三叶虫萤各龄期幼虫形态描述
  四川动物  2018, Vol. 37 Issue (3): 298-304

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陈申芝, 卢聪聪, 曹成全, 童超, 叶超
CHEN Shenzhi, LU Congcong, CAO Chengquan, TONG Chao, YE Chao
三叶虫萤各龄期幼虫形态描述
The Morphology Description of the Larval Emeia pseudosauteri at Different Instars
四川动物, 2018, 37(3): 298-304
Sichuan Journal of Zoology, 2018, 37(3): 298-304
10.11984/j.issn.1000-7083.20180034

文章历史

收稿日期: 2018-01-25
接受日期: 2018-04-02
三叶虫萤各龄期幼虫形态描述
陈申芝1 , 卢聪聪2 , 曹成全2* , 童超2 , 叶超3     
1. 乐山师范学院继续教育学院, 四川乐山 614004
2. 乐山师范学院生命科学学院, 四川乐山 614004
3. 四川师范大学生命科学学院, 成都 610101
摘要:本文详细描述了三叶虫萤Emeia pseudosauteri各龄期幼虫的外部形态,并初步研究了幼虫的蜕皮过程。三叶虫萤幼虫共8龄,随龄期增大,体色会逐渐加深,体表从3龄开始长出刚毛并逐渐变得硬而尖锐,发光器逐渐变得清晰至突出于体表,臀足着生的多节纤毛逐渐变得长而密,且颜色逐渐变深。幼虫会依附辅助物蜕皮,蜕皮后的幼虫体色由浅粉色逐渐鞣化固定。本文为三叶虫萤的养殖和产业化应用提供了基础数据。
关键词三叶虫萤     幼虫     形态     蜕皮     龄期    
The Morphology Description of the Larval Emeia pseudosauteri at Different Instars
CHEN Shenzhi1 , LU Congcong2 , CAO Chengquan2* , TONG Chao2 , YE Chao3     
1. College of Extended Education, Leshan Normal University, Leshan, Sichuan Province 614004, China;
2. College of Life Sciences, Leshan Normal University, Leshan, Sichuan Province 614004, China;
3. College of Life Sciences, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China
Abstract: The paper reported the morphology of each instar of the larval Emeia pseudosauteri, and preliminarily studied the molting of the larvae and the process. The larval E. pseudosauteri has 8 instars, and along with the increasing of instar, the body colour will darken gradually, the surface of body begins to grow bristle and becomes increasingly hard and incisive from the third instar, the luminous organ gradually becomes clearer and protrudes from the surface, and the ciliums of caudal legs gradually becomes long and dense with deeper colour. The larva will attach auxiliary things and get rid of its skin, and then the body colour will gradually tan from light pink. This paper provides basic data for the breeding and industrial application of E. pseudosauteri.
Keywords: Emeia pseudosauteri     larva     morphology     molt     instar    

三叶虫萤Emeia pseudosauteri隶属于鞘翅目Coleoptera萤科Lampyridae峨眉萤属Emeia,是2012年发现于四川省乐山市峨眉山的新种(Fu et al., 2012)。目前对三叶虫萤的研究非常少,在生物学研究方面,主要是三叶虫萤生境分析与夜间活动规律(陈申芝等,2014)、不同环境和介质对三叶虫萤卵孵化的影响(卢聪聪等,2017);在形态学研究方面,主要是在发表该新属新种时描述了成虫和5龄幼虫的形态及其电镜扫描照片(Fu et al., 2012)。

三叶虫萤在四川省乐山地区约3月中旬出现成虫,其在景观化开发上具有较大的价值(何华等,2011)。目前对昆虫各个龄期幼虫的研究很少,而对萤火虫多是对成虫的形态描述(付新华,2005王余勇,2007李学燕等,2008)。基于三叶虫萤人工繁育的长期研究,本文详细描述了其各龄期幼虫的外部形态特征,并初步研究了幼虫的蜕皮行为。

1 材料与方法 1.1 三叶虫萤卵的采集与孵化

在2016年4—6月三叶虫萤产卵高峰期,于四川省乐山市绿心公园选择三叶虫萤种群数量分布均匀,且较平坦的草地和停耕农田采集卵块。将卵及卵的附着物(苔藓、土壤等)一并铲起,各卵块单独置于5 cm×5 cm×10 cm的塑料盒内,保持卵块附着物湿度约40%,平均温度约20 ℃,空气湿度约90%(卢聪聪等,2017)。每日记录每盒孵化的幼虫数量,用蘸湿的毛笔将幼虫逐一挑出。

1.2 三叶虫萤幼虫的养殖

陈申芝等:三叶虫萤各龄期幼虫形态描述将同一天孵化出的幼虫放入铺有滤纸的培养皿中养殖,喷水保持滤纸的湿度,并喂食蜗牛等食物(王余勇,2007李学燕等,2008卢聪聪等,2017),次日清除残渣和排泄物,保持清洁。当三叶虫萤长到4龄时,将其放入含撕有缺口海绵的塑料养殖盒(长40 cm×宽20 cm×高60 cm)内养殖,海绵底部铺小石头,注入水将石头淹没,并适时人工喷水(保持海绵湿度)及喂食,及时清除异物、换水等保持盒内清洁,直至化蛹。保证每个龄期的试虫数量不低于20只。

1.3 三叶虫萤幼虫的形态特征和生物学观察

三叶虫萤各龄期的幼虫均用LY-WN超清显微系统拍照,用电子游标卡尺测量体长、体宽。用Excel 2010统计分析数据。详细记录每次蜕皮过程中三叶虫萤体色变化情况及特殊行为,利用摄像头(海康威视DS-7908N-E4)全天摄像观察,定期查看摄像内容,分析其行为学特征。

1.4 三叶虫萤末龄幼虫的电镜扫描

将三叶虫萤末龄幼虫的新鲜标本经卡诺氏固定液(无水酒精:冰醋酸=3: 1)固定12 h后,转移至70%酒精中保存。在解剖镜下,用解剖针和刀片将幼虫的头部、前胸、腹部末端等部位与虫体剥离,进行镜检,再将各部分用超声波清洗3次,每次30 s。依次放入80%、90%、95%、100%的酒精中梯度脱水各30 min,再用100%丙酮置换2次各30 min,然后置于醋酸异戊酯中30 min后更换1次。CO2临界点干燥后,用双面导电胶按不同角度将各结构粘于样品台上,在真空喷涂仪内喷金,在S-3400N扫描电子显微镜(Hitachi,日本)15 kV下观察和拍照(Fu et al., 2012王娜等,2012)。

2 结果与分析 2.1 三叶虫萤各龄期幼虫的形态特征

三叶虫萤幼虫共8龄,蜕皮7次;前胸、中胸、后胸背板均很发达,腹部9节,这些特征在整个幼虫期都不会发生变化;幼虫体型呈扁平状,随着龄期的增大,体色由浅褐色到黑色逐渐加深(图 1)。

图 1 三叶虫萤各龄期幼虫 Fig. 1 Different instars of the larval Emeia pseudosauteri 罗马数字表示龄期,A为背面,B为腹面 Roman numerals indicate the age, A indicates the dorsal view, and B indicates the ventral view
2.1.1 背面变化

体表:1龄幼虫初孵时体色透明,3~12 h后,体色逐渐加深,背面体色从背板中线向虫体两侧由褐色逐渐变淡为浅褐色。2龄幼虫体色较均匀,呈淡橘黄色,各体节连接处为乳白色,虫体较1龄明显变得厚实。3龄幼虫体色由浅褐色和淡橘黄色不均匀交替分布,各体节颜色无明显区别。4龄幼虫体色为褐色,夹杂着淡橘黄色斑纹。自5龄幼虫起,外骨骼逐渐变坚硬,体表凹凸不平,体色由深褐色加深至黑色。

刚毛:1龄、2龄幼虫体表无刚毛,由清晰可见的多边形纹路(图 2:A)组成。3龄幼虫体表的多边形纹路中间凹陷长出刚毛,呈白色须状,较柔软。从4龄幼虫开始,体表毛孔逐渐隆起,于中心长出白色须状刚毛(图 2:B),直至密布全身。

图 2 三叶虫萤幼虫形态结构标识 Fig. 2 Marked graphs of the morphology of the larval Emeia pseudosauteri A.多边形纹路,B.背面刚毛,C.背板边缘,D.臀足,E.三角形斑纹,F.背板中线,G.腹面刚毛,H.足股节刺,I.发光器 A. polygonal grains, B. dorsal setae, C. the tergite edge, D. pygypodia, E. triangular patches, F. the tergite median, G. ventral setae, H. thorn on the femur of hind foot, I. luminous organ

背板边缘(图 2:C):1龄幼虫体节边缘形状较圆钝,各腹节连接紧密。2龄幼虫体节边缘向内弯曲,排列相对宽松。3~7龄幼虫边缘锯齿轮廓逐渐清晰,且前胸及中后胸背板两侧下缘呈尖角状,尖角弯曲程度逐渐增大,腹部背板两侧向下呈弯钩状,尾节较圆钝。8龄幼虫各体节灵活,外缘尖角程度减小。

三角形斑纹(图 2:E):将腹部背板中线两侧的对称白色斑纹连接,呈三角形。低龄幼虫的为浅褐色,1龄幼虫最为明显,随着龄期增大,三角形斑纹由浅褐色逐渐变为黑色,5龄之后逐渐变得模糊,7龄之后则与体色相近。

背板中线(图 2:F):1~3龄幼虫的背板中线均为清晰的白色;自4龄起逐渐变为灰色;8龄为黑色,与体色相近。

特殊斑纹:1龄幼虫各体节相接处体色较深,呈现深褐色梯形条纹(图 3:A)。2龄幼虫头部背板尖端、腹部第8节与尾节相接处颜色较深,呈现深褐色对称斑纹(图 3:B)。3龄幼虫白色背板中线两侧呈现较为对称的浅褐色花瓣斑纹(图 3:C)。3、4龄幼虫头部背板中央颜色较深,呈现深褐色对称斑纹。5龄幼虫呈现橘黄色“八”字形条状斑纹(图 3:D),而6~8龄褐色“八”字形条状斑纹逐渐消失。

图 3 三叶虫萤幼虫的特殊斑纹 Fig. 3 Special markings of the larval Emeia pseudosauteri A. 1龄幼虫梯形条纹,B. 2龄幼虫深褐色斑纹,C. 3龄幼虫花瓣斑纹,D. 5龄幼虫“八”字形条状斑纹 A. the trapezoid markings of the first instar larva, B. the brown markings of the second instar larva, C. the petal markings of the third instar larva, D. the "八" glyph markings of the fifth instar larva
2.1.2 腹面变化

头部:随着龄期增大,口器由浅褐色逐渐变为黑褐色。自2龄幼虫起,头基部外壳呈三角形,逐渐变得厚实、坚硬,各角由圆钝逐渐变得尖锐,颜色由褐色逐渐加深至黑色。各龄期触角的部分节为透明色。

胸部和腹部:随着龄期增大,颜色由浅褐色逐渐变为深褐色,从第1腹节至第8腹节颜色逐渐变淡。自1龄幼虫起,腹部的斑纹逐渐发生变化,而且腹部两侧自4龄出现凹陷,两侧轮廓逐渐凸显,中央逐渐隆起呈矩形。体表外骨骼逐渐变得厚实且坚硬。

足:由基节至跗节,颜色由褐色变为浅褐色,基节轮廓较为明显,颜色较深。自2龄幼虫起,各足由浅褐色变为褐色,股节内侧1/2处出现1~4根淡橘黄色的刺,随龄期增大,刺逐渐变长,且变得尖锐而粗壮,其中1根刺明显较长(图 2:H)。8龄幼虫部分刺已退化,仅余1~2根,较短。自3龄幼虫起,胫节处出现的几列橘黄色的刺逐渐变得尖锐且长而粗壮。随着龄期增大,各足上的刚毛由白色变为淡橘黄色,逐渐密集。

臀足:随着龄期增大,臀足逐渐变长且加粗,基部颜色由浅褐色逐渐加深至深褐色。1龄幼虫的臀足外壳柔软、透明,显微镜下可见其内部充盈的物质(如脂肪粒)。自2龄幼虫起,便可观察到呈中空管状的臀足腹内侧着生纤毛,随龄期增大,纤毛逐渐密集,颜色由淡橘黄色逐渐变为深褐色。幼虫臀足分为左右对称的两部分,各7支,每部分包括着生在背外侧的较长的5支和腹内侧较短的2支。自2龄幼虫起,能清晰看见臀足,直至8龄,臀足逐渐变得粗大。

发光器:1龄幼虫难以观察发光器,夜晚仅发出微弱的亮点。2龄幼虫可辨认出发光器,但比较模糊,发出较弱的光,第8腹节两侧发光器端点处着生2根橘黄色的刺。3龄和4龄幼虫发光器仍比较模糊,着生刺的端点处逐渐隆起。5龄幼虫的发光器清晰可见,为浅粉色。6~8龄幼虫的发光器为白色米粒状,逐渐隆起于体表,发光亮度远大于低龄幼虫,发光器下端着生的2根橘黄色刺逐渐变长且尖锐(图 2:I)。

刚毛:1龄和2龄幼虫腹面尚未出现刚毛。自3龄幼虫起,清晰可见黑色毛孔。4龄幼虫出现隆起的白色毛孔,与隆起的黑色毛孔相间排布。直至8龄幼虫,隆起的毛孔及刚毛排列越发密集(图 2:G)。

2.1.3 末龄幼虫的电镜扫描

三叶虫萤末龄幼虫的头部平时收缩于前胸背板下面,伸出后呈长方形,并长有刚毛(图 4:A);前胸腹板侧缘有瘤状突起物,且有刚毛(图 4:B);幼虫口器发达(图 4:CD),头部前端有粗壮的着生刚毛的上颚,为镰刀状,1/2处向内弯曲,基部有一齿状突起,末端尖锐,表面有稀疏刚毛(图 4:E);头部前端两侧有可伸缩的触角,共3节,第1、2节长度和粗细相似,表面着生稀疏的长刚毛,第3节非常小,着生几根感觉毛,且一侧着生1个很小的圆柱形感受器(图 4:F)。

图 4 三叶虫萤末龄幼虫的电镜扫描 Fig. 4 Scanning electron microscope photos of the last-instar of the larval Emeia pseudosauteri A.头部和前胸腹面,B.前胸腹板侧缘,C.头部背面,D.头部腹面,E.上颚,F.触角 A. the ventral view of the head and prothorax, B. the lateral margin of prothorax sternum, C. the dorsal head, D. the ventral head, E. mandible, F. antenna
2.1.4 各龄期幼虫的体长和体宽

三叶虫萤幼虫从1龄到2龄体长增长缓慢,随着龄期增大,体长增长较明显并呈稳定上升趋势,其中,4~6龄幼虫体长变化相对平缓。1~5龄幼虫的体宽增长较明显且增幅稳定,6~8龄幼虫生长较平缓,体宽增长不明显(图 5)。

图 5 三叶虫萤各龄期幼虫的体长和体宽 Fig. 5 Body length and body width of the larval Emeia pseudosauteri of different instars
2.2 三叶虫萤的蜕皮

蜕皮前,三叶虫萤幼虫保持身体弯曲不动,之后先将头胸部挣脱出蜕皮,0.5 h左右便会缓慢爬行,寻找一个物体甚至是同类幼虫辅助挣脱腹部蜕皮的束缚,从而完成蜕皮(图 6)。蜕皮全天均可进行,整个蜕皮过程持续2~3 h。

图 6 三叶虫萤幼虫的蜕皮过程 Fig. 6 Molting of the larval Emeia pseudosauteri A.头胸部蜕皮,B.寻找辅助物,C.完成蜕皮,D.完整蜕下的皮壳 A. the molting of the head and thorax, B. looking for the molting auxiliary, C. finishing the molting, D. the integrated slough

蜕皮过程中,幼虫的体色和硬度会发生变化(图 7)。刚刚将头胸部挣脱出蜕皮的幼虫身体较软,呈浅粉色;蜕皮成功后,体色逐渐变为浅黄色、银灰色;最后,体色逐渐加深,变为该龄期所应保持的体色。体色变化过程持续1~2 h。

图 7 三叶虫萤幼虫蜕皮后的体色变化(黑色箭头表示变化的顺序) Fig. 7 The change of body colour of the larval Emeia pseudosauteri after molting (the black arrows indicate the order)
3 结论与讨论

三叶虫萤幼虫从低龄到高龄,体色逐渐加深,多边形纹路逐渐隆起,并于多边形的中心长出刚毛;外骨骼逐渐变得坚硬,臀足着生的纤毛逐渐变长、变密,增大了与地面的摩擦力,利于爬行时保持身体的平衡,并且颜色逐渐变深;臀足逐渐变得粗大,为中空管状;体长、体宽逐渐增大,但体长增加更快。

由电镜扫描图看出,三叶虫萤末龄幼虫的头部结构与胸窗萤Pyrocoelia pectoralis(秦利鸿,付新华,2009)和端黑萤Luciola praeusta(梁慧等,2009)非常相似,与云南扁萤Lampyrigera yunnana的头部结构尤其是口器结构稍有不同(吴健卓等,2016);头部甚至腹面的很多部位均长有很多刚毛,显著提高了幼虫对环境的灵敏反应;口器属于捕吸式口器,头部前端的粗壮锋利上颚有利于高效捕食,基部的齿状突起有利于固定猎物(梁慧等,2009),这些结构提高了三叶虫萤幼虫在野外复杂环境下的生存能力。

相比而言,三叶虫萤末龄幼虫的臀足结构与半水生的穹宇萤Pygoluciola qingyu很相似,却与陆生的黄缘窗萤Pyrocoelia analis差别较大(刘飘等,2017)。三叶虫萤是陆生昆虫,却喜欢生活在含水量大的湿地等环境中,这与穹宇萤的环境相似,所以两者的臀足结构相似,这再次说明了臀足结构与生活环境关系密切。

蜕皮时,幼虫先将头胸部从旧皮的头部挣脱出,然后头胸部向前爬行,依附一定的辅助物将束缚腹部的皮摆脱掉,完成后续的蜕皮行为。刚蜕皮的幼虫体色随时间的推移由浅粉色逐渐加深,变为此龄期所应有的稳定体色。

本文首次对三叶虫萤各个龄期幼虫的外部形态进行了详细描述,不仅丰富了三叶虫萤的生物学研究,还对三叶虫萤的人工养殖和产业发展具有积极意义:可以根据幼虫的形态特征判断所处的龄期;低龄幼虫(1~3龄)体色浅,体型小,体表刚毛少,喜高湿度环境,可以考虑用湿纸巾养殖;随着幼虫体型增大,适应能力增强,对高湿度的依赖性减弱,同时为了清理方便,可以尝试用湿海绵养殖;从5龄开始,幼虫体色变黑,外骨骼变得坚硬,发光器的亮度较低龄幼虫明显变亮甚至达到幼虫期最亮程度,具有观赏价值,因此,5龄及其之后龄期的幼虫具有较大的产业应用价值。

参考文献
陈申芝, 曹成全, 鲜黎明, 等. 2014. 乐山市绿心公园三叶虫萤生境分析与夜间活动规律[J]. 乐山师范学院学报, 29(12): 47–50. DOI:10.3969/j.issn.1009-8666.2014.12.011
付新华. 2005. 中国大陆两种水栖萤火虫生物学及行为学研究[D]. 武汉: 华中农业大学. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10504-2006190222.htm
何华, 曾菊平, 王海燕. 2011. 萤火虫资源的开发利用与保护探究[J]. 武汉生物工程学院学报, 7(2): 92–94.
李学燕, 解萌, 董平轩, 等. 2008. 云南窗萤的形态学及其生物学特性(鞘翅目:萤科)[J]. 昆虫分类学报, 30(4): 300–308.
梁慧, 陈保平, 付新华. 2009. 端黑萤头部形态的扫描电镜观察[J]. 华中农业大学学报, 28(3): 270–272.
刘飘, 曹成全, 童超, 等. 2017. 三种萤火虫幼虫臀足的形态与功能[J]. 生物资源, 39(5): 373–378.
卢聪聪, 童超, 曹成全, 等. 2017. 不同环境和介质对三叶虫萤卵孵化的影响[J]. 生物资源, 39(5): 386–388.
秦利鸿, 付新华. 2009. 二种萤火虫幼虫捕食行为及头部功能性结构观察比较[J]. 昆虫知识, 46(1): 125–128. DOI:10.7679/j.issn.2095-1353.2009.024
王娜, 魏劲松, 党露, 等. 2012. 三种夜蛾成虫口器感器生物超微形态[J]. 昆虫学报, 557(7): 877–884.
王余勇. 2007. 胸窗萤形态学、生物学及生态学特性的研究[D]. 武汉: 华中农业大学. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10504-2007209811.htm
吴健卓, 郭琼, 曹成全, 等. 2016. 云南扁萤幼虫与雌成虫头部显微特征比较[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 41(7): 91–95.
Fu XH, Ballantyne LA, Lambkin CL. 2012. Emeia gen. nov. a new genus of Luciolinae fireflies from China (Coleoptera:Lampyridae) with an unusual trilobite-like larva, and a redescription of the genus Curtos Motsch[J]. Zootaxa, 3403(4): 1–53.