米象成虫触角感器及其取食偏好性

林喜建, 黄蓬英, 刘馨怡, 陈伟军, 陈思涵, 蔡立君

(1.福建农林大学应用生态研究所，福建 福州 350002；2.厦门出入境检验检疫局，福建 厦门 361012)



米象成虫触角感器及其取食偏好性

林喜建1, 黄蓬英2, 刘馨怡1, 陈伟军1, 陈思涵1, 蔡立君1

(1.福建农林大学应用生态研究所，福建 福州 350002；2.厦门出入境检验检疫局，福建 厦门 361012)

米象Sitophilusoryzae(L.)是重要的储粮害虫，如何有效防控仍是世界性的研究难题.应用扫描电镜研究了米象成虫触角感器的超微结构，证实了米象触角上仅分布3种感器，分别为毛形感器、刺形感器及锥形感器；采用嗅觉行为仪测定了米象对5种粮食的取食偏好性，结果表明：粮食对米象的引诱由强至弱依次为：燕麦>湖北丁优大米>黑米>莲子>薏米；同时观察了5种粮食对米象F1代种群生长发育的影响，发现在莲子中米象F1代发育历期最长，米象F1代种群数量在供试粮食中由多到少依次为：黑米>燕麦>薏米>湖北丁优大米>莲子.研究其触角感器与取食偏好可为探索米象防治新途径提供理论依据.

米象; 超微结构; 嗅觉行为; 种群生长发育

米象Sitophilusoryzae(L.)隶属鞘翅目Coleoptera象甲科Curculionidae，是世界性分布的重要储粮害虫之一[1].其食性广，不仅取食多种谷物及其加工品，还危害豆类、油料、干果以及药材[2-3].米象生活周期较短，30 ℃下世代历期1个月左右[4].米象取食造成的破粒与碎屑，及其生活引起的粮堆温度和湿度升高，都为后期性害虫、害螨、霉菌滋生和有毒物质的产生创造条件，造成更大经济损失[5].

昆虫触角在感受化学信息素及寄主选择等行为中扮演着重要的角色，这与触角上多种类型与功能的感器息息相关[6].作为化学信号输入的主要通道之一，昆虫触角感器担负着感受气味信息物质、温湿度以及机械刺激的功能[7-8].鞘翅目昆虫最常见的感器形状包括刺形感器、锥形感器、毛形感器、钟形感器、芽苞形感器、指形感器、板形感器和Böhm氏鬃毛等[9-10].胡飞等[11]对10种储粮害虫触角感器的超微结构进行了研究，发现玉米象(Sitophiluszeamais)的触角仅分布3种感器，即毛形感器、刺形感器和锥形感器.米象触角感器仅见于Speris et al[12]对幼虫的研究，而对于成虫触角感器鲜有报道.

触角上不同类型的感器是昆虫对寄主粮食的偏好与选择性形成的基础[13-14].林涛等[1]比较了米象对糙米、燕麦、高粱以及小麦这4种粮食的偏好性，结果表明高粱对米象具有较强的引诱作用.黄建国等[4]选择小麦、大米以及高粱对米象后代种群生长发育的影响发现，米象在高粱中的发育时间最短.

本研究利用扫描电镜观察了米象成虫触角感器的超微结构，同时分析了米象对5种粮食的取食偏好性以及5种粮食对F1代种群生长发育的影响，旨在为制定有效的米象防治措施提供理论基础.

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1虫源及饲养米象成虫采自福州粮油店.将带回的米象成虫放入盛有湖北丁优大米的2 L玻璃瓶中，置于温度为(25±1) ℃，相对湿度为(60±5)%的暗培养箱内续代饲养.

1.1.2供试粮食及处理方法新鲜收获、未经任何化学处理过的5种粮食：燕麦、湖北丁优大米、薏米、莲子及黑米.含水量采用常规干燥称重法测定，将5种粮食含水量调至12.5%左右备用.

1.2方法

1.2.1触角电镜扫描观察取羽化后2周的成虫进行电镜扫描观察.米象触角口器角质化程度较高，制样方法参照郭素枝[15].选取健壮供试雌雄成虫各3头投入盛满75%乙醇的1.5 mL离心管中，置于超声波清洗仪中清洗.经戊二醛固定、磷酸盐缓冲溶液漂洗、80%～100%乙醇梯度脱水后，在解剖镜下用昆虫针与眼科镊将触角小心取下，置室温25 ℃自然干燥.干燥后用导电胶将触角的不同观察面分别粘于扫描电镜样品台上，用离子溅射法镀上金钯合金，在TM-1000 HICHMI型扫描电镜下进行观察.

1.2.2米象对5种粮食的嗅觉行为反应测定用Y型嗅觉仪研究米象对5种粮食的行为反应.嗅觉仪两臂各接一个玻璃味源瓶，5种粮食分别称取100 g放入味源瓶，进入味源瓶的空气需经活性炭过滤净化.放入米象前，先开真空泵通气几分钟，空气流速30 L·h-1；待粮食气味随载气稳定通过Y型管后，将10头活跃的米象依次放入Y型嗅觉仪主臂的前端，待米象爬行超过侧管臂三分之一处，记为该试虫选择该臂所连接的气味源，分别记录左右臂中米象数量，每个处理至少重复3次.每次测完，立即用75%乙醇清洗味源瓶、嗅觉仪两臂及橡胶管，再用双蒸水冲洗后烘干，并调换嗅觉仪两臂与味源瓶连接的位置，以消除两臂可能存在不对称所造成的误差.试验期间Y型嗅觉仪处于全暗条件下，避免光线对米象的干扰.

1.2.35种粮食对米象F1代种群生长发育的影响称取5种粮食各100 g分别置于250 mL锥形瓶中作为米象的食料.挑取15对雌雄米象成虫置于装好粮食的瓶中，每种粮食处理至少重复3次.再将接种有米象的培养瓶置于温度为(25±1) ℃，相对湿度为(60±5)%的暗培养箱内饲养.7 d后将不同粮食饲养的米象成虫全部筛出，再将粮食放回原瓶继续培养，直至下一代成虫全部羽化，并统计成虫数量.由于米象世代重叠及发育不整齐等生物学特性，以筛出试虫之日为起始，到第一次发现子代成虫为止，为一个世代，记录米象取食不同粮食后，其世代的发育历期[1].

1.3数据处理

嗅觉行为反应趋性采用卡方检验进行差异显著性分析.运用LSD法分析在5种粮食中米象F1代种群数量和发育历期的差异显著性.

2　结果与分析

2.1触角及其感器的超微形态

米象成虫触角呈膝状，共8节，分别为柄节、梗节和鞭节(图1A).雄虫触角平均长度为(1.149±0.020) mm(n=3)，雌虫触角平均长度为(1.181±0.036) mm(n=3).

观察结果显示，米象触角感器主要有3种：毛形感器(sensilla trichodea, ST)、锥形感器(sensilla basiconica, SB)和刺形感器(sensilla chaetica, SC).其中触角鞭节上分布的感器数量较多，尤其在末节端部，有1个感觉簇，主要由锥形感器和刺形感器组成，梗节和柄节分布的感器数目较少.

毛形感器长约17.5～37.6 μm，分布于每一节触角上，但是数量较少(图1B).刺形感器集中分布于触角感觉簇中，长度约为18.7～37.4 μm(图1C).锥形感器长约为4.25～14.8 μm，分布于触角末节端部的感觉簇中(图1D).

2.2嗅觉行为反应测定

除莲子外，其余四种粮食对米象成虫均有显著引诱作用(图2).米象成虫对5种粮食进行选择性试验，卡方检验分析的结果为：莲子>薏米(P<0.05)；莲子>黑米(P<0.05)；黑米>薏米(P>0.05)；湖北丁优大米>薏米(P<0.01)；湖北丁优大米>莲子(P>0.05)；湖北丁优大米>黑米(P>0.05)；燕麦>莲子(P<0.01)；燕麦>薏米(P<0.05)；燕麦>湖北丁优大米(P<0.01)；燕麦>黑米(P<0.05).综合分析可知，5种粮食对米象的引诱强弱依次为：燕麦>湖北丁优大米>黑米>莲子>薏米(图3).

2.35种粮食对F1代种群生长发育的影响

对于F1代发育历期，除大米和莲子间是显著性差异外，其他粮食之间都是极显著性差异.莲子中米象F1代发育历期最长，30.4 d，薏米历期最短，仅为22.2 d(图4).由此可见，5种粮食饲养的米象F1代种群发育历期长短表现为：莲子>湖北丁优大米>燕麦>黑米>薏米.

5种粮食对F1代种群数量的影响极显著，黑米高达218头，而莲子只有41头.米象F1代种群数量在供试粮食中由多到少依次为：黑米>燕麦>薏米>湖北丁优大米>莲子(图5).

3　讨论

昆虫触角感器多少与其食性、栖境及生活习性有关[16-17].本研究观察到的米象成虫触角感器种类单一，仅有3种：刺形感器、毛形感器和锥形感器，数量也较少，与胡飞等[11]对与米象形态特征非常相似的玉米象的研究结论相近.据此推断，米象触角感器单一稀少的原因与之较为简单的生活环境和取食偏好有关.

根据功能，感器可分为化学感器、机械感器、温度感器和湿度感器，其中化学感器又分为嗅觉感器和触觉感器[9,18].象甲(Ceutorhynchusassimilis)的刺形感器承担机械感受和化学感受的双重功能[19].树突神经分支和大量的孔为锥形感器作为嗅觉受体提供证据[20].基于桉嗜木天牛(Phoracanthasemipunctata)交配行为发现毛形感器具有触觉感受的功能[21].据此推断，米象刺形感器可能承担机械感受与化学感受的功能，毛形感器可能具有触觉感受与嗅觉感受的功能，锥形感器可能具有嗅觉感受的功能.

Hougen et al[22]研究发现禾谷类作物虽然挥发的气味和成分大体一致，但含量差异较大以及少量特异性的组分，导致对米象的引诱效果有差异.本研究Y型定向反应的结果表明5种粮食对米象的引诱力有明显的差异，其中燕麦对米象的引诱效果最强，薏米最弱.但在种群发育试验中取食黑米的米象F1代种群数量最多；发育历期试验中，取食薏米的米象F1代发育历期最短.由此得出引诱力强的粮食不等同于发育历期短，也不等同于F1代种群数量多的结论与曾正等[23]的观点一致，即：不同粮食对米象的繁殖力和世代发育历期的影响受多方面因素的影响，不同谷物的营养成分影响米象繁殖力与生长发育速度，此外还会受到温湿度以及其他试验因素的影响[24-26].

本研究所选粮食和林涛等[1]不同，后续将对高粱和燕麦进行偏好性研究，进一步探讨触角各类感器的功能及其在取食行为中的作用.利用挥发性物质中对米象最具引诱作用的具体组分与配比，将引诱剂与不同类型的诱捕器相结合用于米象的监测、诱捕和防控，从而实现对米象绿色、安全及高效的防治[27-28]，为寻求仓储害虫可持续综合治理的新策略和新手段提供理论依据.

[1] 林涛,曾伶,曾玲,等.米象对4种寄主偏好性的研究[J].环境昆虫学报,2013,35(6):778-782.

[2] 彭娟.米象和谷蠹对粮食质量指标变化影响研究[D].郑州:河南工业大学,2013.

[3] 吕建华,任信升,许建双,等.三种植物精油对米象的控制作用[J].湖北农业科学,2006,45(4):470-472.

[4] 黄建国.米象、玉米象生物学的研究(初报)[J].郑州粮食学院学报,1982(1):1-10.

[5] 尹文雅,王小平,周程爱.仓储害虫的为害及化学防治现状[J].湖南农业科学,2002(6):54-56.

[6] AWAD A A, ALI N A, MOHAMED H O. Ultrastructure of the antennal sensillae of male and female peach fruit fly,Bactrocerazonata[J]. Journal of Insect Science, 2014,14(1):45.

[7] EHMER B, GRONENBERG W. Proprioceptors and fast antennal reflexes in the antOdontomachus(Formicidae, Ponerinae)[J]. Cell Tissue Research, 1997,290(1):153-165.

[8] RENTHAL R, VELASQUEZ D, OLMOS D, et al. Structure and distribution of antennal sensilla of the red imported fire ant[J]. Micron. 2003, 34(8): 405-413.

[9] 张晓军,孙伟,张健,等.鞘翅目昆虫触角感器研究进展[J].安徽农业科学,2013,41(7):2 932-2 935.

[10] 马瑞燕,杜家纬.昆虫的触角感器[J].昆虫知识,2000,37(3):179-183.

[11] 胡飞.十种储藏物害虫触角感器的超微结构研究[D].重庆:西南大学,2009.

[12] SPEIRS R D, WHITE G D, WILSON J L. SEM observations of rice weevil larvae,Sitophilusoryzae(L.) (Coleoptera: Curculionidae)[J]. Journal of the Kansas Entomological Society, 1986:390-394.

[13] 刘英胜.落叶松毛虫对落叶松挥发性化合物的诱导与利用[D].哈尔滨:东北林业大学,2006.

[14] 杨慧,严善春,彭璐.鳞翅目昆虫化学感受器及其感受机理新进展[J].昆虫学报,2008,51(2):204-215.

[15] 郭素枝,章淑玲,陈玉芬,等.甘薯茎线虫的扫描电镜制样方法[J].福建农业大学学报,2005,34(1):43-45.

[16] BLAND R G. Antennal sensilla of Acrididae (Orthoptera) in relation to subfamily and food preference[J]. Annals of the Entomological Society of America, 1989,82(3):368-384.

[17] HEIFETZ Y, APPLEBAUM S W, POPOV G B. Phase characteristics of the Israeli population of the migratory locust,Locustamigratoria(L.) (Orthoptera: Acrididae)[J]. Journal of Orthoptera Research, 1994:15-20.

[18] CLEMENTS A N. The Biology of Mosquitoes: Sensory, Reception, and Behaviour (Volume 2)[M]. UK:CABI, 1999:756.

[19] ISIDORO N, SOLINAS M. Functional morphology of the antennal chemosensilla ofCeutorhynchusassimilisPayk. (Coleoptera: Curculionidae)[J]. Entomologica (Bari), 1992,27:69-84.

[20] ZACHARUK R Y. Antennae and sensilla[J]. Comprehensive Insect Physiology, Biochemistry and Pharmacology, 1985,6:1-69.

[21] LOPES O, BARATA E N, MUSTAPARTA H, et al. Fine structure of antennal sensilla basiconica and their detection of plant volatiles in the eucalyptus woodborer,PhoracanthasemipunctataFabricius (Coleoptera: Cerambycidae)[J]. Arthropod Structure & Development, 2002,31(1):1-13.

[22] HOUGEN F W, QUILLIAM M A, CURRAN W A. Headspace vapors from cereal grains[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1971,19(1):182-183.

[23] 曾正.影响米象和玉米象为害小麦和玉米的一些因素[J].粮食储藏,1989(1):54.

[24] 夏世祥.大米储藏中低温对玉米象和米象生理作用的影响[J].四川粮油科技,2000,17(2):33-36.

[25] DAMCEVSKI K A, ANNIS P C. Influence of grain and relative humidity on the mortality ofSitophilusoryzae(L.) adults exposed to ethyl formate vapour[J]. Journal of Stored Products Research, 2006, 42(1):61-74.

[26] 邓永学.环境因子对四种储粮害虫影响的研究[D].重庆:西南农业大学,2001.

[27] 姜自德,张宏宇.利用食物引诱剂与诱捕器结合诱捕储粮害虫的试验[J].粮油仓储科技通讯,2009,25(4):36-37.

[28] 李兴奎,鲁玉杰,仲建锋.食物引诱剂在储粮害虫防治研究中的应用[J].粮食流通技术,2006(4):22-26.

(责任编辑:苏靖涵 林国栋)

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

高等学校博士学科点专项科研基金(20123515120002).

林喜建(1989-)，男，硕士研究生.研究方向：生物工程.Email：407949697@qq.com.通讯作者蔡立君(1982-)，女，讲师.研究方向：农业昆虫与害虫防治.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