圓柏大痣小蜂雌成蟲觸角、下顎須及產卵器感器超微結構觀察

呂 東，趙 祜，趙興鵬，趙 明，張宏斌，趙國生，陳 敏，王光宇

(1.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，祁連山特有植物繁育及推廣國家地方聯(lián)合工程研究中心，甘肅省祁連山特有珍稀樹種保護繁育工程研究中心，張掖 734000；2. 北京林業(yè)大學林木有害生物防治北京市重點實驗室，北京 100083)

昆蟲的感器(sensilla)是感受環(huán)境和體外信息的結構和功能單位(孟晶等，2015)，由體壁特化形成，分布于昆蟲體軀的各個部位，主要分布于觸角(antenna)、口器(mouthparts)、足(leg)、尾須(tarsi)和產卵器(ovipositor)等部位(Erich，1992；Van，1996)，在昆蟲的覓食、尋偶、交配、遷飛和避敵等活動中接受來自體內、外的物理或化學刺激，通過神經(jīng)系統(tǒng)和分泌系統(tǒng)的協(xié)調作用，調節(jié)和控制著昆蟲的生理和行為反應。昆蟲頭部觸角、下顎須上的感器具有觸覺、嗅覺和味覺的功能，在昆蟲的取食和寄主定位過程中發(fā)揮著重要作用(鄒德玉等，2009)。昆蟲產卵器上的感器可檢測、識別、選擇寄主(谷小紅等，2017)。昆蟲產卵器上感器種類、數(shù)量比觸角、下顎須和下唇須上的感器少，感器類型主要為刺形感器、錐形感器和毛形感器等(王世貴等，2007；徐曉蕊等，2012；張璐，2015)。目前，國內已有很多學者運用掃描電子顯微鏡(SEM)技術對鞘翅目、鱗翅目、雙翅目和膜翅目等多種昆蟲的感器進行了研究(Chadha and Roome，1980；Gao and Luoetal.，2007；Mi and Sunetal.，2012)。昆蟲感器的超顯微結構觀察，為昆蟲分類學研究和系統(tǒng)學研究提供了可靠依據(jù)。

圓柏大痣小蜂MegastigmussabinaeXu et He屬膜翅目長尾小蜂科，是危害祁連圓柏健康球果種仁的寡食性害蟲，對寄主植物球果存在專一性危害。圓柏大痣小蜂成蟲產卵于祁連圓柏健康幼球果后，初孵幼蟲在球果內隨著幼蟲發(fā)育對球果胚乳進行蛀食，幼蟲和球果的發(fā)育存在完美的協(xié)同進化關系，圓柏大痣小蜂幼蟲隨著發(fā)育，蛀食健康球果內的胚乳，致使祁連圓柏種子成熟后有果無仁，給祁連圓柏種子產量和質量造成嚴重的影響。目前關于圓柏大痣小蜂的研究，主要集中在圓柏大痣小蜂生物生態(tài)學、羽化期預測預報(吳洪源等，1992)、生活習性及防治技術(李秉新等，1991)、幼蟲空間分布格局(李秉新等，2014)、羽化生態(tài)學特性及幼蟲空間分布(呂東等，2017)及產卵特性等方面，圓柏大痣小蜂成蟲觸角、下顎須及產卵器感器研究還未涉及。本文以圓柏大痣小蜂為研究對象，采用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對圓柏大痣小蜂的雌成蟲觸角、下顎須及產卵器的感器進行觀察，描述和分析圓柏大痣小蜂成蟲觸角、下顎須及產卵器感器的超微結構，旨在明確圓柏大痣小蜂成蟲觸角、下顎須及產卵器感器的類型，為圓柏大痣小蜂防治提供有效的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

2019年7月，在甘肅省張掖市肅南裕固族自治縣頭灘林區(qū)(N 38°32′57″，E 100°14′34″)的祁連圓柏林中采集2 a生祁連圓柏球果帶回實驗室。將采回的2 a生祁連圓柏球果置于種子發(fā)芽盒(長×寬×高=24 cm×14 cm×5.5 cm)內，放置在恒溫培養(yǎng)箱中，從球果內羽化后的成蟲作為本試驗用蟲，恒溫培養(yǎng)箱條件(溫度26℃，光照 ∶黑暗時間為16 h ∶8 h，相對濕度60%)。

1.2 產卵器、觸角和下顎須感受器掃描電鏡觀察

將羽化后的1 d圓柏大痣小蜂雌成蟲置于75%酒精殺死，在室溫下用2.5%的戊二醛將供試雌成蟲固定6 h后取出備用。用解剖鏡(德國，LEICA MZ6)取下圓柏大痣小蜂雌蜂的頭部及產卵器，摘取頭部及產卵器后用用pH 7.2的磷酸緩沖液超聲波清洗3次，每次10 min，依次用75%、85%、90%、95%、100%的乙醇進行梯度脫水，每濃度梯度脫水15 min，取出在室溫條件下用干燥球干燥48 h，將觀察面用導電膠背向水平地粘于樣品臺上離子濺射器噴金，進行掃描電子顯微鏡(日本，日立S-3400N II)觀察和拍照。

1.3 數(shù)據(jù)及圖像標注處理

測量所得數(shù)據(jù)利用IBM SPSS Statistics 23進行處理，對掃描電子顯微鏡所產生的圖像用Adobe Photoshop CS5軟件修改并標注感受器名稱，感受器名稱標注參考(那杰，2008)的方法。

2 結果與分析

2.1 圓柏大痣小蜂雌成蟲觸角掃描電鏡觀察

觸角為膝狀，共分為14節(jié)，由支角突、柄節(jié)、梗節(jié)、環(huán)節(jié)、索節(jié)和棒節(jié)組成，柄節(jié)較長，梗節(jié)短小，索節(jié)由7節(jié)大小、長度相似的亞節(jié)組成，棒節(jié)3節(jié)，區(qū)分較不明顯。觸角總長1 797.56±24.29 μm，其中支角突長59.80±2.72 μm；柄節(jié)長359.02±18.75 μm；梗節(jié)長103.36±10.96 μm；環(huán)節(jié)長48.73±2.73 μm；索節(jié)總長984.93±25.28 μm；棒節(jié)總長241.72±7.72 μm，第一亞節(jié)長107.23±3.53 μm，第二亞節(jié)長76.14±3.29 μm，第三亞節(jié)長58.35±4.14 μm。觀察到B?hm氏鬃毛、板形感受器、毛形感受器1、刺形感受器1、錐形乳頭狀感器五種感器類型。其中，B?hm氏鬃毛長4.5～7.5 μm，外形呈短刺狀，與觸角垂直且有基窩，簇狀分布于柄節(jié)與梗節(jié)腹面相接處(圖1-B)。板型感器長條形，長55～60 μm基部與觸角連接在一起，延伸出板狀凸起，端部鈍尖、突出，均勻分布于索節(jié)至棒節(jié)處(圖1-C)。毛形感器1細毛發(fā)狀，長30～50 μm，有一定弧度，頂部細且尖，與觸角間形成銳角，廣泛分布于觸角各節(jié)(圖1-C和圖1-D)。刺形感器1比毛形感器略短，長20～25 μm，筆直且有棱，基部較為突出，游離分布于觸角的索節(jié)各亞節(jié)(圖1-C和圖1-D)。錐形乳頭狀感器位于基窩中，基窩寬約7.9 μm形似乳頭狀突起，分布于索節(jié)端部(圖1-D)。

圖1 圓柏大痣小蜂雌成蟲觸角感器類型及分布Fig.1 Antenna sensilla ultrastructure of female Megastigmus sabinae注：A，雌蜂觸角；B，支角突基部；C，索節(jié)中部；D，第7索節(jié)端部。Rd，支角突；Sc，柄節(jié)；Pe，梗節(jié)；An，環(huán)節(jié)；Fu，索節(jié)；Cl，棒節(jié)；BB，B?hm氏鬃毛；PS，板形感受器；TS1，毛形感受器1；ChS1，刺形感器1；BMS，錐形乳頭狀感器。Note: A, Antenna of female; B, Base of radicula; C, Middle of funicle; D, Ends of funicle. Rd，Radicula; Sc，Scape; Pe，Pedicel; An，Annellus; Fu，F(xiàn)unicle; Cl，Clava; BB: B?hm bristles; PS，placoid sensilla; TS1，trichoid sensilla 1; ChS1，chaetica sensilla 1; BMS，basiconic mastoid sensilla.

2.2 圓柏大痣小蜂下顎須掃描電鏡觀察

圓柏大痣下顎須共5節(jié)，第1節(jié)粗且長，其余4節(jié)較細，末節(jié)感器明顯多于其余四節(jié)(圖2-A)。共觀察到毛形感受器、刺形感受器、錐形感受器和栓錐形感受器4種感器類型。其中，毛形感受器分為毛形感受器1和毛形感受器2兩個亞型，毛形感器1長30～50 μm，分布于下顎須的第1、3、4、5節(jié)上；毛形感器2長75～100 μm，只分布于第一節(jié)腹面中部(圖2-A)。刺形感器分為3個亞型，分別為刺形感器2、刺形感器3和刺形感器4，刺形感器2與下顎須基本垂直，長約8.2 μm，基部位于第3節(jié)基部的基窩中，基窩寬度約4.6 μm(圖2-B)；刺形感器3長約7.5 μm，分布于下顎須末節(jié)端部；刺形感器4長約22.5 μm，與下顎須夾角約30°(圖2-D)。栓錐形感器，端部鈍尖，基部位于一個突出的圓臺狀基窩中，基窩寬約4.5 μm，分布于第3節(jié)腹面端部(圖2-C)；錐形感器長約16.1 μm，基部寬3.8 μm，直立于末節(jié)端部(圖2-D)。

2.3 圓柏大痣小蜂產卵器掃描電鏡觀察

圓柏大痣小蜂外產卵器由產卵鞘和產卵針構成(圖3-A)。共觀察到毛形感受器1、栓錐形感受器、半球形感受器和腔錐形感受器4種感器類型。產卵鞘長3.17±0.22 mm，分為兩部分包裹產卵針，產卵鞘內外表面均分布毛形感器，共有 2個亞型，其中，產卵鞘中部內側有一列間隔均勻、夾角約30°的毛形感器1，外側具橫紋且毛形感器分布較密集；端部分布著毛形感器3，長約16.5～27.5 μm，與產卵鞘夾角接近90°(圖3-B和圖3-C)。產卵針長5.01±0.41 mm，由刺基板基部開始，分為3個產卵瓣，背產卵瓣、腹產卵瓣1和腹產卵瓣2，產卵瓣外表面基本光滑，僅能看到接合處(圖3-E)，接合縫內觀察到凹槽(圖3-F和圖3-G)。背產卵瓣內側近端部觀察到規(guī)則排列的扇狀突起，端部均勻分布大量栓錐形感受器，外側端部具倒鉤狀齒(圖3-F和圖3-H)。腹產卵瓣內側端部觀察到橫向凹槽及1個半球形感器，具基窩，基窩寬1.5～2 μm。產卵針外側端部具“八”字形缺刻及2個腔錐形感器，位于基窩中，基窩寬約4.1 μm，端部鈍圓(圖3-G和圖3-H)。

圖3 圓柏大痣小蜂雌成蟲產卵器感器類型及分布Fig.3 Ovipositor ultrastructure of female Megastigmus Sabinae注：A，雌蜂產卵器；B，產卵鞘中部；C，產卵鞘端部；D，產卵針中部；E，產卵針端部；F，背產卵瓣；G，腹產卵瓣1端部內側；H，腹產卵瓣2端部外側及背產卵瓣內側。Ss，產卵針；OS，產卵鞘；TS1，毛形感受器1；S，橫紋；TS3，毛形感受器3；D，背產卵瓣；V1，腹產卵瓣1；V2，腹產卵瓣2；Gr，凹槽；SA，扇形突起；A，倒鉤狀組織；CS，腔錐形感器；MS，半球形感器；SS，栓錐形感器；G，缺刻。Note: A, Ovipositor of female; B, Middle of ovipositor sheath; C, Ends of ovipositor sheath; D, Middle of specula-speculae; E, Ends of specula-speculae; F, Dorsal valves; G, Ends of inside ventral valves1; H, Ends of outside ventral valves 2 and inside dorsal valves. Ss，specula-speculae; Os，ovipositor sheath; TS1，trichoid sensilla 1; S，striation; TS3，trichoid sensilla 3; D，dorsal valves; V1，ventral valves 1; V2，ventral valves 2; Gr，groove; SA，sectorapophysis; A，barb-like apophyse; CS，coeloconic sensilla; MS，misphaericis sensilla; SS，styloconic sensilla; G，gap.

3 結論與討論

通過對圓柏大痣小蜂雌成蟲觸角、下顎須、產卵器3個部位感器進行觀察分析，共發(fā)現(xiàn)14個不同的感受器亞型，分別為：B?hm氏鬃毛、板形感受器、毛形感受器(3個亞型)、刺形感受器(4個亞型)、錐形感受器(2個亞型)、栓錐形感受器、乳頭形感受器和半球形感器。這些感器在不同部位上的類型存在一定差異，其中下顎須感受器種類最多，有7個不同亞型，觸角和產卵器上各有5個不同亞型。圓柏大痣小蜂雌成蟲觸角共分為14節(jié)，分別由支角突、柄節(jié)、梗節(jié)、環(huán)節(jié)、索節(jié)(7個亞節(jié))和棒節(jié)(3個亞節(jié))組成。支角突位于觸角窩中，較為短小，柄節(jié)最長，與梗節(jié)之間夾角約為90°，索節(jié)各亞節(jié)的形狀大小相似，棒節(jié)各亞節(jié)由基部至端部逐漸變短。

圓柏大痣小蜂作為一種植食性寄生蜂，其雌成蟲觸角的感器類型與其它膜翅目昆蟲的觸角感器差別不大(Baaren and Boivinetal.，1999；Onagbola and Fadamiro，2008；Xi and Zhuetal.，2011)，共觀察到B?hm氏鬃毛、板形感受器、毛形感受器1、刺形感受器1、錐形乳頭狀感器5種感器類型。B?hm氏鬃毛長4.5～7.5 μm，外形呈短刺狀，與觸角垂直且有基窩，簇狀分布于柄節(jié)端部與梗節(jié)腹面相接處，這與馬濤(2013)、伊志豪(2016)的研究結果相符。同時，B?hm氏鬃毛在蚧科、夜蛾科、豆象科等昆蟲中也被廣泛發(fā)現(xiàn)(陳新，2013；魏延弟，2015；王旭，2017)。B?hm氏鬃毛作為一種感受重力和觸角位置的機械感器，可在昆蟲自身的移動過程中感知身體的方位和移動的趨勢(Krishnan and Sudarsan，2012；馬濤等，2013)，這可能在圓柏大痣小蜂尋找寄主并感知產卵的過程中起重要作用。

觸角上的板型感器基部長條形，與觸角表面連接在一起，延伸出一個較為寬大的瘦長橢圓形端部鈍尖、突出，長55～60 μm。這與姬蜂科觸角上的分布相同，圓柏大痣小蜂觸角上的板形感器均勻分布于索節(jié)至棒節(jié)處(鄒德玉等，2008)。有研究通過對紅足側溝繭蜂Anomalacuprea觸角上的板形感器進行透射電鏡觀察與單細胞電位記錄實驗，發(fā)現(xiàn)其對不同的揮發(fā)性物質有著強烈的敏感性，這表明板型感器有化學感知的功能(Ochieng and Zhu，2000)，另有研究認為板形感器為雌雄寄生蜂尋找寄主和交配奠定了基礎(高艷，2006)，因此，板形感器可能在雌蜂尋找適宜的球果產卵的過程中發(fā)揮了重要作用。

毛形感器1細毛發(fā)狀，長30～50 μm，基部具有臼狀窩，有一定弧度，頂部細且尖，與觸角間形成30～60°的銳角，廣泛分布于觸角各節(jié)。作為廣泛分布的感受器類型，毛形感器1的功能被描述為機械感受作用(Onagbola and Fadamiro，2008)。在圓柏大痣小蜂的產卵行為過程中，發(fā)現(xiàn)落于祁連圓柏上的圓柏大痣小蜂用觸角觸探的頻率非常高，因此，毛形感器1在圓柏大痣小蜂感受球果形態(tài)方面起著重要作用。

刺形感器1略短于毛形感器1，長20～25 μm，筆直且有棱，基部較為突出，游離分布于觸角的索節(jié)各亞節(jié)。這種感器被廣泛的發(fā)現(xiàn)于膜翅目蜂科的昆蟲中(Barlin and Vinson，1981)。赤眼蜂和纓小蜂觸角感受器與產卵器感受器的刺形感器1具有機械感受及味覺感受作用(劉俊紅等，2008)。據(jù)此推測，觸角上的刺形感器可能為圓柏大痣小蜂野外補充營養(yǎng)提供了支持。

錐形乳頭狀感器位于基窩中，基窩寬約7.9 μm，感器形似乳頭狀突起，分布于索節(jié)端部。有報道稱，在麗蠅蛹集金小蜂Nasoniavitripennis和蠅蛹金小蜂Pachycrepoideusvindemmiae觸角索節(jié)的端部也觀察到錐形乳頭狀感器(Miller，1972；趙海燕等，2013)。這種感器多發(fā)現(xiàn)于寄生蜂的觸角上，根據(jù)(Miller，1972)的研究認為此類感器可能具有嗅覺或感受特殊揮發(fā)性物質的功能，因此錐形乳頭狀感器很可能在圓柏大痣小蜂區(qū)分寄主的過程中發(fā)揮了作用。

圓柏大痣小蜂雌成蟲口器為典型的咀嚼式口器，由唇基、上唇、上顎、下唇和下顎組成，下唇與下顎具下唇須與下顎須，其中下顎須感器類型最為豐富。下顎須共5節(jié)，第1節(jié)尤其寬大，與第二節(jié)之間夾角約為90°，其余4節(jié)較細短，第5節(jié)上的感器明顯多于其余四節(jié)。共觀察到4種感受器，分為7個感受器亞型，分別是毛形感受器(2個亞型)、刺形感受器(3個亞型)、錐形感受器和栓錐形感受器。

下顎須上的毛形感受器的兩個亞型分別為毛形感受器1和毛形感受器2。毛形感器1與觸角上的毛形感器相同，長30～50 μm，細毛狀，端部有一定弧度，基部具有臼狀窩，與觸角間形成30～60°的銳角，分布于下顎須的第1、3、4、5節(jié)上；毛形感器2長75～100 μm，比毛形感器1長且數(shù)量較少，在形態(tài)上變化不大，只分布于下顎須第一節(jié)腹面中部。研究認為此類毛形感器具有機械感受作用(Onagbola and Fadamiro，2008)，可能在圓柏大痣小蜂下顎須不斷觸探的過程中起到感受物體形態(tài)的作用。

刺形感器分為3個亞型，分別為刺形感器2、刺形感器3和刺形感器4，不同于刺形感器1，這3個亞型的感器外壁均無棱。刺形感器2基部位于第3節(jié)基部較深的基窩中，與下顎須基本垂直，長約8.2 μm，基窩寬度約4.6 μm；刺形感器3形態(tài)上與刺形感器2相似，但無基窩，與表面夾角約30°，長約7.5 μm，分布于下顎須末節(jié)端部；刺形感器4較刺形感器3更長，長約22.5 μm。Schneider(1964)最早描述刺形感器具有機械感受功能，后有研究發(fā)現(xiàn)刺形感器也可以感知溫、濕度的變化(Kaissling，1986；馬濤等，2013)。而王旭(2017)認為朝鮮毛球蚧的刺形感器還具有味覺感受作用，因此，刺形感器對昆蟲選擇適宜的產卵場所等行為有著積極意義。

栓錐形感器端部鈍尖，基部位于一個突出的圓臺狀基窩中，基窩寬約4.5 μm，分布于下顎須第3節(jié)腹面端部。栓錐形感器在鞘翅目、鱗翅目、膜翅目的觸角和產卵器上被廣泛發(fā)現(xiàn)，在觸角上被認為具有感知溫濕度及植物揮發(fā)物氣味的作用(尹新明和蔣書楠，1995；Brown and Anderson，1998；鄒德玉等，1998)。由此，認為位于下顎須上的產卵器在圓柏大痣小蜂感受溫濕度的過程中有一定的作用。

錐形感器比毛形感器和刺形感器粗，端部鈍尖，長約16.1 μm，基部寬3.8 μm，垂直于下顎須末節(jié)端部。錐形感器多分布于膜翅目昆蟲觸角、下顎須和產卵器端部，具有壁薄、壁孔多的特點(王義平等，2008；鄒德玉等，2009)。據(jù)此特點，推測下顎須上的錐形感器具有嗅覺感受的作用，利于圓柏大痣小蜂近距離感受寄主氣味。

圓柏大痣小蜂雌成蟲產卵器由刺基板、產卵器內板、產卵器外板、產卵鞘和產卵針構成，產卵針自基部分為3個產卵瓣，背產卵瓣、腹產卵瓣1和腹產卵瓣2，由產卵鞘包裹，產卵時產卵針與產卵鞘分離。產卵鞘外部密被毛形感器，內側包裹產卵針，產卵針端部具溝槽、缺刻、倒鉤狀齒、感受器等結構，其余部分光滑。溝槽與缺刻位于腹產卵瓣側面上，腹產卵瓣上的溝槽與背產卵瓣上的縱凸嵌入在一起，缺刻則能夠在平衡槽間氣壓的過程中起到重要作用，二者之間的相互協(xié)調利于產卵瓣之間的滑動(鄒德玉等，2009)。倒鉤狀齒在一些寄生蜂中也被發(fā)現(xiàn)，作用被描述為幫助產卵針突破寄主體壁(谷小紅等；2017)，據(jù)此推斷，背產卵瓣上的倒鉤狀齒有利于圓柏大痣小蜂產卵時鉆透祁連圓柏球果種皮，并將所產生的碎屑推出。在產卵器上共觀察到4種感受器，分為5個亞型，分別為毛形感受器1、毛形感受器3、栓錐形感受器、半球形感受器和腔錐形感受器，其中在產卵針端部新發(fā)現(xiàn)一種半球形感受器，其大小明顯小于其它類型的感器，位于腹產卵瓣內側端部，可能具有感知球果內部氣味的作用。

產卵鞘表面分布有毛形感器，共2個亞型，其中，毛形感器1分布于產卵鞘中部內側，排成一列且間隔均勻，外側具橫紋且毛形感器分布較密集，具有機械感受作用。谷小紅等(2017)，認為其在感受產卵鞘與產卵針分離及外界條件中起到重要作用；區(qū)別于毛形感器的其他亞型，毛形感器3長約16.5～27.5 μm，是毛形感器中最短的，只分布于產卵鞘端部，與產卵鞘夾角接近90°。功能上毛形感器3與其它兩種感受器不同，毛形感器3還具有嗅覺功能，具有感受植物揮發(fā)物與性信息素的作用(Naters，2007；Sun and Xiaoetal.，2014)。

產卵針上栓錐形感受器均勻分布于背產卵瓣內側端部，Brown等的研究中對甘藍根蛆匙胸癭蜂Trybliographarapae產卵器上的栓錐感器進行了描述(Brownand and Anderson，1998)，利用透射顯微鏡技術觀察表明栓錐形感器由多個樹突的神經(jīng)元所支配，栓錐感器具有感受味覺的功能，在產卵針的刺探過程中能夠識別寄主并做出反應。

產卵針上腔錐形感器可見于膜翅目觸角及產卵器上(洪權春等，2016)，大痣小蜂的腔錐形感器分布于腹產卵瓣“八”字形缺刻的兩側的基窩中，端部鈍圓，基窩寬約4.1 μm。關于腔錐形感器功能，大部分認為其具有嗅覺感知的功能，還有研究認為其也具有感知溫濕度的功能(劉曼等，2013；洪權春等，2016)。由于其分布的特殊性，認為圓柏大痣小蜂腹產卵瓣端部的腔錐形感器可能具有感知寄主植物特定揮發(fā)性物質的作用。