长角甲虫Moechotypa diphysis的交配机制与生殖器耦合：揭示鞘翅目昆虫生殖结构进化新见解

本研究针对鞘翅目昆虫交配机制研究不足的现状，采用冷冻固定技术首次系统解析了长角甲虫Moechotypa diphysis的交配行为与生殖器耦合机制。研究人员发现雄性通过多次内阳茎（endophallus）扩张（2-5次）实现精子传递，其表面微刺结构（microspicules）与雌性生殖道形成机械锚定，同时揭示了附肢抓握行为与生殖结构协同进化的规律。该研究为昆虫生殖器功能形态学与性选择理论提供了重要案例，论文发表于《ZooKeys》。

　　

在昆虫繁殖生物学领域，生殖器结构的多样性一直是进化研究的焦点。长角甲虫（Cerambycidae）作为鞘翅目中种类最丰富的科之一，其复杂的交配行为与特化的生殖结构长期吸引着研究者。然而，由于交配过程的私密性和观察技术的限制，关于其内部生殖器耦合机制的认识仍存在巨大空白。传统研究多集中于外部形态描述，而关键的科学问题——雄性如何通过生殖器结构实现精子有效传递、雌雄生殖器如何协同进化——始终缺乏实证证据。

广西大学的研究团队选择中国常见害虫Moechotypa diphysis为模型，通过冷冻固定交配对技术首次揭示了长角甲虫完整的交配机制。研究发现发表在国际期刊《ZooKeys》上，为理解昆虫生殖器进化提供了新的理论框架。

研究采用四大关键技术：野外种群动态监测（2020-2022年辽宁宽甸标本采集）、行为学观察（Nikon D7100记录24对个体）、冷冻固定交配对技术（CO₂
喷雾固定后Carnoy溶液处理）、显微结构分析（Keyence VHX 6000显微镜与FEI Quattro S电镜联用）。样本队列来自人工饲养的性成熟个体（25±1°C，75±5%湿度条件下培育）。

交配过程
研究将交配分为三个阶段：

1. 相遇与骑乘阶段：雄性需29.31±5.74分钟控制雌性，通过侧叶（lateral lobes）接触雌性交配孔。
2. 扩张与射精阶段：80%雄性表现多次内阳茎扩张（2-5次），分为短时（1.4-49秒）和长时（1.03-7.23分钟）两种模式。首次扩张持续时间最长，伴随前足摩擦雌体等行为。
3. 交配后守卫阶段：雄性通过持续抓握阻止竞争者接近。

生殖结构特征

• 雄性：阳茎（aedeagus）由中叶（median lobe，4737.48±310.15 μm）与盖片（tegmen）组成，内阳茎表面分布三类微刺：顶端区叶状结构（接触交配囊管）、中部长短刺（接触生殖腔）、基部宽刺（接触产卵器）。
• 雌性：弹簧状受精囊（spermatheca）具18个硬化环，受精囊腺（spermathecal gland）显著发达。

生殖系统耦合机制
冷冻固定样本显示：

1. 机械连接通过中叶腹叶（median ventral leaf）与背叶建立；
2. 内阳茎顶端骨片（apical phallomere）锚定交配囊管（bursa copulatrix duct），鞭毛（flagellum）伸入受精囊管；
3. 表面微刺直接接触雌性生殖道但不穿透组织，电镜显示其具有机械感知功能。

讨论与意义
研究提出三个进化解释：

1. 多次扩张策略：可能应对精子竞争压力，通过增加精子传递量提升繁殖成功率。与单次扩张物种（如Glenea cantor）相比，反映不同交配对策。
2. 结构协同进化：内阳茎形态与雌性产卵器（ovipositor）高度匹配，支持"锁-钥"假说。鞭毛侧位特征与受精囊管空间构象相适应。
3. 功能形态创新：附肢特化（前跗节宽于雌性23%）与感觉毛（sensilla basiconica）协同实现交配稳定性，为昆虫机械耦合研究提供新案例。

该研究首次将冷冻固定技术应用于天牛科昆虫，突破了传统形态学研究的局限。发现的"扩张-锚定"机制为理解昆虫生殖隔离形成提供了结构基础，同时为害虫防治（如干扰交配行为）提供了潜在靶点。未来研究可结合显微CT等技术，进一步解析内阳茎运动力学与精子传递的因果关系。