榆紫葉甲雌雄兩性跗墊結構及分泌物成分鑒定1)

田海嬌 肖 丹 胡基華 孫 凡

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

許多昆蟲的足上都具有跗墊構造，這使得它們能夠抓牢一些光滑的表面。跗墊在結構上分為2種類型，直翅目和膜翅目昆蟲跗墊的表面是光滑的，而鞘翅目和雙翅目昆蟲的跗墊上卻密被剛毛。同時，無論是具有光滑跗墊的昆蟲還是具毛狀跗墊的昆蟲，在許多種類中都發現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，推測能影響跗墊的表面張力來增加其粘著性。目前一些甲蟲的跗墊分泌物的成分得到鑒定，其結構是烷烴類物質，這與鞘翅表皮的成分非常相似［3－4］。鞘翅目許多種類的跗墊剛毛都存在著明顯的性二型現象。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狀構造，在交配時雄性用跗墊挾持住雌性［5］。葉甲科(Chrysomelidae)的種類一般雌性具有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狀的剛毛，推測雄性依靠這種特有的剛毛在交尾時可以牢固地抱握住雌性光滑的鞘 翅［4－6］。榆 紫 葉 甲 (Ambrostoma quadriimpressum Motschulsky)主要分布于我國東北平原地區及內蒙古、河北、山東、河南等地［6－7］。成蟲、幼蟲均為害榆樹萌發的新芽、新苞、葉片，且其食性單一，為害期較長，破壞性大，嚴重影響榆樹(Ulmus pumila L.)生長［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，并用GC－MS對雌、雄跗墊分泌物的組成成分進行了鑒定，為進一步研究這種昆蟲的行為學提供基礎。

1 材料與方法

供試昆蟲:榆紫葉甲成蟲于2011年5月采自東北林業大學校園內的榆樹上，在實驗室雌、雄成蟲分別放置在木制養蟲盒內(27 cm×38 cm×5 cm)喂養，每天供給新鮮的榆樹葉，實驗室溫度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:將活成蟲雌、雄各3頭放在冰箱內－20℃冷凍1 h，取出室內解凍15 min，將雌、雄成蟲足用鋒利的刀切下，用70%乙醇超聲清洗5 min，用70%、85%、95%和100%乙醇逐級脫水，干燥后用雙面膠固定在掃描電鏡觀察臺上，用離子濺射器噴金，應用掃描電鏡(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、雄成蟲各10頭放置在干凈的培養皿(直徑60 mm)中，讓它們自由爬行4 h，取培養皿上面蓋子部分(排除蟲體其它部位接觸的可能，僅足部附節可以接觸到)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氣濃縮后備用。

雌、雄成蟲跗墊分泌物的組分比較:通過氣相色譜儀GC(HP7890A;美國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;進樣口采用無分流模式，進樣口溫度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:通過氣相和質譜聯用儀GC－MS(Agilent 5973N;美國 Agilent公司)進行結構鑒定。首先通過離子碎片特征圖來分析物質的結構，確認分子離子峰(M+)得到物質的分子質量，然后根據其它離子特征峰確定甲基的位置，最后計算物質的保留指數值［10］，與文獻比對后確定分子結構［11－14］。

2 結果與分析

2.1 跗墊形態特征

榆紫葉甲跗節有5節(圖1)。雌雄兩性第1～3跗節跗墊上都覆蓋著剛毛，其中第2跗節跗墊的面積較小，第4跗節是隱藏著的，第5跗節狹長無跗墊構造。跗墊剛毛柄部都為圓柱狀，依據端部的形狀可分為3種類型: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。端部擴展呈鏟狀，具有2～3個細長的脊狀突起，有些脊狀突相互連接處呈“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盤形。端部擴展為圓盤狀(圖2C)，盤狀表面光滑無條紋，這種類型只分布在雄性跗墊上(圖1)。

圖1 榆紫葉甲跗節電鏡掃描圖

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跗節和第2跗節分布著矛狀的剛毛;第3跗節分布著鏟狀剛毛(圖1B－D)。雄性除了矛狀和鏟狀剛毛外，還具有盤狀剛毛，雄性前、中、后足第1和第2跗節跗墊剛毛排列是一致的，即第1跗節邊緣分布著矛狀剛毛，中間分布著大面積盤狀剛毛;第2節的跗墊上分布著矛狀剛毛。雄性前足、中足和后足的第3跗節跗墊剛毛分布存在著差異，前足第3跗節上，周圍分布著鏟狀剛毛，中間分布著盤狀剛毛和鏟狀剛毛2種類型(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狀剛毛(圖1F，G)，后足跗墊第3節全部是鏟狀剛毛(圖1H);即雄性前足和中足的第1跗節和第3跗節具有盤狀剛毛，而后足僅第1跗節具有盤狀剛毛。

2.3 雌雄跗墊分泌物組分與結構

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

圖3 榆紫葉甲雌雄兩性足跗節分泌物正己烷提取物GC圖譜

表1 榆紫葉甲足跗節分泌物組分結構鑒定

表1 (續)

3 結論與討論

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

榆紫葉甲跗墊剛毛形態的性二型是與雌雄兩性的行為相適應。通常跗墊剛毛的末梢首先與平面接觸，所以末梢結構不同的剛毛在附著能力上會有差異［11，15－16］。Voigt等［14］對馬鈴薯葉甲跗墊剛毛附著能力測試顯示，末梢是扁尖狀的錐形剛毛在粗糙的表面的附著能力強，而末梢是扁平的盤狀剛毛在光滑的表面附著能力強。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卵。榆紫葉甲盤狀剛毛僅著生在雄性跗墊上，這有助于雄雌交尾時用足抱握住雌性光滑的鞘翅，其中雄性后足盤狀剛毛只分布在第1跗節上，筆者在生測實驗中觀察到，雄性的后足正是用第1跗節抱住雌性鞘翅，而其他跗節是懸空的。

與其它甲蟲的研究結果類似，榆紫葉甲跗墊分泌物的主要成分是一些帶1～3個甲基的烷烴類，這些物質與鞘翅表皮的成分非常相似。許多甲蟲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］。對葉甲亞科的Longitarsus jacobaenae研究發現，與空白對照相比，雄性會更多的停留在雌性接觸過的植物葉片上［18］，但目前還沒有直接的證據證明是跗節分泌物參與了雌雄間的通訊過程。研究結果表明，榆紫葉甲雌雄分泌物在組分上無明顯差異，推測這種分泌物只是一種潤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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