论文部分内容阅读
摘 要：该文详细描述了嫘祖丽大蚊Tipula （Formotipula） holoserica（Matsumura，1916）的雄虫精子泵和雌虫生殖系统的特征。研究结果不仅能够为大蚊总科乃至双翅目的进化、交配机制研究积累数据，而且为大蚊分类研究提供了进一步的判定依据。
关键词：大蚊科;长角亚目;雌性生殖系统;双翅目
中图分类号 Q969 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）12-0075-3
Abtract：The paper reports male semen pump and female internal reproductive system of Tipula （Formotipula） holoserica （Matsumura，1916）. Detailed illustrations and descriptions of each part are provided. This research can not only accumulate data for the study of evolution and mating behavior in family Tipulidae，and even Diptera，but also provide a further basis for taxonomic study.
Key words：Tipuloidea;Nematocera;Female internal reproductive system;Diptera
1 引言
丽大蚊亚属[Formotipula Matsumura，1916]隶属于大蚊科Tipulidae大蚊属Tipula。因该属最早由日本昆虫学家松村松年报道于中国台湾，故用台湾在日占时期的旧称“Formosa”为其命名。台湾昆虫学界一般将其称为型大蚊。目前，该亚属共包括31个物种，大多分布于东洋区，在我国主要分布于南方地区[1]。丽大蚊亚属的模式种为Tipula（Formotipula）holoserica（Matsumura，1916），因目前中国大陆并无其中文名称，我们沿用该物种在台湾的中文名——嫘祖丽大蚊。Men等报道了该物种在广西的分布，并提供了该物种的细胞色素氧化酶I基因序列[2]。Young对该物种进行了重新描述，补充了成虫照片及详尽的雌雄外生殖器插图[3]。尽管目前对其外生殖器构造已经较为熟悉，但对其内生殖系统的构造还知之甚少。研究昆虫的生殖系统结构，能够帮助我们理解其功能，并为进一步的支序系统学研究提供基础[4];同时能够帮助我们理解协同进化、交尾机制及精子传输机制[5]。
大蚊生殖系统的结构特性是构建系统树的主要特征来源和不同分类阶元鉴别特征的判定依据。鉴于此，笔者对Tipula（Formotipula） holoserica的雌性内生殖系统和雄虫精子泵构造进行了解剖学研究。本研究首次揭示了丽大蚊亚属物种的雌性生殖系统及精子泵构造。
2 材料与方法
标本于2016年由笔者采集于广西大瑶山国家自然保护区莲花山景区。解剖时，首先将雄虫的尾节和雌虫的产卵器剪下。雄虫尾节置于10%氢氧化钠溶液，60℃金属浴1h，待肌肉充分腐蚀后，置于蒸馏水中冲洗，在解剖镜下进行观察。雌性内生殖系统解剖时，用解剖针及镊子同时操作，去除部分肌肉组织，将雌虫生殖系统完整取出。观察和鉴定使用奥林巴斯体式显微镜。在显微镜下进行拍照，拍照部位包括雄虫精子泵的压缩内脊、后固定内脊、前固定内脊以及雌虫生殖系统的交配囊、附腺、受精囊、受精囊管。使用德国红环针管笔在奥林巴斯体式显微镜下进行绘制。通过比例尺测量长度，所有单位均为毫米（mm）。文中所用术语参照Frommer生殖系统结构研究的相关著作[6]。
3 结果与分析
3.1 雄虫精子泵的特征 大蚊精子泵一般由精子泵主体、压缩内脊、前固定內脊、后固定内脊和阳茎构成。嫘祖丽大蚊的精子泵及阳茎主要位于雄虫的第8、第9节生殖腔内（图1-1），较小，弯曲呈“C”形。压缩内脊扇形，中间具1中脊（图1-4）。后固定内脊具两臂，背向弯曲（图1-2，3）。前固定内脊平直且延长，背面观末端尖锐，侧面观端部圆形（图1-2，3）。阳茎管状较长，至端部渐狭，近中部具1分支，分支基部狭窄，端部较粗，末端尖锐，阳茎长度是精子泵长度的至少3倍（图1-3）。
3.2 雌性生殖系统的特征 雌性生殖系统由交配囊、受精囊、受精囊管及附腺构成。交配囊基部膨大呈囊状，近端部略窄，顶端分成3条平滑、细长的管状构造;附腺着生于交配囊基部，端部膨大成椭圆形，基部渐窄，不共柄;受精囊3个，椭圆形，黑色，大小一致;受精囊管细长、弯曲，明显长于交配囊，基部略窄，端部明显加粗，管壁组织较厚，受精囊管分别与顶端细长交配囊对应连接，连接处极为纤细（图1-5）。
4 讨论
大蚊雄虫的分类一般多依据尾节第9背板、内生殖突和外生殖突的形状差异。尽管大蚊总科物种的精子泵形态多样性较高，但并未引起多数学者的关注。Frommer在研究北美大蚊的基础上，系统整理了大蚊科物种的雌雄内生殖系统结构，将雄虫的精子泵按照结构差异分成3类[6]。Men & Xue在研究中国撒大蚊[Savitipula Alexander，1964]物种时，发现撒大蚊具有独特的精子泵结构，即后固定内脊合并成1个臂且向后方弯曲[7]。本研究中，嫘祖丽大蚊的精子泵构造与Frommer所归纳的精子泵类型III属于统一类型。与多数昆虫类群的鉴定特征不同，大蚊阳茎并不作为雄虫的分类依据。但近年来，很多研究表明，大蚊阳茎形态多样性较高，其结构甚至在种间也存在显著差异[8]。大蚊阳茎多为细长管状，无分叉。但在本研究中，嫘祖丽大蚊的雄虫阳茎存在明显分叉，这一发现拓展了我们对大蚊阳茎结构多样性的认知。有些大蚊的阳茎端部具阳茎支架，如[Dolichopeza Curtis，1825]，[Tipula （Vestiplex） Bezzi，1924]，[Tipula （Pterelachisus） Rondani，1842]，[Tipula （Emodotipula） Alexander，1966]中的很多物种[9]，但嫘祖丽大蚊的阳茎并不具备阳茎支架。 大蚊的雌性生殖系统结构较为复杂，不同分类阶元间存在明显差异，有时不同种间也存在显著差异，如新雅大蚊[Tipula nova Walker，1848]的受精囊具一侧环，而其近缘种稻大蚊[Tipula aino Alexander，1914]的受精囊不存在这一结构（未发表数据）。与新雅大蚊的雌性生殖系统相比，本研究中所选取的嫘祖丽大蚊其交配囊基本明显膨大且在端部分成三叉;其附腺为具柄的椭圆囊状，而新雅大蚊的雌性附腺为不具柄的纺锤形[10]。在Dolichopeza属物种中，交配囊端部另具一功能性交配囊。Byers认为，由于受精囊管过长，精子传输至受精囊中难度较大，因而在交配囊的端部另进化出1个功能性交配囊，以便于储蓄精子[9]。本研究中，嫘祖丽大蚊交配囊端部分成3个平滑分支，并不具有功能性交配囊。在Dolichopeza属物种中，受精囊管多从交配囊的中部伸出，而嫘祖丽大蚊的受精囊管直接从交配囊的端部伸出。未来，在大蚊总科分类研究中，应更多关注内生殖系统结构，以丰富大蚊总科结构多样性数据，并在分类研究中加以应用。同时，利用组织学研究方法，对内生殖系统各部位进行结构研究，以期揭示大蚊精子的储存及传输机制。
参考文献
[1]Oosterbroek P. Catalogue of the Craneflies of the World，（Diptera，Tipuloidea：Pediciidae，Limoniidae，Cylindrotomidae，Tipulidae）. Available from：http：//nlbif.eti.uva.nl/ccw/（accessed 24 Jan 2019）.
[2]Men Q.L.，Xue G.X.，Sun M.W.，et al.Crane flies in family Tipulidae （Diptera： Tipuloidea） from Dayaoshan National Nature Reserve，China，with description of one new species in genus Indotipula （Diptera： Tipulidae） and analysis of DNA barcodes[J].Entomotaxonomia，2017，39（4）：251-264.
[3]Young C.W.New species and immatures of crane flies of subgenus Formotipula Matsumura from Taiwan （Diptera：Tipulidae：Tipula）[J].Zoosymposia，2009，3：309-321.
[4]Wensler，R.J.D.，Rempel，J.G.The morphology of the male and female reproductive system of the midge，Chironomus plumosus L.[J].Canadian Journal of Zoology，1962，40（2）：199-229.
[5]Wortham-Neal，J.L.Reproductive morphology and biology of male and female mantis shrimp （Stomatopoda：Squillidae）[J].Journal of Crustacean Biology，2002，22：728-741.
[6]Frommer，S.I.Gross morphological studies of the reproductive system in representative North American crane flies （Diptera： Tipulidae）[J].Kansas University Science Bulletin，1963，44：535-625.
[7]Xue G.X.，Men Q.L.New species of subgenus Tipula （Sivatipula） from China，with redescription of T. （S.） parvauricula and a key to all known species of the Oriental Region （Diptera，Tipulidae，Tipula）[J].ZooKeys，2016，563：33-42.
[8]Men Q.L.，Sun M.W.，Starkevich，P.Comparative morphological study of reproductive system between Tipulidae and Limoniidae （Diptera： Tipuloidea）[J].Zoological Systematics，2018，43（1）：89-102.
[9]Byers G.W.The crane fly genus Dolichopeza in North America[J].Kansas University Science Bulletin，1961，42：665-924.
[10]Men Q.L.，Xue G.X.，Liu Y.A morphological study on reproductive system of Tipula （Yamatotipula） nova Walker （Diptera：Tipulidae）[J].Zoological Systematics，2015，40（3）：328-338.
（責编：张宏民）
关键词：大蚊科;长角亚目;雌性生殖系统;双翅目
中图分类号 Q969 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）12-0075-3
Abtract：The paper reports male semen pump and female internal reproductive system of Tipula （Formotipula） holoserica （Matsumura，1916）. Detailed illustrations and descriptions of each part are provided. This research can not only accumulate data for the study of evolution and mating behavior in family Tipulidae，and even Diptera，but also provide a further basis for taxonomic study.
Key words：Tipuloidea;Nematocera;Female internal reproductive system;Diptera
1 引言
丽大蚊亚属[Formotipula Matsumura，1916]隶属于大蚊科Tipulidae大蚊属Tipula。因该属最早由日本昆虫学家松村松年报道于中国台湾，故用台湾在日占时期的旧称“Formosa”为其命名。台湾昆虫学界一般将其称为型大蚊。目前，该亚属共包括31个物种，大多分布于东洋区，在我国主要分布于南方地区[1]。丽大蚊亚属的模式种为Tipula（Formotipula）holoserica（Matsumura，1916），因目前中国大陆并无其中文名称，我们沿用该物种在台湾的中文名——嫘祖丽大蚊。Men等报道了该物种在广西的分布，并提供了该物种的细胞色素氧化酶I基因序列[2]。Young对该物种进行了重新描述，补充了成虫照片及详尽的雌雄外生殖器插图[3]。尽管目前对其外生殖器构造已经较为熟悉，但对其内生殖系统的构造还知之甚少。研究昆虫的生殖系统结构，能够帮助我们理解其功能，并为进一步的支序系统学研究提供基础[4];同时能够帮助我们理解协同进化、交尾机制及精子传输机制[5]。
大蚊生殖系统的结构特性是构建系统树的主要特征来源和不同分类阶元鉴别特征的判定依据。鉴于此，笔者对Tipula（Formotipula） holoserica的雌性内生殖系统和雄虫精子泵构造进行了解剖学研究。本研究首次揭示了丽大蚊亚属物种的雌性生殖系统及精子泵构造。
2 材料与方法
标本于2016年由笔者采集于广西大瑶山国家自然保护区莲花山景区。解剖时，首先将雄虫的尾节和雌虫的产卵器剪下。雄虫尾节置于10%氢氧化钠溶液，60℃金属浴1h，待肌肉充分腐蚀后，置于蒸馏水中冲洗，在解剖镜下进行观察。雌性内生殖系统解剖时，用解剖针及镊子同时操作，去除部分肌肉组织，将雌虫生殖系统完整取出。观察和鉴定使用奥林巴斯体式显微镜。在显微镜下进行拍照，拍照部位包括雄虫精子泵的压缩内脊、后固定内脊、前固定内脊以及雌虫生殖系统的交配囊、附腺、受精囊、受精囊管。使用德国红环针管笔在奥林巴斯体式显微镜下进行绘制。通过比例尺测量长度，所有单位均为毫米（mm）。文中所用术语参照Frommer生殖系统结构研究的相关著作[6]。
3 结果与分析
3.1 雄虫精子泵的特征 大蚊精子泵一般由精子泵主体、压缩内脊、前固定內脊、后固定内脊和阳茎构成。嫘祖丽大蚊的精子泵及阳茎主要位于雄虫的第8、第9节生殖腔内（图1-1），较小，弯曲呈“C”形。压缩内脊扇形，中间具1中脊（图1-4）。后固定内脊具两臂，背向弯曲（图1-2，3）。前固定内脊平直且延长，背面观末端尖锐，侧面观端部圆形（图1-2，3）。阳茎管状较长，至端部渐狭，近中部具1分支，分支基部狭窄，端部较粗，末端尖锐，阳茎长度是精子泵长度的至少3倍（图1-3）。
3.2 雌性生殖系统的特征 雌性生殖系统由交配囊、受精囊、受精囊管及附腺构成。交配囊基部膨大呈囊状，近端部略窄，顶端分成3条平滑、细长的管状构造;附腺着生于交配囊基部，端部膨大成椭圆形，基部渐窄，不共柄;受精囊3个，椭圆形，黑色，大小一致;受精囊管细长、弯曲，明显长于交配囊，基部略窄，端部明显加粗，管壁组织较厚，受精囊管分别与顶端细长交配囊对应连接，连接处极为纤细（图1-5）。
4 讨论
大蚊雄虫的分类一般多依据尾节第9背板、内生殖突和外生殖突的形状差异。尽管大蚊总科物种的精子泵形态多样性较高，但并未引起多数学者的关注。Frommer在研究北美大蚊的基础上，系统整理了大蚊科物种的雌雄内生殖系统结构，将雄虫的精子泵按照结构差异分成3类[6]。Men & Xue在研究中国撒大蚊[Savitipula Alexander，1964]物种时，发现撒大蚊具有独特的精子泵结构，即后固定内脊合并成1个臂且向后方弯曲[7]。本研究中，嫘祖丽大蚊的精子泵构造与Frommer所归纳的精子泵类型III属于统一类型。与多数昆虫类群的鉴定特征不同，大蚊阳茎并不作为雄虫的分类依据。但近年来，很多研究表明，大蚊阳茎形态多样性较高，其结构甚至在种间也存在显著差异[8]。大蚊阳茎多为细长管状，无分叉。但在本研究中，嫘祖丽大蚊的雄虫阳茎存在明显分叉，这一发现拓展了我们对大蚊阳茎结构多样性的认知。有些大蚊的阳茎端部具阳茎支架，如[Dolichopeza Curtis，1825]，[Tipula （Vestiplex） Bezzi，1924]，[Tipula （Pterelachisus） Rondani，1842]，[Tipula （Emodotipula） Alexander，1966]中的很多物种[9]，但嫘祖丽大蚊的阳茎并不具备阳茎支架。 大蚊的雌性生殖系统结构较为复杂，不同分类阶元间存在明显差异，有时不同种间也存在显著差异，如新雅大蚊[Tipula nova Walker，1848]的受精囊具一侧环，而其近缘种稻大蚊[Tipula aino Alexander，1914]的受精囊不存在这一结构（未发表数据）。与新雅大蚊的雌性生殖系统相比，本研究中所选取的嫘祖丽大蚊其交配囊基本明显膨大且在端部分成三叉;其附腺为具柄的椭圆囊状，而新雅大蚊的雌性附腺为不具柄的纺锤形[10]。在Dolichopeza属物种中，交配囊端部另具一功能性交配囊。Byers认为，由于受精囊管过长，精子传输至受精囊中难度较大，因而在交配囊的端部另进化出1个功能性交配囊，以便于储蓄精子[9]。本研究中，嫘祖丽大蚊交配囊端部分成3个平滑分支，并不具有功能性交配囊。在Dolichopeza属物种中，受精囊管多从交配囊的中部伸出，而嫘祖丽大蚊的受精囊管直接从交配囊的端部伸出。未来，在大蚊总科分类研究中，应更多关注内生殖系统结构，以丰富大蚊总科结构多样性数据，并在分类研究中加以应用。同时，利用组织学研究方法，对内生殖系统各部位进行结构研究，以期揭示大蚊精子的储存及传输机制。
参考文献
[1]Oosterbroek P. Catalogue of the Craneflies of the World，（Diptera，Tipuloidea：Pediciidae，Limoniidae，Cylindrotomidae，Tipulidae）. Available from：http：//nlbif.eti.uva.nl/ccw/（accessed 24 Jan 2019）.
[2]Men Q.L.，Xue G.X.，Sun M.W.，et al.Crane flies in family Tipulidae （Diptera： Tipuloidea） from Dayaoshan National Nature Reserve，China，with description of one new species in genus Indotipula （Diptera： Tipulidae） and analysis of DNA barcodes[J].Entomotaxonomia，2017，39（4）：251-264.
[3]Young C.W.New species and immatures of crane flies of subgenus Formotipula Matsumura from Taiwan （Diptera：Tipulidae：Tipula）[J].Zoosymposia，2009，3：309-321.
[4]Wensler，R.J.D.，Rempel，J.G.The morphology of the male and female reproductive system of the midge，Chironomus plumosus L.[J].Canadian Journal of Zoology，1962，40（2）：199-229.
[5]Wortham-Neal，J.L.Reproductive morphology and biology of male and female mantis shrimp （Stomatopoda：Squillidae）[J].Journal of Crustacean Biology，2002，22：728-741.
[6]Frommer，S.I.Gross morphological studies of the reproductive system in representative North American crane flies （Diptera： Tipulidae）[J].Kansas University Science Bulletin，1963，44：535-625.
[7]Xue G.X.，Men Q.L.New species of subgenus Tipula （Sivatipula） from China，with redescription of T. （S.） parvauricula and a key to all known species of the Oriental Region （Diptera，Tipulidae，Tipula）[J].ZooKeys，2016，563：33-42.
[8]Men Q.L.，Sun M.W.，Starkevich，P.Comparative morphological study of reproductive system between Tipulidae and Limoniidae （Diptera： Tipuloidea）[J].Zoological Systematics，2018，43（1）：89-102.
[9]Byers G.W.The crane fly genus Dolichopeza in North America[J].Kansas University Science Bulletin，1961，42：665-924.
[10]Men Q.L.，Xue G.X.，Liu Y.A morphological study on reproductive system of Tipula （Yamatotipula） nova Walker （Diptera：Tipulidae）[J].Zoological Systematics，2015，40（3）：328-338.
（責编：张宏民）