0.   引言

【研究意义】柳杉毛虫（Dendrolimus houi Lajonquiere）又名云南松毛虫、大柏毛虫，属鳞翅目枯叶蛾科松毛虫属，广泛分布于我国南方地区^[1-2]，主要危害柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto）、柏木（Cupressus funebris Endl.）、云南松（Pinus yunnanensis Franch.）、湿地松（Pinus elliottii Engelm.）、马尾松（Pinus massoniana Lamb.）等针叶树种，常造成不同程度的生物灾害^[3-4] 。通过对柳杉毛虫触角感器的观察有助于深入了解柳杉毛虫不同地理种群触角感器差异，为解析潜在的种群分化及形成寄主宗提供初步证据。【前人研究进展】柳杉毛虫属于典型的两性生殖方式，表明雌雄个体对异性具有精准的定位能力；成虫在选择性与非选择性产卵试验中都优先选择柳杉、柏木产卵^[5]；野外调查也发现，柳杉毛虫雌成虫通常将卵粒散产或堆产于寄主植物上，且在不同寄主植物上产卵频次和产卵量存在差异，进一步表明它们对嗜食寄主也具有精确的定位能力和不同程度的偏好性^[6-9]。而触角是昆虫的感觉器官，触角上的感器是外部环境与昆虫神经系统之间的关键接口，位于这些感器中的特异性受体细胞用来探测环境，并将有关信息传递给中枢神经系统，再由中枢神经系统引发相应的神经冲动做出各种行为反应^[10]。【本研究切入点】柳杉毛虫雌雄成虫具有不同的生殖性能和种群繁衍职责^[11]，对配偶与寄主植物的专化性极强，表现出精准的定位能力，但关于柳杉毛虫触角及感器形态结构的研究还有待深入探讨。【拟解决的关键问题】探明柳杉毛虫雌、雄成虫的触角普通形态与超微形态差异，预测上述差异与不同功能之间的关系，以期为进一步研究柳杉毛虫触角感器功能和机制奠定基础。

1.   材料与方法

1.1   供试昆虫

柳杉毛虫越冬卵块于 2020 年 2 月采自福建省宁德市霞浦县（26º25′至27º07′N，119º46′至120º26′E）。将采集的卵粒平铺在养虫盒（长×宽×高=19 cm×9 cm×6 cm）中，并将其置于光周期 12∶12（L∶D），温度 （25±1） ℃，相对湿度 70%±10%的人工气候箱（上海一恒科学仪器有限公司，MGC-300H，20L）待其孵化。孵化后每日定时更换新鲜柳杉枝叶供幼虫取食，并做好清洁。待其蜕皮、结茧、化蛹。取 15日龄虫茧置于尼龙纱网养虫笼（长×宽×高=75 cm×75 cm×75 cm）待其羽化。羽化后，选取尚未交配、状态良好、当天羽化的雌雄成虫观察触角。

1.2   制样及观测

取羽化后触角结构完整的柳杉毛虫雌、雄成虫各5头，在体视显微镜（SZM-41，奥斯微光学仪器）下观察普通形态。然后将触角完整切下，除去表面异物；采用45%乙醇数控超声清洗15 min，然后用超纯水清洗；洗净样品在4 ℃下以2.5%的戊二醛溶液固定24 h；固定后的触角样品分别用50%、60%、70%、80%、90%、无水乙醇逐级脱水，每级脱水10 min；干燥24 h后用双面导电胶将其固定在样品台上，在真空环境下喷金镀膜，最后将样品置于扫描电子显微镜（Phenom ProX，飞纳中国）下观察、拍照，记录感器的长度、基部直径、腔直径等。

1.3   数据处理

利用ImageJ 1.8.0统计触角各类感器的数量、分布，根据标尺测量各感器长度、直径等。利用Excel 2019和SPSS 19.0 计算平均值和标准差，采用t检验对雌雄成虫触角同类感器的长度和基部直径等进行显著性分析，独立性检验的显著性水平为0.05。

2.   结果与分析

2.1   柳杉毛虫成虫触角普通形态

雄蛾触角羽毛状，雌蛾触角短栉齿状，均为黄褐色，由柄节、梗节和鞭节组成，其中鞭节由77~78个鞭亚节组成，每个鞭亚节上均具有1对对生的羽毛状侧枝，侧枝与鞭节纵轴腹面呈30°～90°夹角，夹角开口朝向顶端，雌雄成虫在侧枝的长度以及宽度上存在显著差异（P＜0.05，表1）。触角各节上均密被鳞片，感器着生在触角鞭节侧枝的腹面，少数着生在侧枝背面（图1）。

表  1  柳杉毛虫触角结构

Table  1.  Structure of D. houi antenna

成虫性别 Adult sex	触角长度 Antennal length	鞭亚节 Flagellate nodes		侧枝 Lateral branch
		长度 length/μm	数量 number	长度 length/μm	宽度 width/μm
雌 Male	14.78±1.21 a	152.65±6.48 a	77.00±2.24 a	821.17±139.46b	71.83±4.88 a
雄 Female	15.34±0.61 a	173.50±7.19 a	78.71±2.12 a	1803.76±133.12 a	64.27±4.61 b
表中数据为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示同一触角特征数据在雌雄间差异显著（P＜0.05，t 检验）,下同。 Datas are mean ± standard deviation; those with different lowercase letters on same column indicate significant difference on traits of male and female antennae (P＜0.05, t test). Same for below.

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图  1  柳杉毛虫成虫触角形态

A-雄蛾触角；B-雌蛾触角。

Figure  1.  Morphology of adult D. houi antenna

A: male antenna; B: female antenna.

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2.2   柳杉毛虫触角感器超微形态

观察发现，柳杉毛虫雌雄成虫触角感器主要有毛形感器 2 种、锥形感器 1 种、刺形感器 3 种、栓锥感器 3 种、腔锥感器 2 种、Bőhm 氏鬃毛 2 种等 6 类 13 种。各感器形态特征如下。

2.2.1   毛形感器（Sensilla trichodea, ST）

毛形感器集中分布在鞭亚节侧枝腹面，感器壁表面光滑无孔，通体纤细，着生于鳞状三角形相互交叠形成的凹陷处，基部无臼状窝，从基部向端部逐渐变细。根据形状以及长度可分为两种类型：毛形感器 Ⅰ 型（ST Ⅰ）和毛形感器 Ⅱ 形（ST Ⅱ）。ST Ⅰ呈长毛状，末端纤细，感器与触角表面呈约30°夹角，向触角末端前倾，大量分布于触角侧枝腹面凹陷处（图2-A），但雄蛾数量和长度均远大于雌蛾（表2）。ST Ⅱ相较ST Ⅰ更纤细而短小，顶部稍弯曲（图2-A），散布于雄成虫侧枝腹面中央，沿雄蛾触角侧枝端部逐渐增多。从排列来看，STⅠ在雄蛾触角侧枝腹面排列整齐，常呈6~8根排成一排，中间间隔处散布1~2根ST Ⅱ，雌蛾成虫触角侧枝腹面毛形感器排列杂乱。从形态来看，毛形感器直立形、顶端弯曲、基部弯曲或双弯曲4种亚型。

图  2  柳杉毛虫触角感器超微结构

ST:毛形感器；SB:锥形感器；SCH: 刺形感器；SST: 栓锥形感器；SCO: 腔锥形感器；BB: Bőhm氏鬃毛。

Figure  2.  Ultrastructure of sensilla on antennae of D. houi

ST: Sensilla trichodea; SB: sensilla basiconica; SCH: sensilla chaetica; SST: sensilla styloconica; SCO: sensilla coeloconica; BB: Bőhm bristles.

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表  2  柳杉毛虫触角不同类型感器形态

Table  2.  Sensilla morphology of D. houi antennae

感器类型 Sensilla type	性别 Sensilla type	长度 Length/μm	基部直径 Base diameter/μm	腔直径 Cavity diameter/μm	感器总数 Total number
毛形感器 Ⅰ 型（ ST Ⅰ）	♀	42.23±3.28 b	3.74±0.24 b	—	39278.24±4266.80 b
	♂	88.64±7.10 a	4.79±0.13 a	—	62745.91±9411.59 a
毛形感器 Ⅱ 型（ST Ⅱ）	♀	—	—	—	—
	♂	29.70±3.60	2.83±0.07	—	18580.36±1725.42
锥形感器（SB）	♀	58.02±5.89	3.06±0.24	—	249.14±10.19
	♂	—	—	—	—
刺形感器（SCH）	♀	75.09±2.60 a	8.40±0.38 a	—	281.57±6.07 a
	♂	72.53±2.23 b	7.40±0.31 b	—	283.00±6.78 a
栓锥形感器（SST）	♀	66.70±6.25 a	12.94±1.28 a	—	121.29±4.20 a
	♂	64.24±3.19 a	13.44±1.02 a	—	123.17±4.36 a
腔锥形感器（SCO）	♀	—	—	12.69±1.19 a	1252.53±201.71 a
	♂	—	—	14.85±0.49 b	1217.38±210.94 a
Bőhm氏鬃毛 Ⅰ 型（BB Ⅰ）	♀	73.6±4.68 a	3.45±0.18 b	—	—
	♂	71.90±4.24 a	4.17±0.24 a	—	—
Bőhm氏鬃毛 Ⅱ 型（BB Ⅱ）	♀	47.61±3.63 a	4.06±0.13 a	—	—
	♂	52.34±2.27 b	3.95±0.51 a	—	—

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2.2.2   锥形感器（Sensilla basiconica, SB）

锥形感器形态特征与毛形感器相似（图2-B），但端部较钝，数量较少，着生部位也不同。直立于侧枝背面或稍弯曲，基部无臼状窝，通常与侧枝呈30°～45°夹角，夹角方向朝向侧枝端部。感器表面有较多的孔，壁薄，具纵向纹理，基部较毛形感器略细。在雌蛾触角上，除端部第3～4根侧枝无锥形感器分布外，其余侧枝背面均散生1～3根，常与刺形感器间隔分布；雄蛾触角侧枝背面则无锥形感器分布。

2.2.3   刺形感器（Sensilla chaetica, SCH）

刺形感器为长刺状，顶端较尖，基部钝圆具有臼状窝，表面有纵纹，纵纹自基部向端部逐渐消隐；较毛形感器明显更粗、更长，但数量少于毛形感器（表2），常分布于每个侧枝端部与侧枝背面1/2～2/3处，每个侧枝1～2个，少数3个。柳杉毛虫成虫刺形感器共有SCH Ⅰ型（图2-C）、SCH Ⅱ型（图2-D）、SCH Ⅲ型（图2-E）3种，其中SCH Ⅰ型呈线状，不弯曲，与触角侧枝生长方向一致，末端较尖，分布于侧枝端部；SCH Ⅱ型常弯曲如钩，或在2/3处弯曲呈近90°角，端部较SCH Ⅰ型略钝，常分布于侧枝背面；SCH Ⅲ型呈弯月形，弧度较大，末端无钩状，较SCH Ⅰ型钝，着生于侧枝背面。

2.2.4   栓锥形感器（Sensilla styloconica, SST）

栓锥形感器形似手指，表皮隆起，具棱，较毛形感器、刺形感器粗壮，呈直立状或略扭曲，部分稍弯曲；基部表面有不连续褶皱，由基部到约1/2处消失，顶部具表皮凹陷而形成的圆形腔，圆形腔顶部中央有感觉锥突出表面，其数量与分布在雌雄蛾触角上无明显差异，均分布与鞭节上。栓锥形感器有3种亚型： SST Ⅰ型，呈指状，顶端形成一锥状小突起，顶端凹陷较明显（图2-F）； SST Ⅱ型，末端侧面有一锥状小突起，形似二分叉（图2-G）； SST Ⅲ型短于其他亚型，末端极尖，锥状突起不明显，似短钉，表面棱明显（图2-H）。常分布于鞭节侧枝末端中央，在鞭节第9~12节至倒数第5~7节的侧枝末端呈30°～45°角分布。

2.2.5   腔锥形感器（Sensilla coeloconica, SCO）

腔锥形感器周围为4~6个瓣状缘锥，中央着生一感觉锥，顶端钝圆，着生于由具脊纹的鳞状三角形包被形成的凹陷腔内。按照感觉锥周围是否具有缘毛可分为SCO Ⅰ（图2-I）和SCO Ⅱ（图2-J）两种类型，其中SCO Ⅰ的鳞状三角形中间直接将中心感觉锥包被，感觉锥基部较SCO Ⅱ膨大，顶端较钝，为雄蛾特有，常在侧枝背面近端部出现；SCO Ⅱ感觉锥四周具缘毛，部分缘毛成锥状，少数呈扁平锥状或二分叉状，相互聚拢，向中心弯曲，遮盖感觉锥。主要分布于触角侧枝背侧面1/2处，自末端1/3处渐密，少数散生或对生；在鞭节中部及远端侧枝上分布较多。

2.2.6   Bőhm氏鬃毛（Bőhm bristles, BB）

Bőhm氏鬃毛形比刺形感器短且顶端较尖；垂直或倾斜于触角柄节表面的关节窝，基部臼状窝明显；在柄节基部成簇分布。按长度和形状可分为BB Ⅰ（图2-K）和BB Ⅱ（图2-L）2个亚型。BB Ⅰ细长，分布于柄节基部背面、腹面中间和两侧，端部尖细锐利，少数BB Ⅰ端部会微微弯曲；BB Ⅱ短于BB Ⅰ，位于柄节关节面边缘，基部稍膨大，端部收缩明显且稍钝。

2.3   雌雄成虫触角主要形态差异

雌雄成虫触角均为黄褐色，全长与鞭亚节长度均无显著性差异，且感器主要分布在鞭亚节的侧枝上；除锥形感器感器为雌蛾特有外，雌雄成虫其他感器在种类上基本一致。同时，雌雄成虫触角形态也存在明显的差异，表现为：（1）雄蛾触角羽毛状，雌蛾触角短栉齿状；（2）雌蛾触角上感器类型多于雄蛾感器，且侧枝独具锥形感器；（3）雄蛾的长毛形感器ST I更长、基部较宽，且显著多于雌蛾（P＜0.05）；雌蛾的刺形感器较长，且基部直径明显大于雄蛾（P＜0.05）；雄蛾的BB Ⅰ显著长于雌蛾，基部更宽（P＜0.05）；此外雄蛾的BB II比雌蛾更细更长（P＜0.05，表2）。

3.   讨论与结论

触角是昆虫重要的感觉器官，具有感受气流、二氧化碳、温度和湿度的功能，在昆虫寻找寄主食物、躲避危险以及繁殖后代等行为发挥了重要作用，触角上的感器是实现上述行为的基本单位^[12]。触角上感器的类型、结构、数量和着生部位等受多种因素的影响，如性别、触角形态、习性、食性和地理生境等^[13]。柳杉毛虫成虫触角表面观察到6类感器，与鳞翅目其他蛾类昆虫的感器类型相似，与舞毒蛾（Lymantria dispar L.）^[14]触角上的感器类型相比，柳杉毛虫成虫触角多栓锥形感器和 Bőhm 氏鬃毛；相较于美国白蛾（Hyphantria cunea Drury）^[15]的8类感器，柳杉毛虫成虫触角上缺少鳞形感器和舌型感器；与云南锦斑蛾（Achalura yunnanensis Horie & Xue）^[16]的7类感器相比，柳杉毛虫成虫触角上缺少鳞形感器和耳形感器而多栓锥形感器。而与同为枯叶蛾科的栎黄枯叶蛾（Trabala vishnou gigantina Yang.）^[17]的5类感器相比，柳杉毛虫成虫触角上缺少鳞形感器，但比栎黄枯叶蛾多锥形感器和腔锥形感器，且各感器的超微结构和分布又与栎黄枯叶蛾有所不同，表明枯叶蛾科不同种间感器类型存在一定差异，部分反映了不同枯叶蛾科昆虫生境及寄主植物的差异性。初步观察发现，柳杉毛虫云南种群与福建种群对同一性引诱剂表现出不同的引诱活性，推测该虫存在地理种群的遗传分化现象；比较二者雄蛾触角超微结构^[11]。

毛形感器是昆虫触角上最普遍、最密集、表面布满小孔的感器，常被认为具有感受性信息素和植物挥发性物的作用^[12,18-19]。柳杉毛虫雄蛾的毛形感器数量、长毛形感器 ST Ⅰ的长度和宽度均显著大于雌蛾，结合柳杉毛虫雌雄性别职能分析，推测其感受性信息素的受体细胞可能主要位于 ST Ⅰ中^[20]。前人研究发现卷叶螟雄蛾触角上的短毛型感器 ST Ⅱ可以对雌虫性信息素和植物挥发物发生反应^[21]。而本研究中，在雄蛾触角上也存在较多ST Ⅱ，由此推测 ST Ⅱ可能有助于雄蛾搜索配偶及生境。锥形感器是蛾类的另外一种常见的嗅觉感器，其表皮多具有孔状结构，含丰富的嗅觉细胞，具有感受植物挥发物等气味分子的功能^[22]。观察发现，锥形感器仅分布于柳杉毛虫雌蛾，主要分布在触角侧枝背面近端部，感器数量不多，表面小孔较密集，雄性触角上未见此类感器，推测可能对于雌蛾对寄主植物的定位与选择有关。

刺形感器、Bőhm 氏鬃毛具有感受机械刺激的功能。其中，柳杉毛虫雌雄蛾刺形感器在触角各侧枝分布广泛，均直立或近直立于触角表面，通体粗壮，其中位于侧枝端部的刺形感器首先接触物体或栖境，因而认为是感受外来机械刺激的感器；位于触角侧枝背部的刺形感器可见臼状窝且表面有明显小孔，一般是担负味觉功能的接触性化学感器，与雌蛾产卵时对寄主的选择性有关^[23]。此外，Bőhm 氏鬃毛是蛾类触角上的非多孔感器，具有控制触角运动、介导昆虫飞行、缓冲重力等作用^[24]；由于细长的 BB Ⅰ型成簇着生在柄节关节窝中，比 BB Ⅱ更快感受到来自外部的刺激并介导神经冲动，从而控制触角运动^[25]。推测柳杉毛虫成虫具有两种亚型的 Bőhm 氏鬃毛，且成簇交错生长，可能具有类似的生理功能，值得今后研究证实。

腔锥形感器主要感受水蒸气、CO₂、冷刺激和植物气味等^[26]。在柳杉毛虫触角上，不具缘毛的 SCO Ⅰ感器仅在雄蛾触角上出现，而具缘毛 SCO Ⅱ在雌雄个体中均大量存在。两种亚型的中央感觉锥均被瓣状缘锥和缘毛遮盖不易观察，中央锥体中存在大量的孔，能够感受植物气味， SCO Ⅱ周围的缘毛则被认为具有保护中央锥体的作用^[10]，由此推测，在柳杉毛虫中相对于直立隆起的感觉锥，有利于适应于多变的环境，避免外界机械作用对中央感觉锥所产生的物理损伤。栓锥形感器是也是蛾类触角上的常见感器，在豆卜馍夜蛾（Bomolocha tristalis Lederer）^[25]、杨背麦蛾（Anacampsis populella Clerck）^[27]等触角鞭亚节前缘均有一栓锥形感器，但柳杉毛虫成虫具有更长更粗的栓锥形感器，有利于增加与空气的接触面积，对环境的温、湿度感受更为敏感；而且锥状突起更明显，并在侧枝端部存在二叉形锥状突起，可能在柳杉毛虫寄主定位中发挥重要作用。鳞形感器具有感受机械刺激的功能^[28]，但在柳杉毛虫成虫触角上未发现鳞形感器，推测它们对感受机械刺激的功能较弱。

近年来随着新技术应用与设备的更新迭代，新的感器不断被发现，但是各种感器的功能是否具有多样性、不同部位的同种感器的功能差异尚未完全明确，今后可通过单细胞技术（SSR）与嗅觉蛋白的免疫定位试验等技术，结合昆虫行为学开展进一步研究。