白蛾周氏啮小蜂触角感受器性二型超微结构分析*

孙伊阳 覃东玉 潘丽娜 穆怡然 杨艺新 相伟芳 朱耿平 李 敏

(1.天津市动植物抗性重点实验室 天津师范大学生命科学学院 天津 300387;2.南开大学生命科学学院 天津 300071)

美国白蛾(Hyphantriacunea)(鳞翅目:灯蛾科)，原产于北美，20世纪40年代开始传入欧洲和亚洲(Tadi，1963；Yangetal.,2008；Geetal.,2018)。1979年在中国首次发现，现已入侵辽宁、山东、安徽、山西、河北、河南、上海、天津和北京等省市，且仍在继续传播(Jietal.,2003；Gaoetal.,2010；Yangetal.,2015)。美国白蛾具有食性杂、适应性强、繁殖量大、产卵量多等特性(魏建荣等，2004；张向欣等，2009)，已在世界范围内造成了巨大的生态和经济损失(Xuetal.,2015)。

杨忠岐(1989)在我国发现的新属新种——白蛾周氏啮小蜂(Chouioiacunea)，属膜翅目(Hymennoptera)姬小蜂科(Eulophidae)。该蜂具有个体小、雌、雄性比高、繁殖量大、搜寻寄主能力强，易于人工繁殖等特点，是美国白蛾的优势寄生性天敌(苏智等，2004；杨忠岐等，2005)。目前日本、伊朗、意大利和土耳其等国家通过引入白蛾周氏啮小蜂来防治美国白蛾，均取得了不错的成效(Sullivanetal.,2010；Zhuetal.,2017)。

触角上的感受器是昆虫感知外界刺激，寻找配偶、搜寻寄主的重要器官(阎雄飞等，2010；Knolhoffetal.,2014；Weeetal.,2016)。雌、雄蜂在其生活史中承担的职能不同，驱使寄生蜂的触角感觉结构向不同方向发展，导致特定感受器的进化，因此其雌、雄触角上的感受器存在一定差异(Klopfsteinetal.,2010；Romanietal.,2009；Ruschionietal.,2012；Carloetal.,2014；Rioloetal.,2016)。徐晓蕊等(2013)研究了白蛾周氏啮小蜂触角感受器的超微结构，但对感受器的数量、分布和功能以及雌、雄蜂触角感受器的差异未进行深入探讨。本文利用扫描电镜观察和比较了白蛾周氏啮小蜂雌、雄蜂触角感受器的种类、数量及分布，这将有助于了解白蛾周氏啮小蜂雌、雄蜂触角感受器的差异，为进一步研究各感受器的功能提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

白蛾周氏啮小蜂为本实验传代培养种源，饲养方法见Zhu等(2017)。替代寄主柞蚕(Antheraeapernyi)蛹由辽宁本溪柞蚕繁育基地提供。

1.2 扫描电镜样品制备方法

试验于2018-06—2018-08进行。于-4 ℃下低温麻痹小蜂后，在显微镜下随机挑选结构完整的雌、雄蜂各10只。用解剖刀在解剖镜下将雌、雄蜂头部切下，分别放置于1.5 mL灭菌离心管中。加入适量pH7.2、2.5%戊二醛溶液，置于4 ℃冰箱中固定2～3 h。用PBS缓冲液漂洗2次，每次10 min。乙醇系列脱水，体积分数分别为30%、50%、70%、90%、100%，其中，30% ～ 90%脱水1次，时间为20 min，100%脱水2次，第1次20 min，第2次25 min。最后自然干燥24 h。将触角贴于样品台上喷金，在加速电压为15 kV、FEI公司生产的Quanta 200型扫描电子显微镜(南开大学生命科学学院)下观察、测量和拍照。根据Schneider(1964)、Zhang等(2015)、Zheng等(2016)和Wang 等(2018)的触角感受器分类方法，确定触角中分布的各感受器的类型。

1.3 数据处理

用Adobe Photoshop CS6软件标注图像中感受器和触角的名称。用CAD 2016软件测量触角各节及各类感受器的长度。用SPSS 22.0软件统计触角各节和各感受器的长度，并采用独立样本的t检验对雌、雄蜂感受器长度进行分析比较。

2 结果与分析讨论

2.1 触角的形态

雌、雄白蛾周氏啮小蜂的触角均呈膝状，主要由柄节、梗节和鞭节组成，柄节下方与头部连接处的部分已经能够与柄节完全区分开，称为支角突，着生在触角窝内(卢爱平，1995；邹德玉等，2009；李莉玲等，2015)。雌蜂触角共11节，柄节、梗节各1节，柄节较长，约为梗节长度的2倍；梗节与鞭节连接处为环状节，共3节；鞭节6节，分为索节3节，棒节3节(图 1a)。雄蜂触角12节，柄节、梗节各1节，柄节极度膨大，略呈瓢形；环状节2节，鞭节8节；鞭节分为索节5节，棒节3节，其中第1、2索节较小不易区分(图 1b)(杨忠岐，1989)。该蜂雄蜂触角柄节膨大这一特征与多数寄生蜂不同，也可通过观察这一特征而将雌、雄蜂区分开。触角各节长度及总长度见表1。

图1 白蛾周氏啮小蜂雌雄触角形态Fig.1 Antenna of C.cuneaa:雌蜂触角 Antenna of female;b:雄蜂触角 Antenna of male;Ra:支角突 Antennifer;Sc:柄节 Scape;Pe:梗节 Pedicel;F1:第1索节 First funicle;F2:第2索节 Second funicle;F3:第3索节 Third funicle;F4:第4索节 Fourth funicle;F5:第5索节Fifth funicle;C1:第1棒节 First clava;C2:第2棒节 Second clava;C3:第3棒节 Third clava.

表1 白蛾周氏啮小蜂触角各亚节长度①Tab.1 Mean length of antennal segments of C.cunea μm

2.2 感受器种类、数量和形态

2.2.1 毛形感器(sensilla trichodea，ST) 毛形感器数量最多，分布最广，在鞭节各节均有分布。按照形状和长度可分为2种类型：毛型感器Ⅰ型(STⅠ)呈长毛状，基部较粗，末端纤细，表面有棱。感受器整体弧状弯曲，与触角表面呈30°～ 45°角，向触角末端前倾(图2a)。着生于基窝中，基窝隆起高于触角表面，形似火山口。长为21.59 μm±0.97 μm(n=26,n为样本量，下同)(表2)。在雌、雄触角鞭节上均有分布，雌蜂上更多。毛型感器Ⅱ型(STⅡ)形似丝带，感受器中部有扭转，末端较尖，表面光滑，无基窝(图2b)。长为39.71 μm±0.96 μm(n=20)(表2)。雌、雄蜂触角上均有分布，雄蜂上更多。毛型感器Ⅱ型比Ⅰ型明显要长很多(t44=13.048，P<0.05)。

2.2.2 板状感器(sensilla placodea，PS) 外壁平板形，较宽，呈脊状隆起，为大型感受器，与鞭节亚节近乎等长，沿纵轴方向与触角表面愈合，仅尖端很小部分与触角分开，分开部分略超出板型感器所在亚节。长约40.94 μm±1.87 μm(n=20)(表2)。该感受器分布极有规律，在雌、雄蜂鞭节各亚节均有分布，且数量和位置基本固定，该感受器围绕其所在触角亚节外周均匀分布，呈轮状排列，且在各亚节上的数目基本恒定(图2c)。板型感器表面有微孔，并非完全光滑。

2.2.3 刺形感器(sensilla chaetica，CHS) 形如长刺，刚直有棱，倾斜生长，不弯曲，顶端极尖，基窝较浅(图 2d)。长约28.58 μm±1.28 μm(n=30)，数量上仅次于毛形感器(表2)。该感受器在雌、雄蜂上无明显差异，均分布在柄节和梗节，且为柄节上的唯一感受器，与毛形感器Ⅰ型在形态上相似，但比毛形感器Ⅰ型要更长(t54=4.243，P<0.05)，刚性更强，基窝更浅。

图2 白蛾周氏啮小蜂触角感受器超微结构Fig.2 Antennal sensilla ultrastructure of C.cuneaa,c,e:雌蜂第3索节 Third funicle of femalecord;b:雄蜂第1棒节 First clava of male;d:雌蜂柄节 Scape of female;f,j:雌蜂环状节 Annular of female;g,h:雌蜂第3棒节 Third clava of female;i:雌蜂支角突 Antennifer of female;k,l:雄蜂第3棒节 Third clava of male.STⅠ:毛形感器Ⅰ型 Sensilla trichodeaⅠ;STⅡ:毛形感器Ⅱ型 Sensilla trichodeaⅡ;PS:板状感器 Sensilla placodea;CHS:刺形感器 Sensilla chaetica;SB:锥状感器 Sensilla basiconica;SMⅠ:乳状感器Ⅰ型 Sensilla mammilliformia Ⅰ;SMⅡ:乳状感器Ⅱ型 Sensilla mammilliformia Ⅱ;SMⅢ:乳状感器Ⅲ型 Sensilla mammilliformia Ⅲ;BB:Böhm氏鬃毛 Böhm bristles;SCO:腔锥形感器 Sensilla coeloconica;FS:指形感器 Finger-like sensilla.

2.2.4 乳状感器(sensilla mammilliformia，SM) 按照形状和着生位置可分为3种类型，3种类型的大小、形状及分布上有明显差异。Ⅰ型(SMⅠ)呈乳头状，着生于基窝内。基部呈粗柄状，端部膨大呈球状，乳头处表面有浅棱，柄部光滑。感受器整体垂直于触角表面生长(图 2e)。长约4.81 μm±0.11 μm(n=20)(表2)。雌、雄蜂该感受器均分布在索节各节及第1棒节上。Ⅱ型(SMⅡ)没有基窝，极小，呈扁锥状，末端较钝(图 2f)，长度约为1.22 μm±0.18 μm(n=5)(表2)。成串地着生在雌蜂环状节的环痕上。乳状感器Ⅲ型，之前未见报道，因其形态与乳状感器相似，也呈乳头状，但其基窝特点及分布与乳状感器Ⅰ型明显不同，故定为乳状感器Ⅲ型。其基窝大而深，并有圆环状纹路，感受器仅能略突出基窝(图2g)。长约4.11 μm±0.29 μm(n=5)(表2)，基窝直径约7.63 μm±0.75 μm(n=2)，数量较少，仅在雌、雄蜂触角第3棒节上有分布。雄蜂该感受器形态与雌蜂有所不同，基窝不凹陷，乳头不膨大。

2.2.5 锥状感器(sensilla basiconica，SB) 基部有基窝，表面有棱(图 2h)，短毛状，长为6.02 μm±0.47 μm(n=19)(表2)。雌、雄蜂上均有分布，数量很少。锥形感器与Böhm氏鬃毛形态相似，但也有明显差异：一是锥形感器一般单个分布，而Böhm氏鬃毛成簇分布；二是锥形感器分布在鞭节上，而Böhm氏鬃毛分布在支角突和梗节基部。锥形感器与Böhm氏鬃毛长度没有明显差异(t37=2.301，P=0.027)。

2.2.6 Böhm氏鬃毛(Böhm bristles，BB) 圆锥形，顶端较钝，具浅坑状基窝，表面光滑，大多直立，少数末端弯曲(图2i)。长为4.83 μm±0.24 μm(n=20)(表2)。通常3 ～ 5个聚集生长，位置较固定，分布于雌、雄蜂支角突及雌蜂梗节基部。

2.2.7 腔锥形感器(sensilla coeloconica，SCO) 整个感受器完全位于盘状凹陷的深坑中，仅能见圆形开口，开口较小，难以观察到感受器全貌。开口直径约1.06 μm(n=1)，仅见于雄性触角的环状节上，数量极少(图 2j)。

2.2.8 指形感器(Finger-like sensilla，FS) 无基窝，表面光滑，形似手指，末端稍细，一般不弯曲，是触角上最健壮的感受器(图2k)，长约17.82 μm±0.75 μm(n=10)(表2)。着生在触角末端第3棒节的顶端中央突起上，每个触角上仅1个(图2l)，雌、雄皆有。

表2 白蛾周氏啮小蜂触角上各类感受器长度和数量①Tab.2 Length and amount of sensilla on the antenna of C.cunea

2.3 触角各节间感受器的分布特点

鞭节上感受器的种类和数量较多，是触角感知外界刺激的主要部位。支角突、柄节、梗节以及环状节上的感受器的种类较单一，位置较固定。支角突上仅Böhm氏鬃毛1种感受器，柄节上仅刺形感器1种，梗节上绝大多数为刺形感器。乳状感器Ⅱ型和腔锥形感器仅分布在雌蜂的环状节上。鞭节可分为索节和棒节，索节较棒节长，二者感受器的分布有明显差异。棒节感受器的类型更多，指形感器、乳状感器Ⅲ型仅见于棒节。而乳状感器Ⅰ型则主要分布在索节上，鞭节上较少。毛形感器Ⅰ型在雄蜂上主要分布在索节上，棒节较少。鞭节中第3棒节最短，但其上的感受器类型最多，有毛形感器Ⅰ型、Ⅱ型、板形感器、乳状感器Ⅲ型、锥状感器、指形感器(Consolietal.,1999)。

2.4 雌、雄蜂触角及感受器比较

雌、雄蜂触角及感受器有明显的性二型现象，主要表现为：1) 雌蜂鞭节6节，雄蜂8节，多出的2节上分布有许多毛形感器、乳状感器以及板形感器。2) 雌蜂触角虽比雄蜂少2节，但雌蜂的柄节(t9=8.097，P<0.05)、梗节(t9=4.996，P<0.05)、第1索节(t5=6.274，P<0.05)、第2索节(t7=7.807，P<0.05)、第2棒节(t11=2.879，P<0.05)、第3棒节(t11=1.638，P<0.05)以及触角总长(t13=9.034，P<0.05)明显要比雄蜂长。3) 雌蜂柄节虽比雄蜂长，但雄蜂柄节膨大，为感受器的着生提供更宽广的面积。雌、雄蜂触角的柄节上仅分布1种感受器，即刺形感器。4) 雌蜂触角上感受器的种类比雄蜂多，雄蜂比雌蜂少2种感受器，分别为腔锥形感器和乳状感器Ⅱ型。5) 雌蜂触角上的感受器数目远多于雄蜂，约为雄蜂感受器数量的2倍(t11=10.84,P<0.05)；毛形感器、板状感器、刺形感器、乳状感器，雌、雄蜂上均有分布，但各感受器数量雌蜂均多于雄蜂(表2)。6) 毛型感器Ⅰ型在雌蜂上细长，雄蜂上较为短粗(t24=4.757，P<0.05)。乳状感器Ⅰ型雄蜂要明显比雌蜂长(t18=3.775，P<0.05)。乳状感器Ⅲ型虽然在雌、雄触角第3棒节上均有发现，但二者基窝形态，感受器形状有较大的区别。7) 同种感受器在雌、雄上的分布也有差别。毛形感器Ⅰ型在雌蜂触角鞭节各亚节皆有分布，是雌蜂触角上数量最多且分布最广的感受器，但在雄蜂触角上多分布于索节，棒节少见。毛型感器Ⅱ型在雄蜂触角鞭节各亚节皆有分布，是雄蜂触角上数量最多且分布最广的感受器，但在雌蜂触角上多见于棒节，索节上未见分布。8) 锥状感器在雌蜂上常呈卷曲状，雄性上则较刚直。雌、雄蜂乳状感器Ⅲ型在形态上有明显区别，该感受器在雌蜂上呈灯泡状，有大而深的基窝，在雄蜂上呈柱状，基窝不深凹。

表3 白蛾周氏啮小蜂触角上各感受器分布①Tab.3 Distribution of sensilla on the antenna of C.cunea

雌、雄蜂触角及感受器的共同点：1) 触角的形态均呈膝状，鞭节最长,柄节次之,梗节和支角突较短。2) 雌、雄蜂触角上均有毛形感器Ⅰ型、Ⅱ型、板状感器、刺形感器、锥状感器、乳状感器Ⅰ型、Böhm氏鬃毛、腔锥形感器和指形感器。3) 板形感器、刺形感器、乳状感器Ⅰ型、Böhm氏鬃毛、指形感器的形态和分布雌、雄蜂上并无明显区别。

3 讨论

在对昆虫触角感受器的形态研究中发现，雌、雄感受器的性二型现象在各个类群中普遍存在。目前对鳞翅目(Lepidoptera)一些害虫的研究相对较多，如竹织叶野螟(Algedomiacoclesalis)(刘曼等，2013)、小菜蛾(Plutellaxylostella)(Weeetal.,2016)、核桃举肢蛾(Atrijuglanshetaohei)(陈丹丹等,2017)。对膜翅目(Hymenoptera)寄生性类群的研究相对较少，如霍氏啮小蜂(Tetrastichushowardi)(Zhengetal.,2016)、伏钝唇姬蜂(Eriborusapplicitus)(Zhangetal.,2015)。一般而言，雄性昆虫负责寻找配偶，雌性昆虫负责搜寻寄主、产卵，相比而言，雌性需要更强的感受外界信息化合物的能力，因此需要更多的感受器。本研究结果表明，雌蜂触角明显长于雄性；有研究表明更长的触角能着生更多的感受器(Schneider,1964；Zhengetal.,2016)，与本研究中雌蜂触角上感受器的种类和数量明显多于雄蜂的结果一致(杨忠岐等，1998；Zhengetal.,2016)。白蛾周氏啮小蜂雄性触角柄节膨大这一现象，在霍氏啮小蜂中也有过报道(Zhengetal.,2016)，并认为该结构特征与雄性求偶行为有关。

毛形感器为白蛾周氏啮小蜂雌、雄蜂触角上数量最多、分布最广的感受器，通常认为在毛形感器上有直径30 ～ 50 nm的毛孔，具嗅觉功能(Weeetal.,2016；Maitanietal.,2010；Faucheux,2011)。雌蜂触角上毛型感器Ⅰ型较多，Ⅱ型较少，雄蜂触角上Ⅱ型较多，Ⅰ型较少。推测毛型感器Ⅰ型与寄生蜂的交配和产卵行为有关，这与Zheng等(2016)在对霍氏啮小蜂的研究结果吻合(Zhangetal.,2015；Keil,1997)。

板形感器在雌、雄蜂上均有分布，在放大30 000倍的情况下观察其表面有微孔，与邹德玉等(2009)、Wang等(2018)等报道一致，认为其有嗅觉功能(Zhangetal.,2015)。该感器与卢爱平(1995)报道的纵行感器(一种变化了的板形感器)结构极为相似。

乳状感器表面有许多小孔，经透射电镜观察其内部结构及扫描电镜观察到其表面具孔道，认为有嗅觉功能(Olsonetal.,1993；Romanietal.,2010；Zhouetal.,2013；Zhangetal.,2015)。乳状感器Ⅰ型在已报道的寄生蜂感受器研究中，其形态和结构基本相似(高宇等，2013)。该感受器数量雌性多于雄性，在霍氏啮小蜂中也观察到了一致的结果(Zhengetal.,2016)。乳状感器Ⅱ型在白蛾黑棒啮小蜂(Tetrastichusseptentrionalis)中曾有过报道(洪权春等，2016)，徐晓蕊等(2013)在白蛾周氏啮小蜂中也报道过，但其功能尚不明确。乳状感器Ⅲ型为本研究中新发现的感受器，数量较少，仅位于雌、雄蜂触角的最末节。寄生蜂在搜寻寄主和交配时常用触角敲打寄主和配偶，因此最后1节首先接触外界环境，位于其上的感受器最易接收到化学信息物质(高宇等,2013；洪权春等,2016；Zhengetal.,2016)。白蛾周氏啮小蜂该感受器在雌、雄蜂中，形态结构具明显差异，推测在雌、雄蜂中该感受器具有不同的功能。

腔锥型感器与温度和湿度的感知以及嗅觉有关(Hunger,1998；Chenetal.,2010；Faccietal.,2011；Wangetal.,2012；Zhangetal.,2015)。该感受器在本研究中仅在雌性触角上观察到。

指形感器在徐晓蕊(2013)的研究中未曾报道。本研究依据洪权春等(2016)、高宇等(2013)、Zheng等(2016)文章中的描述，将其命名为指形感器，在雌、雄蜂中未发现明显差异。该感受器位于触角最末端，其上有许多小孔，为化学感受器，可能与寄生蜂寻找寄主、配偶有关(Zhengetal.,2016)。

4 结论

本研究对雌、雄白蛾周氏啮小蜂触角感受器的种类、数量及分布作了详细的描述和比较，并探讨了部分感受器的功能。共发现8种感受器，分别为毛形感器、板状感器、刺形感器、锥状感器、乳状感器、Böhm氏鬃毛、腔锥形感器和指形感器。乳状感器Ⅲ型为新发现的感受器。观察到雌、雄蜂触角感受器具有明显的性二型现象。雌、雄蜂在触角感受器的种类、形态结构、数目、分布上均有显著差异。可为白蛾周氏啮小蜂触角的感受机制研究提供依据，为进一步探索各感受器内部结构、作用机制及相关功能提供参考。