烟蚜茧蜂触角感觉器的扫描电镜观察

烟蚜茧蜂触角感觉器的扫描电镜观察

0烟改患者感染烟改的相关研究【研究意义】蚜虫是膜叶科的一个重要敌人。烟蚜茧蜂在田间对烟蚜的自然寄生率通常达20%—60%,最高可达89.16%,已被应用于烟草、蔬菜等作物蚜虫的生物防治,并取得了显著防治效果。近年来,应用烟蚜茧蜂防治烟蚜技术在云南、贵州等烟区已有较大面积推广应用。昆虫触角感觉器能感受环境中的多种信息化合物,触角在昆虫觅食、寻找配偶和选择栖息场所等行为活动中发挥重要作用。研究烟蚜茧蜂触角的超微结构及低温冷藏对烟蚜茧蜂触角的影响,有助于深入了解烟蚜茧蜂对化学信息物质的感受机理和烟蚜茧蜂的行为调控机制,为烟蚜茧蜂的规模化繁殖及有效利用提供科学依据。【前人研究进展】国内外针对膜翅目昆虫触角感觉器观察和描述已有较多报道,其中包括蚜茧蜂科和茧蜂科的一些昆虫种类,如茶蚜蚜茧蜂(Aphidiussp.)、豆柄瘤蚜茧蜂(Lysiphlebusfabarum)、麦蛾茧蜂(Braconhebetor)、侧沟茧蜂(Microplitissp.)等,基本明确了以上昆虫触角感觉器的种类、分布以及形态特征。在上述昆虫触角上,感觉器类型主要有毛形感觉器、板形感觉器、棒状感觉器、刺形感觉器、锥形感觉器、腔锥形感觉器、鳞状感觉器等。国内学者对烟蚜茧蜂的形态学特征、生物学和生态学特性、自然分布、耐寒性等方面也开展了相关研究,并成功研发了一套较为完善的烟蚜茧蜂规模化繁殖、释放工艺。在烟蚜茧蜂的规模化繁殖过程中,常采用低温冷藏方法来保存虫源、调节羽化时间等。对烟蚜茧蜂的低温冷藏研究,主要集中在僵蚜不同僵化程度、不同冷藏时间对羽化率和寿命的影响,以及变温对烟蚜茧蜂低温贮藏存活特性的影响等方面,已有研究表明不同冷藏温度、冷藏时间对烟蚜茧蜂羽化率与寿命的影响不同。【本研究切入点】在各种生态条件中,温度对昆虫的种群分布、生长发育、生殖、迁飞和越冬等起着重要的作用,是影响昆虫种群消长动态的重要因子。烟蚜茧蜂的触角和触角感觉器在其寻找寄主蚜虫中具有重要作用,但低温冷藏对其触角及感觉器的影响以及烟蚜茧蜂触角在寻找寄主时的化学感受机制等尚未进行研究。【拟解决的关键问题】采用扫描电镜观察烟蚜茧蜂触角的超微结构,对雌、雄蜂触角感觉器的类型、形态、数量和感觉器分布特点进行描述和比较分析,并研究低温冷藏对烟蚜茧蜂触角外部形态和触角感觉器的影响,以期为烟蚜茧蜂的寄生行为调控及其规模化繁殖利用提供理论依据。1材料和方法1.1烟嗪和烟嗪蜂烟蚜和烟蚜茧蜂采自贵州省遵义市绥阳县蒲场烟草科技园。以烟蚜为寄主繁殖烟蚜茧蜂,烟蚜寄主植物为烤烟品种G140。烟蚜和烟蚜茧蜂均在中国农业科学院烟草研究所人工气候室内饲养,饲养条件:温度(25±1)℃、RH70%—80%、光周期14L﹕10D。供试烟蚜茧蜂繁殖10代以上。1.2烟嗪的采集、储存将接有烟蚜的盆栽烟苗置于50cm×50cm×50cm的纱网笼子里,每个笼内接入烟蚜茧蜂雌、雄蜂各10头,置于人工气候室内。根据僵蚜的外观变化判断烟蚜茧蜂的发育阶段,收集烟蚜茧蜂发育至老熟幼虫阶段的僵蚜,置于培养皿中,于4℃冰箱中分别储存7、14、21、28d。处理之后,将僵蚜置于人工气候室内孵育,直至羽化为成蜂,以25℃条件下饲养的烟蚜茧蜂用于对照,重复3次,每次重复至少处理10头烟蚜茧蜂。1.3人工感染感觉器分布规律表12013年10—12月,在中国科学院青岛生物能源与过程研究所进行烟蚜茧蜂触角扫描电镜观察。将上述烟蚜茧蜂成蜂置于pH7.4、2.5%的戊二醛溶液中,放入4℃冰箱固定2—3h,之后放入pH7.4、0.2mol·L-1的磷酸缓冲液中,在超声波振荡器中清洗3次,每次10min。再用浓度为30%、50%、70%、90%、100%乙醇进行系列脱水,每次20min;脱水后用醋酸异戊酯于4℃冰箱中置换15min以上,取出样品放入滤纸折成的干燥盒内。自然干燥后,将雌、雄蜂按背面、腹面分别用导电胶将样品固定在样品台上,用离子溅射仪喷金,采用扫描电子显微镜(日立S-4800)对触角整体、每个触角节及各类触角感觉器进行观察拍照,记录触角节数及感觉器数量。每处理观察雌、雄蜂10头以上,触角及感觉器长度和直径测量重复5次,感觉器分布规律的统计重复3次。参考Bleeker等方法对触角进行命名和分类。1.4数据统计与分析在扫描电镜下观察时对触角节数和感觉器数量进行人工计数,用Excel软件计算均值及标准差,采用AdobeAcrobat9.3测量触角和感觉器的长度,并用DPSv3.01数据处理系统软件对试验数据进行统计分析,均值差异显著性采用t检验或LSD法。2结果2.1各节三维繁殖、放养25℃下繁殖的烟蚜茧蜂雄蜂(图1-A)、雌蜂(图1-B)的触角形状相似,均呈丝状,第1、2鞭节等长。雄蜂触角稍长于雌蜂,多为19节,鞭节17节,各节粗细较均匀;雌蜂触角多为17节,鞭节15节。雄蜂触角平均长度为(1576.70±286.94)μm,雌蜂触角平均长度约为(1150.81±131.52)μm。雄蜂柄节平均长度约(42.26±2.70)μm,雌蜂(64.19±9.23)μm。雄蜂梗节平均长度约(42.11±5.20)μm,雌蜂(56.04±3.45)μm。雄蜂鞭节平均长度约(1512.06±189.49)μm,雌蜂(1135.65±104.78)μm。2.2飞蝗茧茧界面的类型和形状对25℃下繁殖的烟蚜茧蜂的触角感觉器进行了电镜扫描观察,其触角共有6种感觉器,其中腔锥形感觉器Ⅱ只存在于雄性的触角上。2.2.1球形凹陷内感觉器Böhm氏鬃毛分布于触角柄节与头部间的节间膜上,梗节上也有分布,但数量较少。此感觉器位于一个半球形凹陷内,垂直于触角表面,从基部到端部逐渐变细。此感觉器为刚毛状感器,较尖、短,表面光滑。雌蜂触角上的Böhm氏鬃毛平均长度和基部直径分别为(3.83±1.19)和(1.41±0.12)μm,雄蜂分别为(5.32±0.98)和(1.37±0.14)μm(图1-C)。2.2.2角端部形态特征毛形感觉器I(STI)是触角上分布最广、数量最多的感觉器,主要分布在触角鞭节上,分布比较稠密,着生在较浅的窝中,较长,表面有纵沟,与触角轴大体呈30°—45°夹角,末端尖,指向触角端部,自基部朝端部逐渐弯曲。雌蜂STI平均长度和基部直径分别为(27.34±2.52)和(2.08±0.36)μm,雄蜂分别为(21.45±3.95)和(1.38±0.15)μm(图1-E、1-G、1-J、1-K)。毛形感觉器II(STII)主要分布在鞭节,较粗短,整体略呈弧形,基部发生弯曲,致使该类感觉器几乎平行于触角表面。表面有纵沟,末端尖。雌蜂STII平均长度和基部直径分别为(11.59±5.86)和(1.55±0.29)μm,雄蜂分别为(10.86±2.62)和(1.58±0.13)μm(图1-D、1-F、1-I、1-M)。2.2.3性别schi平均长度和直径刺形感觉器I(SChI)主要分布在鞭节中部和端部,自第3鞭节以后数量较多,与触角表面呈45°—60°夹角,比毛形感觉器略高出触角表面。端部较钝,无孔,表面有纵沟,雌性SChI平均长度和直径分别为(23.43±3.38)和(1.53±0.19)μm,雄性SChI平均长度和直径分别为(22.15±3.59)和(1.64±0.13)μm(图1-J、1-L)。刺形感觉器II(SChII)主要分布在柄节、梗节和第1—2鞭节,数量比SChI少,与触角表面呈30°夹角,端部较尖,自基部向尖端逐渐变细,呈刺形,无臼状窝,表面光滑,无沟。雌性SChII平均长度和直径分别为(31.58±10.93)和(1.54±0.34)μm;雄性SChII平均长度和直径分别为(26.90±12.36)和(1.52±0.14)μm(图1-H)。2.2.4雄蜂、蜂蜂器的分布此类型感觉器呈厚而光滑的板状,似屋脊状突出于触角表面,位于毛形感觉器和刺形感觉器之间,一般平行于触角纵轴,贯穿整个触角节。这类感觉器只在触角鞭节分布,分布均匀,数量较多,雄蜂从第1鞭节开始出现,雌蜂从第2鞭节开始出现。雌蜂SP平均长度为(84.77±4.5)μm,宽度为(4.32±0.29)μm,两板之间间距为(15.10±4.72)μm,与雄蜂相比距离较远;雄蜂平均长度为(65.10±6.84)μm,宽度为(12.25±2.32)μm,两板之间间距为(4.14±0.53)μm(图1-E、1-I)。2.2.5下刷感觉器的体长腔锥形乳状感觉器I(SCI)主要分布在触角末端4—5节,数量较少,每节只有1—2个,着生于较宽且较浅的圆形凹陷内,基部膨大成半球形,端部栓状,末端尖削,像手指一样向中间并拢。该感觉器雌性平均长度为(3.96±0.46)μm,基部平均直径为(2.11±0.29)μm,雄性平均长度为(4.44±0.17)μm,直径为(1.99±0.26)μm(图1-I、1-N)。与SCI不同,腔锥形乳状感觉器II(SCII)尖端中央有个小孔,同样生于较宽且较浅的圆形凹陷内,仅出现在雄性触角上,该感觉器平均长度为(1.46±0.06)μm,平均直径为(2.22±0.05)μm(图1-M)。2.2.6核型感觉器的结构锥形感觉器在雌雄触角上均有分布,常与刺形感觉器II分布在一起,多分布于每个触角节的末端。末端呈锥形,感觉器表面比较光滑,沟槽较少。这种感觉器比毛形和刺形感觉器更垂直于触角表面,感觉器的尖端高于其他感觉器,尖端有孔。雌性锥形感觉器平均长度为(21.90±1.52)μm,直径为(1.97±0.26)μm;雄性平均长度为(22.58±3.15)μm,直径为(1.68±0.21)μm(图1-J、1-L)。2.3种类型感觉器的类型及数量烟蚜茧蜂雌、雄蜂各种触角感觉器的分布及数量见表1。由于观察角度的问题,只能看到部分感觉器,表1仅列出了所观察到的感觉器数量,感觉器的实际数量可能更多。通过扫描电镜观察,发现雌、雄蜂各种类型感觉器的分布特点相似。从触角的基部到端部各触角节表面均密布各种类型的感觉器,且感觉器的类型越来越丰富,雌、雄蜂触角末节上的感觉器类型及数量最多。雌、雄蜂触角感觉器类型大致相同,均具有毛形感觉器、板形感觉器、腔锥形乳突状感觉器、刺形感觉器、Böhm氏鬃毛和锥形感觉器6种类型(图1),其中腔锥形乳突状感觉器II只存在于雄蜂触角上。雌、雄蜂感觉器的数量存在差异,雌蜂的刺形感觉器I(t=4.1633,P=0.0531)数量多于雄蜂,雄蜂的刺形感觉器II(t=6.4254,P=0.0234)和板形感觉器(t=4.3070,P=0.0499)的数量则多于雌蜂,其他感觉器的数量无显著差异(表1)。对雌、雄蜂各类感觉器的基部直径和长度测量结果进行t检验,结果表明雌蜂的毛形感觉器I长度(t=5.7523,P=0.0045)、板形感觉器长度(t=13.3504,P=0.0002)均大于雄蜂,雄峰的Böhm氏鬃毛长于雌蜂(t=3.8855,P=0.0178),其余类型的感觉器长度和直径无显著差异(表2)。2.4冷藏过程对烟嗪蝶蜂节分节的影响处于老熟幼虫阶段的烟蚜茧蜂,经4℃低温冷藏处理7d后,各种触角感觉器的外部形态未见异常,但冷藏14、21、28d后,腔锥形感觉器Ⅰ和板形感觉器均出现畸形,腔锥形感觉器I栓状末端呈破损状(图2-B、2-C),板形感觉器扭曲变形(图2-E、2-F),其他感觉器未见畸形。冷藏对烟蚜茧蜂触角末节的分节也产生影响,雌性烟蚜茧蜂最后两触角节分节不明显,有愈合成一节的趋势(图2-I),图2-H显示,触角末两节最后分节一侧已经形成,而另一侧未形成,雌、雄蜂均出现这种情况,冷藏处理28d后尤为明显。由图3可见,随着冷藏时间的延长,雌雄蜂触角末两节不能正常分节的比例逐渐增加,冷藏28d后,54%雄性触角不能正常分节,由正常情况下的19节而愈合为18节;69%的雌性触角不能正常分节,由正常情况下的17节而愈合为16节;而对照仅有15%的雄性触角节为18节,10%的雌性触角为16节,表明低温冷藏对烟蚜茧蜂触角末两节的分节有显著影响。3冷藏过程对烟嗪蝶蜂行为的影响本文研究了烟蚜茧蜂触角感觉器的类型和低温冷藏对触角外部形态及感觉器的影响,结果表明烟蚜茧蜂触角共有6种感觉器,与多数膜翅目昆虫触角感觉器类型相似。由于样品放置角度问题,部分感觉器无法观察,因此烟蚜茧蜂触角感觉器的实际数量可能会多于本文所列出的数量。且本文发现低温冷藏会影响触角末两节的分节,并导致某些触角感觉器畸形。相关昆虫感觉器的功能已有报道,不同类型感觉器的功能有差异。毛形感觉器是昆虫触角上比较常见且数量最多的一种感觉器,一般认为毛形感觉器I型是机械感器,II型为厚壁的化学感觉器,具有感受外界气味物质、性信息素和聚集信息素的功能。刺形感觉器表面光滑,数量较少,主要集中在触角鞭节的端部和中部,且明显高于其他感觉器,处于最先接触外界物质的位置,推测其具有感受机械刺激和感受信息素的功能。Böhm氏鬃毛通常大量着生于触角基部,据报道此类型为机械感觉器,遇到机械刺激时具有产生缓冲重力,控制触角下降速度的作用。锥形感觉器表面光滑无孔,推测其作用可能与感受机械刺激有关。腔锥形乳突状感觉器着生于较宽且较浅的圆形凹陷内,基部膨大成半球形,端部栓状,像手指一样向中间并拢,与外界接触面积较大,推测其具有嗅觉或感受温度、H2O、CO2等特殊刺激物质的功能。Ochieng等推测板形感觉器具有嗅觉的功能。寄生蜂通过味觉和嗅觉感觉器来完成寄主定位、寄主识别及产卵位置的选择,本文仅描述了烟蚜茧蜂触角感觉器的类型及形态,其具体功能尚有待于进一步研究。在烟蚜茧蜂规模化繁殖过程中,为获得大量烟蚜茧蜂,常利用昆虫滞育和低温条件下发育缓慢的特性,以达到保存寄生蜂的目的。但低温冷藏会对烟蚜茧蜂的发育造成影响,因此寻找最佳冷藏期及最佳冷藏虫态对繁蜂工作尤为重要。本文以烟蚜茧蜂老熟幼虫作为研究对象,研究发现4℃冷藏与25℃发育下的烟蚜茧蜂触角感觉器的数量无显著差异,但低温冷藏会影响触角末两节的分节,也会导致部分感觉器畸形。Bourdais等研究发现,缢管蚜茧蜂(Aphidiusrhopalosiphi)的幼虫在4℃下