臺灣甲腹繭蜂觸角行為反應及其感受器數量觀察

關鍵詞：臺灣甲腹繭蜂；觸角；行為觀察；感受器

中圖分類號：S476.3 文獻標志碼：A

臺灣甲腹繭蜂（Chelonus formosanus）屬膜翅目（Hymenoptera）繭蜂科（Braconidae）甲腹繭蜂屬（Chelonus）[1-2]，主要分布于我國臺灣[3]、廣東[4]、浙江[5]、海南[6]等地。該蜂為多種夜蛾科害蟲的卵-幼蟲的寄生性天敵。余姿蓉[7]通過研究發現，當甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）、斜紋夜蛾（S. litura）和草地貪夜蛾（S. frugiperda）3 種害蟲同時存在時，臺灣甲腹繭蜂更偏向于寄生草地貪夜蛾卵塊，且被寄生后的草地貪夜蛾幼蟲的體重、體長、頭寬和取食量均顯著減小。表明臺灣甲腹繭蜂對害蟲的生物防治具有較大的利用價值。

觸角是寄生蜂嗅覺感覺系統的重要組成部分，主要用于昆蟲遠、近距離感應和識別來自生境、寄主植物、同種或異種生物的揮發性化合物刺激的器官[8-10]。昆蟲觸角通常被稱為“鼻子”，其主要分為柄節、梗節、鞭節3 部分[11]。每部分均分布著不同類型的感受器，每種感受器均具有其相應的功能[12]。昆蟲在生命周期中會進行取食、生殖、通訊、防御等行為活動，這些行為主要依靠以觸角為主導器官的嗅覺感受系發揮調控作用[13]。而一種寄生蜂的種群繁衍主要依賴寄生蜂的壽命長短和搜尋寄主的效率及其生殖力強弱[14]。觀察發現臺灣甲腹繭蜂在活動過程中，觸角會有不同程度的殘缺，從而使其找到目標物的時間不同。因此，本研究通過切除不同比例觸角觀察雌雄成蜂尋找蜜源和寄主的時間，及其在不同處理后對壽命長短、寄生率和子代孵化率的影響，并統計分析觸角感受器數量。本研究探究了臺灣甲腹繭蜂觸角的嗅覺作用，深入闡明觸角感受器的功能機理，表明切除觸角并未直接影響其生命體征，為寄生性天敵臺灣甲腹繭蜂的控害作用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

臺灣甲腹繭蜂采自海南省海口市秀英區道育村，于海南省農業科學院植物保護研究所智能人工飼養室（寧波賽福實驗儀器有限公司）以草地貪夜蛾為寄主進行飼養，飼養30 代以上。飼養室環境條件為溫度（26±2）℃，相對濕度為（65± 10）%，光周期12 L∶12 D。成蜂以20%蜂蜜水補充營養。

草地貪夜蛾采自海南省海口市秀英區石山鎮石巖村玉米地，飼養條件同寄生蜂一致。

1.2 方法

1.2.1 臺灣甲腹繭蜂觸角不同切除處理行為學觀察 （1）不同處理觸角切除方法。收集羽化24 h內的臺灣甲腹繭蜂雌雄蜂，用手輕捏其胸部，在體視解剖鏡（NikonSMZ745）下，用手術刀分別切除1/3 鞭節（T）、切除2/3 鞭節（T）、切除全部鞭節（T）、切除全部觸角（T），以保持完整觸角為對照（CK）。每個處理的應激反應恢復時間均為12 h。

（2）雌雄蜂搜尋蜜源測定。在26 ℃條件下，用移液槍將20%蜂蜜水在培養皿中點出一個直徑約為8 mm 的水滴作為蜜源，再將以上不同處理的臺灣甲腹繭蜂從蜜源另一側引入培養皿中，以600 s 為限，使用相機（佳能6D2）記錄不同處理臺灣甲腹繭蜂找到蜜源的時間。試驗前需饑餓處理12 h，每個處理重復30 次。

（3）雌蜂搜尋寄主測定。試驗條件與上述搜尋蜜源測定一致，在培養皿內一側放入約150 粒草地貪夜蛾卵塊，然后在另一側引入經不同處理的臺灣甲腹繭蜂雌蜂，使用相機（佳能6D2）記錄不同處理臺灣甲腹繭蜂找到草地貪夜蛾卵塊的時間。每次試驗持續600 s，每個處理重復30 次。

（4）雌蜂搜尋到寄主后的寄生和孵化測定。取出上述試驗中已被臺灣甲腹繭蜂雌蜂寄生的草地貪夜蛾卵，在室內條件下進行培育，直至卵粒全部孵化最后長成蜂繭，再分別比較不同處理臺灣甲腹繭蜂雌蜂的寄生率以及寄生后子代孵化率。

（5）雌雄蜂壽命測定。分別將經過不同觸角切除處理的雌雄蜂依次放入單獨的試管內，然后用棉花塞住管口，以20%蜂蜜水飼養，每天統計雌雄蜂的存活情況，并補充20%蜂蜜水。

1.2.2 臺灣甲腹繭蜂觸角掃描電鏡觀察 取羽化24 h 內的雌雄成蟲各30 頭，分別在體視解剖鏡（NikonSMZ745）下切除1/3 鞭節（T）、2/3 鞭節（T）、全部鞭節（T），以保持完整觸角為對照（CK）。將切下的觸角樣品置于100 Hz 超聲波中清洗15 min，然后在4 ℃條件下用2.5%戊二醛固定液固定24 h。固定樣品用PBS 緩沖液清洗3 min，再分別用不同濃度乙醇溶液（30%、50%、70%、90%、100%）脫水，每個處理脫水20 min。樣品于無塵室內自然干燥后貼于導電膠上，通過JYSC-110 噴金設備（廣州競贏科學儀器有限公司） 在真空環境下噴金， 然后使用日立臺式TM4000 掃描電子顯微鏡觀察并拍照，統計不同處理觸角感受器的數量。

1.3 數據處理

使用Excel 軟件統計試驗數據，采用SPSS 軟件分別對數據進行正態性檢驗和方差齊性檢驗，再進行顯著性分析。不同處理成蟲搜尋蜜源和寄主卵的數據不符合正態分布則采用非參數分析，用Mann-whitney U 進行檢驗；不同處理成蟲搜尋蜜源和寄主卵，及其產卵寄生和孵化，以及不同處理觸角感受器數量的差異則通過ANOVA 單因素方差分析，以Tukey 法進行事后兩兩比較；采用獨立樣本T 檢驗分析不同處理雌雄蜂壽命和觸角感受器數量的差異；根據SCHNEIDER[15]報道的昆蟲觸角感受器對臺灣甲腹繭蜂觸角感受器進行分類。使用Graphpad Prism 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 臺灣甲腹繭蜂觸角不同切除處理行為學

2.1.1 觸角不同切除處理對雌雄蜂搜尋蜜源的影響 結果表明，臺灣甲腹繭蜂觸角不同切除處理顯著影響雌蜂對蜜源的搜尋時間（P<0.05），其中，切除1/3 鞭節雌蜂找到蜜源的時間最短， 為（79.59±23.22）s，并且與其他處理均有顯著性差異。CK 找到蜜源時間為（94.83±23.10）s，僅與切除全部觸角處理（300.20±56.21）s 差異顯著，與其他處理相比，切除全部觸角雌蜂找到蜜源的時間最長（圖1A）。

臺灣甲腹繭蜂觸角不同切除處理對雄蜂搜尋蜜源時間無顯著影響，其中，切除1/3鞭節雄蜂找到蜜源的時間最短，為（106.52±26.71）s，該結果與雌蜂試驗結果一致，但與其他處理之間無顯著差異。由圖1B可知，切除全部鞭節找到蜜源時間最長， 為（269.50±72.58）s，其次為切除全部觸角（193.14±52.70）s。

2.1.2 觸角不同切除處理對雌蜂搜尋寄主的影響臺灣甲腹繭蜂觸角不同切除處理顯著影響雌蜂對寄主卵的搜尋時間（P<0.05），CK雌蜂找到寄主卵的時間為（204.38±24.01）s，顯著短于切除2/3鞭節雌蜂（394.80±88.22）s（圖2）。此外，切除全部鞭節雌蜂和切除全部觸角雌蜂完全找不到寄主，表明切除不同比例觸角對雌蜂的寄主搜尋行為能夠產生較大的影響。

2.1.3 觸角不同切除處理對雌雄蜂壽命的影響臺灣甲腹繭蜂雌雄成蜂的平均壽命均超過7 d，CK雄蜂的平均壽命為（7.83±0.42）d，較長于雌蜂的（7.40±0.47）d；每個處理中的雄蜂壽命均長于雌蜂，但每個處理中雌雄蜂之間均差異不顯著（圖3）。表明切除觸角并不會直接影響臺灣甲腹繭蜂壽命。

2.1.4 觸角不同切除處理對雌蜂寄生卵孵化和寄生的影響 切除臺灣甲腹繭蜂不同比例觸角對其子代孵化率無顯著影響（F=0.88， P=0.43>0.05）。CK 雌蜂寄主子代孵化率為（96.01±3.29）%，與切除1/3 鞭節雌蜂和切除2/3 鞭節雌蜂之間均差異不顯著（圖4A）。切除臺灣甲腹繭蜂不同比例觸角對其寄生率也無顯著影響（F=1.19， P= 0.32>0.05），其中，CK 雌蜂寄生率最高，為（96.10± 3.15）%，其次為切除2/3 鞭節和1/3 鞭節寄生率，分別為（94.18±3.90）%和（93.11±5.01）%（圖4B）。

2.2 觸角不同切除處理感受器類型、數量和分布

在完整觸角雌雄蜂之間，其毛形感受器、板形感受器、錐形感受器、鱗形感受器以及表皮孔數量均存在顯著差異（表1）。雌蜂的毛形感受器數量和錐形感受器數量分別為8810.70±31.91、792.50±6.11，均顯著多于雄蜂。與之相反，雌蜂的板形感受器數量、鱗形感受器數量和表皮孔數量分別為974.80±12.87、903.60±4.27、88.10±2.79，均顯著少于雄蜂。在不同切除處理之間，雌雄蜂的毛形感受器、板形感受器、錐形感受器、鱗形感受器、腔錐形感受器、鐘形感受器、雄蜂表皮孔的數量均存在顯著差異。毛形感受器、板形感受器和鱗形感受器只分布于觸角鞭節，而刺形感受器、B?hm 鬃毛以及雌蜂的表皮孔只分布在柄節上。完全切除觸角處理組不存在感受器。

3討論

本研究發現，與CK 相比，切除1/3 鞭節觸角的臺灣甲腹繭蜂雌雄蜂找到蜜源的速度更快，這與麗蠅蛹集金小蜂（Nasonia vitripennisp）切除1/3 鞭節觸角能夠更快找到寄主卵塊[16]的研究結果相似。出現此現象的原因可能是切除部分觸角后，昆蟲對周邊的化學信息感知降低，定位蜜源的干擾減少，推測臺灣甲腹繭蜂定位蜜源的關鍵不在觸角端部區域內。本研究還發現，與切除鞭節相比，臺灣甲腹繭蜂雄蜂完全切除觸角后能更快找到蜜源。研究中觀察到，將完整切除觸角的雄蜂從試管轉移到培養皿時，蟲體東倒西歪，不能保持平衡，而雌蜂體重較重其活躍度弱于雄蜂，能較快平衡身體。切除完整鞭節和切除完整觸角的2 個處理間的差異在于是否切除柄節和梗節，可見柄節和梗節上有保持身體平衡的感受器。臺灣甲腹繭蜂與斜紋夜蛾側溝繭蜂（Microplitis prodeniae）[17]和白蛾黑棒嚙小蜂（Tetrastichus septentrionalis）[18]相似，其感受器只分布B?hm 鬃毛和刺形感受器。已有研究表明B?hm 鬃毛和刺形感受器屬于機械感受器[19]。因此，切除整個觸角后，觸角上不存在B?hm鬃毛和刺形感受器，導致身體極度不平衡，以至于在平衡過程中碰巧找到蜜源的幾率增加。

切除臺灣甲腹繭蜂鞭節后，雌蜂無法找到寄主卵塊，此時觸角只有刺形感受器、B?hm 鬃毛、錐形感受器和表皮孔感受器，說明這些感受器與雌蜂寄主定位及識別無關。錐形感受器一般分為能感受到外界化學信息的微孔型錐形感受器[20-23]和只能感受機械刺激的錐形感受器，即無孔型錐形感受器[19， 24]，所以推測臺灣甲腹繭蜂梗節上的錐形感受器是無孔亞型。

從掃描電鏡結果中可知，毛形感受器、板形感受器和鱗形感受器是臺灣甲腹繭蜂觸角上數量最多的感受器，其中只有鱗形感受器是機械感受器，其作用是平衡整個觸角，以保持整個身體的平衡[25]。毛形感受器具有機械感受器和化學感受器的功能[13， 26-28]。SACHSE 等[29]發現昆蟲毛形感受器能接收外部信息，在尋找異性個體的過程中可以感知高度專一化的性信息素[12， 30]。BARLIN等[21]發現小蜂總科的板型感受器2 種不同類型，其中一種為孔數較多的薄壁型，另一種為孔數較少的厚壁型。另外，PATRICCK 等[30]、AKERS等[31]、PETTERSSON 等[32]學者根據板形感受器表面微孔和感受器內腔多個神經元細胞的特征，表明其具有化學感受功能。研究發現臺灣甲腹繭蜂與二化螟盤絨繭蜂（Cotesia chilonis）[33]和棉鈴蟲齒唇姬蜂（Campoletis chlorideae）[23]相似，均是雌蜂的毛形感受器數量顯著多于雄蜂，而板形感受器則是雄蜂多于雌蜂，根據以上研究結果，推測毛形感受器可能主要用于感受雄性信息素，板形感受器可能主要用于感受雌性信息素。

本研究結果表明，切除不同比例觸角顯著影響臺灣甲腹繭蜂雌雄蜂對蜜源和寄主卵的搜尋行為，而對雌雄蜂的壽命以及雌蜂的寄生率和子代孵化率無顯著影響。說明切除觸角只影響臺灣甲腹繭蜂尋找食物和寄主等嗅覺相關活動，并未直接影響到生命體征。本研究從行為學入手，再通過掃描電鏡觀察，并結合前人的研究結果，對臺灣甲腹繭蜂觸角感受器的功能進行了推測分析，今后將利用透射電鏡以及電生理等技術對其進行更深入的研究。