胸熊蜂亚属Thoracobombus 3个种的形态比较
2020-04-02王哲哲常志敏
王哲哲,常志敏,2,3
(1.贵州大学动物科学学院/高原山地动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室;2.贵州大学昆虫研究所;3.贵州大学昆虫资源开发利用省级特色重点实验室,贵州 贵阳 550025)
熊蜂(Bombusspp.)隶属于膜翅目(Hymenoptera)细腰亚目(Clistogastra)蜜蜂科(Apidae),是一类杂食的社会性重要经济昆虫[1-2].目前,世界已记录熊蜂15亚属250余种,中国已报道14亚属125种[3].熊蜂个体大、浑身具绒毛、口器长等形态特征及耐低温、信息交流系统不发达等生物特性,使其授粉范围广,授粉效果显著,特别适宜温室大棚授粉.因此,熊蜂是重要的传粉昆虫.开展其多样性调查和分类研究对熊蜂种质资源开发与利用具有重要意义.
熊蜂外部形态复杂多样、毛色多变,常造成分类系统混乱,准确鉴定困难[4].Williams et al[1]将熊蜂分为15亚属,该分类系统得到广泛认可.胸熊蜂亚属(ThoracobombusDalla Torre,1880)是熊蜂中较大的亚属之一,该亚属包含原翻熊蜂亚属(EversmannibombusSkorikov,1938)、纤细熊蜂亚属(ExilobombusSkorikov,1922)、沸熊蜂亚属(FervidobombusSkorikov,1922)、障熊蜂亚属(LaesobombusKrüger,1920)、霉熊蜂亚属(MucidobombusKrüger,1920)、蔷红熊蜂亚属(RhodobombusDalla Torre,1880)、三角熊蜂亚属(TricornibombusSkorikov,1922)下的多数物种[5-6].目前,胸熊蜂亚属世界记录 50 余种,分布于古北区、新北区和新热带地区[7];中国有近20种,分布于贵州、甘肃、青海、吉林、四川、河北、广西、湖南、浙江等地[8-12].胸熊蜂亚属雌性蜂主要识别特征:中单眼前边缘位于复眼连线上;唇基上部散有大、中、小刻点;颚眼距宽是长的1.0~1.6倍;下颌远端宽圆形,具2前齿,通常具1后齿;中足基跗节覆黑色短、中毛,端部后向角小于或等于45°,形成较窄的齿;后足基跗节覆黑色短、中毛,端部后向角小于或等于45°,形成一个齿;后足胫节仅边缘具粗长毛,表面光滑且大部分平坦.雄性蜂主要识别特征:外形与雌性蜂近似,触角接近或超过翅基;阳茎瓣逐渐变窄,最多具一个向内的窄点,其远端1/3处近直或略向内或向外弯曲,剑形突基部狭窄且尖锐;阳茎基腹铗具1内钩,尖锐或宽钝;生殖刺突具内钩,内钩直且尖锐[1].
目前,我国对胸熊蜂亚属的研究主要集中于其在少数地区的分布情况及繁育特性[8-12],尚未见其外形特征及雄性外生殖器特征的详细报道.Williams et al[13]对四川熊蜂物种多样性的调查中,涉及该亚属6种.但关于该亚属中黑足熊蜂(BombusatripesSmith,1852)、仿熊蜂(BombusimitatorPittioni,1949)和兴熊蜂(BombusimpetuosusSmith,1871)的形态研究较少.例如:Smith[14]仅简单描记了黑足熊蜂工蜂和雄蜂毛色;Pittioni[15]仅简单描记了仿熊蜂工蜂头长宽比、脸颊长和单眼等结构,未涉及雄蜂及生殖器特征;Smith[16]仅描记了兴熊蜂蜂王与工蜂的毛色.本研究对采自贵州省的黑足熊蜂、仿熊蜂和兴熊蜂外部形态及外生殖器结构进行比较,并结合胸熊蜂翅脉形态测量方法[17]和蜜蜂形态指标测定方法[18-19],对熊蜂形态指标进行测定,为熊蜂形态分类及种质资源保护提供基础资料.
1 材料与方法
1.1 材料
研究标本均为成虫干制标本(表1),保存于贵州大学昆虫研究所.
表1 胸熊蜂亚属3个种的标本信息Table 1 Specimen information of 3 species of Thoracobombus
1.2 方法
1.2.1 形态观察与测量 在Leica MZ12.5体视显微镜下观察头、胸、腹、前后翅、花粉筐等形态特征,并描记;分别将雌、雄蜂标本置于Nikon SMZ25数码成像系统下拍照,用NIS-Elements AR软件测量18个形态指标[体长,触角长,中单眼半径,右单眼半径,中、右单眼距,右单眼与复眼距,复眼长半轴,复眼短半轴,前翅长,前翅宽,后翅钩数,T(3+4),后足胫节长,后足胫节宽,基跗节长,基跗节宽,肘脉长A,肘脉长B],测定方法参考文献[20-22],所得数据记录在Excel中并计算肘脉指数和跗节指数,将数据导入SPSS 17.0软件进行单因素分析.
1.2.2 雄虫外生殖器解剖 将雄虫腹部或腹端部轻轻撬下,放入10% NaOH溶液中煮沸5~10 min(具体时间视外生殖器骨化程度而定),待其肌肉组织充分溶解后取出,用清水冲洗2~3次,用吸水纸吸干水分,然后置于滴有甘油的玻片上,观察和测量后保存于甘油中.
1.2.3 鉴定 结合外部形态特征与雄性外生殖器特征进行鉴定,专业术语参照Williams et al[13]和何俊华等[20].
2 结果与分析
2.1 外部形态特征
黑足熊蜂:工蜂体长17~23 mm,触角长6~8 mm,前翅长17~20 mm;触角长未超过翅基,第4节长大于宽;单眼黑棕色,复眼色素黑、白,中单眼半径大于右侧单眼,右侧单眼与复眼的距离是右侧单眼半径的4.6倍(图1A);颜面覆一层稀疏黄色短毛,其上覆黑色长毛;唇基不覆毛,分散有中、小刻点,刻点密集(图1A);颚眼距宽是长的1.2~1.5倍,下颌远端宽圆形,具2前齿,通常具1后齿(图1A);前胸侧板、中胸侧板为黑色,其余为橙色(图2A);中足基跗节覆黑色短、中毛,端部后向角小于或等于45°,形成一个窄的齿(图3A);后足胫节只有边缘有粗长的毛,表面光滑且大部分平坦,中间有微凸的脊(图3B);后足基跗节覆黑色短、中毛,基部后向角小于或等于30°,形成尖刺,端部后向角小于或等于45°,形成一个齿(图3C);前、后翅棕黑色,不透明,后翅钩数25~29个(图4A、4B);腹节橙色(图5A).雄蜂体长16~20 mm,触角长7~9 mm,前翅长15~17 mm;毛色与雌性相同(图2B、图5B),脸区覆一层浓密黄色短毛,其上覆黑色长毛;唇基覆毛稀疏(图1B).
仿熊蜂:工蜂体长13~18 mm,触角长5~8 mm,前翅长12~19 mm;触角未超过翅基,第4节长大于宽;单眼黄棕色,复眼色素黑、白、黄,中单眼半径大于右侧单眼;右侧单眼与复眼的距离是右侧单眼半径的4.3倍(图1C);颜面覆一层稀疏黄色短毛,其上覆浓密黑色长毛;唇基不覆毛,分散有大刻点,刻点稀疏(图1C);颚眼距宽是长的1.2~1.6倍;下颌结构同黑足熊蜂;中胸盾片、小盾片为黑色,其余为黄色(图2C);中足跗节、后足胫节和跗节同黑足熊蜂;前、后翅棕黑色,不透明,后翅钩数20~28个(图4C、4D);腹节1~2节为黄色,3~4节为黑色,5~6节为橙色(图5C).雄蜂体长16~20 mm,触角长7~9 mm,前翅长15~17 mm,触角超过翅基;毛色与雌性相同(图2D、图5D),颜面覆一层浓密黄色短毛,其上覆黑色长毛;唇基覆毛(图1D).
兴熊蜂:工蜂体长10~13 mm,触角长4~6 mm,前翅长9~13 mm;触角未超过翅基,第4节宽大于长;单眼棕黑色,复眼色素黑、白;中单眼半径大于右侧单眼,右侧单眼与复眼的距离是右侧单眼半径的4.4倍(图1E);脸区覆毛稀疏,近似于无;唇基不覆毛,分散有中、小刻点,刻点密集(图1E);颚眼距宽是长的1.3~1.4倍;下颌结构同黑足熊蜂;中胸盾片为黑色,其余为浅黄色(图2E);中足跗节、后足胫节和跗节同黑足熊蜂;前、后翅浅棕色,透明,后翅钩数16~20个(图4E、4F);腹节1~2节为黄色,3节为黑色,4~6节橙色(图5E).雄蜂体长9~13 mm,触角长5~7 mm,前翅长11~12 mm,触角超过翅基;毛色与雌性相同(图2F、图5F),颜面覆稀疏黑色、黄色长毛;唇基覆毛(图1F).
3种熊蜂工蜂比较,体型上总体是黑足熊蜂最大,仿熊蜂次之,兴熊蜂最小;从触角第4节长宽比看,黑足熊蜂与仿熊蜂均为长大于宽,而兴熊蜂第4节宽大于长;从工蜂和雄蜂的毛色上来看,黑足熊蜂毛色与仿熊蜂、兴熊蜂区别明显,仿熊蜂与兴熊蜂毛色区别主要在于小盾片覆毛及腹部第4节覆毛的颜色;3种熊蜂工蜂的上颚、中足跗节、后足胫节和跗节等特征无明显区别.同种工蜂与雄蜂相比,黑足熊蜂工蜂体型大于雄蜂,仿熊蜂工蜂体型小于雄蜂,兴熊蜂工蜂体型与雄蜂近似;工蜂唇基不覆毛,雄蜂唇基覆毛.
2.2 雄性外生殖器形态特征
熊蜂雄性外生殖器由剑形突、阳茎瓣、阳茎基腹铗、生殖刺突和生殖突基节构成,皆为棕色,不同骨化程度表现的棕色程度不一.
黑足熊蜂(图6A):剑形突宽小于长且尖锐;阳茎瓣逐渐狭窄又变宽,只有一个窄点,最狭窄处具多齿,末端变宽处呈扇形向外张开;阳茎基腹铗内钩弯曲接近于直角,内钩与末端间具一凸起;生殖刺突短且宽,具两内钩,长内钩直斜且细、尖锐,短内钩平且弯曲;生殖突基节呈不明显的“C”形弯曲,且从基部向端部逐渐变窄,端部最窄.
仿熊蜂(图6B):剑形突同黑足熊蜂;阳茎瓣逐渐狭窄又变宽,只有一个窄点,最狭窄处具多齿,阳茎瓣末端变宽处呈“八”字向外张开;阳茎基腹铗内钩弯曲指向外生殖器末端;生殖刺突仅具一内钩,内钩较平直且细长、尖锐;生殖突基节端部最窄,具一明显的脊.
兴熊蜂(图6C):剑形突同黑足熊蜂;阳茎瓣逐渐狭窄又变宽,只有一个窄点,最狭窄处具多齿,阳茎瓣末端变宽处向外张开不明显;阳茎基腹铗内钩直斜指向外生殖器末端;生殖刺突仅具一内钩,内钩较弯平且宽、尖锐;生殖突基节中间比两端窄.
2.3 形态指标分析
3种熊蜂工蜂样本20个形态特征方差(ANOVA)分析结果(表2)表明,3种工蜂前翅长均略小于体长,前翅长约为宽的3倍;3种工蜂中单眼与右单眼距离、肘脉指数、跗节指数均差异不显著(P>0.05);黑足熊蜂中单眼半径与仿熊蜂差异不显著(P>0.05),但两种蜂均与兴熊蜂差异显著(P<0.05);其余16个指标差异均显著(P<0.05),特征大小呈现出一致性,均表现为黑足熊蜂>仿熊蜂>兴熊蜂.
表2 熊蜂亚属3个种形态指标方差分析1)Table 2 Variance analysis on the morphological characteristics of 3 species of Thoracobombus
1)同行数据后附不同字母者表示差异显著(P<0.05),附相同字母者表示差异不显著(P>0.05).T(3+4)为形态学第3腹板与第4腹板(通常为腹节的第2、3节)长度;复眼长半轴、短半轴以复眼轮廓作椭圆形进行测量.
2.4 检索表
黑足熊蜂、仿熊蜂和兴熊蜂工蜂和雄蜂的检索表见表3和表4.
表3 3种熊蜂工蜂检索表
Table 3 Key to 3 species ofThoracobombusworker bee
表4 3种熊蜂雄蜂检索表
Table 4 Key to 3 species ofThoracobombusmale bee
3 小结与讨论
本研究对采自贵州省的黑足熊蜂、仿熊蜂、兴熊蜂的工蜂外部形态及雄蜂外生殖器结构进行比较,3种熊蜂工蜂在体型大小、触角第4节、毛色、翅的颜色和后翅钩数等方面存在明显差异.其中,黑足熊蜂工蜂体长17~23 mm,仿熊蜂13~18 mm,兴熊蜂10~13 mm;黑足熊蜂与仿熊蜂触角第4节长均大于宽,而兴熊蜂宽大于长;黑足熊蜂毛色与仿熊蜂、兴熊蜂区别明显,而仿熊蜂工蜂与兴熊蜂毛色相近,仅小盾片和腹部第4节有区别,仿熊蜂小盾片和腹部第4节覆毛黑色,兴熊蜂小盾片覆毛黄色,腹部第4节覆毛橙色;黑足熊蜂与仿熊蜂前、后翅均为棕黑色,不透明,而兴熊蜂前、后翅浅棕色,透明;黑足熊蜂后翅钩数25~29个,仿熊蜂20~28个,兴熊蜂16~20个.3种熊蜂的颚眼距、中足跗节、后足胫节和后足跗节形态无明显区别.3种熊蜂外生殖器的阳茎瓣末端、阳茎基腹铗内钩、生殖刺突内钩差异明显.例如:黑足熊蜂阳茎基腹铗内钩弯曲接近直角,仿熊蜂仅弯曲,兴熊蜂直;黑足熊蜂生殖刺突具两内钩,仿熊蜂与兴熊蜂仅具一内钩.
在3种熊蜂工蜂20个形态指标中,中单眼与右单眼距离、肘脉指数和跗节指数在3种熊蜂之间差异均不显著;黑足熊蜂中单眼半径与仿熊蜂差异不显著,但两者均与兴熊蜂差异显著;其余16个指标差异均显著,特征大小均表现为黑足熊蜂>仿熊蜂>兴熊蜂.因此,形态测量能够为种间鉴别提供依据.Barkan et al[17]也认为翅的形态测量能作为种间鉴别的依据.
Dalla[4]证明只通过毛色分类是欠缺的.作者在研究过程中也发现仿熊蜂与兴熊蜂毛色特征并不稳定,如本文记录仿熊蜂腹部第4节毛色为黑色,兴熊蜂前胸侧板、中胸侧板和腹部第1节为黄色,而Williams et al[13]描记的仿熊蜂腹部第4节为黄色,兴熊蜂前胸侧板、中胸侧板和腹部第1节毛色为白色,区别明显.工蜂没有统一的鉴定标准,很多学者试图通过单一的方法(形态特征、分子特征、形态指标)来澄清熊蜂的种类,然而每种方法都有其局限性[21-24].例如:仅通过毛色可区分黑足熊蜂,但不能区分仿熊蜂和兴熊蜂;方差分析显示3种熊蜂工蜂体长差异显著,但是个体间也存在差异,仿熊蜂体长13~18 mm,与兴熊蜂体长具有一定的交叉性.因此,单一的研究方法并不可靠,互补的几种研究方法在物种划分上更严谨[25].作者建议以熊蜂外部形态(毛色、触角第4节长宽比、翅的颜色和透明度),结合熊蜂体长、触角长、后翅钩数等16个测量指标及雄性外生殖器(阳茎瓣、阳茎基腹铗、生殖刺突)特征,作为鉴别熊蜂的依据.