长翅目蝎蛉科幼虫形态和毛序及其系统发育分析

论文摘要

幼虫是全变态类昆虫重要的发育阶段。但目前昆虫的分类和系统发育研究严重依赖成虫期特征,而幼虫特征长期以来在很大程度上被忽视,影响了相关昆虫类群分类的发展和系统发育分析的进行。长翅目Mecoptera是全变态类Holometabola昆虫中唯一在幼虫期具复眼的类群,是全变态类昆虫中最原始的分支,在探讨昆虫纲Insecta的系统发育中占据重要地位。蝎蛉科Panorpidae是长翅目中最大的科,种类占长翅目的70%以上,但蝎蛉科目前只有少数种类得到了幼虫,整体而言蝎蛉科幼虫的分类研究迄今还很不充分。2009–2010年,我们在秦岭宁陕县火地塘和太白山,通过人工饲养,成功获得蝎蛉科12种幼虫,包括河南新蝎蛉Neopanorpa longiprocessa Hua & Chou,染翅华蝎蛉Sinopanorpa tincta （Navá）,以及蝎蛉属Panorpa 10种,分别为大蝎蛉Panorpa magna Chou,南五台蝎蛉P. nanwutaina Chou,太白蝎蛉P. obtusa Cheng,拟华山蝎蛉P. dubia Chou & Wang,华山蝎蛉P. emarginata Cheng,郑氏蝎蛉P. chengi Chou,淡黄蝎蛉P. fulvastra Chou,六刺蝎蛉P. sexspinosa Cheng,秦岭蝎蛉P. qinlingensis Chou & Ran,和双带蝎蛉P. bifasciata Chou & Wang。其中大蝎蛉隶属于双角蝎蛉种团Panorpa diceras group;南五台蝎蛉、太白蝎蛉、拟华山蝎蛉、华山蝎蛉隶属于单角蝎蛉种团P. centralis group;郑氏蝎蛉、淡黄蝎蛉、六刺蝎蛉、秦岭蝎蛉、双带蝎蛉隶属于无角蝎蛉种团P. davidi group。借助光学显微镜和扫描电子显微镜技术,观察和描述了这些蝎蛉一龄幼虫的形态和毛序特征,并采用最大简约法（MP）,利用PAUP*4.0b10软件对蝎蛉科幼虫进行了系统发育分析。结果表明,幼虫的形态特征在蝎蛉科属级和种级水平上均呈现出很大差异。其中新蝎蛉属幼虫头壳上有明显的宽沟陷;而蝎蛉属和华蝎蛉属幼虫均无此特征。华蝎蛉属幼虫复眼约由40个小眼构成,下颚须端部具11个锥形感器;而新蝎蛉属和蝎蛉属幼虫复眼约由30个小眼构成,下颚须端部均具有12（或13）个锥形感器。蝎蛉属内各种不同的幼虫在头壳宽度、复眼和侧毛之间微毛的有无、触角梗节上杯状感器的数目、内唇三角形骨片上感觉毛的疏密程度、腹足形状、气门辐辙数目、环状刚毛的长度等方面均有不同程度的差异。本研究发现,在新蝎蛉属幼虫中,大多数刚毛较短,呈棒状,第10腹节末端边缘着生一圈微毛。华蝎蛉属幼虫刚毛膨大,前胸XD2–SD2毛的间距大于D1–SD1的间距,中后胸SD2、L1和L2长度差距较小。蝎蛉属幼虫头部刚毛细长、刚毛状;体躯刚毛大多细长、棒状;前胸和腹部L1,中、后胸L2,体躯D1和SD1均明显较长。双角蝎蛉种团、单角蝎蛉种团和无角蝎蛉种团幼虫毛序之间也存在一定差异;尤其值得指出的是,无角蝎蛉种团内部有些种类毛序之间也存在较大差异。大蝎蛉P. magna（双角蝎蛉种团）不同于其它蝎蛉,其刚毛相对体长较短,环状刚毛极长,SD2后无微毛存在。相对于无角蝎蛉种团的幼虫,单角蝎蛉种团的幼虫刚毛长且端部膨大。系统发育分析表明,幼虫特征也证实蝎蛉属为并系群;而蝎蛉属中的双角种团和单角种团为单系群,很有可能需要提升为属（或亚属）级别;无角种团情况比较复杂,呈现出并系迹象,其中双带蝎蛉P. bifasciata为染翅华蝎蛉Sinopanorpa tincta +单角种团的姊妹群。新蝎蛉属很可能也为并系群。本研究首次观察了蝎蛉科幼虫形态的超微结构特征,并将毛序特征应用于蝎蛉科系统发育研究。表明幼虫形态和毛序特征能为蝎蛉科昆虫的分类和系统发育研究提供重要依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言 Introduction
• 第一章 文献综述 Literature Review
• 1.1 幼虫特征的研究概况
• 1.2 蝎蛉科的分类体系及系统发育研究
• 1.3 基于幼虫的蝎蛉科分类系统
• 1.4 蝎蛉科幼虫毛序研究
• 1.4.1 幼虫毛序定义
• 1.4.2 幼虫毛序的适用性
• 1.4.3 幼虫毛序研究
• 1.5 研究目的及意义
• 第二章 材料与方法 Materials and Methods
• 2.1 昆虫的采集与饲养
• 2.2 光学显微镜观察（LM）
• 2.3 扫描电子显微镜观察（SEM）
• 2.4 系统发育分析
• 第三章 结果 Results
• 3.1 蝎蛉科一龄幼虫形态和毛序
• 3.1.1 一龄幼虫整体形态
• 3.1.2 头部形态
• 3.1.3 口器形态与感器
• 3.1.4 体节形态
• 3.2 蝎蛉科一龄幼虫毛序
• 3.2.1 刚毛的形状
• 3.2.2 头部毛序
• 3.2.3 胸部和腹部的毛序
• 3.3 蝎蛉科毛序的比较
• 3.3.1 头部毛序的比较
• 3.3.2 不同种胸部和腹部的毛序
• 3.4 系统发育分析
• 第四章 结论与讨论 Conclusions and Discussion
• 4.1 结论
• 4.1.1 幼虫形态特征
• 4.1.2 幼虫毛序特征
• 4.2 讨论
• 4.2.1 长翅目科内幼虫形态和毛序
• 4.2.2 幼虫形态分析
• 4.2.3 基于幼虫毛序的系统发育关系
• 参考文献 References
• 致谢 Acknowledgements
• 作者简介 Curriculum Vitae
• 基金支持