潘鹏亮，史洪中，尹新明

(信阳农林学院 农学院，河南 信阳 464000)

桃红颈天牛[Aromiabungii(Faldermann)]属于鞘翅目(Coleoptera)天牛科(Cerambycidae)昆虫，是林果类重要的蛀干害虫[1]。据报道，桃红颈天牛成虫体长28～37 mm[2]，也有文献描述为雄成虫体长23～28 mm，雌成虫体长30～42 mm[3]，其雄虫身体比雌虫小，雄虫触角超过体长4～5节，而雌虫触角超过体长1～2节[4]等。可以看出，不同文献对该害虫雌雄个体大小描述有所不同。那么，对于桃红颈天牛来说，雌雄个体大小或触角长短的差异能否作为区分其不同性别的指标，除此以外，是否可以从其他方面区别雌雄个体的差异，这些值得深入研究。

随着计算机图像处理技术的发展，越来越多的证据表明昆虫数学形态学[5]可以应用于昆虫分类鉴定[6]，可以区分同种昆虫不同种群[7]。比如，国内有利用此技术对鳞翅目(Lepidoptera)蝶类[8]和蛾类[9-10]、鞘翅目昆虫[11-12]、半翅目(Hemiptera)昆虫[13]等种类鉴定的研究，国外有利用该技术对膜翅目(Hymenoptera)[14-16]、鳞翅目[17]等不同昆虫种类鉴定和识别的研究，也有对膜翅目[18]、双翅目(Diptera)[19]等不同种群变异的研究，还有学者对同一种昆虫性二型现象进行过研究[20]。但利用昆虫数学形态学，尤其是基于图像处理技术对同一种昆虫雌雄个体差异性的系统研究报道较少。因此，利用此技术对桃红颈天牛成虫不同性别间的差异性进行系统地研究，以核实文献中对该害虫描述的准确性，同时明确哪些特征可以用于区别该成虫雌雄个体，哪些特征可能存在波动不对称性等问题。

1 材料和方法

1.1 试验昆虫

2016年7月中旬，于河南省信阳农林学院校内桃园试验基地采集桃红颈天牛，共采集到雄成虫23头，雌成虫6头。根据手工测量成虫连翅体长的长度，选取大小有代表性的雌雄成虫各5头，并把触角、足和翅从虫体分离。样本数量的选择参考Chang等[21]研究环境压力对白狭扇蟌[Coperaannulata(Selys)]波动不对称性影响的方法。

1.2 图像获取

利用爱普生扫描仪(Epson perfection V370 photo)进行昆虫分解图的扫描，分辨率设置为1 200 dpi[22]。同时，在该分辨率下扫描绘图用直尺，以矫正测量时昆虫实际尺寸的大小。虫体躯干进行背腹面扫描，以便获取到足间距离和体长等参数。

1.3 参数选择

利用中国农业大学IPMist实验室开发的BugShape(v1.0)软件对桃红颈天牛体长(不连翅)，前胸背板长和宽，触角各节长度，3对足的腿节、胫节和跗节，鞘翅长度和宽度，足间距离(基节窝最近距离)等参数进行测量(图1)。同一样本重复测量3次，并采用批量测量方法，即所有标本测量完成后，再测量下一次重复，以减少人为操作的误差。

as1—10：触角1—10节；fpp：前足腿节；tpp：前足胫节；pt：前足跗节；fms：中足腿节；tms：中足胫节；mt：中足跗节；fmt：后足腿节；tmt：后足胫节；ht：后足跗节；ew：鞘翅宽度；el：鞘翅长度；bl：体长；pnl：前胸背板长度；pw：前胸背板宽度；GF：前足间距；GM：中足间距；GH：后足间距

1.4 统计分析

利用多元方差分析方法对雌雄样本各参数，如体长、前胸背板长和宽、足间距离、鞘翅长和宽、触角长、足长等参数以及3次重复测量之间的差异进行分析。对于成对性状参数，如左右触角长度、左右鞘翅长度和宽度、左右足长度等，进行独立样本t检验，通过计算体长/体宽、鞘翅长/宽、触角各节占触角总长的比值、足部各节占足长的比值等，并进行独立样本t检验，研究雌雄个体间的差异。通过对两侧性状参数差值进行零均值检验、正态性检验等，确定雌雄个体两侧是否对称，以及是否存在波动不对称性(fluctuating asymmetry，FA)[21]。所有分析均在SPSS 22.0中进行。

2 结果与分析

2.1 桃红颈天牛雌雄成虫个体大小的差异

多元方差分析结果证明，雌雄2个处理间差异显著(F=2 107.422;df=7,18;P<0.001)，而3次重复间差异不显著(F=1.345;df=12,36;P=0.295)，处理和重复无互作效应(F=0.513;df=12,36;P=0.939)。图2显示，通过组间比较，桃红颈天牛雌雄个体前足间距(F(1,24)=5.539,P=0.027)、中足间距(F(1,24)=5.564,P=0.027)、后足间距(F(1,24)=8.837,P=0.007)和左侧触角长度(F(1,24)=38.121,P<0.001)差异均达到显著水平，而体长(F(1,24)=2.006,P=0.170)、前胸背板长(F(1,24)=0.050,P=0.825)、前胸背板宽(F(1,24)=

*：α=0.05；**：α=0.01；ns：不显著。下同

0.186,P=0.670)、左侧鞘翅长(F(1,24)=1.002,P=0.327)、左侧鞘翅宽(F(1,24)=1.950,P=0.175)、左侧前足长(F(1,24)=0.158,P=0.695)、左侧中足长(F(1,24)=0.048,P=0.828)、左侧后足长(F(1,24)=0.021,P=0.887)差异均不显著。

2.2 桃红颈天牛雌雄成虫成对性状的差异

通过配对样本t检验，本研究对桃红颈天牛成虫的左右两侧成对性状进行了分析。结果表明，雌雄成虫作为一个数据集进行分析时(df=29)，鞘翅宽度(t=4.535,P<0.001)、中足长度(t=-2.958,P=0.006)、触角第1节(t=2.638,P=0.013)、前足腿节长度(t=-2.165,P=0.039)、中足附节长度(t=-2.624,P=0.014)和后足腿节长度(t=-3.761,P=0.001)两侧差异显著，而其他所测参数两侧间差异不显著。仅对雌成虫进行分析时(df=14)，鞘翅宽度(t=3.723,P=0.002)、中足长度(t=-2.348,P=0.034)、后足长度(t=-2.401,P=0.031)、触角第4节(t=2.283,P=0.039)、前足腿节长度(t=-4.060,P=0.001)、中足腿节长度(t=-2.879,P=0.012)、中足附节长度(t=-2.465,P=0.027)两侧差异达到显著水平，其他参数两侧间差异不显著。仅对雄成虫进行分析时(df=14)，鞘翅宽度(t=2.640,P=0.019)、前足长度(t=2.210,P=0.044)、触角第8节长度(t=-2.645,P=0.019)、前足附节长度(t=3.678,P=0.002)、中足胫节长度(t=-2.639,P=0.019)、后足腿节长度(t=-3.376,P=0.005)两侧差异达到显著水平，其他参数两侧差异不显著(表1)。

表1 桃红颈天牛雌雄成虫成对性状的差异

续表1 桃红颈天牛雌雄成虫成对性状的差异

注：R、L分别代表右、左两侧特征。

2.3 桃红颈天牛各部位参数比值的差异

对桃红颈天牛成虫身体左侧鞘翅长/宽、触角各节与触角总长之比、足各节(腿节、胫节、跗节)与足总长之比进行了独立样本t检验(df=28)。结果表明，雌雄两性间鞘翅长/宽差异达到显著水平(t=-2.401,P=0.023)，触角1—10节与触角总长之比差异达到显著(t=-2.704,P=0.012)或极显著(t=-25.972～35.102,P<0.001)水平，中足腿节(t=-3.319,P=0.003)、中足胫节(t=-4.088,P<0.001)、中足跗节(t=5.201,P<0.001)与中足总长之比差异达到极显著水平，前足腿节与前足总长之比差异达到显著水平(t=-2.668,P=0.013)，而前足胫节(t=0.639,P=0.528)、前足跗节(t=1.483,P=0.149)与前足总长之比差异不显著，后足腿节(t=-1.655,P=0.109)、后足胫节(t=1.610,P=0.119)及后足跗节(t=-0.290,P=0.774)与后足总长之比差异亦不显著(图3)。

2.4 桃红颈天牛两侧不对称性类型

根据对桃红颈天牛身体左右两侧成对性状的分析，认为该害虫可能存在左右不对称性。本研究利用其成对性状的右侧值减去左侧值，形成数据集，对两侧差值进行了其均值是否为零的t检验，利用单样本Kolmogorov-Smirnov检验判断数据是否为正态分布，以判断桃红颈天牛各测量参数是否存在波动不对称性、单向不对称性(directional asymmetry，DA)或双向不对称性(antisymmetry，AS)[21]。分析结果表明，雌雄2个性别的成虫在鞘翅长度、3对足的长度方面存在波动不对称性，触角第1、2、3、5、8、9、10节存在波动不对称性，前足胫节、前足跗节、后足胫节以及中足的腿节、胫节和跗节均存在波动不对称性。此外，雄成虫的鞘翅宽度和触角总长存在左右波动不对称性(表2)。

图3 桃红颈天牛雌雄成虫参数间比值的差异

参数性别正态性检验tP差值平均值零检验P不对称类型参数性别正态性检验tP差值平均值零检验P不对称类型鞘翅长♀-0.4210.6950.200FA前足长♀-0.4660.6650.200FA♂0.3370.7530.200FA♂1.3120.2600.200FA鞘翅宽♀3.3850.0280.200AS前足腿节长♀-2.8880.0450.200AS♂2.5590.0630.200FA♂0.0420.9690.107FA触角长♀2.9200.0430.017-前足胫节长♀-0.4750.6600.200FA♂-0.9560.3930.200FA♂-1.2820.2690.200FA触角第1节♀1.1200.3250.200FA前足附节长♀0.1750.8690.200FA♂1.2170.2900.200FA♂2.1600.0970.200FA触角第2节♀-0.5880.5880.200FA中足长♀-1.3650.2440.200FA♂-1.2790.2700.200FA♂-1.2100.2930.200FA触角第3节♀-0.2610.8070.177FA中足腿节长♀-1.8000.1460.200FA♂-0.3980.7110.200FA♂0.1670.8750.200FA触角第4节♀2.2350.0890.200FA中足胫节长♀0.4720.6610.200FA♂-1.5740.1910.034DA♂-2.3190.0810.200FA触角第5节♀-0.3030.7770.200FA中足附节长♀-1.5700.1920.200FA♂-1.1900.3000.101FA♂-0.8340.4510.142FA触角第6节♀0.2500.8150.016DA后足长♀-1.3670.2430.200FA♂-0.9540.3940.200FA♂-0.3780.7240.200FA触角第7节♀1.1160.3270.009DA后足腿节长♀-1.0780.3420.016DA♂1.0940.3360.200FA♂-1.8950.1310.006DA触角第8节♀-0.0310.9770.052FA后足胫节长♀-1.1240.3240.200FA♂-1.7130.1620.200FA♂1.5270.2010.183FA触角第9节♀-0.0030.9980.200FA后足附节长♀-0.6570.5470.200FA♂-0.1310.9020.200FA♂0.1690.8740.013DA触角第10节♀1.4960.2090.200FA♂0.1010.9240.200FA

注：FA.波动不对称性；DA.单向不对称性；AS.双向不对称性；-.不符合。

3 结论与讨论

本研究通过计算机图像处理技术成功获取到桃红颈天牛成虫外部数学形态特征，并通过统计分析证实了雌雄个体间在体长[雌性：(31.38±0.93)mm；雄性：(29.52±0.93)mm]、前胸背板长度[雌性：(5.65±0.18)mm；雄性：(5.70±0.18)mm]和前胸背板宽度[雌性：(8.68±0.32)mm；雄性：(8.48±0.32)mm]方面不存在显著差异。这类决定个体大小的参数不能单独作为区别雌雄的指标，根据本试验在同一地点采集到的标本大小来看，部分雄性个体大小远大于雌性。因此，部分文献中“雌大雄小”的描述有待商榷。然而，桃红颈天牛雌雄间在足间距和触角长度[雌性：(36.74±2.40)mm；雄性：(57.67±2.40)mm]方面存在显著差异。据报道，天牛类昆虫存在性二型，主要表现在触角长度不一，这可能与其利用触角作为种内化学通讯器官方面的差异有关[23]。此外，桃红颈天牛还存在红颈型和全黑型2种生态型[24]，本研究以红颈型为例，未对全黑型桃红颈天牛相关参数进行验证。

通过比较桃红颈天牛成虫左右成对性状，认为其左右鞘翅宽度存在显著差异，其他成对性状在2个性别间差异显著性不同。其中，雌性鞘翅宽度、中足长度、后足长度、触角第4节、前足腿节长度、中足腿节长度、中足跗节长度左右两侧存在显著差异，雄性鞘翅宽度、前足长度、触角第8节、前足跗节长度、中足胫节长度、后足腿节长度左右两侧存在显著差异。雌雄个体作为一个整体样本进行分析时，鞘翅宽度、中足长度、触角第1节、前足腿节长度、中足跗节长度、后足腿节长度左右两侧差异达到显著水平。

通过计算相关参数间的比值发现，桃红颈天牛雌雄成虫在鞘翅长/宽、触角各节/触角总长、前足腿节/前足长、中足各节/中足长等方面存在显著差异。这些可以作为利用数学形态学技术进行种内区分红颈型桃红颈天牛雌雄个体的判别参数。该计算方法在国内外相关报道中被广泛采用，如Albrecht等[25]利用昆虫前翅翅脉相对位置的差异性和不对称性对10种小潜蛾科昆虫进行了评估。

桃红颈天牛雌雄成虫身体两侧多个性状存在波动不对称性。其中，鞘翅长度、触角第1节、触角第2节、触角第3节、触角第5节、触角第8节、触角第9节、触角第10节、前足长度、中足长度、后足长度、前足胫节长度、前足跗节长度、中足各节长度、后足胫节长度均存在波动不对称性。除此以外，雄成虫在鞘翅宽度、触角总长方面也存在波动不对称性。而其他成对性状的差异超出了波动不对称性的范畴[21]。桃红颈天牛不同性别存在这种差异有无生态学或生理学上的生存优势，这是一个值得研究的课题。

致谢：衷心感谢中国农业大学沈佐锐教授和高灵旺副教授在软件应用和数据分析方面提供的帮助！

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