鞭節(jié)上分布的感器數(shù)量較多，尤其在末節(jié)端部，有1個(gè)感覺(jué)簇，主要由錐形感器和刺形感器組成，梗節(jié)和柄節(jié)分布的感器數(shù)目較少.

毛形感器長(zhǎng)約17.5～37.6 μm，分布于每一節(jié)觸角上，但是數(shù)量較少(圖1B).刺形感器集中分布于觸角感覺(jué)簇中，長(zhǎng)度約為18.7～37.4 μm(圖1C).錐形感器長(zhǎng)約為4.25～14.8 μm，分布于觸角末節(jié)端部的感覺(jué)簇中(圖1D).

2.2嗅覺(jué)行為反應(yīng)測(cè)定

除蓮子外，其余四種糧食對(duì)米象成蟲(chóng)均有顯著引誘作用(圖2).米象成蟲(chóng)對(duì)5種糧食進(jìn)行選擇性試驗(yàn)，卡方檢驗(yàn)分析的結(jié)果為：蓮子>薏米(P<0.05)；蓮子>黑米(P<0.05)；黑米>薏米(P>0.05)；湖北丁優(yōu)大米>薏米(P<0.01)；湖北丁優(yōu)大米>蓮子(P>0.05)；湖北丁優(yōu)大米>黑米(P>0.05)；燕麥>蓮子(P<0.01)；燕麥>薏米(P<0.05)；燕麥>湖北丁優(yōu)大米(P<0.01)；燕麥>黑米(P<0.05).綜合分析可知，5種糧食對(duì)米象的引誘強(qiáng)弱依次為：燕麥>湖北丁優(yōu)大米>黑米>蓮子>薏米(圖3).

2.35種糧食對(duì)F1代種群生長(zhǎng)發(fā)育的影響

對(duì)于F1代發(fā)育歷期，除大米和蓮子間是顯著性差異外，其他糧食之間都是極顯著性差異.蓮子中米象F1代發(fā)育歷期最長(zhǎng)，30.4 d，薏米歷期最短，僅為22.2 d(圖4).由此可見(jiàn)，5種糧食飼養(yǎng)的米象F1代種群發(fā)育歷期長(zhǎng)短表現(xiàn)為：蓮子>湖北丁優(yōu)大米>燕麥>黑米>薏米.

5種糧食對(duì)F1代種群數(shù)量的影響極顯著，黑米高達(dá)218頭，而蓮子只有41頭.米象F1代種群數(shù)量在供試糧食中由多到少依次為：黑米>燕麥>薏米>湖北丁優(yōu)大米>蓮子(圖5).

3　討論

昆蟲(chóng)觸角感器多少與其食性、棲境及生活習(xí)性有關(guān)[16-17].本研究觀察到的米象成蟲(chóng)觸角感器種類(lèi)單一，僅有3種：刺形感器、毛形感器和錐形感器，數(shù)量也較少，與胡飛等[11]對(duì)與米象形態(tài)特征非常相似的玉米象的研究結(jié)論相近.據(jù)此推斷，米象觸角感器單一稀少的原因與之較為簡(jiǎn)單的生活環(huán)境和取食偏好有關(guān).

根據(jù)功能，感器可分為化學(xué)感器、機(jī)械感器、溫度感器和濕度感器，其中化學(xué)感器又分為嗅覺(jué)感器和觸覺(jué)感器[9,18].象甲(Ceutorhynchusassimilis)的刺形感器承擔(dān)機(jī)械感受和化學(xué)感受的雙重功能[19].樹(shù)突神經(jīng)分支和大量的孔為錐形感器作為嗅覺(jué)受體提供證據(jù)[20].基于桉嗜木天牛(Phoracanthasemipunctata)交配行為發(fā)現(xiàn)毛形感器具有觸覺(jué)感受的功能[21].據(jù)此推斷，米象刺形感器可能承擔(dān)機(jī)械感受與化學(xué)感受的功能，毛形感器可能具有觸覺(jué)感受與嗅覺(jué)感受的功能，錐形感器可能具有嗅覺(jué)感受的功能.

Hougen et al[22]研究發(fā)現(xiàn)禾谷類(lèi)作物雖然揮發(fā)的氣味和成分大體一致，但含量差異較大以及少量特異性的組分，導(dǎo)致對(duì)米象的引誘效果有差異.本研究Y型定向反應(yīng)的結(jié)果表明5種糧食對(duì)米象的引誘力有明顯的差異，其中燕麥對(duì)米象的引誘效果最強(qiáng)，薏米最弱.但在種群發(fā)育試驗(yàn)中取食黑米的米象F1代種群數(shù)量最多；發(fā)育歷期試驗(yàn)中，取食薏米的米象F1代發(fā)育歷期最短.由此得出引誘力強(qiáng)的糧食不等同于發(fā)育歷期短，也不等同于F1代種群數(shù)量多的結(jié)論與曾正等[23]的觀點(diǎn)一致，即：不同糧食對(duì)米象的繁殖力和世代發(fā)育歷期的影響受多方面因素的影響，不同谷物的營(yíng)養(yǎng)成分影響米象繁殖力與生長(zhǎng)發(fā)育速度，此外還會(huì)受到溫濕度以及其他試驗(yàn)因素的影響[24-26].

本研究所選糧食和林濤等[1]不同，后續(xù)將對(duì)高粱和燕麥進(jìn)行偏好性研究，進(jìn)一步探討觸角各類(lèi)感器的功能及其在取食行為中的作用.利用揮發(fā)性物質(zhì)中對(duì)米象最具引誘作用的具體組分與配比，將引誘劑與不同類(lèi)型的誘捕器相結(jié)合用于米象的監(jiān)測(cè)、誘捕和防控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)米象綠色、安全及高效的防治[27-28]，為尋求倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)可持續(xù)綜合治理的新策略和新手段提供理論依據(jù).

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(責(zé)任編輯:蘇靖涵 林國(guó)棟)

Ultrastructure of antennal sensilla and host preference of adult rice weevil

LIN Xijian1, HUANG Pengying2, LIU Xinyi1, CHEN Weijun1, CHEN Sihan1, CAI Lijun1

(1.Institute of Applied Ecology, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China;2.Xiamen Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau, Xiamen, Fujian, 361012, China)

Rice weevil,Sitophilusoryzae(L.) is one of the most destructive pests to stored products. To develop an effectiveS.oryzaemanagement, ultrastructure of antennal sensilla of adult rice weevil was investigated by scanning electronic microscopy (SEM), and followed by observation on behavioral responses of adultS.oryzaeto five common types of grain by Y-tube olfactometer and influences of feed on population development. Antennal sensilla observations were in accordance with previous study that there were only three types of antennal sensilla, including sensilla trichodea, sensilla basiconica and sensilla chaetica inS.oryzae. Oat was significantly more attractive to adultS.oryzaethan other types of grain, which was followed by Hubei Dingyou rice, black rice, lotus seed and pearl barley in a descending order.S.oryzaeF1generation needed the longest time for developmental period in lotus seed. Furthermore, population of F1generation varied among different types of grain, with the largest population in black rice, followed by in oat, pearl barley, Hubei Dingyou rice and lotus seed in a descending order. The findings were attributed to the development of comprehensive pest prevention and management.

Sitophilusoryzae(L.); ultrastructure; olfactory behavior; population

2015-11-30

2016-01-14

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金(20123515120002).

林喜建(1989-)，男，碩士研究生.研究方向：生物工程.Email：407949697@qq.com.通訊作者蔡立君(1982-)，女，講師.研究方向：農(nóng)業(yè)昆蟲(chóng)與害蟲(chóng)防治.Email：cai-lijun@live.cn.

Q964； S435.1

A

1671-5470(2016)03-0257-05

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.03.004