蠼螋Labidura riparia Pallas成蟲觸角感器的超微結(jié)構(gòu)觀察

田彩紅，張勝男，王亞楠，李國(guó)平，黃建榮，封洪云，封洪強(qiáng)

（河南省農(nóng)作物病蟲害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部華北南部作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河南省作物保護(hù)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/河南省生物農(nóng)藥工程研究中心/河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，鄭州 450002）

蠼螋Labidura riparia，屬革翅目 Dermaptera，蠼螋亞目 Forficulina。蠼螋科 Labiduridae, 蠼螋屬Labidura[1]。根據(jù)我們的田間調(diào)查，蠼螋廣泛分布于河南省的玉米田和棉花田，是草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda、亞洲玉米螟Ostrinia furnacalis、桃蛀螟Conogethes punctiferalis和二點(diǎn)委夜蛾Athetis lepigone等害蟲的重要天敵之一。其若蟲和成蟲生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，且具有強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性[2,3]。蠼螋屬的昆蟲行動(dòng)敏捷，活動(dòng)能力強(qiáng)，在飼養(yǎng)容器內(nèi)四處活動(dòng)，行進(jìn)中觸角持續(xù)擺動(dòng)到處搜索[4]。其觸角在捕食、求偶和尋找產(chǎn)卵場(chǎng)所的信息中具有重要的作用。目前，蠼螋成蟲的觸角超微結(jié)構(gòu)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)觀察蠼螋雌、雄觸角形態(tài)，感器形態(tài)、類型和分布特征，為深入研究蠼螋的捕食等控制害蟲的行為提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

蠼螋雌雄成蟲于 2020年 4月采自河南省新鄉(xiāng)市平原新區(qū)河南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開發(fā)基地（35o0′13″ N，113o42′28″ E）的春玉米田，在實(shí)驗(yàn)室條件下以控光（16L:8D）、控溫（23±0.5）℃、控濕RH（65%～68%）的萊福PQX型人工氣候箱內(nèi)以草地貪夜蛾卵和低齡幼蟲飼養(yǎng)。蠼螋雌、雄成蟲性別鑒別方法參考Kamimura等[5]。

1.2 材料處理

取蠼螋雌、雄成蟲各 10頭，在顯微鏡下用眼科手術(shù)彎剪刀剪取額面部分，同時(shí)用鑷子小心夾取樣品利用蒸餾水洗瓶將觸角表面的雜質(zhì)除去，在顯微鏡下挑取形態(tài)完整的觸角用于掃描電子顯微鏡樣品制作，并拍照記錄蠼螋成蟲雌、雄觸角的一般形態(tài)。

1.3 制樣方法

將清潔干凈的蠼螋成蟲觸角浸泡于含有2%戊二醛的磷酸緩沖液（pH 7.0）的離心管中（利用該種方法可以省去抽氣的步驟），置于4 ℃冰箱固定過(guò)夜。次日，依次用50%、60%、70%、80%和90%乙醇脫水各10 min，再用100%乙醇脫水2次，每次10 min[6-8]。

1.4 掃描電鏡觀察

取經(jīng)前處理的蠼螋雌、雄成蟲完整觸角，根據(jù)觀察需要分別將不同面朝上粘于樣品座上，使感器完全暴露于視野平面上。粘牢固后噴金，之后在日立HITACHISU-3500掃描電子顯微鏡下觀察觸角基部、中部、端部數(shù)節(jié)及頂節(jié)，同時(shí)拍照。觀測(cè)過(guò)程中，為避免尖端效應(yīng)，可以選擇加速電壓為5 kV。對(duì)感器的分類和命名參照Schneider命名法[9]和Jefferson[10]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 蠼螋成蟲觸角的基本形態(tài)及結(jié)構(gòu)

蠼螋成蟲的觸角呈褐黃色，絲狀，由柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)三部分組成（圖 1a，b），觸角基部與復(fù)眼連接處密布剛毛。雌蟲觸角平均長(zhǎng)8.85～12.17 mm；雄蟲觸角平均長(zhǎng)9.54～15.78 mm。雌、雄成蟲的觸角柄節(jié)較長(zhǎng)，長(zhǎng)度為（2034.26±2.62）μm；端部明顯寬于基部，基部直徑（129.41±1.78）μm，端部最寬處直徑為（356.42±2.74）μm。梗節(jié)短小，長(zhǎng)度為（123.46±3.17）μm，在梗節(jié)處呈肘狀彎曲（圖1b，d）；鞭節(jié)最長(zhǎng)，雌蟲鞭節(jié)長(zhǎng)度為8.21～10.67 mm；雄蟲鞭節(jié)長(zhǎng)度為9.10～14.32 mm。雌、雄蟲鞭節(jié)各亞節(jié)形狀及大小近似，端部較基部寬，基部直徑為（89.52±4.61）μm。端部最寬處直徑為（28.31±3.15）μm。與雌成蟲相比，雄成蟲的感器發(fā)達(dá)，數(shù)量豐富（圖1b，d）。

圖1 蠼螋成蟲觸角的一般形態(tài)Fig. 1 Normal antennal morphology of adult Labidura riparia

2.2 蠼螋成蟲觸角感器類型及分布

利用掃描電子顯微鏡對(duì)蠼螋成蟲的雌、雄成蟲觸角的柄節(jié)，梗節(jié)和鞭節(jié)進(jìn)行多方位觀察，發(fā)現(xiàn)蠼螋成蟲觸角上分布的感器有8種，分別是：刺形感器（sensilla chaeticum，SC）、毛形感器（sensilla trichode，ST）、芽孢感器（sensilla gemmiformium，SG）、鱗形感器（sensillum squamiformia，SSQ）、栓錐形感器（sensilla styloconica，SS）、B?hm氏鬃毛（B?hm bristles）、壇形感器（sensillum ampullaceum）和腔乳頭狀感器（sensilla cavitata-peg，SCP）。

2.2.1 刺形感器 是蠼螋觸角上數(shù)量最多的一類感器。也被命名為鬃毛，外形如刺，直立于雌、雄蟲的觸角表面，在蠼螋觸角上有長(zhǎng)刺形感器（刺形感器Ⅰ）和短刺形感器（刺形感器Ⅱ）兩種類型。刺形感器Ⅰ基部直徑為（5.31±0.52）μm，長(zhǎng)約72～86 μm，臼狀窩直徑為21～34 μm，在觸角的柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)都有分布（圖2b～h）。刺形感器Ⅱ，基部直徑為（3.17±0.32）μm，長(zhǎng)約28～34 μm，臼狀窩直徑為18～26 μm，多分布在雌、雄蟲柄節(jié)內(nèi)側(cè)和復(fù)眼周圍的顏面部分（圖2b，d）。

2.2.2 毛形感器 毛形感器是蠼螋觸角上僅次于刺形感器的第二大類感器。為蠼螋觸角表皮外突的剛毛狀和細(xì)長(zhǎng)毛狀結(jié)構(gòu)，其基部呈現(xiàn)膜狀。多分布在蠼螋雌、雄觸角的柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)部分，以鞭節(jié)部位居多，雄蟲多于雌蟲?；恐睆綖椋?.27±0.7）μm，基部粗，頂部漸變成尖細(xì)狀。參照鱗翅目昆蟲的二點(diǎn)委夜蛾的命名方法[6]，端部直立的為長(zhǎng)直毛形感器（STⅠ），多分布在觸角的鞭節(jié)部分（圖2b、c、e和f），端部彎曲的為長(zhǎng)曲毛形感器（STⅡ），基部直徑為（4.18±0.50）μm，多分布在觸角的鞭節(jié)部分（圖2b、c、e和f）。

2.2.3 芽孢形感器 感器基部較粗，頂端尖而微彎曲形似芽胞，也有的頂部枯萎形成折斷狀（圖2h）?；恐睆綖椋?.8±0.5）μm，芽孢長(zhǎng)82～87 μm，分布于雄蛾觸角的鞭節(jié)（圖2h）。

2.2.4 栓錐形感器 著生于觸角表皮的凹窩內(nèi)，基部圓柱狀，直徑（5.8±0.65）μm，栓高約13～17 μm。外壁上具有豐富的小孔，頂部具刺。多分布在雌、雄蟲鞭節(jié)上（圖2b）。

2.2.5 腔乳頭狀感器 表皮突起，觸角表面呈乳頭狀，周邊具腔形結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)直徑約6～12 μm，主要位于雌蟲鞭節(jié)（圖2g）。

2.2.6 鱗形感器 表面結(jié)構(gòu)呈鱗片狀，基部有臼狀窩，端部和觸角表面形成微小夾角。多存在于雄蟲觸角鞭節(jié)（圖2i）。

2.2.7 壇形感器 觸角表面的表皮呈錐形狀，其表皮外凹陷入似壇形的孔穴中，壇直徑為（6.17±0.42）μm，壇深（8.23±0.58）μm。主要位于雌蟲和雄蟲鞭節(jié)部分（圖2g）。

2.2.8 B?hm氏鬃毛 B?hm氏鬃毛分布在蠼螋雌、雄成蟲柄節(jié)的中部（圖2d）和雌蟲鞭節(jié)的亞節(jié)連接處（圖2b），外形短且尖，形似短刺，觸角表皮下陷成凹窩，B?hm氏鬃毛垂直于觸角表面，表面光滑，皮層無(wú)孔。

圖2 蠼螋雌、雄成蟲觸角的感器類型、分布及形態(tài)特征Fig. 2 Types, distribution and morphological characteristics of antennal sensilla for female and male adult of Labidura riparia

2.3 蠼螋雌、雄成蟲感器的比較

超景深顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，蠼螋雄蟲的觸角平均長(zhǎng)度大于雌蟲，蠼螋成蟲雄蟲具有比雌蟲具有發(fā)達(dá)和數(shù)量多的感器（圖 1）。蠼螋雄蟲觸角鱗片排列緊貼觸角表面，而雌蟲觸角表面被覆的鱗片與觸角表面有小型張角存在（圖 1c，d）。雄蟲觸角上的感器種類和數(shù)量比雌成蟲豐富。雌成蟲觸角鞭節(jié)具有水波狀結(jié)構(gòu)且鞭節(jié)頂端中空；雄成蟲刺形感器具有豎紋結(jié)構(gòu)，雄蟲觸角鞭節(jié)具有頂端凸起，感器類型比雌蟲豐富，芽孢感器為雄成蟲所特有（圖2）。

3 討論

通過(guò)有益昆蟲抑制害蟲的密度以達(dá)到經(jīng)濟(jì)閾值之內(nèi)是害蟲綜合治理（IPM）的關(guān)鍵措施之一。有效利用自然界害蟲天敵是生物治蟲的有效措施，具有成本低、效果好、減量農(nóng)藥使用、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，也是我國(guó)“農(nóng)藥化肥雙減”和“農(nóng)藥零增長(zhǎng)”政策的迫切需要[11,12]。在英國(guó)櫻桃園利用歐洲蠼螋Forficula auricularia防治斑翅果蠅Drosophila suzukii[13]，在法國(guó)東南部蘋果園釋放歐洲蠼螋防治玫瑰蘋果蚜Dysaphis plantagineaPasserini[14]也已經(jīng)報(bào)道，而且在我們的田間調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，蠼螋種群對(duì)玉米田和棉花田鱗翅目幼蟲具有一定的控害功能，且捕食量大，在田間捕食性天敵中數(shù)量比較穩(wěn)定。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精品化、無(wú)公害化的發(fā)展趨勢(shì)下，蠼螋作為本地優(yōu)勢(shì)種天敵昆蟲，具有廣闊的應(yīng)用前景。因而，明確其感器類型和分布，進(jìn)而建立蠼螋和其捕食的鱗翅目幼蟲之間的嗅覺(jué)聯(lián)系，是深入闡明蠼螋控害行為和明確其生理機(jī)制的前期基礎(chǔ)。

本研究利用掃描電子顯微鏡觀察到蠼螋成蟲觸角共有8種感器類型，其中毛形感器和刺形感器又存在2種亞型。在捕食過(guò)程中，蠼螋的觸角總是在不停地?cái)[動(dòng)，而其表面的豐富感器類型造就了蠼螋多樣的棲息環(huán)境和強(qiáng)大的生存及捕食能力[15,16]。在蠼螋成蟲的感器中以毛形感器和刺形感器為主，在雄蟲的刺形感器上具有特有的豎紋結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)中是否存在嗅覺(jué)感受神經(jīng)元及這些神經(jīng)元是否具有感受氣味方面的功能還需要進(jìn)一步研究。

在蠼螋的雌、雄成蟲的鞭節(jié)上，具有豐富的栓錐形感器，且其外壁上具有小孔結(jié)構(gòu)，觀察東亞飛蝗Locusta migratoria manilensis[17]和紅足側(cè)溝繭蜂Microplitis croceipes的超薄切片，表明該感器內(nèi)含有豐富的神經(jīng)細(xì)胞[18]，推測(cè)具有識(shí)別氣味的能力，是一種嗅覺(jué)感器。該感器在蠼螋中的具體功能如何，需要未來(lái)進(jìn)一步的研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，芽孢形感器只在雄性成蟲的觸角鞭節(jié)存在，不同的是，鱗翅目的梨小食心蟲的芽孢形感器只在雌蛾觸角上觀察到[19]，而對(duì)多數(shù)直翅目昆蟲而言，在雌、雄成蟲觸角都著生有芽孢形感器，如中華蚱蜢Acrida cinercaThunberg[20]和沼澤蝗屬的白城沼澤蝗Mecostethus baichenggensis和沼澤蝗Mecostethus grossus的2種蝗蟲等[21]。芽孢形感器對(duì)蠼螋的特有功能需要將來(lái)進(jìn)一步的深入研究。

上述各類型感器除了芽孢形感器僅在雄性個(gè)體上發(fā)現(xiàn)以外，在蠼螋雌、雄成蟲上均有發(fā)現(xiàn)，雌、雄成蟲觸角都具有豐富的感器類型，雄蟲觸角上的感器種類比雌成蟲豐富，雄蟲觸角上的毛形感器和鱗形感器多于雌蟲觸角。雌蟲觸角鞭節(jié)頂端中空，雄蟲觸角鞭節(jié)頂端凸起，感器類型比雌蟲豐富。因此，可以初步推測(cè)蠼螋成蟲觸角感器具有多樣和復(fù)雜的生理功能。將來(lái)需要進(jìn)一步利用觸角電位技術(shù)、單細(xì)胞電生理記錄分析系統(tǒng)進(jìn)一步明確這些感器的功能，為探明蠼螋的行為機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

致謝：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所電鏡室李鑫老師在電鏡掃描觀察中給予了諸多幫助,謹(jǐn)致謝意。