黑盾胡蜂觸角感受器的掃描電鏡觀察

施 雯，李晨陽(yáng)，王宇宸，柳 青，易傳輝，和秋菊

（1云南省森林災(zāi)害與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護(hù)學(xué)院，昆明650224；2保山學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南保山678000；3西南林業(yè)大學(xué)云南生物多樣性研究院，昆明650224）

0 引言

黑盾胡蜂(Vespa bicolor)隸屬于膜翅目(Hymenopera)胡蜂總科(Vespidea)胡蜂科(Vespidae)，是一類重要的天敵昆蟲，主要分布于中國(guó)、印度和越南等地[1-3]。對(duì)黑盾胡蜂的研究主要涉及發(fā)生情況、建巢、蜂毒成分及抗菌肽、線粒體基因組測(cè)序等[2,4-10]。觸角作為昆蟲最主要的感覺器官，對(duì)昆蟲覓食、求偶、產(chǎn)卵、棲境選擇、尋找寄主等起著非常重要的作用[11]。昆蟲觸角感受器的類型、結(jié)構(gòu)和功能在不同的昆蟲中表現(xiàn)不同，即使同種昆蟲的雌雄成蟲觸角感受器也可能存在差異[12]。明確昆蟲觸角感受器的種類、形態(tài)、分布以及功能，可為了解該昆蟲的行為機(jī)制奠定基礎(chǔ)[13]。目前未見有對(duì)黑盾胡蜂觸角感器的相關(guān)研究，筆者利用掃描電鏡對(duì)黑盾胡蜂的觸角感器進(jìn)行觀察，以期進(jìn)一步了解其感器的結(jié)構(gòu)與功能。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)昆蟲

黑盾胡蜂成蟲采集于云南省保山市龍陵縣鎮(zhèn)安鎮(zhèn)野外，采集后放入飼養(yǎng)箱中，用蘋果和10%蜂蜜水喂食待用。

1.2 樣品制備與電鏡掃描觀察

選取黑盾胡蜂的工蜂、雄蜂各5頭，在體視鏡下用解剖刀從觸角柄節(jié)基部將觸角小心切下，再放入用磷酸緩沖鹽溶液(PBS)稀釋的25%戊二醛固定液中固定24 h，隨后放入0.9%氯化鈉溶液清洗3次，每次各15 min，再依次使用75%、85%、95%、100%乙醇溶液梯度脫水各10 min。取出處理好的觸角室溫下干燥2 h后，分別將背面和腹面放在粘好導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)上，后放入30 mA真空電流下的離子濺射儀內(nèi)進(jìn)行300 s噴金處理，增強(qiáng)觸角的導(dǎo)電性，噴好金的觸角即可放入場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FEI Nova Nano SEM 450)中進(jìn)行觀察及拍照。

1.3 感受器的命名與統(tǒng)計(jì)

觸角感器的分類和命名主要依據(jù)感器的外部形態(tài)、表面特征、孔的有無(wú)等，并參照文獻(xiàn)[14-18]的原則進(jìn)行描述。應(yīng)用Image J對(duì)觸角各節(jié)的長(zhǎng)度、感受器的長(zhǎng)度和基部直徑進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)用Photoshop 7.0對(duì)電鏡掃描圖片進(jìn)行細(xì)節(jié)處理和感受器的標(biāo)識(shí)，應(yīng)用Excel 10.0和SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的一般形態(tài)

黑盾胡蜂觸角呈膝狀，著生于頭部的觸角窩支角突上。雄蜂觸角13節(jié)，由柄節(jié)、梗節(jié)和11個(gè)鞭小節(jié)組成，全長(zhǎng)(9992.24±179.44)μm；工蜂觸角12節(jié)，由柄節(jié)、梗節(jié)和10個(gè)鞭小節(jié)組成，全長(zhǎng)(8499.82±61.71)μm（表1）。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，黑盾胡蜂觸角各節(jié)均著生有感器，且從柄節(jié)到鞭節(jié)感器數(shù)量逐漸增多；其中雄蜂觸角鞭節(jié)每個(gè)小節(jié)腹面外側(cè)有2個(gè)角質(zhì)層突起，但感受器分布極少（圖1）。

圖1 黑盾胡蜂雄蜂觸角角質(zhì)層突起

表1 黑盾胡蜂觸角各節(jié)長(zhǎng)度 μm

2.2 觸角感器的類型

黑盾胡蜂觸角上共有5種類型感器，分別為毛形感器(trichoid sensilla，TS)、板型感器(placodea sensilla，PS)、刺形感器 (chaetica sensilla，CS)、錐形感器(basiconic sensilla，BS)、腔錐形感受器 (coeloconic sensilla，CoS)，前4種感器均有2種亞型，腔錐形感受器僅1種類型，其中以毛形感器和板形感器數(shù)量最多、分布范圍最廣。雄蜂和工蜂個(gè)體間感器的類型相同，分布范圍基本相似，僅感器大小和分布位置略有差異（表2～3、圖2～4）。

表2 黑盾胡蜂雄蜂各感器長(zhǎng)度及基部直徑（寬度）比較 μm

表3 黑盾胡蜂工蜂各感器長(zhǎng)度及基部直徑（寬度）比較 μm

圖2 黑盾胡蜂觸角感器類型(a)

圖3 黑盾胡蜂觸角感器類型(b)

圖4 黑盾胡蜂觸角感器類型(c)

2.2.1 毛形感器(trichoid sensilla，TS)毛形感器是黑盾胡蜂觸角上數(shù)量最多的類型，在觸角各節(jié)上均有大量分布。根據(jù)其形態(tài)可以分為2種亞型。

毛形感器Ⅰ型(trichoid sensilla I，TS I)數(shù)量眾多，遍布整個(gè)觸角，尤以鞭節(jié)末端幾小節(jié)的數(shù)量最多。TSI毛體較長(zhǎng)，表面有螺旋狀條紋，基部有基窩，整體較粗，從基部到端部逐漸變細(xì)，端部尖而彎曲，與觸角軸成銳角生長(zhǎng)，有時(shí)整體會(huì)呈弧線彎曲。雄蜂TSⅠ長(zhǎng)(20.24±0.29)μm，基部直徑(2.42±0.04)μm；工蜂 TSⅠ長(zhǎng)(16.35±0.16)μm，基部直徑(2.14±0.05)μm。

毛形感器Ⅱ型(trichoid sensillaⅡ，TSⅡ)數(shù)量較少，主要分布于觸角鞭節(jié)末端幾小節(jié)，多集中在鞭節(jié)最后一小節(jié)末端?；炕C不似Ⅰ型明顯，基部直徑較Ⅰ型窄，表面光滑有豎直條紋，整體細(xì)長(zhǎng)呈弓形彎曲，尖端較細(xì)，從基部到端部漸細(xì)但不明顯。雄蜂TSⅡ長(zhǎng)(14.56±0.36)μm，基部直徑(1.46±0.03)μm；工蜂TSⅡ長(zhǎng)(14.94±0.20)μm，基部直徑(1.34±0.04)μm。

2.2.2 板形感器(placodea sensilla，PS)板形感器的數(shù)量?jī)H次于毛形感器，廣泛分布于觸角鞭節(jié)各個(gè)小節(jié)上，以鞭節(jié)末端數(shù)量最多，觸角背面分布數(shù)量比腹面多。

板形感器Ⅰ型(placodea sensilla I，PS I)呈細(xì)長(zhǎng)橢圓形板狀結(jié)構(gòu)，著生于形狀相同穴窩內(nèi)，略突起或不突起，常覆于觸角表面。PSⅠ表面有非常多的微小孔，單排排列整齊。雄蜂PSⅠ長(zhǎng)(30.40±0.31)μm，基部直徑(2.91±0.05)μm；工蜂PSⅠ長(zhǎng)(26.35±0.24)μm，基部直徑(3.58±0.07)μm。

板形感器Ⅱ型(placodea sensillaⅡ，PSⅡ)呈橢圓形，較Ⅰ型短粗，其表面微小孔更密集，雙排緊密排列。雄蜂PSⅡ長(zhǎng)(22.60±0.43)μm，基部直徑(3.79±0.11)μm；工蜂 PSⅡ長(zhǎng)(20.34±0.16)μm，基部直徑(3.27±0.07)μm。

2.2.3 刺形感器(chaetica sensilla，CS)刺形感器的數(shù)量也較多，在觸角各節(jié)均有分布，但主要集中在鞭節(jié)末端幾節(jié)。

刺形感器Ⅰ型(chaetica sensillaⅠ，CSⅠ)形狀如短刺，與觸角軸幾乎呈90°?；坑谢C，從基部到端部逐漸變細(xì)，表面布有小孔和細(xì)長(zhǎng)大紋飾及不規(guī)則小紋飾。主要分布在鞭節(jié)各小節(jié)前端和末端，以鞭節(jié)最末端一小節(jié)數(shù)量最多。雄蜂CSⅠ長(zhǎng)(11.75±0.21)μm，基部直徑(2.63±0.09)μm；工蜂CSⅠ長(zhǎng)(8.79±0.16)μm，基部直徑(2.59±0.09)μm。

刺形感器Ⅱ型(chaetica sensillaⅡ，CSⅡ)為長(zhǎng)刺形感受器，常分布于觸角背面，比Ⅰ型更長(zhǎng)，與觸角軸幾近90°?；坑谢C，端部更加細(xì)長(zhǎng)，頂端不向內(nèi)凹，表面有較多細(xì)長(zhǎng)紋飾直至尖端。以鞭節(jié)最末端數(shù)量最多。雄蜂CSⅡ長(zhǎng)(17.01±0.38)μm，基部直徑(2.49±0.06)μm；工蜂CSⅡ長(zhǎng)(12.20±0.23)μm，基部直徑(2.67±0.05)μm。

CSⅠ和CSⅡ除形態(tài)不同，在長(zhǎng)度和基部寬度上也有區(qū)別。前者明顯比后者更短粗，容易與錐形感受器I混淆，可通過(guò)觀察表面是否有紋飾進(jìn)行判斷。此外，CSⅡ形態(tài)細(xì)長(zhǎng)，容易與毛形感器Ⅰ型混淆，刺型感器常直立于眾多毛形感器之中，毛形感器Ⅰ型從基部至端部明顯漸尖且彎曲，而刺型感器Ⅱ型從基部至端部略漸尖但無(wú)彎曲。

2.2.4 錐形感器(basiconic sensilla，BS)錐形感器也有2種亞型，兩者間形態(tài)結(jié)構(gòu)差異明顯。

錐形感器Ⅰ型(basiconic sensillaⅠ，BSⅠ)呈乳突狀或小釘狀，基部膨大，向端部逐漸變細(xì)，表面光滑，具很多微小孔。主要集中分布在鞭節(jié)各小節(jié)末端與上一小節(jié)連接處部位，與觸角軸幾乎呈直角。雄蜂BSⅠ長(zhǎng)(8.73±0.20)μm，基部直徑(3.04±0.09)μm；工蜂Ⅰ長(zhǎng)(7.95±0.09)μm，基部直徑(3.19±0.04)μm。

錐形感器Ⅱ型(basiconic sensillaⅡ，BSⅡ)感器相對(duì)較大，短粗呈圓錐形，表面有明顯的紋飾，散布有許多微小孔，基部有明顯突出的基窩，頂端常圓鈍，部分截平或向內(nèi)微凹。在觸角上的分布不均勻，一般聚集分布于鞭節(jié)第2～11小節(jié)背面中部和鞭節(jié)末端3小節(jié)腹面中部。雄蜂BSⅡ長(zhǎng)(12.51±0.12)μm，基部直徑(2.49±0.06)μm；工蜂BSⅡ長(zhǎng)(13.58±0.13)μm，基部直徑(7.64±0.13)μm。

2.2.5 腔錐形感器(coeloconic sensilla，CoS)該類型感器數(shù)量較少，著生在觸角表面基部凹窩里，有時(shí)會(huì)稍露出錐狀端部，基窩形如圓盤形孔洞，表面光滑。主要分布在觸角鞭節(jié)各小節(jié)腹面中部和鞭節(jié)末端幾節(jié)的背面中部。腔錐形感器的大小以基窩的長(zhǎng)寬值來(lái)衡量，雄蜂CoS長(zhǎng)約(11.30±0.21)μm，寬約(7.65±0.16)μm；工蜂CoS長(zhǎng)約(9.45±0.31)μm，寬約(6.81±0.23)μm。

3 結(jié)論與討論

掃描電鏡觀察表明，黑盾胡蜂雄蜂觸角13節(jié)，有11個(gè)鞭小節(jié)，每一小節(jié)上均有2個(gè)角質(zhì)層突起；工蜂觸角12節(jié)，有10個(gè)鞭小節(jié)，每個(gè)小節(jié)上未發(fā)現(xiàn)角質(zhì)層突起。黑盾胡蜂雄蜂和工蜂個(gè)體間感器的類型相同，共有5種類型感器，即毛形感器(TS)、板形感器(PS)、刺形感器(CS)、錐形感器(BS)、腔錐形感器(CoS)，其中前4類感器均有2種亞型。5類感器中以毛形感器和板形感器數(shù)量最多，分布范圍最廣。雄蜂和工蜂各感器分布范圍基本相似，僅感受器大小和分布位置略有差異。

昆蟲通過(guò)觸角表面著生的各種類型感器感受外界環(huán)境刺激，實(shí)現(xiàn)個(gè)體間信息交流，完成覓食、求偶、繁殖和躲避天敵等基本生物學(xué)行為，因此，研究和認(rèn)識(shí)昆蟲觸角感器的類型和功能對(duì)于理解昆蟲與外部環(huán)境的協(xié)同適應(yīng)關(guān)系及行為表達(dá)具有重要意義[19]。目前，有關(guān)膜翅目昆蟲觸角感器研究報(bào)道較多，見報(bào)道的有姬小蜂科(Eulophidae)[17-18]、繭蜂科(Braconidae)[20]、姬蜂科(Ichneunmonidae)[21]、蚜繭蜂科(Aphidiidae)[22]和榕小蜂科(Agaonidae)[23]等體型較小的蜂類，也有零散關(guān)于熊蜂科(Bombidae)觸角感器的報(bào)道[24]，但對(duì)體型相對(duì)較大的胡蜂科昆蟲的觸角感器報(bào)道較少，見報(bào)道的有對(duì)東方胡蜂(Vespa orientalis)觸角研究[25]，觸角類型與黑盾胡蜂相同，但東方胡蜂具有劍梢感器(sensilla scolopidia)，缺板形感器，劍梢感器僅1種類型，數(shù)量極少。前人研究發(fā)現(xiàn)，非寄生蜂類的雄性比雌性擁有更長(zhǎng)的鞭節(jié)和更短的柄節(jié)[24]，本研究支持這一結(jié)論，黑盾胡蜂雄蜂觸角較雌蜂（工蜂）長(zhǎng)，可能與尋找配偶有關(guān)。不同類型感器與不同功能相對(duì)應(yīng)，如毛形感器可能與機(jī)械刺激感知有關(guān)，板形感器可能與接受氣味信息有關(guān)，黑盾胡蜂各感器功能有待今后結(jié)合單細(xì)胞電信號(hào)記錄、單感器記錄或免疫電鏡等技術(shù)進(jìn)一步研究。

由于本次研究沒有采集到黑盾胡蜂蜂王，未能對(duì)其觸角感器進(jìn)行觀察，無(wú)法了解其形態(tài)結(jié)構(gòu)與類型及與雄蜂和工蜂的差異，有待今后補(bǔ)充研究。