草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂雄成蟲觸角及胸足化學(xué)感器的超微結(jié)構(gòu)特征*

王文倩，葛文超，杜廣祖，和淑琪，桂富榮,2，陳 斌

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護學(xué)院，云南生物資源保護與利用國家重點實驗室，云南 昆明 650201；2.云南省高原特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)研究院，云南 昆明 650201)

草地貪夜蛾(Spodoptera frugiperda)隸屬于鱗翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae)灰翅夜蛾屬(Spodoptera)，也稱秋黏蟲、草地夜蛾，原產(chǎn)于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)，是廣泛分布在美洲大陸的多食性遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲[1]。草地貪夜蛾自2019年1月在云南為害冬玉米以來，在中國西南地區(qū)定殖、繁衍并不斷蔓延[2-3]，截至2019年10月，中國共有26個省發(fā)生草地貪夜蛾為害，整體見蟲面積超過100萬hm2[4-5]。根據(jù)不同地區(qū)氣象數(shù)據(jù)推測：草地貪夜蛾在中國的理論年平均發(fā)生世代數(shù)在 0～7.41 代之間[6]，對中國玉米生產(chǎn)造成極大威脅。目前，對草地貪夜蛾常用的防控方法主要包括農(nóng)業(yè)防治、生物防治和化學(xué)防治等，國內(nèi)外對草地貪夜蛾的生物防治技術(shù)研究較多，大部分集中在寄生性天敵方面[7]。其中，可寄生草地貪夜蛾的寄生蜂有10科121種，其中繭蜂科(Braconidae)有39種[8]。

寄生蜂是種類最為豐富的膜翅目昆蟲類群之一，在害蟲的生物防治和自然調(diào)控方面起著非常關(guān)鍵的作用[9]。寄生蜂與農(nóng)林害蟲間存在著寄生與被寄生的關(guān)系，且涉及到種間的防御和適應(yīng)[10]。在相互適應(yīng)的過程中，分布于寄生蜂表面的多種感器在其寄主定位、覓食、尋偶、交配、產(chǎn)卵、繁殖、遷飛和避敵等行為過程中發(fā)揮著重要作用[11-13]，而且不同部位的感器在種類及功能方面均有差異。目前，國內(nèi)外對寄生蜂感器的研究已有很多，如在小菜蛾絨繭蜂(Cotesia plutellae)、中紅側(cè)溝繭蜂(Microplitis mediator)、煙蚜繭蜂(Aphidius gifuensis)、斜紋夜蛾側(cè)溝繭蜂(Microplitis prodeniae)和二化螟盤絨繭蜂(Cotesia chilonis)等寄生蜂觸角上常見的感器類型有毛形、板形、刺形、鐘形、錐形、腔錐形和B?hm氏鬃毛，胸足上常見的感器類型有毛形、刺形、B?hm氏鬃毛和膜狀中墊等；煙蚜繭蜂的復(fù)眼上還有一種錐形感器，口器上有毛形感器和刺形感器[14-19]。不同寄生蜂種類雌雄蜂的觸角感器差異不同，如二化螟盤絨繭蜂的雌雄蜂觸角感器差異不明顯[19]，而斜紋夜蛾側(cè)溝繭蜂雌雄蜂觸角感器差異明顯，鐘形感器僅出現(xiàn)在雄蜂鞭節(jié)[18]。據(jù)報道，甲腹繭蜂屬昆蟲的幼蟲頭部具有2種感器(S1和S2)，推測其可能用于定位寄主，找出寄主的背側(cè)開口是否存在或是否需要鉆孔[20]。

甲腹繭蜂(Chelonussp.)是在云南省昆明市(嵩明縣)、玉溪市和曲靖市(陸良縣)等地的玉米田中發(fā)現(xiàn)的寄生草地貪夜蛾的一種寄生蜂。據(jù)報道，該屬寄生蜂是一類很重要的鱗翅目昆蟲幼蟲內(nèi)寄生性天敵昆蟲，對卷蛾科(Tortricidae)、小卷蛾科(Olethreutidae)、夜蛾科(Noctuidae)和螟蛾科(Pyralidae)昆蟲具有重要的自然控制和調(diào)節(jié)作用[21-22]。李芬等[23]研究發(fā)現(xiàn)螟甲腹繭蜂(Chelonus munakatae)可寄生草地貪夜蛾幼蟲。目前對草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂(Chelonussp.)觸角和胸足的感器研究還未見報道。本研究采用掃描電鏡觀察草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂雄成蟲的觸角及胸足上的感器類型及其特征，以期為進一步揭示該寄生蜂的寄生機制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

甲腹繭蜂(Chelonussp.)于2019年3月采自云南省曲靖市陸良縣玉米田內(nèi)，在人工氣候箱(RG-300型，廣州康恒儀器有限公司)中用草地貪夜蛾為寄主飼養(yǎng)，人工氣候箱環(huán)境條件為：溫度(25±1)℃，濕度(75±5)%，L∶D=16∶8。待草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂羽化后，選擇24 h內(nèi)羽化觸角完整的健壯、活躍雄成蟲進行電鏡掃描觀察。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備與觀察

取新羽化的草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂雄成蟲3頭，在解剖鏡下用鑷子和手術(shù)刀將觸角與頭部分開，并剪下其前、中、后足跗節(jié)；再將取下的觸角及各單跗節(jié)浸入0.1 moL/L、pH 7.2的磷酸緩沖液中，用超聲波清洗器(KS-5200DE型，昆山潔麗美超聲儀器有限公司)清洗3次，每次5 s，除去表面粘附的雜質(zhì)。用4%戊二醛固定24 h后，依次用80%、90%、95%和100%的乙醇溶液梯度脫水，取出后在室內(nèi)自然干燥；將干燥好的樣品分別按不同觀察角度用導(dǎo)電膠粘于樣品臺上，在離子濺射儀(E-1010型，日本東京HITACHI公司)內(nèi)對樣品進行噴金。每個樣品噴金15 s，然后用掃描電子顯微鏡(FlexSEM-1000型，日本東京HITACHI公司)在不同放大倍數(shù)下觀察并拍照，電鏡工作電壓為12 kV。

1.2.2 感器的鑒定與命名

感器的形態(tài)學(xué)術(shù)語主要參照SCHNEIDER[24]、CHINTA等[25]和KEIL[26]；感受器的超微結(jié)構(gòu)命名參照NAVASERO等[27]和OCHIENG等[28]。在掃描電鏡圖片上使用Image J軟件測量觸角及感器的長度和直徑，使用Adobe Photoshop CS4軟件標(biāo)注圖像中的感器名稱。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂觸角形態(tài)及感器種類

2.1.1 觸角形態(tài)

草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂的觸角為絲狀，主要分為3節(jié)，從基部到端部依次為柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)。梗節(jié)較短，柄節(jié)長度約為梗節(jié)的5倍；鞭節(jié)較長，由多個鞭小節(jié)組成(圖1a)。在掃描電鏡下從觸角上共觀察到3種感器，分別為毛形感器(sensilla trichodea，ST)、錐形感器(sensilla basiconica，SB)和板形感器(sensilla placodea，SP)，其中毛形感器和錐形感器均有3種亞型(I～III)。

2.1.2 感器類型

毛形感器(ST)在草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂的整個觸角表面均有分布，也是數(shù)量最多的感器。呈毛形，直立或彎曲，與觸角表面夾角為20°～70°，表皮光滑或具縱紋，端部尖細或較尖，基窩微陷或突出。根據(jù)長度、彎曲程度和是否具有縱紋等分為3種亞型，分別為ST I、ST II和ST III。ST I頂端尖細，朝向觸角端部，略微向外彎曲，基窩突出，表面光滑，長6.7～18.3 μm，基部直徑1.1～1.7 μm (圖1b)；ST II著生于觸角鞭節(jié)表面的縱向凹槽內(nèi)，頂端略微彎曲，基窩內(nèi)陷，表面具縱紋，長3.7～16 μm，較ST I短，基部直徑1.3～1.6 μm (圖1c)；ST III端部不彎曲，從基部到端部漸細，著生于觸角的柄節(jié)表面，基窩微突，表面光滑，長6.8～44 μm，基部直徑1.3～3.5 μm，數(shù)量最多(圖1d)。

錐形感器(SB)主要分布于草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂觸角的鞭節(jié)，在每個鞭小節(jié)的側(cè)面和背面均有分布，鞭節(jié)末端最多，但總體數(shù)量少于毛形感器。直立或彎曲，與觸角表面夾角成40°～90°，高于其他感器，基窩內(nèi)陷或微突，端部鈍圓，表面光滑或具縱紋。根據(jù)長度、基窩形態(tài)和表面是否具有縱紋等分為3種亞型，分別為SB I、SB II和SB III。SB I頂端較細，朝向觸角端部，基窩內(nèi)陷較深，具縱紋，長9.7～17.6 μm,基部直徑1.7～2.4 μm，分布于觸角側(cè)面及鞭節(jié)端部(圖1d、1e)；SB II表面光滑，基窩微突，長6.5～17.2 μm，微短于SB I，基部直徑1.3～4.6 μm，較SB I粗，分布于觸角鞭節(jié)背面(圖1e)；SB III分布于觸角鞭節(jié)側(cè)面，端部略粗于SB I和SB II，表面光滑，長7.2～7.6 μm，長度介于SB I和SB II之間，基部直徑1.6～1.8 μm (圖1f)。

板形感器(SP)呈脊?fàn)盥∑?，略高于觸角表面，兩端稍寬略圓，中間略彎曲且窄，與觸角的中軸線平行，基部插入隆起的縱長形槽中，長約48.8 μm，寬約1.3 μm，槽狀間距為1.6 μm (圖1g)。分布于觸角整個鞭節(jié)，在柄節(jié)和梗節(jié)中未發(fā)現(xiàn)，毛形感器和錐形感器著生在板形感器之間。

圖1 草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂觸角感器超顯微結(jié)構(gòu)Fig.1 Ultrastructure of the antennae sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of Spodoptera frugiperda

2.2 草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂胸足的形態(tài)及感器類型

2.2.1 胸足的形態(tài)

草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂的胸足是寄生蜂的運動附肢，主要用于爬行、跳躍、清掃梳理和支撐身體。胸足分為前足、中足和后足，每個胸足由6個部分組成，從基部到端部依次為基節(jié)、轉(zhuǎn)節(jié)、腿節(jié)、脛節(jié)、跗節(jié)和前跗節(jié) (圖2a、3a、4a)。通常寄生蜂胸足的基節(jié)較粗短，近似圓錐形；前足和中足的轉(zhuǎn)節(jié)較長，分第1轉(zhuǎn)節(jié)和第2轉(zhuǎn)節(jié)，第2轉(zhuǎn)節(jié)較短，后足轉(zhuǎn)節(jié)僅有1節(jié)；腿節(jié)較發(fā)達，脛節(jié)次之，內(nèi)側(cè)末端有1個大距；跗節(jié)分為5節(jié)，第1節(jié)較長；前跗節(jié)較短，有兩側(cè)爪。

在草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂的胸足上共觀察到4種感器，分別為毛形感器(ST)、錐形感器(SB)、刺形感器(sensilla chaetica，SCh)和鐘形感器(sensillum campaniform，SCa)。

2.2.2 前足感器

前足上的毛形感器(ST)有ST I和ST III 2個亞型，在整個前足表面均有分布(圖2d、2e)。與觸角上的形態(tài)相似，ST I和ST III分別長13.4～50.9 μm和16.5～46.4 μm，均長于觸角上的毛形感器；基部直徑分別為1.5～2 μm和1.7～3.5 μm，寬于觸角上的毛形感器基部直徑。在基窩形態(tài)上，前足的ST III基窩更加突出。前足上的錐形感器(SB)有SB I和SB II 2個亞型，同觸角上的錐形感器形態(tài)相同。SB I主要分布在第3跗節(jié)，SB II主要分布在脛節(jié)側(cè)面，與毛形感器相間分布(圖2b、2c)。前足上的刺形感器(SCh)與足表面夾角均大于45°，外形與毛形感器相近，基部插入觸角表皮凹陷處，端部尖細如刺，長5.2～12.7 μm，基部直徑1.5～2.0 μm (圖2e)，分布于第5跗節(jié)，數(shù)量較少。

圖2 草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂前足感器超顯微結(jié)構(gòu)Fig.2 Ultrastructure of the propodeum sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of S.frugiperda

2.2.3 中足感器

中足上的毛形感器(ST)只有1種亞型，即ST III，分布于整個中足表面，長度和基部直徑與前足基本相同(圖3b、3c)；鐘形感器(SCa)呈乳頭狀，著生在直徑約2.9 μm的錐形盤中央，中心處有一突起，周圍表皮光滑且隆起，僅在中足的腿節(jié)內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)(圖3d)；錐形感器(SB)與前足相同(圖3f)；刺形感器(SCh)形態(tài)與前足相同，排列于前跗節(jié)的爪狀中墊上(圖3e)。

圖3 草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂中足感器超顯微結(jié)構(gòu)Fig.3 Ultrastructure of the mesopdium sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of S.frugiperda

2.2.4 后足感器

后足上的毛形感器(ST)形態(tài)與前足和中足相同(圖4d、4e、4f)。錐形感器(SB)有SB I和SB IV 2個亞型。其中SB I與觸角、前足和中足上的錐形感器形態(tài)相同(圖4b)；SB IV為柱狀，基窩內(nèi)陷，端部分叉，長約7.2 μm，基部直徑約1.5 μm，僅在后足脛節(jié)外側(cè)發(fā)現(xiàn)，數(shù)量極少(圖4c)。刺形感器(SCh)形態(tài)與中足相同，分布在后足腿節(jié)內(nèi)側(cè)及前跗節(jié)(圖4f)。

圖4 草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂后足感器超顯微結(jié)構(gòu)Fig.4 Ultrastructure of the metapodium sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of S.frugiperda

3 討論

本研究通過掃描電鏡在寄生草地貪夜蛾的甲腹繭蜂雄成蟲觸角和胸足共觀察到5種感器，分別為毛形感器(3種亞型I～III)、板形感器、刺形感器、錐形感器(4種亞型I～IV)和鐘形感器，這些感器可以識別植物的氣味、信息素和其他化學(xué)刺激，同時還具有機械感覺以及味覺功能[29]。田盼盼等[17]發(fā)現(xiàn)：煙蚜繭蜂主要有板形感器、刺形感器、毛形感器、錐形感器、B?hm氏鬃毛和膜狀中墊等6種類型感器，未觀察到鐘形感器。據(jù)報道，鐘形感器具有機械感覺功能，可以感受空氣壓力和位置[18]，在甲腹繭蜂中足腿節(jié)上發(fā)現(xiàn)鐘形感器說明其可能在甲腹繭蜂飛行過程中起平衡和定位的作用。

本研究在寄生草地貪夜蛾的甲腹繭蜂觸角上共觀察到3種感器，分別為毛形感器(3種亞型I～III)、板形感器和錐形感器(3種亞型I～III)。劉樾等[19]在二化螟盤絨繭蜂觸角上觀察到毛形(2種亞型)、板形、腔錐形、錐形(3種亞型)、刺形、柱形、鐘形和及B?hm氏鬃毛等感器，而本研究在草地貪夜蛾寄生蜂甲腹繭蜂觸角上發(fā)現(xiàn)毛形感器還存在1種不同的亞型，但是未發(fā)現(xiàn)腔錐形、柱形、鐘形感器和B?hm氏鬃毛。這可能是由于不同寄生蜂分類地位不同和寄主差異造成，且可能與標(biāo)本的放置角度有關(guān)[10]。

寄生蜂的不同部位所具有的感器類型不同，而不同類型的感器在寄生蜂的行為中也發(fā)揮著不同的作用。本研究在寄生草地貪夜蛾的甲腹繭蜂上觀察到的毛形感器和錐形感器為其觸角和胸足所共有。已有研究發(fā)現(xiàn)：這2種感器均具有感受機械刺激和嗅覺感受的功能[30]，可能在甲腹繭蜂對寄主的定位、識別和接受以及行為環(huán)境的選擇等方面起重要作用[31-33]。某些毛形感器還能夠感受性信息素，以實現(xiàn)兩性交配求偶中的信息識別[34]。另外，板形感器是甲腹繭蜂觸角鞭節(jié)特有的一種感器，其具有多個神經(jīng)元細胞，具有嗅覺功能，是化學(xué)氣體分子的通道[35]，可能還有感受紅外輻射的功能[36]，其存在于觸角鞭節(jié)可能是為了更快速準(zhǔn)確地搜尋寄主。

本研究僅對寄生草地貪夜蛾的甲腹繭蜂觸角和胸足感器的超微結(jié)構(gòu)進行掃描電鏡觀察，有關(guān)產(chǎn)卵器感器的觀察及各類型感器的功能還有待于通過透射電鏡、電生理和分子生物學(xué)等技術(shù)進行進一步的研究和分析，以揭示寄生草地貪夜蛾的甲腹繭蜂定位寄主的行為機制，為進一步通過生物防控的方法來防治草地貪夜蛾提供一定的理論依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究通過掃描電鏡觀察明確了寄生草地貪夜蛾的甲腹繭蜂(Chelonussp.)雄成蟲觸角和胸足(前、中、后足)上有5種感器，分別為毛形感器(3種亞型I～III)、板形感器、刺形感器、錐形感器(4種亞型I～IV)和鐘形感器，且不同類型感器在觸角和胸足的分布及特征不同。研究結(jié)果可為進一步探討草地貪夜蛾寄生蜂的寄生行為機制提供一定的理論依據(jù)。