異凹紋胡蜂觸角感器的掃描電鏡觀察

李晨陽(yáng)，施 雯，王宇宸，柳 青，和秋菊*，易傳輝

(1.西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護(hù)學(xué)院/云南省森林災(zāi)害與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 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，云南 昆明 650224)

【研究意義】異凹紋胡蜂(Vespavelutinavarianavander Vecht)隸屬于膜翅目( Hymenoptera)胡蜂科(Vespidae)胡蜂屬(Vespa)昆蟲，主要分布于中國(guó)云南、廣西、四川、西藏等地區(qū)，先后傳入韓國(guó)、日本以及歐洲的法國(guó)、西班牙、葡萄牙等地[1]，是一種傳統(tǒng)資源昆蟲，云南民間常將其蜂巢、蜂毒等入藥，以防治風(fēng)濕病和關(guān)節(jié)炎等疾病，蜂蛹則是傣族、景頗族等少數(shù)民族的傳統(tǒng)美食[2]。同時(shí)，該蜂富含多種人體必需氨基酸，可作為一類營(yíng)養(yǎng)保健類的膳食食品，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值已得到聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織 (FAO) 的肯定和推崇[3]，因此其具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可通過(guò)人工規(guī)模化養(yǎng)殖帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。【前人研究進(jìn)展】越來(lái)越多的學(xué)者開始關(guān)注胡蜂的開發(fā)潛力，對(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分及食用價(jià)值、常微量元素等進(jìn)行了研究[4-6]。近年來(lái)，人工養(yǎng)殖在南方各地興起，該蜂為主要養(yǎng)殖種類之一，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富起到了重要作用[7-8]。由于該蜂為捕食性昆蟲，主要取食蜜蜂、蝗蟲、食蚜蠅等，以及其它膜翅目、雙翅目、直翅目和蜻蜓目等昆蟲，對(duì)生物多樣性有重要影響，人工大量養(yǎng)殖地區(qū)和該物種入侵地區(qū)已對(duì)昆蟲多樣性造成不利影響[9-11]。觸角是昆蟲重要的感覺(jué)器官，在昆蟲覓食、尋找配偶和棲息場(chǎng)所等生命活動(dòng)中具有重要作用，這些功能主要通過(guò)觸角上不同類型的感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同種類昆蟲觸角感器的類型、數(shù)量和分布等差異較大，研究昆蟲觸角感器有助于深入了解昆蟲化學(xué)感受系統(tǒng)，進(jìn)而了解其與昆蟲行為和外界化學(xué)聯(lián)系，為資源利用與危害防控提供依據(jù)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，利用電鏡對(duì)膜翅目昆蟲觸角超微結(jié)構(gòu)研究報(bào)道較多，涉及繭蜂科(Braconidae)、榕小蜂科(Agaonidae)、蟻小蜂科(Eucharitidae)、姬蜂科(Ichneumonidae)、 金小蜂科(Pteromalidae)、赤眼蜂科(Trichogrammatidae)、蜜蜂科[12-19]等類群，未見對(duì)異凹紋胡蜂的觸角結(jié)構(gòu)和感器研究的相關(guān)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】利用掃描電鏡對(duì)異凹紋胡蜂成蟲觸角及觸角感器的外部形態(tài)、類型和分布等進(jìn)行觀察，確定觸角感器的類型，以期為該物種的資源利用和危害防控提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

異凹紋胡蜂采集于云南省宣威市和龍陵縣野外。采集來(lái)后放入飼養(yǎng)箱中，用蘋果和10 %蜂蜜水喂食待用。

1.2 樣品制備及掃描電鏡

選取健康異凹紋胡蜂的蜂王、職蜂、雄蜂各5頭，在解剖鏡下用解剖刀從觸角柄節(jié)基部將觸角切下，用鑷子將觸角從觸角窩完整取下，立即投入用磷酸緩沖鹽溶液(PBS)稀釋的2.5 % 戊二醛固定液中固定24 h。再將固定后的樣品先用PBS清洗，之后依次用30 %、50 %、70 %、80 %、90 %、100 %的乙醇溶液進(jìn)行梯度脫水，每次10 min，脫水后室溫下自然干燥2 h。將脫水后干燥的觸角用導(dǎo)電膠帶固定在樣品臺(tái)上，用離子濺射鍍膜儀噴射鉑金，在真空30 mA電流下工作350 s；噴鍍完成后，將樣品在場(chǎng)發(fā)射電子掃描電鏡FEINova NanoSEM450進(jìn)行細(xì)微結(jié)構(gòu)觀察和拍照。

1.3 感器的命名及圖像處理

觸角感器的類型鑒定命名方法主要參照Schneider[20]命名方法，用Photoshop CC2018軟件對(duì)電鏡掃描圖片進(jìn)行處理和感器標(biāo)識(shí)，用Image J軟件測(cè)量觸角的各節(jié)長(zhǎng)度、感器長(zhǎng)度和基部直徑，應(yīng)用Excel 2007軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，再用SPSS 23.0軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征

異凹紋胡蜂觸角呈膝狀，從基部開始分為柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)；柄節(jié)和梗節(jié)黃色，鞭節(jié)逐漸由黃色過(guò)度到黃褐色，末端黑色。柄節(jié)著生在觸角窩支角突上，柄節(jié)最長(zhǎng)和最粗；梗節(jié)與柄節(jié)呈膝狀彎曲，是觸角活動(dòng)的主要關(guān)節(jié)；鞭節(jié)最后一節(jié)最長(zhǎng)，其余節(jié)長(zhǎng)度逐漸變短；雌蟲鞭節(jié)10節(jié)，雄蟲鞭節(jié)11節(jié)。雄蟲鞭節(jié)腹面外側(cè)有角質(zhì)層突起見圖1，其上感器分布極少；感器從柄節(jié)到鞭節(jié)逐漸增多，以最末端鞭節(jié)感器最多。

異凹紋胡蜂蜂王、職蜂和雄蜂的觸角各節(jié)總長(zhǎng)度：雄蜂(11037.98±509.99)μm>蜂王(8904.59±99.70)μm>職蜂(8425.52±392.36)μm(表1)。

2.2 觸角感器的類型

異凹紋胡蜂蜂王、雄蜂和職蜂觸角上均有5類感器，其中4類感器具兩種亞型，分別為毛形感受器1型(Trichoid Sensilla 1，TS1)，毛形感受器2型(Trichoid Sensilla 2，TS2);錐形感受器1型(Basiconic Sensilla 1，BS1)，錐形感受器2型(Basiconic Sensilla 2，BS2)，刺形感受器1型(Chaetica Sensilla 1，CS1)，刺形感受器2型(Chaetica Sensilla 2，CS2)，板型感受器1型(Placodea Sensilla 1，PS1)，板型感受器2型(Placodea Sensilla 2，PS2)，腔錐形感受器(Coeloconic Sensilla，CoS)。蜂王、職蜂和雄蜂個(gè)體間感器的類型相同，分布范圍基本相似，在這些感器中毛形感器和板形感器的數(shù)量較多，分布范圍最廣泛;感受器從柄節(jié)至鞭節(jié)第10鞭亞節(jié)(雌蜂)、11鞭亞節(jié)(雄蜂)逐步增加，以第10、11鞭亞節(jié)感受器最多，有5種類型，其分布最密數(shù)量最多，說(shuō)明此鞭亞節(jié)在其觸角所有部位中的感受能力最強(qiáng)。

表1 異凹紋胡蜂Vespa velutina variana van der Vecht觸角各節(jié)長(zhǎng)度

2.2.1 毛形感器(Trichoid Sensilla，TS) 毛形感器是觸角上數(shù)量最多的類型，在觸角各節(jié)上均有分布，觀察到兩種亞型。毛形感器1型(Trichoid Sensilla 1，TS1,圖2)：數(shù)量眾多，分布廣泛，遍布整個(gè)觸角，但以鞭節(jié)末端幾節(jié)的數(shù)量最多。毛形感器1型毛體較長(zhǎng)，表面光滑，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)，端部較尖并彎曲，與觸角軸成銳角生長(zhǎng)，有時(shí)整體會(huì)呈弧線彎曲，長(zhǎng)約(19.28±0.71) μm，基部直徑約(1.90±0.19) μm。

毛形感器2型(Trichoid Sensilla 2，TS2,圖2)：數(shù)量較少，主要分布在觸角鞭節(jié)末端幾小節(jié)，常集中在鞭節(jié)最后一小節(jié)末端，毛形感器2型與1型形態(tài)差異較大，其基部無(wú)基窩，直接從表皮伸出，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)，長(zhǎng)約(17.78±0.88) μm，基部直徑約(1.27±0.58) μm，從基部到端部漸細(xì)，但變化不明顯。毛形感器1型長(zhǎng)度較2型更長(zhǎng)，基部直徑也更寬。

2.2.2 錐形感器(Basiconic Sensilla，BS) 錐形感器1型(Basiconic Sensilla 1，BS1) 見圖3：主要集中在鞭節(jié)每一小節(jié)前端與上一小節(jié)連接處部位，數(shù)量較多，集中分布，高約(6.21±0.99) μm，直徑約(2.72±0.18) μm。整體呈乳突狀或小釘狀，基部膨大，逐漸變細(xì)，表面光滑無(wú)紋路，頂端有數(shù)量較多微小孔，在觸角表面直立，幾乎與觸角軸成直角。

錐形感器2型(Basiconic Sensilla 2，BS2,圖3)：與1型完全不同，但分布范圍與1型相似，主要分布于鞭節(jié)背面第2至第11小節(jié)，腹面主要分布于鞭節(jié)末端3小節(jié)，每一小節(jié)上集中分布于鞭節(jié)中部，鞭節(jié)最后一小節(jié)分布較廣。此類感器體形相對(duì)較大，非常明顯，錐體短粗呈圓錐形，表面有明顯的紋路，基部突出有明顯的基窩，頂端基本圓鈍，部分頂端截平或向內(nèi)微凹，頂端表面有許多微小的孔，高約(10.34±0.38) μm，直徑約(9.04±0.97) μm。此類感器形態(tài)易區(qū)分，在觸角上容易發(fā)現(xiàn)，如釘錐狀著生在觸角上，分布不均勻，一般呈聚集分布。

錐形感器的兩種亞型結(jié)構(gòu)上差別很大，錐形感器1型明顯比2型小，外觀上也區(qū)別很大，容易識(shí)別和區(qū)分。

2.2.3 板形感器 (Placodea Sensilla，PS) 此類感器數(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，觸角背面分布數(shù)量比腹面多，鞭節(jié)末端數(shù)量更大，鑒別特征明顯。

板形感器1型(Placodea Sensilla 1，PS1,圖4)：整體呈細(xì)長(zhǎng)橢圓形盤狀結(jié)構(gòu)，著生在形狀相同的穴窩內(nèi)，不突起，覆于觸角表面，長(zhǎng)(26.91±1.074) μm，寬約(2.83±0.37) μm。感器表面有非常多的微小孔，單排排列整齊。

板形感器2型(Placodea Sensilla 2，PS2,圖4)：與1型相似，但沒(méi)有1型細(xì)長(zhǎng)，整體呈橢圓形較短粗，長(zhǎng)約(18.78±1.28) μm，寬約(3.68±0.42) μm，感器表面的小孔比1型更密集，雙排緊密排列；2型感器表面較1型粗糙，相對(duì)較不平整。

2.2.4 刺形感器 (Chaetica Sensilla，CS) 刺形感器數(shù)量較多，在觸角各個(gè)部分都有分布，主要集中在鞭節(jié)末端幾節(jié)。

刺形感器1型(Caetica Sensilla 1，CS1,圖5)：短刺形感器，狀如短刺，直立于觸角上，與觸角軸呈90°，長(zhǎng)約(9.93±0.83)μm 直徑約(3.39±0.52)μm?；坑谢C，從基部到端部逐漸變細(xì)，頂端較細(xì)并向內(nèi)凹陷成一個(gè)小孔洞，感器表面較光滑，有細(xì)長(zhǎng)的紋路，由一排排小孔組成。主要分布在鞭節(jié)小節(jié)前端和末端，鞭節(jié)最末端數(shù)量最多。

刺形感器2型(Chaetica Sensilla 2，CS2,圖5)：長(zhǎng)刺形感器，較1型更長(zhǎng)，明顯比其他感器高，直立于觸角表面，比較容易觀察區(qū)別。感器表面有許多微小孔組成細(xì)長(zhǎng)的紋路，基部有基窩，端部更加細(xì)長(zhǎng)，頂端不向內(nèi)凹，長(zhǎng)約(10.78±0.51)μm，直徑約(2.66±0.14)μm。主要分布在鞭節(jié)感器集中的地方，鞭節(jié)最末端數(shù)量最多。

刺型感器的2個(gè)亞型除了形態(tài)上的區(qū)別，也體現(xiàn)在長(zhǎng)度和基部寬度上。刺型感器1型明顯比2型更短粗，刺型感器2型細(xì)長(zhǎng)，容易與毛形感器1型混淆，主要通過(guò)觀察其在觸角上的位置，刺型感器常直立于眾多毛形感器之中。

2.2.5 腔錐形感器 (Coeloconic Sensilla，CoS) 此感器僅一種類型(圖6)，主要分布在觸角鞭節(jié)各小節(jié)腹面背側(cè)，背面主要分布在觸角末端幾節(jié)，數(shù)量不多，一般分布在每小節(jié)中部。此感器著生在觸角表面基部凹窩里，有時(shí)露出一點(diǎn)錐狀端部，基窩表面光滑，從外部觀察如一個(gè)個(gè)孔洞，形態(tài)數(shù)據(jù)僅能測(cè)量基窩的長(zhǎng)和寬，長(zhǎng)約(15.40±2.01) μm，寬約( 9.78±0.79) μm，側(cè)面體現(xiàn)感器的大小。

3 討 論

異凹紋胡蜂蜂王、職蜂觸角12節(jié)，雄蜂觸角13節(jié)；雄蜂鞭節(jié)長(zhǎng)于雌蜂鞭節(jié)，原因可能與雄蟲主動(dòng)尋找配偶有關(guān)。從超微形態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)看，觸角上共存在5種類型感器，除腔錐感器外，其它均有2個(gè)亞型，即毛形感器(TS1、TS2)、錐形感器(BS1、BS2)、板形感器(PS1、PS2)、刺形感器(ChS1、ChS2)和腔錐感器CoS，其中以毛形感器數(shù)量最多分布最廣，與東方胡蜂Vespaorientalis相似，都具有5種類型感器，但也存在差異，東方胡蜂具有劍梢感器(Sensilla scolopidia)，缺板形感器，劍梢感器僅一種類型，數(shù)量極少，其功能可能為一種熱感受器；劍梢感器和錐形感器(BS2)被認(rèn)為是胡蜂科昆蟲的特征感器[21]。

觸角感器是昆蟲感知環(huán)境信息和調(diào)控自身行為的橋梁與紐帶，其形態(tài)、數(shù)量、分布等與昆蟲的生活習(xí)性聯(lián)系密切[22-23]。在膜翅目昆蟲中，毛形感受器數(shù)量最多，在觸角表面長(zhǎng)度最長(zhǎng)，在與外界物體觸碰時(shí)接觸最多。一般認(rèn)為，毛形感器分為具孔和無(wú)孔兩類，具孔的毛形感器更有利于氣味分子進(jìn)入，功能上傾向于化學(xué)氣味感知，可以感受性信息素；而無(wú)孔毛形感器的功能傾向于機(jī)械刺激感知[24]。異凹紋胡蜂蜂王、職蜂和雄蜂觸角中有兩種毛形感器(TS1、TS2)，也可能與機(jī)械刺激感知有關(guān)。板形感器表面的多孔結(jié)構(gòu)，在蜜蜂科等觸角上常見，其表面的孔能促使大量的氣味分子進(jìn)入觸角淋巴中，為昆蟲提供大量的氣味信息[20]。同時(shí)也有研究認(rèn)為，板形感器更傾向于接受來(lái)自寄主棲境的長(zhǎng)距離氣味信息物質(zhì)[25]。異凹紋胡蜂蜂王、職蜂和雄成蟲觸角均有兩種亞型板形感器(PS1、PS2)，PS1較PS2長(zhǎng)，但寬度較窄，兩者表面均具小孔，但PS 1小孔排列較為整齊，推斷兩類板形感器除具有感知?dú)馕缎畔⒐δ芡?，可能在異凹紋胡峰對(duì)寄主的識(shí)別中也起重要作用。刺形感覺(jué)器具有感受機(jī)械刺激的功能，對(duì)報(bào)警信息素也具感受作用，Cnsoli等推測(cè)其還具有定位功能[26-28]。異凹紋胡蜂刺形感器有2種亞型(CS1、CS2)，主要集中在觸角鞭節(jié)端部，CS1感器直立在觸角表面，CS2感器明顯高于其它感覺(jué)器，處于最先接觸外界物質(zhì)的位置，其可能有感受機(jī)械刺激和定位功能。錐形感器具有嗅覺(jué)和味覺(jué)的功能[29]，推測(cè)異凹紋胡蜂BS1、BS2參與覓食行為。腔錐形感器是一種嗅覺(jué)感器，能對(duì)互利素和利它素做出反應(yīng)，在寄主定位和判別寄主適宜性時(shí)發(fā)揮重要作用，能夠感受水蒸氣、二氧化碳、溫度變化、植物氣味[30-31]。推測(cè)異凹紋胡蜂腔錐形感器在感知外界水熱狀況中具有重要作用。異凹紋胡蜂各類感器相互協(xié)作，共同構(gòu)建了其對(duì)外界感知的強(qiáng)大系統(tǒng)，在其尋找食物和配偶、逃避天敵、感知環(huán)境等過(guò)程中起著重要作用。

觸角感器數(shù)量與分布與感器功能密切相關(guān)，由于異凹紋胡蜂觸角感器數(shù)量較多，分布密集，數(shù)量統(tǒng)計(jì)較困難，本研究沒(méi)對(duì)觸角上各類型感器的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，有待今后進(jìn)一步研究；異凹紋胡蜂雄蟲觸角鞭節(jié)每一小節(jié)都具紡錘形的角質(zhì)層突起，也稱為感覺(jué)突，其上感器分布極少，僅有少量感覺(jué)毛和感覺(jué)孔，除胡蜂科外在其它膜翅目昆蟲中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似結(jié)構(gòu)，其功能也有待今后進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

異凹文胡峰觸角呈膝狀，包括柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)3部分，蜂王和職蜂鞭節(jié)10節(jié)，雄蜂鞭節(jié)11節(jié)；各種感器主要分布于觸角鞭節(jié)上；觸角上共有5種感器，分別為毛形感器、錐形感器、板形感器、刺形感器和腔錐形感器，其中除腔錐形感器外，其它4種感器均有2個(gè)亞型。以毛形感器數(shù)量最多，分布范圍最廣泛；蜂王、職蜂和雄蜂感器的類型相同，分布范圍基本相似，僅雄蜂觸角平均長(zhǎng)度較蜂王和職蜂長(zhǎng)。