榆紫葉甲雌雄兩性跗墊結(jié)構(gòu)及分泌物成分鑒定1)

田海嬌 肖 丹 胡基華 孫 凡

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

許多昆蟲(chóng)的足上都具有跗墊構(gòu)造，這使得它們能夠抓牢一些光滑的表面。跗墊在結(jié)構(gòu)上分為2種類(lèi)型，直翅目和膜翅目昆蟲(chóng)跗墊的表面是光滑的，而鞘翅目和雙翅目昆蟲(chóng)的跗墊上卻密被剛毛。同時(shí)，無(wú)論是具有光滑跗墊的昆蟲(chóng)還是具毛狀跗墊的昆蟲(chóng)，在許多種類(lèi)中都發(fā)現(xiàn)了跗墊黏性液體分泌物的存在［1－2］。這些分泌物覆蓋在跗墊的表面，推測(cè)能影響跗墊的表面張力來(lái)增加其粘著性。目前一些甲蟲(chóng)的跗墊分泌物的成分得到鑒定，其結(jié)構(gòu)是烷烴類(lèi)物質(zhì)，這與鞘翅表皮的成分非常相似［3－4］。鞘翅目許多種類(lèi)的跗墊剛毛都存在著明顯的性二型現(xiàn)象。如龍虱科(Dytiscidae)雄性前足跗墊特別膨大，其上的剛毛端部呈吸盤(pán)狀構(gòu)造，在交配時(shí)雄性用跗墊挾持住雌性［5］。葉甲科(Chrysomelidae)的種類(lèi)一般雌性具有2～4種末端不同的跗墊剛毛，而雄性比雌性多出一種頂端呈圓盤(pán)狀的剛毛，推測(cè)雄性依靠這種特有的剛毛在交尾時(shí)可以牢固地抱握住雌性光滑的鞘 翅［4－6］。榆 紫 葉 甲 (Ambrostoma quadriimpressum Motschulsky)主要分布于我國(guó)東北平原地區(qū)及內(nèi)蒙古、河北、山東、河南等地［6－7］。成蟲(chóng)、幼蟲(chóng)均為害榆樹(shù)萌發(fā)的新芽、新苞、葉片，且其食性單一，為害期較長(zhǎng)，破壞性大，嚴(yán)重影響榆樹(shù)(Ulmus pumila L.)生長(zhǎng)［8］。筆者利用掃描電鏡研究了榆紫葉甲雌雄兩性跗墊剛毛的形態(tài)，并用GC－MS對(duì)雌、雄跗墊分泌物的組成成分進(jìn)行了鑒定，為進(jìn)一步研究這種昆蟲(chóng)的行為學(xué)提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

供試?yán)ハx(chóng):榆紫葉甲成蟲(chóng)于2011年5月采自東北林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)的榆樹(shù)上，在實(shí)驗(yàn)室雌、雄成蟲(chóng)分別放置在木制養(yǎng)蟲(chóng)盒內(nèi)(27 cm×38 cm×5 cm)喂養(yǎng)，每天供給新鮮的榆樹(shù)葉，實(shí)驗(yàn)室溫度22～24℃，濕度60%，光周期為16 h光照8 h黑暗。

跗墊掃描電鏡觀察:將活成蟲(chóng)雌、雄各3頭放在冰箱內(nèi)－20℃冷凍1 h，取出室內(nèi)解凍15 min，將雌、雄成蟲(chóng)足用鋒利的刀切下，用70%乙醇超聲清洗5 min，用70%、85%、95%和100%乙醇逐級(jí)脫水，干燥后用雙面膠固定在掃描電鏡觀察臺(tái)上，用離子濺射器噴金，應(yīng)用掃描電鏡(FEI－QUANTA－200)在10 kV加速電壓下觀察和攝影。

跗墊分泌物的提取:參考Geiselhardt等使用的方法［9］將雌、雄成蟲(chóng)各10頭放置在干凈的培養(yǎng)皿(直徑60 mm)中，讓它們自由爬行4 h，取培養(yǎng)皿上面蓋子部分(排除蟲(chóng)體其它部位接觸的可能，僅足部附節(jié)可以接觸到)用正己烷溶劑1 mL沖洗2次，以提取粘附在上面的跗墊分泌物，將多次提取液混合后用氮?dú)鉂饪s后備用。

雌、雄成蟲(chóng)跗墊分泌物的組分比較:通過(guò)氣相色譜儀GC(HP7890A;美國(guó)Agilent公司)分別將雌、雄跗墊提取液分離后比較，色譜柱為HP－5，30m×0.32 μm×0.25 μm;進(jìn)樣口采用無(wú)分流模式，進(jìn)樣口溫度320℃，隔墊吹掃流量3 mL/min，采用恒壓模式，壓力為 14.5 psi，檢測(cè)器溫度 320℃，尾吹 25 mL/min。GC升溫程序:初始溫度50℃(保持1 min)，30℃/min升溫至230℃，再以2℃/min升溫至300℃(保持20 mim)。

足跗墊分泌物組分鑒定:通過(guò)氣相和質(zhì)譜聯(lián)用儀GC－MS(Agilent 5973N;美國(guó) Agilent公司)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定。首先通過(guò)離子碎片特征圖來(lái)分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確認(rèn)分子離子峰(M+)得到物質(zhì)的分子質(zhì)量，然后根據(jù)其它離子特征峰確定甲基的位置，最后計(jì)算物質(zhì)的保留指數(shù)值［10］，與文獻(xiàn)比對(duì)后確定分子結(jié)構(gòu)［11－14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 跗墊形態(tài)特征

榆紫葉甲跗節(jié)有5節(jié)(圖1)。雌雄兩性第1～3跗節(jié)跗墊上都覆蓋著剛毛，其中第2跗節(jié)跗墊的面積較小，第4跗節(jié)是隱藏著的，第5跗節(jié)狹長(zhǎng)無(wú)跗墊構(gòu)造。跗墊剛毛柄部都為圓柱狀，依據(jù)端部的形狀可分為3種類(lèi)型:①矛狀。端部末梢尖銳彎曲呈矛形，近端部呈扁狀并有縱向的肋狀紋(圖2A)，雌、雄兩性都有分布(圖1);②鏟狀。端部擴(kuò)展呈鏟狀，具有2～3個(gè)細(xì)長(zhǎng)的脊?fàn)钔黄?，有些脊?fàn)钔幌嗷ミB接處呈“V”形，近端部與柄部相連處呈肘狀彎曲并有縱向的肋狀紋(圖2B)，在雌雄兩性的跗墊上都有分布(圖1);③盤(pán)形。端部擴(kuò)展為圓盤(pán)狀(圖2C)，盤(pán)狀表面光滑無(wú)條紋，這種類(lèi)型只分布在雄性跗墊上(圖1)。

圖1 榆紫葉甲跗節(jié)電鏡掃描圖

圖2 榆紫葉甲跗墊剛毛電鏡掃描圖

2.2 跗墊剛毛性二型現(xiàn)象

雌性跗墊上只有矛狀和鏟狀剛毛，并且前、中、后足跗墊剛毛排列是一致的，即第1跗節(jié)和第2跗節(jié)分布著矛狀的剛毛;第3跗節(jié)分布著鏟狀剛毛(圖1B－D)。雄性除了矛狀和鏟狀剛毛外，還具有盤(pán)狀剛毛，雄性前、中、后足第1和第2跗節(jié)跗墊剛毛排列是一致的，即第1跗節(jié)邊緣分布著矛狀剛毛，中間分布著大面積盤(pán)狀剛毛;第2節(jié)的跗墊上分布著矛狀剛毛。雄性前足、中足和后足的第3跗節(jié)跗墊剛毛分布存在著差異，前足第3跗節(jié)上，周?chē)植贾P狀剛毛，中間分布著盤(pán)狀剛毛和鏟狀剛毛2種類(lèi)型(圖1F、G、H);中足第3跗墊上，大部分是鏟狀剛毛，中間夾雜著很少的盤(pán)狀剛毛(圖1F，G)，后足跗墊第3節(jié)全部是鏟狀剛毛(圖1H);即雄性前足和中足的第1跗節(jié)和第3跗節(jié)具有盤(pán)狀剛毛，而后足僅第1跗節(jié)具有盤(pán)狀剛毛。

2.3 雌雄跗墊分泌物組分與結(jié)構(gòu)

雌雄兩性跗墊分泌物的正己烷提取液經(jīng)GC分離后比對(duì)顯示，兩者都有31個(gè)相同的主要組分，即兩性的跗墊分沁物的主要組分無(wú)明顯的差異(圖3)。經(jīng)GC－MS鑒定出39個(gè)跗墊分泌物組分的結(jié)構(gòu)，它們是14～36個(gè)碳的直鏈正烷烴及帶有1～3個(gè)甲基的支鏈烷烴(表1)。

圖3 榆紫葉甲雌雄兩性足跗節(jié)分泌物正己烷提取物GC圖譜

表1 榆紫葉甲足跗節(jié)分泌物組分結(jié)構(gòu)鑒定

表1 (續(xù))

3 結(jié)論與討論

為了更好地附著和適應(yīng)不同的寄主，不同甲蟲(chóng)的跗墊剛毛的結(jié)構(gòu)和分布上有很大的差異［11］。榆紫葉甲跗墊著生3種類(lèi)型的剛毛，這些剛毛的形態(tài)都是葉甲亞科昆蟲(chóng)跗墊上常見(jiàn)的類(lèi)型，與圓葉甲屬(Plagiodera)、扁葉甲屬(Gastrophysa)和葉甲屬(Chrysolina)的一些種類(lèi)的跗墊剛毛在形態(tài)上很相似。榆紫葉甲與目前已經(jīng)研究的葉甲一樣，雄性跗墊比雌性多一種特有的盤(pán)狀剛毛，又一次證明了葉甲科昆蟲(chóng)跗墊形態(tài)的這種普遍特性［12－14］。但是這種雄性特有的盤(pán)狀剛毛在跗墊上的分布與其它葉甲存在差異。目前已研究的葉甲共有3種分布類(lèi)型。第1種類(lèi)型是盤(pán)狀剛毛均勻地分布在前足、中足和后足的第1、第2和第3跗節(jié)上，如Hydrothassa marginella Linnaeus和馬鈴薯葉甲(Leptinotarsa decemlineata)。第2種類(lèi)型是盤(pán)狀剛毛大多數(shù)分布在第1跗節(jié)上，而在第2和第3跗節(jié)上分布的較少，如楊葉甲屬的楊葉甲(Chrysomela populi Linnaeus)。第3種類(lèi)型是盤(pán)狀剛毛只分布在第1跗節(jié)上，只有少量分布在第3跗節(jié)上，如圓葉甲屬的柳圓葉甲(Plagiodera versicolora)［13－14］。榆紫葉甲前足和中足的第1跗分節(jié)分布著大量的盤(pán)狀剛毛，在第2跗分節(jié)上沒(méi)有分布，第3跗分節(jié)上分布著較少的盤(pán)狀剛毛。而后足僅第1跗節(jié)具有盤(pán)狀剛毛，第2和第3跗節(jié)上都沒(méi)有這種盤(pán)狀剛毛。盤(pán)狀剛毛在榆紫葉甲的前足和中足的分布特點(diǎn)與第3種類(lèi)型相同，而在后足上的分布類(lèi)型為榆紫葉甲所特有。

榆紫葉甲跗墊剛毛形態(tài)的性二型是與雌雄兩性的行為相適應(yīng)。通常跗墊剛毛的末梢首先與平面接觸，所以末梢結(jié)構(gòu)不同的剛毛在附著能力上會(huì)有差異［11，15－16］。Voigt等［14］對(duì)馬鈴薯葉甲跗墊剛毛附著能力測(cè)試顯示，末梢是扁尖狀的錐形剛毛在粗糙的表面的附著能力強(qiáng)，而末梢是扁平的盤(pán)狀剛毛在光滑的表面附著能力強(qiáng)。榆紫葉甲雌性跗墊上著生末端尖的矛形剛毛和末端扁的鏟形剛毛，它們的功能是有利于雌性在寄主植物粗糙的葉片上爬行產(chǎn)卵。榆紫葉甲盤(pán)狀剛毛僅著生在雄性跗墊上，這有助于雄雌交尾時(shí)用足抱握住雌性光滑的鞘翅，其中雄性后足盤(pán)狀剛毛只分布在第1跗節(jié)上，筆者在生測(cè)實(shí)驗(yàn)中觀察到，雄性的后足正是用第1跗節(jié)抱住雌性鞘翅，而其他跗節(jié)是懸空的。

與其它甲蟲(chóng)的研究結(jié)果類(lèi)似，榆紫葉甲跗墊分泌物的主要成分是一些帶1～3個(gè)甲基的烷烴類(lèi)，這些物質(zhì)與鞘翅表皮的成分非常相似。許多甲蟲(chóng)鞘翅表皮的成分常常不同，并在雌雄兩性的通訊中起重要的作用［17］。對(duì)葉甲亞科的Longitarsus jacobaenae研究發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照相比，雄性會(huì)更多的停留在雌性接觸過(guò)的植物葉片上［18］，但目前還沒(méi)有直接的證據(jù)證明是跗節(jié)分泌物參與了雌雄間的通訊過(guò)程。研究結(jié)果表明，榆紫葉甲雌雄分泌物在組分上無(wú)明顯差異，推測(cè)這種分泌物只是一種潤(rùn)滑或是固定的物理作用，參與雌雄間通訊的可能性不大。

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