金环胡蜂Vespa mandarinia(Smith)两亚种(膜翅目：胡蜂科)触角感受器的扫描电镜观察

李虹雨, 丁韦程, 和秋菊, 杨 晨, 马方舟, 施 雯, 易传辉

(1.云南省森林灾害与控制重点实验室/西南林业大学生物多样性保护学院，云南 昆明 650224; 2.北京林业大学林学院, 北京 100083;3.生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042；4.西南林业大学云南生物多样性研究院,云南 昆明 650224)

金环胡蜂[Vespamandarinia(Smith)]属胡蜂属昆虫，是胡蜂属中体型最大的类群，主要分布于我国的云南、四川、广东、广西等地区，及南亚和东南亚等地.随着近年来气候变化和人为因素的影响，金环胡蜂的种群数量激增，对传粉昆虫尤其是蜜蜂造成了严重威胁；同时，金环胡蜂取食葡萄等水果，导致水果品质下降，给果农造成了一定的经济损失.但金环胡蜂也是重要的资源昆虫，具有一定的药用和食用价值，如其幼虫、成虫、蜂毒和蜂巢均可入药[1]，且其幼虫和蛹被誉为是富含高级蛋白质的美食.我国记录的金环胡蜂有4个亚种，即大胡蜂亚种[V.mandariniamagnifica(Smith)]、显胡蜂亚种(V.mandarinianobilisSonan)、指名亚种[V.mandariniamandarinia(Smith)]和贝罗纳亚种[V.mandariniabelona(Smith)][2].

金环胡蜂的触角在其社会性分工中起着重要作用.触角感受器是昆虫感觉系统的重要组成部分，主要功能是感知周围环境[3]，对各种内部刺激产生反应，并和其他神经系统共同调节和控制昆虫行为，也是昆虫种内和种间化学通讯的重要接收装置[4].Shield et al[5]研究表明，烟草天蛾(Manducasexta)具有2种类型的腔锥形感受器,其中一种含有5个双极感受细胞, 其结构符合嗅觉热敏感器的特征，另一种含有3个双极感受细胞, 能够感受温湿度.目前尚未见有关金环胡蜂感受器的研究.本研究利用扫描电镜对金环胡蜂指名亚种和贝罗纳亚种的蜂王、职蜂和雄蜂的触角超微结构进行观察，对比两个亚种触角感受器的异同，为进一步揭示触角结构与功能间的关系及社会性种群形成的机理提供参考.

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

试验昆虫金环胡蜂指名亚种和贝罗纳亚种采集于云南德宏州陇川县(97.79°E,24.19°N)和四川攀枝花市盐边县(101.85°E,26.68°N).将采集的金环胡蜂放入饲养箱中，在常温下饲养，用苹果和蜂蜜水喂养待用.

1.2 样品制备和电镜扫描观察

选择健康金环胡蜂指名亚种和贝罗纳亚种蜂王、职蜂和雄蜂各10头，将胡蜂触角从触角窝基部切下，依次用浓度为75%、85%、95%、100%的乙醇溶液各脱水10 min，再放入70%的乙醇溶液中用超声波仪清洗15 s，室温下干燥2 h.将干燥后的触角置于离子溅射仪(108AUTO,美国)内进行喷金处理，30 mA电流、0.8 kV电压下处理350 s.用日立TM3000电子扫描电镜(Hitach日立高新技术公司，日本)观察触角一般形态，用场发射电子扫描电镜Nova NanoSEM450(FEI，美国)观察触角感受器超微结构.

1.3 图像处理和数据分析

利用Photoshop CC2018软件处理电镜扫描图片并标识感受器，利用ImageJ 1.48U软件测量触角各节的长度、感受器的长度和基部直径；应用Excel 2016软件对数据进行统计，再用SPSS 23软件对数据进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 两个亚种触角的一般形态结构

金环胡蜂指名亚种和贝罗纳亚种的蜂王、职蜂和雄蜂触角形态结构相近，均呈膝状，着生于触角窝支角突上，鞭节是触角各节中最长的一节，梗节极短，部分陷于柄节中，柄节与梗节之间呈膝状弯曲；鞭节向端部逐渐变短，雌蜂鞭节共10小节，雄蜂鞭节共11小节，鞭节最末一节较长(图1).两亚种雄蜂触角鞭节每一小节均有两个角质层突起，也称感觉突，突起面上感受器极少；触角从柄节到鞭节逐渐变细，每一节均着生感受器，从柄节到鞭节感受器数量逐渐增多.同一亚种蜂王、职蜂和雄蜂的触角长度关系为雄蜂>蜂王>职蜂，其中，雄蜂的触角鞭节比蜂王和职蜂多一小节.两亚种蜂王、雄蜂、职蜂的触角长度关系为贝罗纳亚种>指名亚种(表1).

2.2 触角感受器类型

金环胡蜂指名亚种和贝罗纳亚种触角感受器类型基本一致，均有5种，分别为毛形感受器(trichoid sensilla, TS)、锥形感受器(basiconic sensilla, BS)、板形感受器(placodea sensilla, PS)、刺形感受器(chaetica sensilla, CS)和腔锥形感受器(coeloconic sensilla, CoS)，不同类型感受器长度及基部直径见表2.除腔锥形感受器外，其余4种感受器均具有两种亚型；雌蜂和雄蜂个体间感受器的类型相同，分布范围也基本相似.

2.2.1 毛形感受器 毛形感受器数量最多，在触角各节上均有分布.毛形感受器Ⅰ型(TSⅠ)：毛较长，表面光滑，上面有螺旋状条纹，基部有基窝，整体较粗，从基部到端部逐渐变细，端部较尖且弯曲，与触角轴呈锐角，有时整体呈弧线弯曲；数量众多，分布广泛，遍布整个触角，在鞭节末端几节上的数量最多(图2F、3F).毛形感受器Ⅱ型(TSⅡ)：其与Ⅰ型的形态差异较大，基部无基窝，直接从表皮伸出，表面光滑且有竖直条纹，整体细长呈弓形弯曲，尖端较细，从基部到端部渐细但变化不明显；数量较少，常集中在鞭节最后一小节末端(图2F、3F).

A.指名亚种蜂王，体长4.2 cm；B.指名亚种蜂王模式图;C.贝罗纳亚种蜂王，体长4.5 cm；D.贝罗纳亚种蜂王模式图;E.蜂王触角形态模式图.图1 金环胡蜂两亚种蜂王形态及其触角模式图Fig.1 Morphology and antenne pattern for queens of 2 subspecies of V.mandarinia

表1 金环胡蜂两亚种触角各节长度1)Table 1 Antennae segment length of 2 subspecies of V.mandariniaμm

表2 金环胡蜂两亚种触角感受器长度和基部直径1)Table 2 Antennal sensilla length and basal diameter of 2 subspecies of V.mandarinia

A.板形感受器Ⅰ型(PSⅠ),板形感受器Ⅱ型(PSⅡ);B.板形感受器Ⅰ型(PSⅠ);C.板形感受器Ⅱ型(PSⅡ);D.刺形感受器Ⅰ型(CSⅠ); E.刺形感受器Ⅱ型(CSⅡ);F.毛形感受器Ⅰ型(TSⅠ),毛形感受器Ⅱ型(TSⅡ);G.锥形感受器Ⅰ型(BSⅠ); H.锥形感受器Ⅱ型(BSⅡ);I.腔锥形感受器(CoS).图2 金环胡蜂指名亚种触角感受器显微结构Fig.2 Microscopy of antennae sensilla of V.mandarinia magnifica

2.2.2 锥形感受器 锥形感受器的两种亚型区别很大，形态结构完全不同.锥形感受器Ⅰ型(BSⅠ)：整体呈乳突状或小钉状，基部膨大，向端部逐渐变细，表面光滑且无纹路，顶端有大量微小孔，直立于触角表面，与触角轴几乎呈直角；数量较多，集中分布在鞭节各小节连接处两侧(图2G、3C).锥形感受器Ⅱ型(BSⅡ)：表面有明显纹路，基部突出，有明显基窝，顶端基本圆钝，有些截平或向内微凹，顶端表面有大量微小孔；形态易区分，其如钉锥状着生于触角上，主要分布于鞭节背面第2至第11小节和鞭节腹面末端3小节，集中于每一小节中部，鞭节最后一小节分布最多(图2H、3B).

2.2.3 板形感受器 此类感受器数量仅次于毛形感受器，广泛分布于触角鞭节各小节上，触角背面分布数量较腹面多，鞭节末端数量最多.板形感受器Ⅰ型(PSⅠ)：整体呈细长椭圆形的盘状结构，着生在形状相同的穴窝内，不突起，覆于触角表面；感受器表面有很多微小孔，呈单排整齐排列(图2A-B、3F).板形感受器Ⅱ型(PSⅡ)：较Ⅰ型粗短，呈椭圆形，感受器表面的小孔比Ⅰ型更密集，呈双排紧密排列(图2A、2C、3F).

2.2.4 刺形感受器 刺形感受器数量也较多，但少于毛形感受器和板形感受器.刺形感受器Ⅰ型(CSⅠ)：短刺形，与触角轴呈90°，基部有基窝，从基部到端部逐渐变细，顶端较细并向内凹形成一个小孔洞，感受器表面较光滑，有细长纹路，纹路由整齐排列的小孔组成；主要分布在鞭节各小节前端和末端，鞭节最末端数量最多(图2D、3D).刺形感受器Ⅱ型(CSⅡ)：长刺形，较Ⅰ型长，明显比其他感受器高，直立于触角表面，表面有许多微小孔组成的细长纹路，基部有基窝，端部更加细长，顶端不向内凹；主要分布在鞭节上，鞭节最末端数量最多(图2E、3E、3G).

2.2.5 腔锥形感受器 此类感受器主要分布在触角鞭节各小节腹面背侧和触角背面末端几节，数量较少；着生在触角表面基部凹窝内，有时仅露出少量锥状端部，基窝表面光滑 (图2I、3D).

A.雄蜂触角上的角质层突起；B.锥形感受器Ⅱ型(BSⅡ);C.锥形感受器Ⅰ型(BSⅠ);D.腔锥形感受器(CoS)，刺形感受器 Ⅰ型(CSⅠ);E.刺形感受器Ⅱ型(CSⅡ);F.板形感受器Ⅰ型(PSⅠ)，板形感受器Ⅱ型(PSⅡ)， 毛形感受器Ⅰ型(TSⅠ)，毛形感受器Ⅱ型(TSⅡ);G.刺形感受器Ⅱ型(CSⅡ).图3 金环胡蜂贝罗纳亚种触角感受器显微结构Fig.3 Microscopy of antennae sensilla of V.mandarinia bellona

3 讨论

3.1 触角结构和感受器类型

金环胡蜂指名亚种和贝罗纳亚种触角形态结构相近;雌蜂鞭节共10小节,雄蜂鞭节比雌蜂长1小节，可能与其寻找配偶有关.Romani et al[6]研究发现，纸黄蜂(Polistesdominulus)雄虫的触角也长于雌虫，并且雄虫触角在交配前会震动，交配阶段会抓住雌虫.东亚小花蝽(Oriussauteri)雄虫的触角同样长于雌虫[7].从超微形态来看，金环胡蜂两亚种的蜂王、雄蜂和职蜂均具有5种类型感受器，除腔锥形感受器外，毛形感受器、锥形感受器、板形感受器、刺形感受器均具两种亚型；雌虫和雄虫个体间感受器的类型相同，在触角上的分布基本相似；贝罗纳亚种触角鞭节分布的感受器数量更多，其中，毛形感受器分布最广泛.Khodairy et al[8]研究发现，东方胡蜂(V.orientalis)触角也有5种感受器：其中4种感受器与金环胡蜂相同，即毛形感受器、刺形感受器、锥形感受器和腔锥形感受器，其结构也相同；其余1种为头状感受器，其无亚型.金环胡蜂喜欢在温度适宜的早晨活动，而东方胡蜂喜欢在烈日、高热天气下活动，其特有的感受器可能具有感受热量的功能.

金环胡蜂雄虫触角鞭节每一小节具两个纺锤形的角质层突起，也称为感觉突，其上感受器分布极少，仅有少量感觉毛和感觉孔.除胡蜂科外，其他膜翅目昆虫中未发现类似结构，其功能有待通过行为学、透射电镜、电生理及分子生物学技术进行深入研究.

3.2 触角感受器功能

金环胡蜂触角感受器遍布整个触角，数量巨大.其中，毛形感受器和板形感受器数量最多.

在膜翅目昆虫中，毛形感受器数量最多，长度最长，与外界物体触碰最多，体现其具有机械感受功能[9].金环胡蜂锥形感受器两种亚型形态完全不同，但表面都具有许多微孔形成的纹路.Antoine et al[10]研究证实，锥形感受器Ⅱ型是典型的嗅觉感受器，其表面的微孔是对气味敏感的感觉孔，是膜翅目昆虫特有嗅觉系统的重要感受器，锥形感受器Ⅰ型也具有嗅觉和机械感受功能.金环胡蜂板形感受器两种亚型表面感觉孔排列方式不同，这在蜜蜂科触角上也常见.Ochieng et al[11]研究发现，板形感受器内部有大量神经元细胞，主要用于接收化学信号，在胡蜂对寄主的识别中起重要作用.刺形感受器垂直于触角表面且突出于其他感受器，多分布在鞭节最后一节，其表面也具有许多微孔，刺形感受器Ⅰ型顶端向内凹陷，可能具有机械反应和选择性行为功能[12-13].腔锥形感受器内陷形成腔状，有利于气味分子进入，其分布数量最少，内部结构还需要利用透射电镜进一步探究，推测其主要具有嗅觉和味觉感受功能[14].

金环胡蜂触角感受器种类丰富，在其社会性行为和多样性分化方面起着关键作用.有关金环胡蜂每种类型触角感受器的具体功能及其相互作用值得深入研究.