大蠟螟觸角感器的掃描電鏡觀察

楊爽劉位芬趙慧婷杜亞麗潘建芳王樹杰郭麗娜徐凱姜玉鎖

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑蜜蜂研究所，蒙自661101；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，太谷030801；3山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，太谷030801）

大蠟螟觸角感器的掃描電鏡觀察

楊爽1,2劉位芬1趙慧婷3杜亞麗2潘建芳2王樹杰2郭麗娜2徐凱2姜玉鎖2

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑蜜蜂研究所，蒙自661101；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，太谷030801；3山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，太谷030801）

為明確大蠟螟（Galleria mellonellaL.）觸角外部形態(tài)及其感器的種類與分布，取剛羽化的大蠟螟雌、雄成蟲各3頭，用鑷子取其完整觸角，樣品脫水處理后，利用掃描電鏡對大蠟螟雌、雄成蟲觸角形態(tài)及感器的形態(tài)和分布進行觀察。結(jié)果顯示：大蠟螟成蟲觸角呈線狀，觸角感器共有7種，分別為毛形感器、刺形感器、錐形感器、腔錐形感器、栓錐形感器、耳形感器和叉形感器，其中毛形感器和錐形感器各有2種類型。大蠟螟雌、雄成蟲之間觸角感器的類型、分布規(guī)律相似。本研究為深入了解大蠟螟的化學(xué)感受系統(tǒng)，揭示其嗅覺識別機制奠定了基礎(chǔ)。

大蠟螟；觸角；感器；掃描電鏡

昆蟲在長期進化過程中形成了各自獨特的環(huán)境適應(yīng)能力，表現(xiàn)在擇食、取食、覓偶、交配、繁殖、棲息、防御、遷移等各個方面，這些適應(yīng)性均依賴于昆蟲高度發(fā)達的感覺系統(tǒng)，特別是針對化學(xué)信號的感受系統(tǒng)。觸角是昆蟲最重要的感覺器官，其表面分布著種類和數(shù)量繁多的感受器，包括毛形感器、刺形感器、錐形感器、腔錐形感器、耳形感器、鱗形感器等，這些感受器的形態(tài)、分布各異，具有不同的超微結(jié)構(gòu)和感受功能，能夠感受氣流、二氧化碳、溫度和濕度等，尤其在嗅覺、味覺感受過程中行使重要的功能。國內(nèi)外學(xué)者已對包括蠶蛾科、天蠶蛾科、螟蛾科和夜蛾科等不同類群昆蟲的觸角感器的超微結(jié)構(gòu)進行了研究[1～3]，主要涉及觸角感器的形態(tài)、數(shù)量、分布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能。

大蠟螟（Galleria mellonellaL.）屬于鱗翅目（Lepi－doptera）、螟蛾科（Pyralidae）、蠟螟亞科（Galleriinae）、蠟螟屬（Galleria Fabricius）昆蟲，其幼蟲以蜜蜂巢脾為食，容易在長時間存放不加以處理的巢脾上滋生，鉆蛀隧道，吐絲做繭，破壞巢脾，蛀壞蜂具，在蜂群中造成蜜蜂的幼蟲和蛹死亡，出現(xiàn)“白頭蛹”，擾亂蜜蜂在蜂群中的正常活動，若不及時處理，蜂群會棄巢而逃[4]。大蠟螟是蜜蜂尤其是東方蜜蜂最主要的敵害之一。目前，隨著昆蟲信息素研究的逐步深入，利用昆蟲自身的生理生化微觀特性探索其宏觀行為的研究，已成為很多害蟲生物防治的主要方向，觸角感器的研究備受重視[5]。迄今為止，有關(guān)大蠟螟的觸角感器的研究尚未見報道，鑒于此，本研究利用掃描電鏡對大蠟螟觸角感器超微結(jié)構(gòu)進行觀察，了解其感器類型和分布，并依據(jù)雌雄觸角感器的差異推測其生理功能，為今后利用信息素防治大蠟螟提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

大蠟螟于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院養(yǎng)蜂學(xué)實驗室人工飼養(yǎng)所得，飼養(yǎng)條件如下：溫度（34±0.5）℃、相對濕度（60±10）%、全黑暗環(huán)境；在成蟲剛羽化時用1.5ml離心管采集。

1.2 樣品的制備與觀察

采集大蠟螟雌、雄成蟲各3頭，用鑷子從觸角基部取其完整觸角，將觸角樣品浸入戊二醛固定液中固定24 h；固定之后，將樣品先用清水超聲波清洗2次，每次2min，之后再用30%的乙醇溶液超聲波清洗3min，靜置7min；隨后依次用50%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液進行梯度脫水，每次10min，其中100%乙醇脫水2次；將脫水后的樣品浸入叔丁酸中置換10min，在JEOL JFD-320中冷凍干燥，干燥后用導(dǎo)電膠帶固定在樣品臺上，用JEOL JFC-1600離子濺射鍍膜儀噴射鉑金；噴鍍完成后，將樣品放入JEOL JEM-6490 LV掃描電子顯微鏡中，進行觀察和拍照。

1.3 圖像處理及命名方法

用Photoshop CS3處理圖片，用Motic Images Advanced 3.2測量感器大小。觸角感器類型的鑒定參照[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 大蠟螟成蟲觸角的基本形態(tài)（圖1）

圖1 大蠟螟成蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)觀察

大蠟螟雌、雄成蟲觸角均呈線狀，由柄節(jié)（scape）、梗節(jié)（pedical）和鞭節(jié)（flagellum）3部分組成（圖1中A），柄節(jié)基部著生于觸角窩內(nèi)，鞭節(jié)由50～60個亞節(jié)組成，長約5.5～7.5 mm,其長度在雌、雄個體間差異較大；鞭節(jié)表皮上均有連續(xù)隆起的網(wǎng)紋。觸角的迎風(fēng)面為感器聚集區(qū)，背風(fēng)面包被鱗片，鱗片排列整齊，層層相疊，后排鱗片前緣蓋著前排鱗片基部，在鱗片間稀疏地分布著一些感器（圖1中A）。

2.2 大蠟螟雌、雄成蟲觸角感器的類型

掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，大蠟螟雌、雄成蟲觸角表面主要分布7種類型感受器：毛形感器、刺形感器、錐形感器、腔錐形感器、栓錐形感器、耳形感器和叉形感器。

2.2.1 毛形感器（sensilla trichodea,ST）

毛形感器是大蠟螟觸角上著生最多的一種感器，較其他感器柔軟，端部略有彎曲且較尖，散生或簇生于觸角各節(jié)，主要分布在鞭節(jié)，著生于表皮形成的凹窩內(nèi)，基部無臼狀窩。根據(jù)其形態(tài)特征將其分為STⅠ和STⅡ2種類型（即長毛形感器和短毛形感器）；STⅠ直立或近端部1/3處彎曲，基部直徑約2.5 μm，長約20～30 μm（圖B、I、H）；STⅡ從基部就開始彎曲，頂端幾乎和觸角表皮平行或呈弓形，長約10～20 μm，基部直徑1.2～1.4 μm，散布在STⅠ中間（圖1中B、I、H）。

2.2.2 刺形感器（sensilla chaetica,SCh）

刺形感器外形剛直如刺，在鞭節(jié)各亞節(jié)腹面中部分布，基部不發(fā)生彎曲，感器長25.2～40.7 μm，基部直徑約2.0～2.4 μm，著生于特化的環(huán)形臼狀窩內(nèi)，與觸角表面成40～60度角生長（圖1中C、D、H），與毛形感器區(qū)分明顯。

2.2.3 錐形感器（sensilla basiconica,SB）

錐形感器根據(jù)其外形和分布，分為兩種類型，即SBⅠ和SBⅡ，長10～20 μm。SBⅠ似錐形，頂端尖細(xì)，表面光滑，成簇直立分布于觸角表平面（圖1中G）；SBⅡ，基部粗大，無臼狀窩，沿觸角軸斜向觸角末端彎曲，幾乎與觸角平行，感器壁表面有覆瓦狀紋理和微孔，端部較鈍，在觸角各節(jié)零散分布（圖1中F）。

2.2.4 腔錐形感器（sensilla coeloconica,SCo）

腔錐形感器由一類具孔感覺錐位于表皮凹陷中的感受器。根據(jù)感覺錐外圍有無緣毛（fringe pegs），腔錐形感器可分為2種類型（Ⅰ型和Ⅱ型）；Ⅰ型腔錐形感器具緣毛，形狀像菊花，表皮下陷成淺圓腔，中心有1直立的感覺錐，圓腔周圍有14～16個花瓣狀的緣栓，緣栓上有細(xì)縱紋，通常呈弓形向中心彎曲；Ⅱ型腔錐形感器無緣毛，呈圓錐形，其表皮凹陷，中央有1～2根感覺錐，錐表面有溝紋，表皮凹陷，邊緣無緣毛或緣刺[7]。大蠟螟雌、雄觸角腔錐形感器均屬于Ⅰ型（圖1中C、E、F）。

2.2.5 栓錐形感器（sensilla styloconica,SS）

栓錐形感器形似拇指，一般著生在觸角鞭節(jié)前緣的凹窩內(nèi)，表皮突起成栓狀，其前端著生1個錐狀感器，感器中部具環(huán)紋，每節(jié)僅有1個栓錐形感器（圖1中D、H、I、J）。

2.2.6 耳形感器（sensilla auricillica,SA）

耳形感器外形似禾本科作物卷心狀，有耳狀凹槽，表面有縱向紋理，由基部向端部逐漸膨大，遠(yuǎn)端鈍圓，向內(nèi)微微凹陷，長約10 μm，寬約2.5 μm，主要分布在觸角內(nèi)外側(cè)面結(jié)合處，其內(nèi)側(cè)有鱗片著生（圖1中K）。

2.2.7 叉形感器（sensilla furcatea,SF）

叉形感器著生在淺的凹窩內(nèi)，整體扁平，表面有縱貫條紋，感器基部至端部漸寬，近端部分為兩個尖叉，長5～10 μm，分叉部分較短，約1 μm，與觸角表面角度約30度，數(shù)量較少，是一類比較特殊的感器（圖1中L）。

3 討論

本研究對大蠟螟的觸角超微結(jié)構(gòu)進行了觀察，結(jié)果表明，大蠟螟的觸角呈線狀，其上著生著7種不同類型的感受器，分別為毛形感器、刺形感器、錐形感器、腔錐形感器、栓錐形感器、耳形感器和叉形感器，這與已經(jīng)報道的大多數(shù)鱗翅目昆蟲尤其是螟蛾科昆蟲（草地螟、亞洲玉米螟、豆野螟等）觸角感器類型相似[1,8～9]。

在鱗翅目昆蟲中已經(jīng)證實毛形感器作為嗅覺感受器具有感受雌性性信息素的功能[10]，雌蛾觸角上的毛形感器可以感受自身釋放的性信息素并作出一系列行為反應(yīng)[11]。毛形感器在大蠟螟觸角上數(shù)量最多、分布最廣，推測其主要參與性信息素識別過程；同時毛形感器在大蠟螟雌、雄成蟲觸角中的數(shù)量和分布位置相似，對于其是否具有性二型性還有待進一步深入的研究。

一般刺形感器和叉形感器屬于觸覺感器和機械感器，C nsoli推測刺形感器還具有定位功能[12]，但對于它們是否能感受化學(xué)刺激存在爭議；Karalius在研究透翅蛾科昆蟲時發(fā)現(xiàn)刺形感器的壁為無孔結(jié)構(gòu)，推測其不是化學(xué)感器[13]。大蠟螟刺形感器直立著生于觸角表面，比其他感器要高，利于其首先感受機械刺激，推測其具有感受機械性刺激的功能。研究中由于未明確觀察到大蠟螟刺形感器和叉形感器頂端是否有孔和雌、雄間的差異，對于它們的嗅覺功能還需借助透射電鏡、電生理實驗等技術(shù)進一步研究。

錐形感器和耳形感器主要感知植物揮發(fā)物[14]，本研究觀察發(fā)現(xiàn)，大蠟螟觸角上的錐形感器和耳形感器數(shù)量較少，這可能與其食源、棲境等生活習(xí)性有關(guān)。錐形感器SBⅠ表面光滑，類似刺形感器，推測其為機械感受器；錐形感器SBⅡ表面具縱紋，有微孔，與耳形感器類似（圖1中K），推測與感受化學(xué)揮發(fā)物質(zhì)有關(guān)。腔錐形感器內(nèi)部有豐富的神經(jīng)細(xì)胞，研究報道腔錐形感器具有感受濕度、水蒸氣和二氧化碳的作用，家蠶觸角的腔錐形感器具有識別寄主植物及選擇產(chǎn)卵地的功能[15]，美洲大蠊觸角上的腔錐形感器有選擇環(huán)境行為功能[16]。在大蠟螟雌、雄成蟲觸角上僅發(fā)現(xiàn)了一種類型的腔錐形感器，即具緣毛的腔錐形感器，感器的形態(tài)結(jié)構(gòu)與分布規(guī)律與Razowski等報道基本相同[17]。栓錐形感器在大蠟螟觸角上的分布規(guī)律與其他鱗翅目昆蟲相似[18]，這類感器在家蠶[19]及螟蛾科昆蟲被認(rèn)為具有感受溫濕度變化的功能[3]，在卷蛾科昆蟲中可能具有化學(xué)感受功能，在大蠟螟栓錐形感器頂端未發(fā)現(xiàn)小孔，推測其可能僅有感受溫濕度變化功能。

綜上，鑒于不同感器的功能只在少數(shù)昆蟲中得以證實，并且感器類型和功能依據(jù)外部形態(tài)來劃分帶有片面性，因此，對于大蠟螟觸角上各類感器的功能，還需要在后期研究中加以驗證。

[1]任自立,張清敏,郭淑華,等.亞洲玉米螟成蟲觸角的掃描電鏡觀察[J].昆蟲學(xué)報,1987,30(1):26-29.

[2]郭予元.棉鈴蟲的研究[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社.1998.

[3]Hallberg E,Hansson BS,Steinbrecht RA,et al.Morphological characteristics of antennal sensilla in the European Corn Borer[J]. Tissue&Cell,1994,26(4):489-502.

[4]Ellis JD,Graham JR,Mortensen A,et al.Standard methods for wax moth research[J].Journal of Apicultural Research,2013,52(1): 1-17.

[5]馬瑞燕,杜家緯.昆蟲的觸角感器[J].昆蟲知識,2000,37(3): 179-182.

[6]Schneider D.Insect antennae.Annu.Rev.Entomol,1964,9: 103-122．

[7]Onagbola EO,Fadamiro HY.Scanning electron microscopy studies of antennal sensilla of Pteromalus cerealellae,(Hymenoptera: Pteromalidae)[J].Micron,2008,39(5):526-535.

[8]尹姣,曹雅忠,羅禮智，等.草地螟觸角化學(xué)感受器的電鏡觀察[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報,2004,41(1):56-59.

[9]王霞,徐靜,劉鳳英，等.豆野螟觸角感器的電鏡超微結(jié)構(gòu)及嗅覺功能[J].昆蟲學(xué)報,2008,51(12):1225-1234.

[10]Faucheux MJ,Kristensen NP,Yen SH,et al.The antennae of neopseustid moths:Morphology and phylogenetic implications,with special reference to the sensilla(Insecta,Lepidoptera,Neopseustidae)[J].Zoologischer Anzeiger-A Journal of Comparative Zoology, 2006,245(2):131-142.

[11]Yang MW,Dong SL,Chen L,et al.Electrophysiological and Behavioral Responses of Female Beet Armyworm Spodoptera exigua, (Hübner)to the Conspecific Female Sex Pheromone[J].Journal of Insect Behavior,2009,22(2):153-164.

[12]C nsoli FL,Kitajima EW,Parra JRP,et al.Sensilla on the antenna and ovipositor of the parasitic wasps Trichogramma galloi, Zucchi and T.pretiosum,Riley(Hym.trichogrammatidae)[J].Microscopy Research&Technique,1999,45(4-5):313╞324.

[13]Karalius V.Types location and morphometry of antennal sensilla of currant clearwing moth(Synanthedon tipuliformis Cl.)(Lepidoptera,Sesiidae).Pheromones,1994,4:93-108.

[14]Anderson P,Hallberg E,Subchev M,et al.Morphology of antennal sensilla auricillica and their detection of plant volatiles in the Herald moth,Scoliopteryx libatrix L.(Lepidoptera:Noctuidae)[J]. Arthropod Structure&Development,2000,29(1):33-41.

[15]Merivee E,Rahi M,Luik A,et al.Antennal sensilla of the click beetle,Melanotus villosus,(Geoffroy)(Coleoptera:Elateridae) [J].International Journal of Insect Morphology&Embryology,1999, 28(1-2):41-51.

[16]Altner H,Sass H,Altner I,et al.Relationship between structure and function of antennal chemo-,hygro-,and thermoreceptive sensilla in Periplaneta americana[J].Cell&Tissue Research,1977, 176(3):389-405.

[17]Razowski J,Wojtusiak J.Some data on sensilla and sculpture of antenna in adult Tortricidae(Insecta:Lepidoptera)[J].Genus, 2004,257-266.

[18]Frank DL,Leskey TC,Bergh JC,et al.Morphological Characterization of Antennal Sensilla of the Dogwood Borer(Lepidoptera: Sesiidae)[J].Annals of the Entomological Society of America,2013, 103(6):993-1002.

[19]Steinbrecht RA.The fine structure of thermo-/hygrosensitive sensilla in the silkmoth Bombyx mori:Receptor membrane substructure and sensory cell contacts[J].Cell&Tissue Research, 1989,255(1):49-57.

Observation on antennal sensillia of Galleria mellonella L. with scanning electron microscope

Yang Shuang1,2，Liu Weifen1，Zhao Huiting3，Du Yali2，Pan Jianfang2，Wang Shujie2，Guo Lina2，Xu Kai2，Jiang Yusuo2
(1 Institute of Sericulture and Apiculture,Yunnan Academy of Agricultural Sciences,Mengzi 661101,China; 2 College of Animal Science and Veterinary Medicine,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China; 3 College of Life Science,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China)

In order to further elucidate the olfactory system and the mechanism of olfactory recognition of Galleria mellonella L.,the type,number and distribution of antennal sensilla of G.mellonella were observed.Three adult of both female and male were used on the day of emergence.The antennal were carefully cut at the base using fine tweezers. After dehydration,all samples were examined using scanning electron microscope.The antenna of G.mellonella were filiform.Seven types of sensilla on surface of G.mellonella were observed:sensilla trichodea,sensilla chaetica,sensilla basiconica,sensilla coeloconica,sensilla styloconica,sensilla auricillica and sensilla furcatea.Sensilla trichodea and sensilla basiconica had two subtypes.The type and distribution of antennal sensilla between female and male were similar.

Galleria mellonellaL.;antenna;sensilla;scanning electron microscope

國家自然科學(xué)基金（31640080）；國家蜂產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金（CARS-45-SYZ 17）；云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑蜜蜂研究所青年創(chuàng)新基金（QC2013003）

楊爽，男，助理研究員，在讀博士，主要從事中華蜜蜂病蟲害防治研究，E-mail：yangshuang19860724@163.com。