黑盾胡蜂觸角感受器的掃描電鏡觀察

施 雯，李晨陽，王宇宸，柳 青，易傳輝，和秋菊

（1云南省森林災害與控制重點實驗室/西南林業大學生物多樣性保護學院，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，昆明650224）

0 引言

黑盾胡蜂(Vespa bicolor)隸屬于膜翅目(Hymenopera)胡蜂總科(Vespidea)胡蜂科(Vespidae)，是一類重要的天敵昆蟲，主要分布于中國、印度和越南等地[1-3]。對黑盾胡蜂的研究主要涉及發生情況、建巢、蜂毒成分及抗菌肽、線粒體基因組測序等[2,4-10]。觸角作為昆蟲最主要的感覺器官，對昆蟲覓食、求偶、產卵、棲境選擇、尋找寄主等起著非常重要的作用[11]。昆蟲觸角感受器的類型、結構和功能在不同的昆蟲中表現不同，即使同種昆蟲的雌雄成蟲觸角感受器也可能存在差異[12]。明確昆蟲觸角感受器的種類、形態、分布以及功能，可為了解該昆蟲的行為機制奠定基礎[13]。目前未見有對黑盾胡蜂觸角感器的相關研究，筆者利用掃描電鏡對黑盾胡蜂的觸角感器進行觀察，以期進一步了解其感器的結構與功能。

1 材料與方法

1.1 實驗昆蟲

黑盾胡蜂成蟲采集于云南省保山市龍陵縣鎮安鎮野外，采集后放入飼養箱中，用蘋果和10%蜂蜜水喂食待用。

1.2 樣品制備與電鏡掃描觀察

選取黑盾胡蜂的工蜂、雄蜂各5頭，在體視鏡下用解剖刀從觸角柄節基部將觸角小心切下，再放入用磷酸緩沖鹽溶液(PBS)稀釋的25%戊二醛固定液中固定24 h，隨后放入0.9%氯化鈉溶液清洗3次，每次各15 min，再依次使用75%、85%、95%、100%乙醇溶液梯度脫水各10 min。取出處理好的觸角室溫下干燥2 h后，分別將背面和腹面放在粘好導電膠的樣品臺上，后放入30 mA真空電流下的離子濺射儀內進行300 s噴金處理，增強觸角的導電性，噴好金的觸角即可放入場發射掃描電鏡(FEI Nova Nano SEM 450)中進行觀察及拍照。

1.3 感受器的命名與統計

觸角感器的分類和命名主要依據感器的外部形態、表面特征、孔的有無等，并參照文獻[14-18]的原則進行描述。應用Image J對觸角各節的長度、感受器的長度和基部直徑進行測量，應用Photoshop 7.0對電鏡掃描圖片進行細節處理和感受器的標識，應用Excel 10.0和SPSS 22.0對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 觸角的一般形態

黑盾胡蜂觸角呈膝狀，著生于頭部的觸角窩支角突上。雄蜂觸角13節，由柄節、梗節和11個鞭小節組成，全長(9992.24±179.44)μm；工蜂觸角12節，由柄節、梗節和10個鞭小節組成，全長(8499.82±61.71)μm（表1）。掃描電鏡觀察發現，黑盾胡蜂觸角各節均著生有感器，且從柄節到鞭節感器數量逐漸增多；其中雄蜂觸角鞭節每個小節腹面外側有2個角質層突起，但感受器分布極少（圖1）。

圖1 黑盾胡蜂雄蜂觸角角質層突起

表1 黑盾胡蜂觸角各節長度 μm

2.2 觸角感器的類型

黑盾胡蜂觸角上共有5種類型感器，分別為毛形感器(trichoid sensilla，TS)、板型感器(placodea sensilla，PS)、刺形感器 (chaetica sensilla，CS)、錐形感器(basiconic sensilla，BS)、腔錐形感受器 (coeloconic sensilla，CoS)，前4種感器均有2種亞型，腔錐形感受器僅1種類型，其中以毛形感器和板形感器數量最多、分布范圍最廣。雄蜂和工蜂個體間感器的類型相同，分布范圍基本相似，僅感器大小和分布位置略有差異（表2～3、圖2～4）。

表2 黑盾胡蜂雄蜂各感器長度及基部直徑（寬度）比較 μm

表3 黑盾胡蜂工蜂各感器長度及基部直徑（寬度）比較 μm

圖2 黑盾胡蜂觸角感器類型(a)

圖3 黑盾胡蜂觸角感器類型(b)

圖4 黑盾胡蜂觸角感器類型(c)

2.2.1 毛形感器(trichoid sensilla，TS)毛形感器是黑盾胡蜂觸角上數量最多的類型，在觸角各節上均有大量分布。根據其形態可以分為2種亞型。

毛形感器Ⅰ型(trichoid sensilla I，TS I)數量眾多，遍布整個觸角，尤以鞭節末端幾小節的數量最多。TSI毛體較長，表面有螺旋狀條紋，基部有基窩，整體較粗，從基部到端部逐漸變細，端部尖而彎曲，與觸角軸成銳角生長，有時整體會呈弧線彎曲。雄蜂TSⅠ長(20.24±0.29)μm，基部直徑(2.42±0.04)μm；工蜂 TSⅠ長(16.35±0.16)μm，基部直徑(2.14±0.05)μm。

毛形感器Ⅱ型(trichoid sensillaⅡ，TSⅡ)數量較少，主要分布于觸角鞭節末端幾小節，多集中在鞭節最后一小節末端。基部基窩不似Ⅰ型明顯，基部直徑較Ⅰ型窄，表面光滑有豎直條紋，整體細長呈弓形彎曲，尖端較細，從基部到端部漸細但不明顯。雄蜂TSⅡ長(14.56±0.36)μm，基部直徑(1.46±0.03)μm；工蜂TSⅡ長(14.94±0.20)μm，基部直徑(1.34±0.04)μm。

2.2.2 板形感器(placodea sensilla，PS)板形感器的數量僅次于毛形感器，廣泛分布于觸角鞭節各個小節上，以鞭節末端數量最多，觸角背面分布數量比腹面多。

板形感器Ⅰ型(placodea sensilla I，PS I)呈細長橢圓形板狀結構，著生于形狀相同穴窩內，略突起或不突起，常覆于觸角表面。PSⅠ表面有非常多的微小孔，單排排列整齊。雄蜂PSⅠ長(30.40±0.31)μm，基部直徑(2.91±0.05)μm；工蜂PSⅠ長(26.35±0.24)μm，基部直徑(3.58±0.07)μm。

板形感器Ⅱ型(placodea sensillaⅡ，PSⅡ)呈橢圓形，較Ⅰ型短粗，其表面微小孔更密集，雙排緊密排列。雄蜂PSⅡ長(22.60±0.43)μm，基部直徑(3.79±0.11)μm；工蜂 PSⅡ長(20.34±0.16)μm，基部直徑(3.27±0.07)μm。

2.2.3 刺形感器(chaetica sensilla，CS)刺形感器的數量也較多，在觸角各節均有分布，但主要集中在鞭節末端幾節。

刺形感器Ⅰ型(chaetica sensillaⅠ，CSⅠ)形狀如短刺，與觸角軸幾乎呈90°。基部有基窩，從基部到端部逐漸變細，表面布有小孔和細長大紋飾及不規則小紋飾。主要分布在鞭節各小節前端和末端，以鞭節最末端一小節數量最多。雄蜂CSⅠ長(11.75±0.21)μm，基部直徑(2.63±0.09)μm；工蜂CSⅠ長(8.79±0.16)μm，基部直徑(2.59±0.09)μm。

刺形感器Ⅱ型(chaetica sensillaⅡ，CSⅡ)為長刺形感受器，常分布于觸角背面，比Ⅰ型更長，與觸角軸幾近90°。基部有基窩，端部更加細長，頂端不向內凹，表面有較多細長紋飾直至尖端。以鞭節最末端數量最多。雄蜂CSⅡ長(17.01±0.38)μm，基部直徑(2.49±0.06)μm；工蜂CSⅡ長(12.20±0.23)μm，基部直徑(2.67±0.05)μm。

CSⅠ和CSⅡ除形態不同，在長度和基部寬度上也有區別。前者明顯比后者更短粗，容易與錐形感受器I混淆，可通過觀察表面是否有紋飾進行判斷。此外，CSⅡ形態細長，容易與毛形感器Ⅰ型混淆，刺型感器常直立于眾多毛形感器之中，毛形感器Ⅰ型從基部至端部明顯漸尖且彎曲，而刺型感器Ⅱ型從基部至端部略漸尖但無彎曲。

2.2.4 錐形感器(basiconic sensilla，BS)錐形感器也有2種亞型，兩者間形態結構差異明顯。

錐形感器Ⅰ型(basiconic sensillaⅠ，BSⅠ)呈乳突狀或小釘狀，基部膨大，向端部逐漸變細，表面光滑，具很多微小孔。主要集中分布在鞭節各小節末端與上一小節連接處部位，與觸角軸幾乎呈直角。雄蜂BSⅠ長(8.73±0.20)μm，基部直徑(3.04±0.09)μm；工蜂Ⅰ長(7.95±0.09)μm，基部直徑(3.19±0.04)μm。

錐形感器Ⅱ型(basiconic sensillaⅡ，BSⅡ)感器相對較大，短粗呈圓錐形，表面有明顯的紋飾，散布有許多微小孔，基部有明顯突出的基窩，頂端常圓鈍，部分截平或向內微凹。在觸角上的分布不均勻，一般聚集分布于鞭節第2～11小節背面中部和鞭節末端3小節腹面中部。雄蜂BSⅡ長(12.51±0.12)μm，基部直徑(2.49±0.06)μm；工蜂BSⅡ長(13.58±0.13)μm，基部直徑(7.64±0.13)μm。

2.2.5 腔錐形感器(coeloconic sensilla，CoS)該類型感器數量較少，著生在觸角表面基部凹窩里，有時會稍露出錐狀端部，基窩形如圓盤形孔洞，表面光滑。主要分布在觸角鞭節各小節腹面中部和鞭節末端幾節的背面中部。腔錐形感器的大小以基窩的長寬值來衡量，雄蜂CoS長約(11.30±0.21)μm，寬約(7.65±0.16)μm；工蜂CoS長約(9.45±0.31)μm，寬約(6.81±0.23)μm。

3 結論與討論

掃描電鏡觀察表明，黑盾胡蜂雄蜂觸角13節，有11個鞭小節，每一小節上均有2個角質層突起；工蜂觸角12節，有10個鞭小節，每個小節上未發現角質層突起。黑盾胡蜂雄蜂和工蜂個體間感器的類型相同，共有5種類型感器，即毛形感器(TS)、板形感器(PS)、刺形感器(CS)、錐形感器(BS)、腔錐形感器(CoS)，其中前4類感器均有2種亞型。5類感器中以毛形感器和板形感器數量最多，分布范圍最廣。雄蜂和工蜂各感器分布范圍基本相似，僅感受器大小和分布位置略有差異。

昆蟲通過觸角表面著生的各種類型感器感受外界環境刺激，實現個體間信息交流，完成覓食、求偶、繁殖和躲避天敵等基本生物學行為，因此，研究和認識昆蟲觸角感器的類型和功能對于理解昆蟲與外部環境的協同適應關系及行為表達具有重要意義[19]。目前，有關膜翅目昆蟲觸角感器研究報道較多，見報道的有姬小蜂科(Eulophidae)[17-18]、繭蜂科(Braconidae)[20]、姬蜂科(Ichneunmonidae)[21]、蚜繭蜂科(Aphidiidae)[22]和榕小蜂科(Agaonidae)[23]等體型較小的蜂類，也有零散關于熊蜂科(Bombidae)觸角感器的報道[24]，但對體型相對較大的胡蜂科昆蟲的觸角感器報道較少，見報道的有對東方胡蜂(Vespa orientalis)觸角研究[25]，觸角類型與黑盾胡蜂相同，但東方胡蜂具有劍梢感器(sensilla scolopidia)，缺板形感器，劍梢感器僅1種類型，數量極少。前人研究發現，非寄生蜂類的雄性比雌性擁有更長的鞭節和更短的柄節[24]，本研究支持這一結論，黑盾胡蜂雄蜂觸角較雌蜂（工蜂）長，可能與尋找配偶有關。不同類型感器與不同功能相對應，如毛形感器可能與機械刺激感知有關，板形感器可能與接受氣味信息有關，黑盾胡蜂各感器功能有待今后結合單細胞電信號記錄、單感器記錄或免疫電鏡等技術進一步研究。

由于本次研究沒有采集到黑盾胡蜂蜂王，未能對其觸角感器進行觀察，無法了解其形態結構與類型及與雄蜂和工蜂的差異，有待今后補充研究。