異凹紋胡蜂觸角感器的掃描電鏡觀察

李晨陽，施 雯，王宇宸，柳 青，和秋菊*，易傳輝

(1.西南林業大學生物多樣性保護學院/云南省森林災害與控制重點實驗室，云南 昆明 650224；2.保山學院資源環境學院，云南 保山 678000；3.西南林業大學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，主要分布于中國云南、廣西、四川、西藏等地區，先后傳入韓國、日本以及歐洲的法國、西班牙、葡萄牙等地[1]，是一種傳統資源昆蟲，云南民間常將其蜂巢、蜂毒等入藥，以防治風濕病和關節炎等疾病，蜂蛹則是傣族、景頗族等少數民族的傳統美食[2]。同時，該蜂富含多種人體必需氨基酸，可作為一類營養保健類的膳食食品，其營養價值已得到聯合國糧農組織 (FAO) 的肯定和推崇[3]，因此其具有很大的經濟價值，可通過人工規模化養殖帶動經濟發展。【前人研究進展】越來越多的學者開始關注胡蜂的開發潛力，對其營養成分及食用價值、常微量元素等進行了研究[4-6]。近年來，人工養殖在南方各地興起，該蜂為主要養殖種類之一，對促進當地農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，對生物多樣性有重要影響，人工大量養殖地區和該物種入侵地區已對昆蟲多樣性造成不利影響[9-11]。觸角是昆蟲重要的感覺器官，在昆蟲覓食、尋找配偶和棲息場所等生命活動中具有重要作用，這些功能主要通過觸角上不同類型的感器來實現。不同種類昆蟲觸角感器的類型、數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感受系統，進而了解其與昆蟲行為和外界化學聯系，為資源利用與危害防控提供依據。【本研究切入點】目前，利用電鏡對膜翅目昆蟲觸角超微結構研究報道較多，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，未見對異凹紋胡蜂的觸角結構和感器研究的相關報道。【擬解決的關鍵問題】利用掃描電鏡對異凹紋胡蜂成蟲觸角及觸角感器的外部形態、類型和分布等進行觀察，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資料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

異凹紋胡蜂采集于云南省宣威市和龍陵縣野外。采集來后放入飼養箱中，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電膠帶固定在樣品臺上，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，將樣品在場發射電子掃描電鏡FEINova NanoSEM450進行細微結構觀察和拍照。

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軟件對電鏡掃描圖片進行處理和感器標識，用Image J軟件測量觸角的各節長度、感器長度和基部直徑，應用Excel 2007軟件統計數據，再用SPSS 23.0軟件統計分析數據。

2 結果與分析

2.1 觸角的形態結構特征

異凹紋胡蜂觸角呈膝狀，從基部開始分為柄節、梗節和鞭節；柄節和梗節黃色，鞭節逐漸由黃色過度到黃褐色，末端黑色。柄節著生在觸角窩支角突上，柄節最長和最粗；梗節與柄節呈膝狀彎曲，是觸角活動的主要關節；鞭節最后一節最長，其余節長度逐漸變短；雌蟲鞭節10節，雄蟲鞭節11節。雄蟲鞭節腹面外側有角質層突起見圖1，其上感器分布極少；感器從柄節到鞭節逐漸增多，以最末端鞭節感器最多。

異凹紋胡蜂蜂王、職蜂和雄蜂的觸角各節總長度：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量較多，分布范圍最廣泛;感受器從柄節至鞭節第10鞭亞節(雌蜂)、11鞭亞節(雄蜂)逐步增加，以第10、11鞭亞節感受器最多，有5種類型，其分布最密數量最多，說明此鞭亞節在其觸角所有部位中的感受能力最強。

表1 異凹紋胡蜂Vespa velutina variana van der Vecht觸角各節長度

2.2.1 毛形感器(Trichoid Sensilla，TS) 毛形感器是觸角上數量最多的類型，在觸角各節上均有分布，觀察到兩種亞型。毛形感器1型(Trichoid Sensilla 1，TS1,圖2)：數量眾多，分布廣泛，遍布整個觸角，但以鞭節末端幾節的數量最多。毛形感器1型毛體較長，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，端部較尖并彎曲，與觸角軸成銳角生長，有時整體會呈弧線彎曲，長約(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)：數量較少，主要分布在觸角鞭節末端幾小節，常集中在鞭節最后一小節末端，毛形感器2型與1型形態差異較大，其基部無基窩，直接從表皮伸出，表面光滑有豎直條紋，整體細長呈弓形彎曲，尖端較細，長約(17.78±0.88) μm，基部直徑約(1.27±0.58) μm，從基部到端部漸細，但變化不明顯。毛形感器1型長度較2型更長，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：主要集中在鞭節每一小節前端與上一小節連接處部位，數量較多，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，表面光滑無紋路，頂端有數量較多微小孔，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，主要分布于鞭節背面第2至第11小節，腹面主要分布于鞭節末端3小節，每一小節上集中分布于鞭節中部，鞭節最后一小節分布較廣。此類感器體形相對較大，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。此類感器形態易區分，在觸角上容易發現，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構上差別很大，錐形感器1型明顯比2型小，外觀上也區別很大，容易識別和區分。

2.2.3 板形感器 (Placodea Sensilla，PS) 此類感器數量僅次于毛形感器，廣泛分布于觸角鞭節各個小節上，觸角背面分布數量比腹面多，鞭節末端數量更大，鑒別特征明顯。

板形感器1型(Placodea Sensilla 1，PS1,圖4)：整體呈細長橢圓形盤狀結構，著生在形狀相同的穴窩內，不突起，覆于觸角表面，長(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，但沒有1型細長，整體呈橢圓形較短粗，長約(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，相對較不平整。

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

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°，長約(9.93±0.83)μm 直徑約(3.39±0.52)μm。基部有基窩，從基部到端部逐漸變細，頂端較細并向內凹陷成一個小孔洞，感器表面較光滑，有細長的紋路，由一排排小孔組成。主要分布在鞭節小節前端和末端，鞭節最末端數量最多。

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

刺型感器的2個亞型除了形態上的區別，也體現在長度和基部寬度上。刺型感器1型明顯比2型更短粗，刺型感器2型細長，容易與毛形感器1型混淆，主要通過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各小節腹面背側，背面主要分布在觸角末端幾節，數量不多，一般分布在每小節中部。此感器著生在觸角表面基部凹窩里，有時露出一點錐狀端部，基窩表面光滑，從外部觀察如一個個孔洞，形態數據僅能測量基窩的長和寬，長約(15.40±2.01) μm，寬約( 9.78±0.79) μm，側面體現感器的大小。

3 討 論

異凹紋胡蜂蜂王、職蜂觸角12節，雄蜂觸角13節；雄蜂鞭節長于雌蜂鞭節，原因可能與雄蟲主動尋找配偶有關。從超微形態結構來看，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)被認為是胡蜂科昆蟲的特征感器[21]。

觸角感器是昆蟲感知環境信息和調控自身行為的橋梁與紐帶，其形態、數量、分布等與昆蟲的生活習性聯系密切[22-23]。在膜翅目昆蟲中，毛形感受器數量最多，在觸角表面長度最長，在與外界物體觸碰時接觸最多。一般認為，毛形感器分為具孔和無孔兩類，具孔的毛形感器更有利于氣味分子進入，功能上傾向于化學氣味感知，可以感受性信息素；而無孔毛形感器的功能傾向于機械刺激感知[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)，也可能與機械刺激感知有關。板形感器表面的多孔結構，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入觸角淋巴中，為昆蟲提供大量的氣味信息[20]。同時也有研究認為，板形感器更傾向于接受來自寄主棲境的長距離氣味信息物質[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，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氣味信息功能外，可能在異凹紋胡峰對寄主的識別中也起重要作用。刺形感覺器具有感受機械刺激的功能，對報警信息素也具感受作用，Cnsoli等推測其還具有定位功能[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端部，CS1感器直立在觸角表面，CS2感器明顯高于其它感覺器，處于最先接觸外界物質的位置，其可能有感受機械刺激和定位功能。錐形感器具有嗅覺和味覺的功能[29]，推測異凹紋胡蜂BS1、BS2參與覓食行為。腔錐形感器是一種嗅覺感器，能對互利素和利它素做出反應，在寄主定位和判別寄主適宜性時發揮重要作用，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作，共同構建了其對外界感知的強大系統，在其尋找食物和配偶、逃避天敵、感知環境等過程中起著重要作用。

觸角感器數量與分布與感器功能密切相關，由于異凹紋胡蜂觸角感器數量較多，分布密集，數量統計較困難，本研究沒對觸角上各類型感器的數量進行統計，有待今后進一步研究；異凹紋胡蜂雄蟲觸角鞭節每一小節都具紡錘形的角質層突起，也稱為感覺突，其上感器分布極少，僅有少量感覺毛和感覺孔，除胡蜂科外在其它膜翅目昆蟲中沒有發現類似結構，其功能也有待今后進一步研究。

4 結 論

異凹文胡峰觸角呈膝狀，包括柄節、梗節和鞭節3部分，蜂王和職蜂鞭節10節，雄蜂鞭節11節；各種感器主要分布于觸角鞭節上；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個亞型。以毛形感器數量最多，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，僅雄蜂觸角平均長度較蜂王和職蜂長。