草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂雄成虫触角及胸足化学感器的超微结构特征*

王文倩，葛文超，杜广祖，和淑琪，桂富荣,2，陈 斌

(1.云南农业大学 植物保护学院，云南生物资源保护与利用国家重点实验室，云南 昆明 650201；2.云南省高原特色农业产业研究院，云南 昆明 650201)

草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)隶属于鳞翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae)灰翅夜蛾属(Spodoptera)，也称秋黏虫、草地夜蛾，原产于美洲热带和亚热带地区，是广泛分布在美洲大陆的多食性迁飞性农业害虫[1]。草地贪夜蛾自2019年1月在云南为害冬玉米以来，在中国西南地区定殖、繁衍并不断蔓延[2-3]，截至2019年10月，中国共有26个省发生草地贪夜蛾为害，整体见虫面积超过100万hm2[4-5]。根据不同地区气象数据推测：草地贪夜蛾在中国的理论年平均发生世代数在 0～7.41 代之间[6]，对中国玉米生产造成极大威胁。目前，对草地贪夜蛾常用的防控方法主要包括农业防治、生物防治和化学防治等，国内外对草地贪夜蛾的生物防治技术研究较多，大部分集中在寄生性天敌方面[7]。其中，可寄生草地贪夜蛾的寄生蜂有10科121种，其中茧蜂科(Braconidae)有39种[8]。

寄生蜂是种类最为丰富的膜翅目昆虫类群之一，在害虫的生物防治和自然调控方面起着非常关键的作用[9]。寄生蜂与农林害虫间存在着寄生与被寄生的关系，且涉及到种间的防御和适应[10]。在相互适应的过程中，分布于寄生蜂表面的多种感器在其寄主定位、觅食、寻偶、交配、产卵、繁殖、迁飞和避敌等行为过程中发挥着重要作用[11-13]，而且不同部位的感器在种类及功能方面均有差异。目前，国内外对寄生蜂感器的研究已有很多，如在小菜蛾绒茧蜂(Cotesia plutellae)、中红侧沟茧蜂(Microplitis mediator)、烟蚜茧蜂(Aphidius gifuensis)、斜纹夜蛾侧沟茧蜂(Microplitis prodeniae)和二化螟盘绒茧蜂(Cotesia chilonis)等寄生蜂触角上常见的感器类型有毛形、板形、刺形、钟形、锥形、腔锥形和Böhm氏鬃毛，胸足上常见的感器类型有毛形、刺形、Böhm氏鬃毛和膜状中垫等；烟蚜茧蜂的复眼上还有一种锥形感器，口器上有毛形感器和刺形感器[14-19]。不同寄生蜂种类雌雄蜂的触角感器差异不同，如二化螟盘绒茧蜂的雌雄蜂触角感器差异不明显[19]，而斜纹夜蛾侧沟茧蜂雌雄蜂触角感器差异明显，钟形感器仅出现在雄蜂鞭节[18]。据报道，甲腹茧蜂属昆虫的幼虫头部具有2种感器(S1和S2)，推测其可能用于定位寄主，找出寄主的背侧开口是否存在或是否需要钻孔[20]。

甲腹茧蜂(Chelonussp.)是在云南省昆明市(嵩明县)、玉溪市和曲靖市(陆良县)等地的玉米田中发现的寄生草地贪夜蛾的一种寄生蜂。据报道，该属寄生蜂是一类很重要的鳞翅目昆虫幼虫内寄生性天敌昆虫，对卷蛾科(Tortricidae)、小卷蛾科(Olethreutidae)、夜蛾科(Noctuidae)和螟蛾科(Pyralidae)昆虫具有重要的自然控制和调节作用[21-22]。李芬等[23]研究发现螟甲腹茧蜂(Chelonus munakatae)可寄生草地贪夜蛾幼虫。目前对草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂(Chelonussp.)触角和胸足的感器研究还未见报道。本研究采用扫描电镜观察草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂雄成虫的触角及胸足上的感器类型及其特征，以期为进一步揭示该寄生蜂的寄生机制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

甲腹茧蜂(Chelonussp.)于2019年3月采自云南省曲靖市陆良县玉米田内，在人工气候箱(RG-300型，广州康恒仪器有限公司)中用草地贪夜蛾为寄主饲养，人工气候箱环境条件为：温度(25±1)℃，湿度(75±5)%，L∶D=16∶8。待草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂羽化后，选择24 h内羽化触角完整的健壮、活跃雄成虫进行电镜扫描观察。

1.2 方法

1.2.1 样品的制备与观察

取新羽化的草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂雄成虫3头，在解剖镜下用镊子和手术刀将触角与头部分开，并剪下其前、中、后足跗节；再将取下的触角及各单跗节浸入0.1 moL/L、pH 7.2的磷酸缓冲液中，用超声波清洗器(KS-5200DE型，昆山洁丽美超声仪器有限公司)清洗3次，每次5 s，除去表面粘附的杂质。用4%戊二醛固定24 h后，依次用80%、90%、95%和100%的乙醇溶液梯度脱水，取出后在室内自然干燥；将干燥好的样品分别按不同观察角度用导电胶粘于样品台上，在离子溅射仪(E-1010型，日本东京HITACHI公司)内对样品进行喷金。每个样品喷金15 s，然后用扫描电子显微镜(FlexSEM-1000型，日本东京HITACHI公司)在不同放大倍数下观察并拍照，电镜工作电压为12 kV。

1.2.2 感器的鉴定与命名

感器的形态学术语主要参照SCHNEIDER[24]、CHINTA等[25]和KEIL[26]；感受器的超微结构命名参照NAVASERO等[27]和OCHIENG等[28]。在扫描电镜图片上使用Image J软件测量触角及感器的长度和直径，使用Adobe Photoshop CS4软件标注图像中的感器名称。

2 结果与分析

2.1 草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂触角形态及感器种类

2.1.1 触角形态

草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂的触角为丝状，主要分为3节，从基部到端部依次为柄节、梗节和鞭节。梗节较短，柄节长度约为梗节的5倍；鞭节较长，由多个鞭小节组成(图1a)。在扫描电镜下从触角上共观察到3种感器，分别为毛形感器(sensilla trichodea，ST)、锥形感器(sensilla basiconica，SB)和板形感器(sensilla placodea，SP)，其中毛形感器和锥形感器均有3种亚型(I～III)。

2.1.2 感器类型

毛形感器(ST)在草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂的整个触角表面均有分布，也是数量最多的感器。呈毛形，直立或弯曲，与触角表面夹角为20°～70°，表皮光滑或具纵纹，端部尖细或较尖，基窝微陷或突出。根据长度、弯曲程度和是否具有纵纹等分为3种亚型，分别为ST I、ST II和ST III。ST I顶端尖细，朝向触角端部，略微向外弯曲，基窝突出，表面光滑，长6.7～18.3 μm，基部直径1.1～1.7 μm (图1b)；ST II着生于触角鞭节表面的纵向凹槽内，顶端略微弯曲，基窝内陷，表面具纵纹，长3.7～16 μm，较ST I短，基部直径1.3～1.6 μm (图1c)；ST III端部不弯曲，从基部到端部渐细，着生于触角的柄节表面，基窝微突，表面光滑，长6.8～44 μm，基部直径1.3～3.5 μm，数量最多(图1d)。

锥形感器(SB)主要分布于草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂触角的鞭节，在每个鞭小节的侧面和背面均有分布，鞭节末端最多，但总体数量少于毛形感器。直立或弯曲，与触角表面夹角成40°～90°，高于其他感器，基窝内陷或微突，端部钝圆，表面光滑或具纵纹。根据长度、基窝形态和表面是否具有纵纹等分为3种亚型，分别为SB I、SB II和SB III。SB I顶端较细，朝向触角端部，基窝内陷较深，具纵纹，长9.7～17.6 μm,基部直径1.7～2.4 μm，分布于触角侧面及鞭节端部(图1d、1e)；SB II表面光滑，基窝微突，长6.5～17.2 μm，微短于SB I，基部直径1.3～4.6 μm，较SB I粗，分布于触角鞭节背面(图1e)；SB III分布于触角鞭节侧面，端部略粗于SB I和SB II，表面光滑，长7.2～7.6 μm，长度介于SB I和SB II之间，基部直径1.6～1.8 μm (图1f)。

板形感器(SP)呈脊状隆起，略高于触角表面，两端稍宽略圆，中间略弯曲且窄，与触角的中轴线平行，基部插入隆起的纵长形槽中，长约48.8 μm，宽约1.3 μm，槽状间距为1.6 μm (图1g)。分布于触角整个鞭节，在柄节和梗节中未发现，毛形感器和锥形感器着生在板形感器之间。

图1 草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂触角感器超显微结构Fig.1 Ultrastructure of the antennae sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of Spodoptera frugiperda

2.2 草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂胸足的形态及感器类型

2.2.1 胸足的形态

草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂的胸足是寄生蜂的运动附肢，主要用于爬行、跳跃、清扫梳理和支撑身体。胸足分为前足、中足和后足，每个胸足由6个部分组成，从基部到端部依次为基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节 (图2a、3a、4a)。通常寄生蜂胸足的基节较粗短，近似圆锥形；前足和中足的转节较长，分第1转节和第2转节，第2转节较短，后足转节仅有1节；腿节较发达，胫节次之，内侧末端有1个大距；跗节分为5节，第1节较长；前跗节较短，有两侧爪。

在草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂的胸足上共观察到4种感器，分别为毛形感器(ST)、锥形感器(SB)、刺形感器(sensilla chaetica，SCh)和钟形感器(sensillum campaniform，SCa)。

2.2.2 前足感器

前足上的毛形感器(ST)有ST I和ST III 2个亚型，在整个前足表面均有分布(图2d、2e)。与触角上的形态相似，ST I和ST III分别长13.4～50.9 μm和16.5～46.4 μm，均长于触角上的毛形感器；基部直径分别为1.5～2 μm和1.7～3.5 μm，宽于触角上的毛形感器基部直径。在基窝形态上，前足的ST III基窝更加突出。前足上的锥形感器(SB)有SB I和SB II 2个亚型，同触角上的锥形感器形态相同。SB I主要分布在第3跗节，SB II主要分布在胫节侧面，与毛形感器相间分布(图2b、2c)。前足上的刺形感器(SCh)与足表面夹角均大于45°，外形与毛形感器相近，基部插入触角表皮凹陷处，端部尖细如刺，长5.2～12.7 μm，基部直径1.5～2.0 μm (图2e)，分布于第5跗节，数量较少。

图2 草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂前足感器超显微结构Fig.2 Ultrastructure of the propodeum sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of S.frugiperda

2.2.3 中足感器

中足上的毛形感器(ST)只有1种亚型，即ST III，分布于整个中足表面，长度和基部直径与前足基本相同(图3b、3c)；钟形感器(SCa)呈乳头状，着生在直径约2.9 μm的锥形盘中央，中心处有一突起，周围表皮光滑且隆起，仅在中足的腿节内侧发现(图3d)；锥形感器(SB)与前足相同(图3f)；刺形感器(SCh)形态与前足相同，排列于前跗节的爪状中垫上(图3e)。

图3 草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂中足感器超显微结构Fig.3 Ultrastructure of the mesopdium sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of S.frugiperda

2.2.4 后足感器

后足上的毛形感器(ST)形态与前足和中足相同(图4d、4e、4f)。锥形感器(SB)有SB I和SB IV 2个亚型。其中SB I与触角、前足和中足上的锥形感器形态相同(图4b)；SB IV为柱状，基窝内陷，端部分叉，长约7.2 μm，基部直径约1.5 μm，仅在后足胫节外侧发现，数量极少(图4c)。刺形感器(SCh)形态与中足相同，分布在后足腿节内侧及前跗节(图4f)。

图4 草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂后足感器超显微结构Fig.4 Ultrastructure of the metapodium sensilla on the parasitoid of Chelonus sp.of S.frugiperda

3 讨论

本研究通过扫描电镜在寄生草地贪夜蛾的甲腹茧蜂雄成虫触角和胸足共观察到5种感器，分别为毛形感器(3种亚型I～III)、板形感器、刺形感器、锥形感器(4种亚型I～IV)和钟形感器，这些感器可以识别植物的气味、信息素和其他化学刺激，同时还具有机械感觉以及味觉功能[29]。田盼盼等[17]发现：烟蚜茧蜂主要有板形感器、刺形感器、毛形感器、锥形感器、Böhm氏鬃毛和膜状中垫等6种类型感器，未观察到钟形感器。据报道，钟形感器具有机械感觉功能，可以感受空气压力和位置[18]，在甲腹茧蜂中足腿节上发现钟形感器说明其可能在甲腹茧蜂飞行过程中起平衡和定位的作用。

本研究在寄生草地贪夜蛾的甲腹茧蜂触角上共观察到3种感器，分别为毛形感器(3种亚型I～III)、板形感器和锥形感器(3种亚型I～III)。刘樾等[19]在二化螟盘绒茧蜂触角上观察到毛形(2种亚型)、板形、腔锥形、锥形(3种亚型)、刺形、柱形、钟形和及Böhm氏鬃毛等感器，而本研究在草地贪夜蛾寄生蜂甲腹茧蜂触角上发现毛形感器还存在1种不同的亚型，但是未发现腔锥形、柱形、钟形感器和Böhm氏鬃毛。这可能是由于不同寄生蜂分类地位不同和寄主差异造成，且可能与标本的放置角度有关[10]。

寄生蜂的不同部位所具有的感器类型不同，而不同类型的感器在寄生蜂的行为中也发挥着不同的作用。本研究在寄生草地贪夜蛾的甲腹茧蜂上观察到的毛形感器和锥形感器为其触角和胸足所共有。已有研究发现：这2种感器均具有感受机械刺激和嗅觉感受的功能[30]，可能在甲腹茧蜂对寄主的定位、识别和接受以及行为环境的选择等方面起重要作用[31-33]。某些毛形感器还能够感受性信息素，以实现两性交配求偶中的信息识别[34]。另外，板形感器是甲腹茧蜂触角鞭节特有的一种感器，其具有多个神经元细胞，具有嗅觉功能，是化学气体分子的通道[35]，可能还有感受红外辐射的功能[36]，其存在于触角鞭节可能是为了更快速准确地搜寻寄主。

本研究仅对寄生草地贪夜蛾的甲腹茧蜂触角和胸足感器的超微结构进行扫描电镜观察，有关产卵器感器的观察及各类型感器的功能还有待于通过透射电镜、电生理和分子生物学等技术进行进一步的研究和分析，以揭示寄生草地贪夜蛾的甲腹茧蜂定位寄主的行为机制，为进一步通过生物防控的方法来防治草地贪夜蛾提供一定的理论依据。

4 结论

本研究通过扫描电镜观察明确了寄生草地贪夜蛾的甲腹茧蜂(Chelonussp.)雄成虫触角和胸足(前、中、后足)上有5种感器，分别为毛形感器(3种亚型I～III)、板形感器、刺形感器、锥形感器(4种亚型I～IV)和钟形感器，且不同类型感器在触角和胸足的分布及特征不同。研究结果可为进一步探讨草地贪夜蛾寄生蜂的寄生行为机制提供一定的理论依据。