大蛾卵跳小蜂觸角感受器的掃描電鏡觀察

王建軍，王敬賢，欒慶書，都 慧，姜 旭，董莉莉，曹傳旺

(1.東北林業(yè)大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040; 2.遼寧省林業(yè)科學研究院，遼寧省森林保護重點實驗室， 遼寧 沈陽 110032; 3.鞍山市自然資源事務服務中心，遼寧 鞍山 114000)

昆蟲觸角作為重要的感覺器官，在交配與產卵、寄主定位、棲境選擇[1-2]、種內和種間識別[3]等方面發(fā)揮著重要作用。昆蟲的觸角、復眼、口器、足和產卵器上都有數(shù)量不等的感受器[4]，每種昆蟲有其獨特的感受器空間分布模式，且在昆蟲形態(tài)發(fā)生階段就已確定[5]。昆蟲的觸角感受器主要分為機械感受器、溫濕度感受器和化學感受器[5]。寄生蜂主要依靠觸角上的嗅覺感受器感知寄主或異性昆蟲釋放的化學信息素來定位寄主和配偶[6]。由于雌、雄蜂在其生活史中承擔不同的職能，致使感受器的種類、數(shù)量、大小、分布存在一定差異[7-8]。

大蛾卵跳小蜂(Ooencyrtuskuvanae)隸屬于膜翅目(Hymenoptera)跳小蜂科(Encyrtidae)，是鱗翅目害蟲舞毒蛾(Lymantriadispar)、松毛蟲(Dendrolimusspp.)、柳毒蛾(Stilpnotiasalicis)[9]、煙毒蛾(L.fumida)、天幕毛蟲(Malacosomaneustriatestacea)[10]和半翅目(Hemipteraa)斑衣蠟蟬(Lycormadelicatula)[11]等昆蟲的卵寄生蜂；國內分布于黑龍江、吉林、遼寧、河北、北京、湖南、四川、臺灣等省(市)，國外自然分布于日本和朝鮮半島，被引入意大利、西班牙、北非和美國用于防治舞毒蛾[9-10]。本研究利用掃描電鏡觀察大蛾卵跳小蜂成蟲觸角的形態(tài)、結構組成和長度，以及觸角感受器的種類、數(shù)量和分布，明確雌、雄成蟲觸角及其感受器的差異，為探究各種感受器的內部結構、感受機制及相關功能提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

2020年9月在遼寧省新賓滿族自治縣上夾河鎮(zhèn)古樓村(124.38°E, 41.87°N)采集當年產舞毒蛾卵，在室內自然羽化獲得大蛾卵跳小蜂成蟲，然后在人工氣候箱內連續(xù)飼養(yǎng)，羽化的小蜂成蟲用20%蜂蜜水(體積比)和花粉飼喂。飼養(yǎng)條件為: 溫度(25±1) ℃，相對濕度(75±5)%，光暗周期為14 h/10 h。

1.2 樣品制備及觀察

于2021年1—4月，取新羽化的大蛾卵跳小蜂雌、雄成蟲各10頭，在體視顯微鏡(Leica EZ4HD)下用解剖刀和鑷子將頭部取下，雌、雄蜂觸角分開放入1.5 mL滅菌離心管中，加入2.5%(體積分數(shù))戊二醛溶液，于4℃冰箱中過夜。將雌、雄蜂頭部分別轉入裝有0.1 mol/L PBS溶液的滅菌離心管中，用超聲波清洗2次，每次40～50 s。然后依次經體積分數(shù)30%、50%、70%、85%、100%的乙醇梯度脫水，15 min/次，再用100%(體積分數(shù))丙酮脫水2次，每次10 min，室溫下自然干燥。用導電膠將干燥好的觸角貼于樣品臺上，用Phenom-Word公司生產的Phenom Prox(能譜版)電子掃描顯微鏡進行觀察、拍照和測量。觀察雌蜂4個觸角(背面和腹面各2個)，雄蜂5個觸角(背面3個、腹面2個)；根據(jù)Schneider[5]、Zhang等[12]、Zheng等[13]和Wang等[14]對觸角感受器的分類方法確定感受器類型。

1.3 數(shù)據(jù)處理

成蟲觸角各節(jié)長度、感受器的長度和直徑用掃描電鏡的標尺測量，用SPSS 25.0軟件統(tǒng)計分析，雌、雄蜂觸角上不同感受器的長度、寬度、基部直徑等差異顯著性通過獨立樣本t檢驗比較。

2 結果與分析

2.1 大蛾卵跳小蜂觸角的形態(tài)及各亞節(jié)長度

經觀察發(fā)現(xiàn)，大蛾卵跳小蜂個體雌蜂略大于雄蜂，雌蜂后胸寬0.4～0.5 mm(平均0.496 mm)，體長1.4～1.6 mm(平均1.440 mm)(圖1a)；雄蜂后胸寬0.4～0.5 mm(平均0.435 mm)，體長1.2～1.4 mm(平均1.298 mm)(圖1b)。大蛾卵跳小蜂雌、雄成蟲觸角形狀相同，但結構組成和長度不同，具有明顯的性二型現(xiàn)象。雌、雄成蟲觸角均呈膝狀，著生于頭部顏面的臼形觸角窩內，由支角突、柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)組成，各小節(jié)間以關節(jié)相連(圖1d、1e)。在體視顯微鏡下，雌蜂觸角基部顏色較黑，向端部顏色逐漸變淡，端部為淡黃色；雄蜂觸角顏色較為均勻，整體呈白色。雌蜂觸角12節(jié)，其中支角突、柄節(jié)、梗節(jié)各1節(jié)，鞭節(jié)分為6索節(jié)和3棒節(jié)(圖1d)。雄蜂觸角10節(jié)，其中支角突(Ra)、柄節(jié)(Sc)、梗節(jié)(Pe)各1節(jié)，鞭節(jié)分為6索節(jié)和1棒節(jié)(圖1e)。

a. 雌蜂female; b. 雄蜂male; c. 雌蜂頭部及觸角head and antennae of female; d. 雌蜂觸角antenna of female; e. 雄蜂觸角antenna of male。Ra. 支角突antennifer; Sc. 柄節(jié)scape; Pe. 梗節(jié)pedicel; F1. 第1索亞節(jié)first funicle; F2. 第2索亞節(jié)second funicle; F3. 第3索亞節(jié)third funicle; F4. 第4索亞節(jié)fourth funicle; F5. 第5索亞節(jié)fifth funicle; F6. 第6索亞節(jié)sixth funicle; C1. 第1棒亞節(jié)first clava; C2. 第2棒亞節(jié)second clava; C3. 第3棒亞節(jié)third clava.

雌蜂觸角總長(806.79±4.30) μm，鞭節(jié)最長，占觸角總長的53.09%；其次為柄節(jié)、梗節(jié)、支角突，其中柄節(jié)長度為梗節(jié)的2.82倍；鞭節(jié)各亞節(jié)大小較為均勻，差別不明顯，其中第1索亞節(jié)(F1)最短[(36.36±1.16)] μm，第1棒亞節(jié)(C1)最長[(56.24±1.63) μm]。雄蜂觸角總長為(781.13±7.13) μm，鞭節(jié)最長，占觸角總長的63.00%；其次為柄節(jié)、梗節(jié)、支角突，柄節(jié)長度為梗節(jié)的3.65倍；鞭節(jié)各亞節(jié)中，索亞節(jié)與棒亞節(jié)長度差別較大，第1棒亞節(jié)(C1)最長[(129.60±1.91)] μm，為索節(jié)上最短的第1索亞節(jié)(F1)長度[(51.46±1.06) μm]的2.52倍。雌蜂觸角的支角突、柄節(jié)、梗節(jié)的長度都顯著大于雄蜂相應部分長度；雌蜂鞭節(jié)第1～6索亞節(jié)(F1—F6)長度都顯著小于雄蜂相應索亞節(jié)的長度；雌蜂鞭節(jié)上棒節(jié)有3亞節(jié)，而雄蜂鞭節(jié)上棒節(jié)只有1亞節(jié)，雌蜂第1棒亞節(jié)(C1)的長度顯著小于雄蜂棒節(jié)長度，而1～3棒亞節(jié)(C1—C3)之和又顯著大于雄蜂觸角的棒節(jié)長度(表1)。

表1 大蛾卵跳小蜂觸角各亞節(jié)長度

2.2 大蛾卵跳小蜂觸角感受器類型、形態(tài)和數(shù)量

大蛾卵跳小蜂觸角表面共觀察到7種感受器，分別為毛形感受器(Ⅰ型和Ⅱ型)、刺形感受器、鐘形感受器、板形感受器、乳狀感受器、B?hm氏鬃毛、指形感受器(Ⅰ型和Ⅱ型)。

2.2.1 毛形感受器(trichodea sensilla，TS)

各種感受器的形態(tài)特征如圖2所示，感受器大小和數(shù)量見表2。

TSⅠ. 毛形感受器Ⅰ型trichodea sensilla subtype Ⅰ; TSⅡ. 毛形感受器Ⅱ型trichodea sensilla subtype Ⅱ; ChS. 刺形感受器chaetica sensilla; CaS. 鐘形感受器campullacea sensilla; PS. 板形感受器placodea sensilla; MS. 乳狀感受器mammilliformia sensilla; BB. B?hm氏鬃毛B?hm bristles; FSⅠ. 指形感受器Ⅰ型finger-like sensilla subtype Ⅰ; FSⅡ. 指形感受器Ⅱ型 finger-like sensilla subtype Ⅱ. 下同。The same below.

毛形感受器在雌、雄蜂觸角上數(shù)量最多、分布最廣，在雌、雄蜂觸角鞭節(jié)各亞節(jié)均有分布。按照形狀和長度分為2類：毛形感受器Ⅰ型(TSⅠ)和毛形感受器Ⅱ型(TSⅡ)。毛形感受器Ⅰ型呈長毛狀，從基部向端部逐漸變細，整體呈弧狀彎曲，端部向觸角末端前傾，表面有棱；基部著生于基窩中，基窩隆起高于觸角表面，形似火山口 (圖2a、2c)。雌蜂觸角上該類型感受器長度為(22.95±0.65) μm (n=30,n為樣本量，下同)，基部直徑為(1.11±0.03) μm (n=30)，均顯著小于(P<0.01)雄蜂觸角上的長度(30.53±0.48) μm (n=27)和基部直徑(1.41±0.02) μm (n=27)(表2)。

表2 大蛾卵跳小蜂觸角感受器大小和數(shù)量

毛形感受器Ⅱ型(TSⅡ)形似絲帶，多數(shù)端部呈“S”形彎曲，少數(shù)直立生長，末端較尖，表面光滑，著生于基窩中(圖2a)，長度和基部直徑均小于毛形感受器Ⅰ型。雌蜂觸角上該類型感受器長度為(8.90±0.49) μm (n=23)，極顯著(P<0.01)小于雄蜂觸角上的長度[(19.11±0.51) μm (n=15)]；雌蜂觸角上此感受器基部直徑為(0.88±0.04) μm (n=23)，與雄蜂觸角上的基部直徑[(0.89±0.03) μm (n=15)]無顯著差異 (P>0.05)(表2)。毛形感受器Ⅰ型和毛形感受器Ⅱ型在雌、雄蜂觸角上的數(shù)量均無顯著差異。

2.2.2 刺形感受器(chaetica sensilla，ChS)

外形如長刺，表面有棱形紋，傾斜生長，不彎曲，頂端極尖，基窩較淺(圖2a、2b)。雌蜂觸角上此感受器長度為(20.28±0.95) μm (n=23)，基部直徑為(1.07±0.03) μm (n=23)，與雄蜂觸角上長度和基部直徑均無顯著差異(表2)。刺形感受器在雌、雄蜂觸角上均分布在柄節(jié)和梗節(jié)，且為柄節(jié)上的唯一感受器，數(shù)量上少于毛形感受器(表2)。雌蜂觸角上刺形感受器的數(shù)量約為雄蜂觸角上的2倍(表2)。

2.2.3 鐘形感受器(campullacea sensilla, CaS)

只分布于雌、雄蜂觸角梗節(jié)末端(圖2a, 2e)，鑲嵌在凹陷的表皮腔內，呈凸起的餅形結構，每一觸角僅1～2個。雌蜂基部直徑為(4.05±0.24) μm (n=9)，數(shù)量為(1.80±0.20)個(n=5)，與雄蜂基部直徑[(3.87±0.11) μm (n=5)]和數(shù)量[(1.20±0.20)個(n=5)]無顯著差異(表2)。

2.2.4 板形感受器(placodea sensilla, PS)

整體似船形，中間凹陷，邊緣呈脊狀隆起，較寬，為大型感受器，與鞭節(jié)的索節(jié)近乎等長。多數(shù)于所在亞節(jié)基部約1/3處開始出現(xiàn)，沿縱軸方向與觸角表面愈合，僅尖端少部分與觸角分開，分開部分略超出板形感受器所在亞節(jié)(圖2c)。雌蜂觸角上板形感受器長度(30.72±1.00) μm (n=26)，顯著(P<0.05)小于雄蜂觸角上板形感受器的長度[(35.19±0.68) μm (n=10)]；雌蜂觸角上板形感受器寬度(3.12±0.11) μm (n=26)，與雄蜂觸角上板形感受器的寬度[(3.06±0.17) μm (n=10)]無顯著差異 (表2)。雌蜂觸角上板形感受器數(shù)量略高于雄蜂，但二者并無顯著差異(表2)。

板形感受器分布于雌、雄蜂觸角鞭節(jié)除第1亞節(jié)外的各亞節(jié)上，且數(shù)量和位置基本固定(表2)。在雌蜂觸角上，板形感受器尖端部分在F2—C2上均超出所在亞節(jié)，在末端C3亞節(jié)上未超出亞節(jié)；同一亞節(jié)上的多個板形感受器基部與尖端基本處于相同水平位置。在雄蜂觸角上，板形感受器的尖端部分在F2—F6上也均超出所在亞節(jié)；而在C1亞節(jié)上，板形感受器數(shù)量較多，尖端部分未超出所在亞節(jié)，且多個板形感受器的基部與尖端并未處在相同水平位置，而是交叉出現(xiàn)。

2.2.5 乳狀感受器(mammilliformia sensilla, MS)

乳狀感受器外形呈乳頭狀，基部呈粗柄狀，端部膨大呈球狀。著生于基窩內，整體垂直于觸角表面(圖2d, 2f)。雌蜂上此類型感受器長度為(4.14±0.16) μm (n=14)，顯著(P<0.05)大于雄蜂上的長度[(3.53±0.14) μm (n=9)]；雌蜂上此感受器端部球徑為(1.23±0.07) μm (n=14)，與雄蜂上端部球徑無顯著差異 (表2)。乳狀感受器數(shù)量較少，在雌、雄蜂間無顯著差異 (表2)，在雌蜂觸角上各鞭亞節(jié)均有分布，在雄蜂觸角的梗節(jié)和各鞭亞節(jié)上有分布。

2.2.6 B?hm氏鬃毛(B?hm bristles, BB)

感受器呈圓錐形，位于淺坑狀基窩內，表面光滑，多數(shù)直立，少數(shù)末端彎曲(圖2g)。雌蜂觸角上此類型感受器長度為(3.73±0.16) μm (n=17)，顯著(P<0.01)小于雄蜂觸角上的長度[(5.37±0.35) μm (n=11)]；而此類型感受器基部直徑在雌蜂的[(0.84±0.07) μm]與雄蜂的[(0.80±0.05) μm]觸角間無顯著差異(表2)。該感受器通常3～5個聚集生長，雌蜂觸角上顯著(P<0.05)小于雄蜂觸角上的數(shù)量(表2)。B?hm氏鬃毛在觸角上的位置較為固定，分布于雌、雄蜂支角突和梗節(jié)基部。

2.2.7 指形感受器(finger-like sensilla，F(xiàn)S)

形狀似手指，一般不彎曲，分為指形感受器Ⅰ型(FSⅠ)和指形感受器Ⅱ型(FSⅡ)，莖稈較粗壯，頂端鈍圓(圖2h)。指形感受器Ⅰ型從基部到端部逐漸變細，變化較為平緩，端部不尖銳；指形感受器Ⅱ型從基部到端部大小近一致，端部稍彎曲。雌蜂觸角上指形感受器Ⅰ型長度為(7.92±0.29) μm (n=3)，基部直徑為(0.68±0.08) μm (n=3)，與雄蜂觸角上的指形感受器Ⅰ型長度[(9.79±1.56) μm (n=4)]和基部直徑[(0.94±0.13) μm (n=4)]無顯著差異。雌蜂觸角上指形感受器Ⅱ型長度為(7.13±0.06) μm (n=3)，基部直徑(1.36±0.19) μm (n=3)，均顯著(P<0.05)小于雄蜂的指形感受器Ⅱ型長度[(11.03±0.26) μm (n=6)]和基部直徑[(1.72±0.07) μm (n=6)]。雌蜂指形感受器Ⅰ型數(shù)量較多(7.67±0.33)個，顯著(P<0.01)多于雄蜂上的數(shù)量[(1.20±0.20)個；雌蜂指形感受器Ⅱ型數(shù)量 (4.67±0.33)個顯著(P<0.05)少于雄蜂上的數(shù)量[(7.20±0.67)個(表2)。

2.3 大蛾卵跳小蜂觸角各節(jié)上感受器分布

從觸角基部到端部，感受器的類型和數(shù)量呈現(xiàn)出越來越多的趨勢(表3)。雌、雄蜂支角突和柄節(jié)上感受器的種類較為單一。支角突上都只有1種感受器，即B?hm氏鬃毛；柄節(jié)上也都只有1種感受器，即刺形感受器。雌蜂梗節(jié)上有3種感受器，B?hm氏鬃毛、刺形感受器和鐘形感器；雄蜂梗節(jié)上除上述3種感受器外，還有乳狀感受器。鞭節(jié)分為索節(jié)和棒節(jié)，雌蜂第1索節(jié)有毛形感受器Ⅰ型和乳狀感受器，雄蜂第1索節(jié)除這2種感受器外，還有毛形感受器Ⅱ型。雌、雄蜂第2～6索節(jié)及雌蜂第1、2棒節(jié)的感受器類型完全相同，都有毛形感受器Ⅰ型、毛形感受器Ⅱ型、乳狀感受器和板形感受器。雌蜂第3棒節(jié)和雄蜂第1棒節(jié)都是觸角的最末端，感受器種類和數(shù)量都最多，都有毛形感受器Ⅰ型、毛形感受器Ⅱ型、乳狀感受器、板形感受器、指形感受器Ⅰ型和指形感受器Ⅱ型。雌、雄蜂觸角感受器在支角突、柄節(jié)、梗節(jié)的分布密度較低，在鞭節(jié)密度較高；越靠近觸角端部，密度越高，在鞭節(jié)末端密度最高。雌蜂鞭節(jié)F1上感受器的分布密度顯著低于雄蜂鞭節(jié)F1感受器的分布密度(P<0.05)；其他各亞節(jié)上感受器的分布密度在雌、雄蜂間無顯著差異。

表3 大蛾卵跳小蜂觸角各亞節(jié)上感受器分布

3 討 論

大蛾卵跳小蜂觸角上的毛形感受器(Ⅰ型和Ⅱ型)、刺形感受器、板形感受器、乳狀感受器、B?hm氏鬃毛、指形感受器(Ⅰ型和Ⅱ型)是膜翅目寄生蜂觸角上常見的感受器，且形態(tài)與嚙小蜂科及姬小蜂科昆蟲觸角上的感受器較為相似[4, 15-17]，而鐘形感受器在寄生蜂觸角感受器中相對少見。各種感受器的大小不同于其他膜翅目昆蟲，在雌、雄成蟲間也有差異。機械感受器與感知氣流、震動和觸摸有關[13]。毛形感受器在多種寄生蜂中普遍存在，形態(tài)特征和命名也較為統(tǒng)一[16-18]。大蛾卵跳小蜂雌、雄蜂觸角上毛形感受器的數(shù)量最多、分布最廣，且在鞭節(jié)末端最為密集，這幾乎是所有昆蟲的共性。大蛾卵跳小蜂觸角上的毛形感受器Ⅰ型和Ⅱ型均未發(fā)現(xiàn)小孔，且兩種亞型在雌、雄蜂觸角上具有相似的結構、分布和數(shù)量，很可能都是機械感受器，主要感受接觸性刺激[3, 19]。刺形感受器也是機械感受器，分布于雌、雄蜂觸角的柄節(jié)和梗節(jié)，在多種膜翅目寄生蜂上具有感受觸角位置、機械震動、選擇求偶環(huán)境、適宜場所等作用[5, 15, 20-21]。當利用電鏡觀察放大到2 000倍以上時，加速電壓增加使得電子束速度加快，對感受器的沖擊力增大，致使端部較為尖細的毛形感受器、刺形感受器和B?hm氏鬃毛端部會發(fā)生部分彎曲，或者產生明顯的震動而無法形成清晰圖像，而其他頂端較鈍圓的感受器則沒有此現(xiàn)象，說明這些感受器對周圍環(huán)境輕微的震動能產生反應。在天牛的2種寄生蜂桑天牛卵嚙小蜂(Aprostocetusprolixus)和桑天牛長尾嚙小蜂(A.fukutai)觸角的毛形感受器上也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象[15]。

鐘形感受器僅在夜蛾黑卵蜂(Telenomusremus)[22]、擬澳洲赤眼蜂(Trichogrammaconfusum)[23]等少數(shù)寄生蜂中存在，而在已報道跳小蜂科的班氏跳小蜂(Aenasiusbambawalei)[24]，以及Epidinocarsislopezi、Leptomastixdactylopii[25]、Sympiesissericciconiis[26]中均未發(fā)現(xiàn)。本研究發(fā)現(xiàn)跳小蜂科昆蟲中也存在鐘形感受器。鐘形感受器可能是張力感受器，也可能是一種嗅覺感受器，對信息化合物、CO2和溫濕度敏感[27]。板形感受器在雌、雄蜂上都有分布，可以為揮發(fā)性信息物質進入觸角內部提供通道，一般認為其有嗅覺功能[12, 14, 18-19]，也有研究認為其能夠感受紅外輻射[28]，是寄生性昆蟲進行寄主棲境遠距離化學定位的重要感受器[4]。大蛾卵跳小蜂雌蜂觸角上板形感受器的數(shù)量大于雄蜂，可能與其擔負更多責任有關，因為雌蜂不僅要完成交配行為，更重要的是定位到寄主，完成產卵和繁殖后代的任務。乳狀感受器在不同寄生蜂中又被稱為壇形感受器、錐形乳頭狀感受器、腔錐形感受器或錐形感受器等，形態(tài)基本相似[16, 29-30]，其內部及表面有許多孔道，有嗅覺功能[3, 31]，對氣味、CO2、溫度、濕度敏感[19]。B?hm氏鬃毛是一種感受重力的機械感受器，能夠感受觸角自身位置的變化，當遇到機械刺激時，能夠緩沖重力，控制觸角位置下降的速度[5, 32-33]。指形感受器位于觸角棒節(jié)末端，被毛形感受器包圍，是觸角最前沿的感受器，具有搜索和感知寄主行為的功能[17]。

從感受器在觸角上的分布來看，著生于支角突、柄節(jié)和梗節(jié)基部的感受器(B?hm氏鬃毛、刺形感受器、鐘形感受器)主要為機械感受器，且種類較少，密度也較低；而觸角鞭節(jié)感受器種類豐富、密度更高，且具有嗅覺功能的化學感受器占據(jù)較大比例。這也可能意味著觸角鞭節(jié)在對寄主的定位、識別、檢驗、接受、產卵等過程中起到更重要的作用。大蛾卵跳小蜂雌、雄成蟲觸角上感受器類型完全相同，總量也較為接近，但不同感受器數(shù)量仍然存在差異。大蛾卵跳小蜂雌、雄蜂觸角在刺形感受器、指形感受器Ⅰ型、指形感受器Ⅱ型之間的性二型差異，說明了它們在化學物質傳輸和感知方面的功能不同。研究結果能夠幫助研究人員更好地理解寄生蜂的行為，尤其雌性寄生蜂尋找寄主時的行為特征。本研究首次描述了大蛾卵跳小蜂的觸角感受器外部形態(tài)特征、分布和數(shù)量，推測了其可能的生理功能，而各類感覺器在感知周圍環(huán)境、覓食、尋找配偶、產卵寄生等行為中的生理功能和分子機制等更深層次的功能，還需要通過電生理和單細胞測定等技術加以驗證。