小峰熊蜂觸角感受器的掃描電鏡觀察

小峰熊蜂觸角感受器的掃描電鏡觀察

接觸角是昆蟲(chóng)感覺(jué)系統(tǒng)的重要組成部分，產(chǎn)生了許多不同類型和功能的感裝置。這些感器由表皮特化而成,是昆蟲(chóng)感知外部環(huán)境并進(jìn)行化學(xué)通訊的重要結(jié)構(gòu),因而,在搜索生境、寄主定位與選擇、求偶與交配、感受環(huán)境(氣流、CO2和溫濕度等)以及主動(dòng)防御與遷移等一系列適應(yīng)性行為過(guò)程中起著重要的作用,調(diào)節(jié)著昆蟲(chóng)行為與化學(xué)、物理等各種環(huán)境刺激因子的關(guān)系(SchneiderandSeibt,1969;Clyneetal.,1997;馬瑞燕和杜家緯,2000)。昆蟲(chóng)觸角感器有10余種類型,常見(jiàn)的感器有板形感器(sensillaplacodea)、毛形感器(sensillatrichodea)、刺形感器(sensillachaetica)和錐形感器(sensillabasiconic)等,各種感器在結(jié)構(gòu)和功能上各不相同,不同類型昆蟲(chóng)的感器不同,不同昆蟲(chóng)同一類型感器的大小和數(shù)量也因昆蟲(chóng)種類不同而異。因此,研究昆蟲(chóng)的感器將有助于了解昆蟲(chóng)的化學(xué)感受系統(tǒng),探究其類型、數(shù)量、分布和功能則可進(jìn)一步了解昆蟲(chóng)觸角感器與行為反應(yīng)之間的關(guān)系,同時(shí),也有助于了解昆蟲(chóng)與其他生物的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系(弓淑芬等,1989)。目前,對(duì)昆蟲(chóng)觸角感器的研究主要集中在膜翅目、鱗翅目、鞘翅目、雙翅目及同翅目等昆蟲(chóng)上,其中,對(duì)膜翅目昆蟲(chóng)的觸角感器研究則主要集中在意大利蜜蜂和中華蜜蜂上(杜芝蘭,1989;楊嘉理,2004),而對(duì)熊蜂觸角感器的研究尚未有相關(guān)報(bào)道。熊蜂隸屬于昆蟲(chóng)綱,膜翅目,蜜蜂科,熊蜂屬。目前,全世界已知約250種,分屬于15個(gè)亞屬(Williamsetal.,2008)。經(jīng)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所多年來(lái)的資源調(diào)查和中國(guó)科學(xué)院的館藏標(biāo)本表明,我國(guó)已知熊蜂115種(Williamsetal.,2010)。同時(shí),進(jìn)一步的人工繁育與授粉實(shí)驗(yàn)表明,小峰熊蜂Bombushypocrita因其易于人工飼養(yǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)和種群數(shù)量大、授粉性能優(yōu)越等特點(diǎn)而成為我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的常用優(yōu)良授粉蜂種,具有很好的推廣與應(yīng)用價(jià)值(安建東等,2010)。室內(nèi)研究表明:小峰熊蜂對(duì)花朵的偏愛(ài)程度與花的顏色、花瓣大小以及形態(tài)和氣味密切相關(guān)(施海燕等,2008),同時(shí),野外考察發(fā)現(xiàn),小峰熊蜂對(duì)某些蜜源植物表現(xiàn)出特殊的選擇偏愛(ài)性。因此,探明小峰熊蜂的訪花偏愛(ài)性對(duì)研究小峰熊蜂與蜜源植物的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系以及合理利用小峰熊蜂為設(shè)施果蔬授粉有著重要的意義。而這些研究的前提是要了解熊蜂觸角上感器的種類和分布,為此,作者對(duì)小峰熊蜂工蜂觸角上各種類型感器的形態(tài)和分布進(jìn)行了掃描電鏡觀察,以期為今后研究熊蜂的授粉生物學(xué)、行為學(xué)、電生理學(xué)和分類學(xué)提供參考。1材料和方法1.1人工飼養(yǎng)飼料實(shí)驗(yàn)采用的小峰熊蜂蜂王于2008年4月捕于河北霧靈山自然保護(hù)區(qū),然后帶回室內(nèi)用50%的糖水和新鮮杏花粉作為飼料進(jìn)行人工飼養(yǎng),飼養(yǎng)溫度為(29±1)℃,相對(duì)濕度為60%±5%,全暗環(huán)境。1.2小峰熊蜂工蜂觸變節(jié)的觀察取新羽化的工蜂10頭,用昆蟲(chóng)針將其固定在木板或軟泡沫上,在解剖鏡下用鑷子和手術(shù)刀將觸角與頭部分離開(kāi)。將取下的觸角單個(gè)浸入70%的乙醇溶液中,用超聲波清洗儀超洗10s,以除去表面粘附物(如糖漿等)。然后依次用80%、90%、95%、100%的乙醇溶液梯度脫水,再在25℃的恒溫箱中干燥10h。將干燥好的觸角樣品用導(dǎo)電銀膠粘于樣品臺(tái)上,在真空噴涂?jī)x內(nèi)噴金。噴金后,用日立S-570型掃描電鏡觀察小峰熊蜂工蜂觸角的柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)的各亞節(jié),同時(shí)照相。加速電壓為12kV。1.3角觸發(fā)器的識(shí)別和命名觸角感器的鑒定和命名主要參照Schneider(1964)和Chinta等(1997)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。1.4數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析每種感器選取10個(gè)以測(cè)定相應(yīng)的參數(shù),采用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,求得平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤。2de-lm-3,m,133財(cái)產(chǎn)表1、3,5354348387.327.327.327.327.32838383838387.327.327.327.327.327.3288888888.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7小峰熊蜂的觸角呈膝狀,由柄節(jié)(scape,SC)、梗節(jié)(pedicel,PE)和鞭節(jié)(flagellomeres,FL)3個(gè)部分組成(圖版Ⅰ:1)。工蜂的柄節(jié)長(zhǎng)為(1990.60±148.88)μm,約為全長(zhǎng)的三分之一。梗節(jié)呈方圓形,長(zhǎng)為(213.42±12.01)μm,是3個(gè)部分中最短的一個(gè)部分;鞭節(jié)由10個(gè)亞節(jié)組成(圖版Ⅰ:1),各亞節(jié)長(zhǎng)度依次為:(444.29±21.77)μm、(337.14±15.36)μm、(425.71±33.54)μm、(401.43±30.45)μm、(367.14±23.38)μm、(358.57±20.70)μm、(367.14±22.39)μm、(364.29±19.34)μm、(358.57±18.38)μm、(437.14±15.36)μm。由方差分析可知,第1、3和最末一節(jié)(第10亞節(jié))顯著長(zhǎng)于其它亞節(jié),而第2亞節(jié)則顯著短于其它亞節(jié),第4亞節(jié)雖顯著短于第1、3和10亞節(jié),但顯著長(zhǎng)于第5、6、7、8和9亞節(jié)。通過(guò)電鏡觀察,作者在小峰熊蜂工蜂的觸角上共發(fā)現(xiàn)了11類感器,即板形感器(sensillaplacodea,Spl)、壇形感器(sensillumampullaceum,Sam)、鐘形感器(sensillacampaniformia,Sca)、錐形感器(sensillabasiconicum,Sba)、腔錐形感器(sensillumcoeloconica,Sco)、毛形感器(sensillatrichodea,Str)、刺形感器(sensillachaotic,Sch)、芽形感器(bud-likesensilla,Sbl)、緣感器(marginsensilla,Sma)、端指形感器(finger-likesensilla,Sfl)以及各種類型的剛毛(setae,S)等,不同感器在各節(jié)的分布位置和數(shù)量不一致,尤以第10亞節(jié)感器的種類和數(shù)量最為豐富(圖版Ⅰ:2)。2.1板形感器的形狀板形感器是小峰熊蜂工蜂觸角上最多的一種感受器。從第二鞭節(jié)到第十鞭節(jié)均有分布,緊密排列,覆蓋在各鞭節(jié)的表面上,呈橢圓形的盤(pán)狀結(jié)構(gòu)(圖版Ⅰ:3),且在鞭節(jié)的末節(jié)分布較多。板形感器的長(zhǎng)軸與觸角走向一致,長(zhǎng)為(14.65±0.29)μm,短軸長(zhǎng)為(8.64±1.84)μm。在掃描電鏡下能清晰的看到它分為3個(gè)區(qū)域:最核心的部分呈橢圓形,面積較大;最外側(cè)呈一個(gè)橢圓的環(huán)形圍繞在最外層,邊較寬,上面有許多輻射狀的溝延伸到盤(pán)中央,但不很明顯,在高倍放大下能夠看到;介于最外層與最內(nèi)層之間的環(huán)形相對(duì)較少,但顏色最深。在板形感器密集的區(qū)域內(nèi),能見(jiàn)到板形感器間著生許多毛形感器與錐形感器,三者混合分布。同時(shí),觀察還發(fā)現(xiàn),板形感器僅分布于觸角的背面,腹面沒(méi)有分布。2.2中央扣樣節(jié)鐘形感器呈圓形,形似紐扣,周圍表皮隆起,中央有一個(gè)紐扣樣的節(jié),結(jié)構(gòu)明顯,直徑約為(1.80±0.10)μm(圖版Ⅰ:4),除第一鞭節(jié)外,其它各亞節(jié)上均有分布。2.3非中空類型錐形感器的外形較直,端部鈍形,形狀粗大而直立,似木樁,基部無(wú)突起的臼狀窩。錐形感器的頂端相當(dāng)鈍,非中空,有幾種大小不同的類型?；恐車哪ひ话悴幌衩胃衅鰽下沉的那樣深,槽呈圓形,表面光滑,無(wú)縱脊,一般長(zhǎng)度約為(11.31±6.13)μm,基部直徑約為(2.95±1.33)μm,頂部直徑為(1.68±0.77)μm(圖版Ⅰ:5),第3鞭節(jié)到第10鞭節(jié)均有分布。2.4毛形感器d這類感器長(zhǎng)度在形態(tài)上差異比較大。為方便描述,作者根據(jù)其形態(tài)的差異,將其分為毛形感器A、毛形感器B、毛形感器C和毛形感器D4種(圖版Ⅰ:6)。其中,毛形感器A是觸角上最普通的一種感受器,呈毛狀,整個(gè)感器自基部向頂端逐漸而均勻地變細(xì),顯S形,略向平行表面的一側(cè)彎曲,末端不像剛毛那樣尖,略鈍。毛形感器B細(xì)而尖,與毛形感器A相比,卷曲程度略大,頂部與基部呈90°,但末端稍向下彎曲,一般在靠近末端的鞭節(jié)上分布比較豐富。毛形感器C的頂部與基部的彎曲角度小于90°,其它與毛形感器B無(wú)差別。毛形感器D為長(zhǎng)毛狀,呈鉤狀,兩端垂直于觸角表面,而且較細(xì),末端稍鈍,有的尖端常粘附碎片。毛形感器在觸角的各個(gè)鞭節(jié)上均有分布,尤以末端顯得更為豐富,且它們多數(shù)分布在鞭節(jié)的中央位置上。2.5資金對(duì)表皮的長(zhǎng)期穩(wěn)定性能刺形感器的感器細(xì)長(zhǎng),外形剛直如刺,著生于觸角表皮的淺窩內(nèi),與觸角表面成20~30°夾角或者甚至幾乎緊貼表皮,指向觸角端部,由基部向端部逐漸變細(xì),表面具有明顯的縱脊。小峰熊蜂觸角上的刺形感器主要是長(zhǎng)直刺形感器(圖版Ⅰ:7),在觸角各節(jié)上均有分布,感器的長(zhǎng)度為(1.63±0.18)μm,基部直徑為(2.59±0.16)μm。2.6芽形感器的種類這類感器在中華蜜蜂和意大利蜜蜂中均未見(jiàn)報(bào)道。這種芽形感器有3種形態(tài),即芽形感器A(圖版Ⅰ:9)、芽形感器B(圖版Ⅰ:8)和芽形感器C(圖版Ⅰ:8)。其中,芽形感器A短小,感器壁光滑,形似禾谷類種子剛發(fā)出來(lái)的芽,著生于梗節(jié)基部,數(shù)量較少。芽形感器B有點(diǎn)類似于芽形感器A,著生于梗節(jié)基部觸角表面的凹窩中,在頂端或靠近頂端的地方分叉,形似2個(gè)芽,數(shù)量較芽形感器A多。芽形感器C主要分布在柄節(jié)和第1、2鞭節(jié)表面的凹陷處,數(shù)量也較多,該感器的特點(diǎn)是感器較細(xì)長(zhǎng),感器自基部向端部逐漸變細(xì),但幅度不大,感器的表面具有縱脊,在細(xì)長(zhǎng)感器上有數(shù)個(gè)分支,形似樹(shù)枝上的新芽,且每個(gè)分支的頂端很尖銳,全部指向觸角端部,其整個(gè)形狀有點(diǎn)類似于鋸齒。2.7端部感器ld形似微管束,感器上無(wú)縱脊,從基部至端部大小基本一致,端部則分化成幾個(gè)分支,分支長(zhǎng)短不盡相同,該感器僅著生在觸角鞭節(jié)的第一、二節(jié)上,且數(shù)量甚少(圖版Ⅰ:9)。2.8邊緣傳感器緣感器是一種小型的毛狀結(jié)構(gòu),末端尖而銳。在鞭節(jié)與鞭節(jié)之間相連處有一排緣感器,沒(méi)有槽,長(zhǎng)度不等(圖版Ⅰ:10)。2.9絮狀物采用孔口壇形感器同樣為小孔狀結(jié)構(gòu),小孔呈圓形。有的孔內(nèi)有絮狀物伸出,孔的直徑為(1.22±0.11)μm,比腔錐感器的小,每個(gè)壇形感器就像火山口一樣鼓起(圖版Ⅰ:11)。鞭節(jié)各亞節(jié)大部分有分布,但數(shù)量不多。2.10研物緣毛的情況這類感器是由表皮凹陷而成的一類感器,呈小孔狀結(jié)構(gòu),孔中央著生的感覺(jué)錐可見(jiàn)或不明顯,腔的四周著生有十幾根緣毛,四周的緣毛略高于感覺(jué)錐(圖版Ⅰ:11)。腔錐形感器在柄節(jié)和梗節(jié)上均有分布,且主要分布于鞭節(jié)的外側(cè)面,這類感器的數(shù)量較少,這種感器與壇形感器很難區(qū)分,主要體現(xiàn)在其感器孔的直徑較壇形的大,前者約為2.5μm,而后者只有0.75μm左右。2.11結(jié)構(gòu)的排列內(nèi)溫剛毛有針狀、刀狀等不同類型。剛毛數(shù)量多,在各節(jié)上均有分布,有的密集成簇,有的疏散而整齊的排列,末端一般較尖銳且尖端彎向觸角的表面(圖版Ⅰ:12)。3其它感器的分布昆蟲(chóng)通過(guò)特定的化學(xué)感覺(jué)機(jī)制來(lái)感知來(lái)自種內(nèi)、種間以及環(huán)境中的各種化學(xué)信息,并做出相應(yīng)的反應(yīng),為自身尋找適宜的食物、配偶以及生存與繁殖場(chǎng)所,其中,化學(xué)感受器是昆蟲(chóng)與周圍環(huán)境中的大量化學(xué)信息發(fā)生聯(lián)系的紐帶?；瘜W(xué)感應(yīng)器的種類、數(shù)量、分布以及發(fā)達(dá)程度等都因昆蟲(chóng)的種類不同而已,而且有的昆蟲(chóng)在雌雄性成蟲(chóng)間的觸角感器具有一定的性二型特征(馬瑞燕和杜家緯,2000;孫凡等,2007;楊慧等,2008;顧丁等,2009;路常寬和王曉勤,2009)。本文利用掃描電鏡對(duì)我國(guó)溫室主要授粉蜂種———小蜂熊蜂工蜂的觸角進(jìn)行了超微結(jié)構(gòu)觀察,研究結(jié)果表明:小蜂熊蜂的觸角同樣分為三個(gè)部分,即柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié),其中,柄節(jié)約占觸角全長(zhǎng)的三分之一,顯著長(zhǎng)于意大利蜜蜂和中華蜜蜂;但小蜂熊蜂的梗節(jié)較短,甚至短于意大利蜜蜂和中華蜜蜂;小蜂熊蜂工蜂的鞭節(jié)同樣分為10個(gè)亞節(jié),不同亞節(jié)上的感器的種類和數(shù)量不一樣,具體而言,小峰熊蜂工蜂觸角具有板形感器、鐘形感器、錐形感器、毛形感器、刺形感器、芽形感器、端指形感器、緣感器、壇形感器、腔錐形感器和剛毛11種感器,每種感器在觸角各節(jié)上的數(shù)量和分布均不同。其中,數(shù)量較多的感器是板形感器、刺形感器、毛形感器和剛毛,其次是錐形感器、芽形感器和緣感器,而壇形感器、腔錐形感器、端指形感器和鐘形感器感器的數(shù)量較少。板形感器是膜翅目蜜蜂總科昆蟲(chóng)觸角上最多的一種感器,也是蜜蜂最主要的嗅覺(jué)器官。前人研究表明,板形感器并沒(méi)有分布于整個(gè)觸角,并推測(cè)腹面不具板形感器的面積大小與蜂嗅覺(jué)的靈敏程度相關(guān),如意大利蜜蜂觸角腹面不具板形感器的面積大于中華蜜蜂,因此,認(rèn)為這是造成中華蜜蜂比意大利蜜蜂對(duì)蜜粉源靈敏度更高的主要原因(楊嘉理,2004)。本研究也發(fā)現(xiàn)在小峰熊蜂的腹面存在不具板形感器的區(qū)域,但未在數(shù)量上將其與中華蜜蜂和意大利蜜蜂的板形感器進(jìn)行比較,因此,熊蜂觸角上無(wú)板形感器區(qū)域面積大小是否與熊蜂嗅覺(jué)靈敏程度相關(guān)有待于進(jìn)一步研究。刺形感器的超微結(jié)構(gòu)顯示,其壁很厚,但屬于無(wú)孔的結(jié)構(gòu),因此不是化學(xué)感器。刺形感器在結(jié)構(gòu)上與毛形感器類似,但刺形感器看起來(lái)更短,且其剛直如刺,有較厚的壁圍繞,基部一般有一向上突起的臼狀窩,頂部鈍圓,表面有明顯的縱紋。刺形感器具有感受機(jī)械刺激的功能(Schneider,1964;金鑫等,2004)。單感器試驗(yàn)證明,性信息素刺激無(wú)電位反應(yīng),而對(duì)機(jī)械振動(dòng)有反應(yīng)(杜永均等,1995),在選擇行為環(huán)境和求偶微環(huán)境以及適宜場(chǎng)所的選擇等方面均具有重要的功能。毛形感器是植食性昆蟲(chóng)觸角上分布最廣,數(shù)量最多的感器。這是因?yàn)槊胃衅髦饕?/p>