中华蜜蜂触角感器扫描电镜观察

赵慧婷 彭竹 杜亚丽 姜玉锁

（1 山西农业大学生命科学学院，太谷 030801；2 山西农业大学动物科技学院，太谷 030801）

1 引言

昆虫触角是感受外界化学信息的主要器官，能够识别和接收皮克级含量的挥发性化学物质，如此微弱的物质含量即使用现代精密的设备也难以检测到[1]。触角独特的感受能力在昆虫的生活中起关键作用，如寻找栖息地、觅食、聚集、寻找配偶和产卵场所等，这种感受能力主要是通过触角上许多微观的不同类型的感受器来实现的。目前，扫描电子显微镜技术仍是研究昆虫触角感器的有效手段。

昆虫触角一般由3部分组成，包括柄节、梗节和鞭节，其中柄节和梗节各有一段，鞭节由若干小段组成。二十世纪七八十年代，国外学者对意大利蜜蜂触角感器开展了早期研究工作，详尽记录和描述了鞭节上感受器的类型及数量。意蜂触角上主要的化学感器包括板形感器、坛形感器、腔锥形感器、锥形感器、钟形感器、毛形感器等[2-4]。随后，我国学者对中蜂触角感器也进行了研究，在工蜂触角上除发现上述6种感受器外，还发现了一类缘感器[5]。对触角感器的形态和类型的研究能促使我们更好地理解化学信息素及其行为反应间的相关性。

中华蜜蜂是我国特有的蜂种，因其具有善于采集零星蜜源、耗蜜量低、抵抗胡蜂及产卵有节制等优点受到广大养蜂者的欢迎[6]。此外，中华蜜蜂对维系当地生态平衡也起到了重要作用。

早期报道的有关中华蜜蜂扫描电镜的图片资料分辨率不高，另外缺乏对雄蜂触角感受器的资料描述。为此，本文在前人的研究基础上又进一步描述和比较了中华蜜蜂工蜂与雄蜂触角感受器的形态、类型及其分布规律，旨在深入了解中华蜜蜂的化学感受系统，以期为今后中华蜜蜂生物学、行为学等研究提供参考数据。

2 材料与方法

2.1 供试昆虫

中华蜜蜂采自山西农业大学实验蜂场。从健康蜂群中随机抓取刚刚出房的工蜂和雄蜂各5只，用镊子将触角从基部的触角窝完整取下，立即投入用磷酸缓冲盐溶液（PBS）稀释的2.5%戊二醛固定液中固定24h。

2.2 样品制备与扫描电镜

将固定后的样品先用PBS清洗，之后依次用30%、50%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液进行梯度脱水，每次15min，其中100%乙醇脱水2次。

将脱水后的样品用导电胶带固定在样品台上，用离子溅射镀膜仪喷射铂金（JEOL JFC-1600，日本）；喷镀完成后，将样品放入扫描电子显微镜中进行观察和拍照（JEOL JEM-6490 LV，日本）。

2.3 图像处理及命名方法

扫描电镜的图片用Photoshop CS3进行处理。触角表面感器类型的命名和分类主要参照Schneider[7]及Onagbola、Fadamiro[8]的标准来描述。触角感受器的大小使用TEM粒径测量软件进行测量，同一类型的感受器至少测量10个个体取其平均值。

3 结果与讨论

3.1 中华蜜蜂触角的基本形态

中华蜜蜂成年工蜂和雄蜂的颜面中央各着生有1对膝状触角，均由柄节（scape）、梗节（pedical）和鞭节（flagellum）3部分组成（见图1）。

柄节呈纺锤形，两端较细，中间略粗，工蜂柄节比雄蜂的修长，前者长约1.24mm，宽约0.26mm，后者长约0.80mm，宽约0.27mm。梗节呈管状，工蜂和雄蜂梗节长度相近，约0.15mm，工蜂梗节上刚毛数量较雄蜂多。鞭节呈圆柱形，工蜂鞭节较雄蜂鞭节稍短而细；工蜂鞭节有10个小节，总长约2.56mm，宽约0.19mm，第二鞭节在所有鞭节中最短，其余鞭节长度相近；雄蜂鞭节有11个小节，长约2.80mm，宽约0.24mm，第一和第二鞭节较其他鞭节短，第三鞭节较长，其余各鞭节长度相近。

中华蜜蜂触角的柄节、梗节及鞭节的第一、第二小节上包被着鳞片，鳞片排列整齐，层层相叠，从第三鞭节至末端鞭节为感器聚集区，分布有许多形态不同的感受器。整体来看，工蜂触角各节段比雄蜂的修长，而雄蜂触角较粗壮，这与两型蜂个体差异相吻合。

3.2 中华蜜蜂触角感器的类型

工蜂和雄蜂触角的差异不仅表现在形态和触角节数上，其感受器的种类、数量和分布也存在明显差别。许多昆虫也都具有类似的二型差异性特征[9]。

通过扫描电镜观察，在工蜂和雄蜂触角上共发现了8种不同类型的感受器，包括毛形感器（Str）、板形感器（Spl）、锥形感器（Sba）、刺形感器（Sch）、栓锥形感器（Sst）、钟形感器（sca）、坛形感器（Sam）和腔锥形感器（sco），以及多种形态的刚毛（S）。

3.2.1 刚毛

刚毛主要分布在触角的柄节、梗节和第一、二鞭节上，末端较尖，有研究表明刚毛的壁较厚[10]。由扫描电镜图可见工蜂柄节上密被松针状刚毛，较长，梗节上的刚毛没有柄节上的密集（图2）。雄蜂柄节背部有少许针状刚毛，腹部多为羽状刚毛（图3）。松针状、针状和羽状刚毛上均有刻纹。工蜂触角从第一鞭节底部开始向上是毛形刚毛，在第一鞭节末端逐渐出现马刀状刚毛，第二鞭节则布满了马刀状刚毛。毛形刚毛表面光滑，尖端稍向上弯曲。马刀状的刚毛表面亦光滑，毛体扁平且凹陷，但末端较尖，这与Ågren[3]的研究报道类似。雄蜂第一鞭节上均为匍匐状的针状刚毛，分布较均匀、整齐；第二鞭节的刚毛散布较凌乱，长短不一；雄蜂触角鞭节上无马刀状刚毛。

图1 中华蜜蜂触角扫描电镜图

图2 中华蜜蜂工蜂触角刚毛扫描电镜图

图3 中华蜜蜂雄蜂触角刚毛扫描电镜图

3.2.2 Böhm氏鬃毛

在工蜂和雄蜂梗节的基部，均有一簇刚直如刺的感受器（图2D、图3D），其长度约为11.2μm~12.3μm，表面光滑无孔，有基窝，称为Böhm氏鬃毛。有报道称Böhm氏鬃毛为一种感受重力的机械感器，当遇到机械刺激时能够缓冲重力的作用力，从而控制触角位置下降的速度。值得注意的是，在笔者所查阅的文献中，均描述Böhm氏鬃毛无基窝[11-13]，但本研究中可以明显看到基窝的存在。

3.2.3 板形感器

工蜂与雄蜂的板形感器从第三鞭节到末节均有分布，在柄节、梗节及一、二鞭节上均无此类感器。板形感器为椭圆形的圆盘状结构，表面有许多辐射状的沟壑从盘中央延伸开来，沿沟壑密布小孔（图4C和D），雄蜂的板形感器比工蜂的分布密集。从扫描电镜结果来看，板型感器分2种类型，一种是凹陷在触角表面的，命名为板形感器I（图4A），此类型板形感器四周有脊环绕，沟壑也较深，在第三、四鞭节上分布较多；另一种是表面较平坦的，命名为板形感器Ⅱ（图4B），多分布在第三鞭节以上各鞭节上，其沟壑相应较浅。早期文献中未见对蜜蜂触角板形感器进行分类描述。

图4 中华蜜蜂触角板形感器扫描电镜图

板形感器是膜翅目蜜蜂总科昆虫触角上最多的一种感器[14]，Lacher和 Schneider[15]及 Kaissling和Renner[16]等报道板形感器具有嗅觉功能，对蜂王物质和从Nasanov腺体中分泌的信息素比较敏感，且雄蜂比工蜂的感受能力高。在其他昆虫中，板形感器也被认为是嗅觉感器，感器上的微孔可以让外界气味分子进入感器淋巴腔，与淋巴液中的气味结合蛋白结合[17,18]。

3.2.4 毛形感器

图5 中华蜜蜂触角毛形感器扫描电镜图

在触角鞭节上散布着4种类型的毛形感器。工蜂触角上毛形感受器分布较多，且在各鞭节上分布较均匀。毛形感器表面光滑，看起来较为柔软，有臼状窝。

在工蜂触角鞭节上，散布着4种类型的毛形感器，分别为毛形感器A、B、C、D，4种类型的毛形感器表面均光滑。毛形感器A（图5A）较粗壮，有臼状窝，尖端向上弯曲，稍钝，平均长度约为13μm，相对于触角表皮较直立，此类型的毛形感器分布最广，Ågren称毛形感器A是一种机械感器[3]。毛形感器B细而尖，有臼状窝，毛状，形状略呈S型，平均长度约15μm（图5A）。毛形感器C和D呈长毛状，整体较尖细，无臼状窝，C稍直或呈S型曲线弯曲，D的弯曲程度较大，尖端弯向触角表面，另外C的尖端比D更尖（图5B），多分布在各鞭节的边缘部位，本研究结果与杜芝兰[5]报道的中蜂毛形感器C和D的形态及分布略有差别。

雄蜂也具有类似工蜂的4种类型的毛形感器（图5C和D），但在3~5鞭节上数量较少，且分布不均匀，C和D型的毛形感器多分布在末端鞭节上。总体来看，工蜂触角上毛形感器的数量比雄蜂的多而且分布均匀。

毛形感器是植食性昆虫触角上分布最广、数量最多的感器。在许多昆虫中，毛形感器被认为是嗅觉感器，因为感器表面有许多孔，可接收气味分子[19-21]，电生理研究也证实了这一点[22]。但在本研究中，未发现中蜂触角毛形感器上有孔，其是否具有嗅觉功能还有待做进一步研究。

3.2.5 锥形感器

锥形感器较毛形感器粗壮，多直立于触角表面，不具臼状窝（图6A）。感器下粗上细，顶端顿圆，有孔，不弯曲，长度约为12.39μm。锥形感器在工蜂与雄蜂触角第三鞭节到末端鞭节均有分布，但与板型感器和毛形感器相比数量明显减少。Ågren等[3]的研究认为意大利蜜蜂雄蜂的触角上不存在锥形感器，而本研究在雄蜂的触角上也发现了这类感器。

图6 中华蜜蜂触角锥形感器和栓锥形感器扫描电镜图

前人研究中对一些昆虫触角做超薄切片，发现锥形感器壁很薄，具有丰富的小孔，认为这类感器具有识别气味的能力，是一种嗅觉感器[17,20,23]，Slifer和Sekhon[10]提出意大利蜜蜂工蜂的锥形感器亦具有嗅觉功能。在本研究中，也发现锥形感器顶端有孔，推测其在中蜂嗅觉识别中发挥重要作用。

3.2.6 栓锥形感器

栓锥形感器只存在于雄蜂触角鞭节上（图6B），并且在3~10小节上均有分布，而在工蜂触角上未发现此类感器。杜芝兰[5]在对中蜂工蜂扫描电镜的研究中也未报道工蜂有此类感受器。栓锥形感器呈拇指状，长度较毛形感器和锥形感器短，约7.88μm。底端较为粗大，着生于臼状窝内，表面有浅的纵纹。

在鳞翅目昆虫中此类感器较常见，但在膜翅目昆虫中还未见报道。超微结构研究表明，栓锥形感器内部有丰富的神经细胞，具有感受温湿度的变化[24]、味觉和嗅觉等功能[25]。本研究中，栓锥形感器仅特异的出现在雄蜂触角上，对于其功能还需要在后期研究中加以验证。

3.2.7 刺形感器

之前对蜜蜂触角感器的研究中，没有有关刺形感器的描述。本研究中，在工蜂与雄蜂触角上均存在刺形感器。除第一鞭节外，从第2到端节上均有刺形感器分布，且多分布在各鞭节的前端。刺形感器细长，外形刚直如刺，着生的臼状窝较浅，感器长度变化较大，约18~25μm，较毛形感器和锥形感器稍长（图7A）。因刺形感器的这一特点，推测其具有感受机械刺激的功能[7,23]。单感器试验证明，刺形感器对性信息素刺激无电位反应，而对机械振动有反应[26]。Cônsoli等[27]推测刺形感器还具有定位功能。

3.2.8 钟形感器

图7 中华蜜蜂触角其他类型感受器扫描电镜图

钟形感器呈圆形，像一个个隆起的火山口，感器中央有纽扣样的凸起，表面不光滑（图7A和B），此类感器在鞭节的端节分布较多。膜翅目昆虫小蜂熊蜂（Bombus hypocrita）的钟形感器分布在除第一鞭节外的其他各节上，但数量不多[14]。Yokohari[28]认为意大利蜜蜂钟形感器能感受温湿度，而Ågren[4]则认为该类型感器可能为机械感器，不受神经支配。

3.2.9 坛形感器与腔锥形感器

坛形感器与腔锥形感器是2种形态类似的感受器，在工蜂触角中，二者的大小相似，位置毗邻。坛形感器比板形感器面积小，且在中心形成一个豆状突起，直径约为1.36μm（图7C），此类感器数量较少，且仅在工蜂触角表面观察到了此类感器，但Esslen和Kaissling[2]研究结果指出意大利蜜蜂雄蜂触角上也有坛形感器。

腔锥形感器是一个内陷于触角表皮的孔，直径在0.86~2.58μm之间，孔中有芽状感受物（图7C和D），该感器数量较多，且在工蜂与雄蜂触角第三到末端鞭节中均有分布，另外，雄蜂此类感器的数量多于工蜂。Lacher[15]报道，用电生理学方法检测到坛形感器对CO2有反应，而腔锥形感器对水和温度有反应。

4 结论

经扫描电镜观察，中华蜜蜂触角分为3部分——柄节、梗节和鞭节，雄蜂的鞭节比工蜂的更长更粗壮。柄节、梗节与一二鞭节上分布的为刚毛，工蜂触角上特有马刀状刚毛，而雄蜂触角上特有羽状刚毛。Böhm氏鬃毛则分布在梗节的基部，工蜂和雄蜂均有此类感受器。工蜂触角鞭节上存在的感受器包括毛形感器、板形感器、锥形感器、钟形感器、坛形感器和腔锥形感器。雄蜂触角鞭节有6种感受器，与工蜂相比，在雄蜂触角上没有发现钟形和坛形感器，但具有栓锥形感器。从感器分布来看，板形感器、毛形感器、刚毛的数量较多，其次是锥形感器、刺形感器和腔锥形感器，钟形感器、坛形感器、栓锥形感器数量较少。板形感器和锥形感器表面多孔，推测其具有嗅觉功能。