柏天琦 解德宏 陈于福 张翠仙 王永芬 尼章光 王美存 章勇

摘要 为明确芒果切叶象甲虫体大小和形状的两性异形，我们基于多元统计和几何形态测量学定量分析了雌雄成虫的11个共有形态指标和胸、腹部形状两性间差异。结果显示：所有测量的形态指标中只有喙前段长分布范围在雌雄间不存在重叠;雌性喙后段长显著小于雄性（P<0.05），而鞘翅长、鞘翅宽、体高、腹长、前胸背板宽、头宽、喙前段长及喙全长皆显著大于雄性（P<0.05）;前胸背板长与头长在两性间无显著差异（P>0.05）;喙后段长、喙全长及腹部大小在两性中差异程度较大，而前胸及头部大小在两性间差异较小;雌性的腹部形状与雄性相比较为圆润，并有向外扩张的趋势。因此，该虫虫体大小和形状存在明显的两性异形。在实际应用中，我们可以通过肉眼观察雌性成虫的触角位于喙近基部1/4处而雄性成虫触角位于喙近基部约2/5处来100%准确地确定其性别。

关键词 芒果切叶象; 形态差异; 性别鉴定

中图分类号： S436.67

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2021025

Abstract In order to identify the sexual dimorphism of the body size and shape of Deporaus marginatus， we quantitatively analyzed the differences in the sizes of 11 shared morphological indexes and the shape of thorax and abdomen between male and female adults based on multivariate statistics and geometric morphometry. The results showed that there was no overlap in the distribution range of the length of front section of snout between male and female， while other morphological indexes were overlapped to different degrees. The length of rear section of snout in female was significantly smaller than that in male （P<0.05）， while the length and width of elytra， the thorax depth， the widths of pronotum and head， the length of front section of snout and the total snout length in female were significantly larger than those in male （P<0.05）. There was no significant difference in the length of the pronotum and head between female and male （P>0.05）. The length of rear section of snout， the total snout length and the abdomen size were quite different between male and female， while the length of pronotum and the head size were less different between male and female. Compared with the male， the female abdomen was round and tended to expand outward. Therefore， there was obvious sexual dimorphism in the body size and shape of D.marginatus. In practical application， we can use the naked eyes to definitely judge the sex of D.marginatus by observing the antennae： the antennae of female adults are located at 1/4 of the base of the snout， while the antennae of male adults are located at about 2/5 of the base of the snout.

Key words Deporaus marginatus; morphological differences; gender identification

動物界中普遍存在雌雄两性异形（sexual dimorphism， SD）现象，主要表现为雌雄两性除生殖器官的结构差异外，外部形态上在大小、形状或体色上存在显著差异[13]。两性大小异形（sexual size dimorphism， SSD）和两性形状异形（sexual shape dimorphism， SShD）是两性异形的重要组成部分，反映了雌雄两性对不同种类选择压力的适应，通常可用性选择、生育力选择和生态位分化选择三种理论解释[15]。两性异形进化的复杂机制通常不能只用一种机制来解释，可能是多种因素共同作用的结果[3，5]。gzslib202204041320

在分类上，了解和掌握昆虫的雌雄两性异形现象能够帮助人们快速、正确地识别雌雄个体，从而避免分类工作中将某些同种的雌、雄个体误定为不同的种[6]。在害虫防治上，为了制定害虫的综合防控策略，人们需要对害虫的生物学、行为学和生态学进行深入研究。例如，通过鉴定参与昆虫行为和化学通讯的信息素来制定以行为为基础的害虫防控策略。作为这些研究的初步步骤需要研究人员在不解剖害虫成虫生殖器且将昆虫的处理量保持在最低限度的条件下快速准确地鉴别其性别[78]。对害虫两性异形的分析能为其形态适应研究提供依据，同时也能让人们发现雌雄外部形态性状间的差异，从而找到能快速准确鉴别其性别的外部形态指标。目前，国内外象甲类昆虫两性异形及性别鉴定的研究在甘薯小象甲Cylas formicarius、非洲棕榈象甲Rhynchophorus phoenicis、黑豆象甲Rhyssomatus subtilis、斯里兰卡象甲Myllocerus undecimpustulatus undatus、稻水象甲Lissorhoptrus oryzophilus等害虫种类中均有过报道[813]。

芒果切叶象甲Deporaus marginatus （Pascoe），隸属于鞘翅目卷象科，广泛分布于世界各芒果种植区。成虫取食芒果嫩叶，并且雌成虫在产卵过程中伴随有剪叶行为[14]。该虫严重阻碍了芒果的生长、开花，降低产量，是最主要的为害芒果的害虫之一[1516]。国内外对芒果切叶象甲的形态特征[1719]、生物学特性[15，17，2022]、发生为害规律[17，23]等方面均有过不同程度的研究报道，而国内外有关该虫雌雄成虫间外部形态差异的报道是粗略的、定性的、甚至混乱的。例如，有关雌雄触角在喙上着生位置的描述：国外Mukherjee和Uddin等只是粗略定性地描述了芒果切叶象甲雌雄的触角着生在喙中部[17，20];国内周又生等定性描述雌性触角着生于近喙基的1/3处，而高翠凤则定性描述雌性成虫的触角着生位置位于喙近基部1/4处[2425]。因此，在本文中我们基于多元统计和几何形态测量学的方法定量研究芒果切叶象甲的虫体大小和身体形状的两性异形，旨在为该虫的形态适应机制研究提供依据，同时找到一种能用肉眼从外部形态特征上快速准确鉴别其性别的方法。

1 材料与方法

1.1 样本采集

试验中所用的芒果切叶象甲皆来自2019年7月随机采自云南省潞江坝帕拉英达芒果种植地内的成虫。收集到的成虫在平均温度为（27±0.5）°C、光周期为L∥D=13 h∥11 h的人工气候培养箱中使用装有‘帕拉英达芒果嫩梢的养虫笼饲养备用。

1.2 芒果切叶象甲虫体大小的两性异形分析

1.2.1 芒果切叶象甲成虫的形态指标的测量

芒果切叶象甲成虫在体视显微摄像系统（德国Leica M125）上拍照后，用Leica Application Suite软件（4.12版）测量其腹部长（AL）、鞘翅长（EL）、鞘翅宽（EW）、体高（TD）、前胸背板长（PL）、前胸背板宽（PW）、头长（HL）、头宽（HW）、喙前段长（SL2）、喙后段长（SL1）及喙全长（SL）等虫体形态指标的大小（图1）。将测量过虫体形态指标的成虫解剖观察生殖器后确定性别，本试验中共收集了30头雄虫和30头雌虫进行分析。

1.2.2 数据分析

11个雌雄共有性状大小的主成分分析被用于检测性别间的差异，并使用单因素方差分析（One-way ANOVA）对比雌雄性状大小的差异显著性。方差分析进行前先对数据进行方差同质性检验（F-max test）。方差不齐的形态数据使用ln转化后进行下一步分析。

1.3 芒果切叶象甲成虫形状的几何形态测量学分析

1.3.1 地标点数据的提取

将芒果切叶象甲置于体视显微摄像系统上对样本身体腹面进行拍照，所有样本的图片在采集过程中均保持一致的摆放位置，并附以相应的标尺，保存为JPG格式。用 tpsUtil 1.6软件将收集到的芒果切叶象甲雌雄喙、胸部及腹部形状图片格式文件转化为TPS格式文件，然后使用 tpsDig2软件分别对三个部位进行地标点数据收集。胸腹部选取22个地标点（图2），每个部位的每张图片上地标点位置、顺序一致且标点数目相同（表1）。

采集过图片的成虫通过解剖观察生殖器后确定性别。在本试验中我们共收集了28头雄虫和22头雌虫照片进行几何形态测量学分析。

1.3.2 数据分析

根据上述所取的地标点数据，对芒果切叶象甲雌雄两性腹部和胸部进行主成分分析来比较种内性别间的差异。利用薄片样条法来分析地标点的差异，通过网格轮廓图来展示芒果切叶象甲雌雄两性腹部和胸部的形态差异。

1.4 用于雌雄性别鉴定的外部形态性状的分析

我们采用盲测试验找到雌雄性别鉴定的外部形态指标：随机挑选50头野外采集的芒果切叶象甲成虫由第一位观察者通过从试验1.2和1.3的分析结果得出的差异较大的外部形态指标初步判断性别，而第二位观察者通过解剖其生殖器判断其性别。最后通过第一位观察者判断性别的正确率验证该差异较大的外部形态指标是否可以用做雌雄性别鉴定的特征。

文中所有的数据分析皆在SPSS Statistics 25.0和Excel 2007中完成。

2 结果

2.1 芒果切叶象甲虫体主要形态指标大小的两性异形

通过K-S分析对形态指标进行正态检验发现：芒果切叶象甲雌雄成虫的抽样样本测量形态指标的分布皆为正态分布（P>0.05）（表2）。雌雄喙长的变异系数与其他形态指标的变异系数相近（表2）。所测量的芒果切叶象甲11个形态指标中只有喙前段长度分布范围在不同性别中未出现重叠，其余10个形态指标大小分布范围在不同性别中均有一定程度的重叠（表2）。雌雄各形态指标大小间皆存在显著相关性（表3）。gzslib202204041320

11个雌雄共有的形态指标大小的主成分分析结果显示，共提取到两个主成分，前两个主成分共解释87.64%的变异（表4）。芒果切叶象甲鞘翅长、鞘翅宽、体高、腹长、前胸背板长、前胸背板宽、头长、头宽、喙后段长及喙全长在第一主成分中均有较高的正负载荷系数（解释70.49%的变异），主要包括雌性特征大小平均值大于雄性特征大小平均值的形态指标（表2和表4）。喙前段长在第二主成分中有较高的正负载荷系数（解释17.16%的变异），主要包括雌性特征大小平均值小于雄性特征大小平均值的形态指标（表2和表4）。通过第一、第二主成分因子得分作散点图，发现所测量的雌雄共有的形态指标大小总体间存在显著差异（图3）。通过单因素方差分析表明：芒果切叶象甲雌性成虫的鞘翅长（F=20.65，P<0.01）、鞘翅宽（F=11.10， P<0.01）、体高（F=41.60， P<0.01）、腹长（F=84.25， P<0.01）、前胸背板宽（F=6.63， P<0.05）、头宽（F=38.58， P<0.01）、喙前段长（F=357.84， P<0.01）及喙全长（F=138.54， P<0.01）皆显著大于雄性成虫，而雌性喙后段长（F=17.87， P<0.01）显著小于雄性喙后段长;前胸背板长（F=0.85， P>0.05）、头长（F=0.42， P>0.05）则在雌雄两性间无显著差异（表2和图4）。喙前段长、喙全长、鞘翅长、鞘翅宽、体高及腹长在雌雄两性中差异程度较大，而喙后段长、前胸背板长、前胸背板宽、头长、头宽在雌雄两性中差异程度相对较小（图4）。

对喙长的进一步分析显示：雄性喙前段长与喙全长的平均比值为0.637 6，而喙后段长与喙全长的平均比值为0.362 4;雌性喙前段长与喙全长的平均比值为0.749 6，而喙后段长与喙全长的平均比值为0.250 4。因此，从中可以看出芒果切叶象甲雌性成虫的触角着生位置位于喙近基部1/4处;雄性芒果切叶象甲触角着生位置位于喙近基部约2/5处。

2.2 芒果切叶象甲身体形状的两性异形

根据普氏叠加后的标准地标点数据，对雌雄芒果切叶象甲胸腹形状做主成分分析，共获得40个主成分，其中前两个主成分占据胸腹形状总变异量的57.01%，第一主成分（PC1）占总变异量的46.69%，第二主成分（PC2）占总变异量的10.32%，可以解释雌雄两性芒果切叶象甲胸腹形状上的主要差异。由图5可知，雌雄芒果切叶象甲胸腹形状的散点图完全分离，无重叠。

在主成分分析的基础上， 求出芒果切叶象甲雌雄两性的平均胸腹形状， 然后对雌雄两性的平均胸腹形状做薄板样条分析（TPS）， 得到胸腹形状的相对扭曲图（图6）。结果表明，芒果切叶象甲雌雄两性胸腹形状在第一主成分轴上（PC1）的主要差异为腹部形状的差异，雄性腹部前三节有明显向里收缩的趋势，雌性腹部前三节有向外扩张的趋势（从PC1-到PC1+的变化趋势为逐渐由里向外扩张）（图6）。雌雄两性胸腹形状在第二主成分轴上变化相似（从PC2-到PC2+的变化趋势为逐渐由短变长的趋势）（图6）。

2.3 用于雌雄性别鉴定的外部形态指标

由试验1.2和1.3分析发现所测量的形态指标虽然都存在明显的雌雄差异，但大部分形态指标的分布范围在雌雄虫中都存在一定程度的重叠。胸腹形状虽然存在明显的雌雄差异，但依靠肉眼较难辨别这种差异，因而不便于用作区分性别的特征。雌雄成虫的喙大小存在较大差异，触角着生位置差异也较为明显，最终我们采用触角着生位置这一性状进行盲测试验。测试结果表明，第一位观察者通过观察触角在喙上的着生位置判断的雌性个体22头、雄性个体28头与第二位观察者解剖生殖器判断的结果完全吻合，性别鉴定的正确率可达100%。

3 讨论

本研究结果表明，总体上芒果切叶象甲雌性体型显著大于雄性。通常情况下，动物体型具有雌性偏大或雄性偏大的两性异形模式[26]。在一些雄性之间常有武力争斗的昆虫类群中， 雄性的体型要大于雌性，但在大多数昆虫中雌性体型通常比雄性大[26]。昆虫中雌性偏大的两性异形模式成因可用生育力选择理论来解释。生育力选择理论认为较大的雌性个体通常能够产生更多的卵子和后代，因此具有更大的繁殖适合度[2729]。对雌雄芒果切叶象甲腹部大小和形状的异形研究显示雌性具有较为圆润且显著大于雄性的腹部，这可能与具有较大且圆润腹部的雌性有更大的繁殖输出有关。

本研究显示，芒果切叶象甲的喙存在雌性显著长于雄性的两性大小异形。喙是象甲类昆虫的重要结构，通常与取食、产卵行为或配偶竞争密切相关。一些象甲类昆虫的喙存在明显的两性大小异形现象。包括达尔文在内的许多学者认为，很多象甲类昆虫喙的两性大小异形形成不仅受性选择的影响，同时也受到雌雄成虫不同的生态需求影响[1，30]。在新西兰长颈鹿象甲Lasiorhynchus barbicornis和三锥象属的Brentus anchorago 中，雄性成虫巨大的喙是用来进行雄性之间对配偶竞争的武器[3133]。这种雄性成虫喙的增长主要受到性选择压力的影响。而在小象甲亚科的Rhopalapion longirostre中，雌性成虫的喙长是雄性成虫喙长的2倍，这种雌性喙偏长的性異形主要是由性选择压力、行为和生态需求的共同影响导致的[30]。R.longirostre雌性喙的增长主要是雌性产卵时对寄主植物花芽内最大深度产卵通道需求的一种响应，而雄性喙的增长则是由于雄性会利用它们的喙干扰其他正在交配中的雄性个体[30]。一些有关芒果切叶象甲的行为观察表明，雌性成虫用喙辅助产卵并且具有用喙将产过卵的嫩叶从树上剪下的切叶习性，而雄性的喙则缺乏相应的功能[22]。芒果切叶象甲切叶行为是其产卵行为的一个重要步骤。野外观察发现芒果切叶象甲通常会在同一嫩梢及邻近嫩梢的嫩叶上产卵，并将同一嫩梢上的大小不一的嫩叶全部切光。因此，芒果切叶象甲雌虫喙的增长及触角着生位置的后移可能是对需要切断产卵叶片的最大叶脉厚度的一种适应性进化的结果。目前还没有芒果切叶象甲雄性成虫间存在争夺配偶而用喙直接进行武力争斗的相关报道。因此，芒果切叶象甲雄性喙长是否受到性选择压力影响需要结合详细的行为观察做进一步讨论。gzslib202204041320

本研究通过测量芒果切叶象甲雌雄成虫喙的前段长和后段长从统计上定量得出结论：雌性成虫的触角着生位置位于喙近基部1/4处，而雄性成虫触角着生位置位于喙约近基部2/5处。这不同于高翠凤和周又生定性观察的结论[2425]。通过盲测试验表明只需肉眼观察触角在喙上的着生位置就可以100%确定它们的性别。因此，在实际应用中，我们可以在不损伤芒果切叶象甲的前提下用肉眼观察雌性成虫的触角位于喙近基部1/4处而雄性成虫触角位于喙近基部约2/5处来快速准确确定其性别。

参考文献

[1] DARWIN C R. The descent of man and selection in relation to sex [M]. London： John Murray， 1871：693.

[2] SHINE R. Ecological causes for the evolution of sexual dimorphism： a review of the evidence quarterly [J]. Review of Biology， 1989， 64： 419461.

[3] 廖灏泓， 徐峰， 杨维康. 两栖爬行动物两性大小异形研究进展[J]. 生态学杂志， 2013， 32（11）： 30823093.

[4] JONES A G， RATTERMAN N L. Mate choice and sexual selection： What have we learned since Darwin？ [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2009， 106（S1）： 1000110008.

[5] DU Yu， LIN Chixian， LIN Longhui， et al. Ontogenetic shifts in sexual dimorphism and female reproduction in the reevess butterfly lizard Leiolepis reevesii from Hainan， China [J]. Journal of Herpetology， 2011， 45（4）： 399405.

[6] 王孟卿， 杨定. 昆虫的雌雄二型现象[J]. 应用昆虫学报， 2005， 42（6）：721725.

[7] SILVA-FILHO G， BAILEZ O E， VIANA-BAILEZ A M. Dimorfismo sexual do gorgulho-da-goiaba Conotrachelus psidii Marshall （Coleoptera： Curculionidae） [J]. Neotropical Entomology， 2007， 36：520524.

[8] LUCAS C， CHARLES W O， AUGUSTO S C，et al. Sexual dimorphism of Rhyssomatus subtilis （Coleoptera： Curculionidae） [J]. Florida Entomologist， 2014， 97（4）：18121815.

[9] CHRISTOPHER K S， DAVID D W， RAY F S， et al. Sexual dimorphism in the sweet potato weevil， Cylas formicarius （F.） （Coleoptera： Brentidae） [J]. Canadian Entomologist， 1997， 129（1）：6169.

[10]JAMES T T， PAOLA R， OKOLLE J，et al. Sexual size difference and colour polymorphism of Rhynchophorus phoenicis in the Southwest region of Cameroon [J]. Bulletin of Insectology， 2013， 66（1）： 153159.

[11]JUSTIN G， WILLIAM C M， STEPHEN L L. Morphology and sexual dimorphism of the weevil， Myllocerus undecimpustulatus undatus [J]. Annals of the Entomological Society of America， 2015， 108（3）：325–332.

[12]朱奕泉. 稻象甲成虫雌、雄的鉴别方法[J]. 昆虫知识， 1989（6）：359360.

[13]蔡悅. 鉴别稻水象甲雌雄两性成虫的外部形态特征[J]. 植物检疫， 1990（2）：130131.

[14]田厚军， 林硕， 陈艺欣， 等. 芒果切叶象甲对芒果10种挥发性物质的触角电位反应[J]. 西北农业学报， 2015， 24（9）：134139.

[15]RASHID M H， EL TAJ H F， JUNG C. Life-table study of mango leaf cutting weevil， Deporaus marginatus Pascoe （Coleoptera： Curculionidae） feeding on four mango cultivars [J]. Journal of Asia-Pacific Entomology， 2017， 20（2）：353357.gzslib202204041321

[16]HILL D S. Agricultural insect pests of the tropics and their control [M]. London：Cambridge University Press，1975.

[17]MUKHERJEE D， SINGH P K， KUMARI A， et al. Biology， morphology and seasonal population dynamics of mango leaf cutting weevil， Deporaus marginatus Pascoe （Coleoptera： Attelabidae）[J]. Journal of Entomological Research， 2016， 40（3）：285289.

[18]蒲天勝. 芒果剪叶象成虫口器的结构与形态的研究[J]. 广西植保， 1991（3）：4244.

[19]钱庭玉， 林恒琛. 芒果切叶象甲的初步研究[J]. 植物保护， 1982， 8（4）：2526.

[20]UDDIN M A， SIKDAR B， SARDAR M A. Biological investigation on the mango leaf cutting weevil， Deporaus marginatus Pascoe in laboratory and nursery [J]. Indian Journal of Scientific Research， 2014， （5）：133141.

[21]SAHOO S K， JHA S. Behaviour and development of mango leaf cutting weevil， Deporaus marginatus Pascoe （Attelabidae： Coleoptera）[J]. Journal of Plant Protection & Environment， 2006， 3（1）： 6875.

[22]张冲，但建国. 芒果剪叶象年生活史的研究[J]. 广西植保，1991（17）： 1215.

[23]KUMAWAT M M， SINGH K M. Population dynamics and management of mango leaf cutting weevil， Deporaus marginatus Pascoe in Arunachal Pradesh [J]. Indian Journal of Entomology， 2013，75（1）： 6267.

[24]周又生， 沈发荣， 赵焕萍. 芒果切叶象（Deporaus marginatus Pascoe）生物学及防治研究[J]. 西南大学学报（自然科学版）， 1997， 19（3）：223227.

[25]高翠凤. 芒果剪叶象生活史饲养技术要点[J]. 广西植保， 1991 （2）： 4748.

[26]SHINE R. The evolution of large body size in females： a critique of Darwins fecundity advantage model [J]. American Naturalist， 1988， 131： 124131.

[27]CEPEDA-PIZARRO J， VEGA S， VSQUEZ H， et al. Morfometría y dimorfismo sexual de Elasmoderus wagenknechti （Liebermann） （Orthoptera： Tristiridae） en dos eventos de irrupción poblacional [J]. Revista Chilena de Historia Natural， 2003， 76： 417435.

[28]BENTEZ H， VIDAL M， BRIONES R， JEREZ V. Sexual dimorphism and morphological variation in populations of Ceroglossus chilensis （Eschscholtz， 1829） （Coleoptera： Carabidae）[J]. Journal of Entomological Research Society， 2010， 12： 8795.

[29]BENTEZ H A， BRIONES R， JEREZ V. Intra and inter-population morphological variation of shape and size of the Chilean magnificent beetle， Ceroglossus chilensis in the Baker River Basin， Chilean Patagonia [J]. Journal of Insect Science， 2011， 11（1）：160166.

[30]WILHELM G， HANDSCHUH S， PLANT J， et al. Sexual dimorphism in head structures of the weevil Rhopalapion longirostre （Olivier 1807） （Coleoptera： Curculionoidea）： a response to ecological demands of egg deposition [J]. Biological Journal of the Linnean Society， 2011（104）： 642–660.

[31]PAINTING C J， HOLWELL G I. Exaggerated trait allometry， compensation and trade-offs in the New Zealand giraffe weevil （Lasiorhynchus barbicornis） [J/OL]. PLoS ONE， 2013，8（11）：e82467. DOI： 10.1371/journal.pone.0082467.

[32]JOHNSON L K. Sexual selection in a brentid weevil [J]. Evolution， 1982， 36：251–262.

[33]MEADS M J. Some observations on Lasiorhynchus barbicornis （Brentidae： Coleoptera）[J]. New Zealand Entomologist， 1976（6）： 171176.