台湾乳白蚁触角感觉结构及其对植物次生物质的电生理反应机制

The Formosan subterranean termite, Coptotermes formosanus Shiraki, is a cosmopolitan pest that attacks both living trees and structural wood as well as underground cables etc. and cause significant economic losses. C. formosanus is the termite causing most serious damage in China. In recent years, the shortcomings associated with conventional chemical control methods have prompted policymakers and scientists to evaluate the potential for biological control of subterranean termites. Studies have shown that plant active substances-sesquiterpenes and monoterpenes such as nootkatone, patchouli alcohol, eugenol and cineole are repellent and fumigation and contact toxic to C. formosanus. However the mechanisms of these substances are not clear at present. In this study, gas chromatography-electroantennographic detection (GC-EAD) and behavioral bioassays were combined to select repellent plant active substances to C. formosanus. Single sensillum recordings (SSR) were used to record and analysis the electrophysiological response of the chemoreceptors on antennae of C. formosanus. Transmission electron microcopy (TEM) is combined to elucidate the ultrastructure and dendritic innervations of the chemoreceptors. Based on the results, we hope to understand the act mechanism of the repellent plant active substances to C. formosanus. Studies on selecting the repellent plant active substances and revealing the structural foundation and physiological characteristics of the antennal chemoreceptors of C. formosanus, are meaningful to construct physical barriers of the plant active substances and to advance the integrated termite management, and also meaningful to clarify the olfactory sensory mechanisms and further to screen more plant active components for biological controls.

台湾乳白蚁分布广、适应性强、危害对象广泛，对城市园林、房屋建筑、地下电缆等破坏严重且造成重大经济损失，是我国危害最为严重的白蚁种类。长久以来主要以化学药剂防治台湾乳白蚁，导致农药残留积累、污染破坏环境及威胁人类健康的诸多问题愈加严重，因此寻求对其有效的生物控制方法势在必行、刻不容缓。已有研究显示植物活性物质——香根酮、广藿香醇、丁香酚、桉叶素等倍半萜及萜类对台湾乳白蚁具有驱避、熏蒸及触杀毒性，但目前对于这类活性物质的作用机制并不清楚。本研究采用气相色谱-触角电位技术结合行为学实验技术筛选对台湾乳白蚁主要具有驱避活性的植物次生物质，并利用单感器记录技术对台湾乳白蚁触角上的单个化感器进行电生理记录、分析，进而结合透射电镜技术对感器超微结构和神经支配进行阐释，基于分析结果对具有驱避活性的植物次生物质的作用机制进行挖掘。寻找对台湾乳白蚁具有较强驱避活性的植物次生物质，研究台湾乳白蚁的触角感觉结构及感觉生理特征，对于构建活性植物成分物理屏障，推进白蚁综合治理，理解并明确其嗅觉感觉机制，进而筛选更多的有效植物活性成分用于生物防治具有重要意义。

本文用扫描电子显微镜观察了台湾白蚁工蚁、兵蚁触角上的感器。由于这两个品级在白蚁巢中被分配了完全不同的任务，我们想知道它们被认为是昆虫的主要感器负载器官的触角之间是否有很大的差异。因此，本文详细分析了工蚁、兵蚁触角上各种类型感器的形态、分布和丰度。然而，我们的结果显示，没有观察到明显的性别二型。台湾乳白蚁的触角、感器形态及感器分布模式在工蚁与兵蚁间无明显差异。触角上共发现七种类型的感器，包括毛感器（I，II，III）、Bóhm刚毛、钟形感器（I，II，III）、毛形感器、锥形感器、弯曲毛形感器和头状感器。此外，在触角表皮中还发现了随机分布的小孔。通过对台湾乳白蚁工蚁进行透射电镜分析，目前获得了台湾乳白蚁主要化感器的神经结构，1）味觉感器：即单孔刺形感器由两个感觉神经元支配，其中一个机械性感觉神中经元以管体状构造终止于毛杆基部，一个味觉神经元延伸进入毛杆内； 2）嗅觉感器中的毛形感器由2个不分枝感觉神经元支配； 3）嗅觉感器中的锥形感器有4个感觉神经元支配，神经元树突在毛杆内分支；4）嗅觉感器即毛状弯曲感器由四个神经元支配，不分枝进入毛杆内部。通过对台湾乳白蚁工蚁、兵蚁触角进行电生理分析，发现其工蚁、兵蚁触角对丁香酚、广藿香醇、香草酸、柠檬醛、桉叶油醇、萜品烯等植物次生物质的电生理反应曲线及触角电位差异不大。对工蚁进行触角切断实验，发现触角缺失对于其存活率、取食活力及体重具有较大影响。