黑大蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶研究

張琪 董詩浩 董坤 譚墾

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所，昆明650201）

黑大蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶研究

張琪 董詩浩 董坤 譚墾

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所，昆明650201）

黑大蜜蜂是蜜蜂屬的一個(gè)重要種，營露天生活，具有一定的遷徙特性。東、西方蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶研究一直被廣泛地應(yīng)用，而黑大蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶至今未見報(bào)道。用壬醛、正已醛2種氣味運(yùn)用PER模型來探究黑大蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶能力。結(jié)果顯示，黑大蜜蜂能夠很好地適應(yīng)PER學(xué)習(xí)模型，它們的學(xué)習(xí)與記憶能力要高于東、西方蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶能力。

黑大蜜蜂；學(xué)習(xí)與記憶；PER模型

蜜蜂是社會(huì)性昆蟲，蜜蜂復(fù)雜的社會(huì)性及其智能行為，成為研究很多動(dòng)物學(xué)習(xí)與記憶的絕佳素材。在過去30年中，蜜蜂已成為研究學(xué)習(xí)與記憶的重要昆蟲，被公認(rèn)為是研究學(xué)習(xí)與記憶最理想的模式生物[1-3]。蜜蜂有著出色的聯(lián)想學(xué)習(xí)和記憶能力。聯(lián)想學(xué)習(xí)記憶的假說有兩種，最經(jīng)典的是巴普洛夫條件反射，即動(dòng)物學(xué)習(xí)相關(guān)的神經(jīng)刺激（條件刺激，conditional stimulus,CS)和一個(gè)生物相關(guān)刺激（非條件刺激，unconditional stimulus,US)配合，能夠達(dá)到很好的學(xué)習(xí)效果。

黑大蜜蜂（Apis laboriosa)俗稱巖蜂，是蜜蜂屬里個(gè)體最大的蜜蜂，主要棲息在喜馬拉雅山區(qū)和橫斷山脈地區(qū)的巖隙中，也是蜜蜂和無刺蜂中（超過500種）唯一不在熱帶或者亞熱帶地區(qū)生活的蜂類[4，5]。黑大蜜蜂工蜂體長17～18 mm，體黑色；胸部、小盾片及第一腹節(jié)披黃褐色毛；前翅煙褐色。常棲息在海拔1000～3500 m的懸崖下，具有隨季節(jié)遷徙的特征，冬天遷至低海拔溫暖地帶，夏天遷至高山?jīng)鏊貛?。黑大蜜蜂的巢穴多?shù)附著在一塊突出的巖石下面，背風(fēng)，以防止刮風(fēng)下雨。其護(hù)脾能力很強(qiáng)，從露出的一面可以觀察到，煽風(fēng)帶有節(jié)律，?？吹皆谄⑸系暮诖竺鄯鋸纳隙掠幸?guī)律性地波動(dòng)，一個(gè)波峰接著一個(gè)波峰地由后向前推進(jìn)，以用來調(diào)節(jié)蜂巢內(nèi)的溫度和濕度，以適應(yīng)外界環(huán)境變化[6]。

伸吻反應(yīng)是蜜蜂通過聯(lián)想學(xué)習(xí)把一個(gè)條件刺激和一個(gè)非條件刺激進(jìn)行配對，即將一只饑餓狀態(tài)的蜜蜂先給予條件刺激包括氣味、顏色、紋理等，緊接著給予非條件刺激糖水獎(jiǎng)勵(lì)引起蜜蜂伸吻反應(yīng)。以氣味的伸吻反應(yīng)為例，將一只饑餓狀態(tài)的蜜蜂先給予條件刺激（CS；氣味），緊接著給予非條件刺激（US；糖水獎(jiǎng)勵(lì)），蜜蜂嗅到糖水，就會(huì)伸吻吸食。經(jīng)過多次訓(xùn)練后，蜜蜂就會(huì)產(chǎn)生本能的伸吻反應(yīng)，說明蜜蜂已經(jīng)學(xué)習(xí)到了這種結(jié)合。對于黑大蜜蜂，是否能用PER實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠硖骄科鋵W(xué)習(xí)和記憶[7-9]？本研究以分布在云南省蒙自市的黑大蜜蜂為研究對象，通過壬醛、正已醛2種氣味聯(lián)想學(xué)習(xí)的PER實(shí)驗(yàn)來探究黑大蜜蜂的學(xué)習(xí)記憶能力，以期為以后黑大蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的進(jìn)一步研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

試驗(yàn)時(shí)間為2016年3月至2016年5月，地點(diǎn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所。

1.2 材料和儀器

試驗(yàn)所用的黑大蜜蜂均取自云南省蒙自山區(qū)的懸崖上，用裝有鏈糖的透氣木盒將采集的黑大蜜蜂連蜂帶脾帶入云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所短暫飼養(yǎng)，然后進(jìn)行其學(xué)習(xí)記憶的測定試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器材包括：秒表、移液槍、軟管、小剪刀、小鑷子、小Y形管、注射器、50%的糖水、牙簽、吸瓶、冰箱、充氣閥、風(fēng)扇、排氣管、壬醛、正已醛。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由兩個(gè)平行的20 ml注射器、氣泵、抽氣風(fēng)扇以及橡膠管組成，兩個(gè)注射器內(nèi)都放有事先剪好的干燥濾紙片，其中一個(gè)注射器內(nèi)提供連續(xù)氣流；另外一個(gè)注射器內(nèi)在濾紙上滴有2 μl氣味液滴，注射器尖端距離蜜蜂頭部1.5 cm，另一端連接閥門、Y型管和氣泵。在蜜蜂背后12 cm左右位置安裝直徑10 cm排氣裝置（見圖1）。

1.3.2 黑大蜜蜂的固定和淘汰選擇

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

用吸瓶吸取黑大蜜蜂放入-18℃冰箱至昏迷，在黑大蜜蜂蘇醒之前將其固定在1 ml塑料離心管中。待黑大蜜蜂蘇醒后，小心地用剪好的吸管套住黑大蜜蜂的腹部，使得吸管恰好卡在黑大蜜蜂的翅膀和胸部中間。將吸管向前推至切好的離心管管頭，使黑大蜜蜂剛好露出頭部，使得頭部能夠自由活動(dòng)，觸角、口器完好無損，腹部能自由呼吸，然后扣上離心管管帽后整齊擺放到紙板上。固定3 h后，對黑大蜜蜂進(jìn)行篩選，淘汰活力不好的，留下活力較好的黑大蜜蜂，單獨(dú)給予糖水獎(jiǎng)勵(lì)，蜜蜂有伸吻反應(yīng)，然后給予氣味刺激，蜜蜂沒有伸吻反應(yīng)，滿足這2個(gè)條件的黑大蜜蜂才能進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中總共測定了100只黑大蜜蜂的工蜂。

1.3.3 訓(xùn)練階段和測試階段

將黑大蜜蜂放置于試驗(yàn)臺(tái)上出氣口前靜置15 s，待其穩(wěn)定后給予6 s的氣味刺激，同時(shí)在氣味刺激的第3 s開始給予3 s的糖水刺激獎(jiǎng)勵(lì)，使氣味刺激與糖水獎(jiǎng)勵(lì)同時(shí)結(jié)束，記錄黑大蜜蜂的伸吻情況。當(dāng)黑大蜜蜂在只給予氣味（正已醛或壬醛）刺激的3 s內(nèi)黑大蜜蜂伸吻，則表明黑大蜜蜂學(xué)習(xí)到了該種氣味，記為1，沒有則記為0，不伸吻也不吸糖水的則淘汰。然后把蜜蜂放回托盤，依次開始下一只的訓(xùn)練，同樣的方法重復(fù)訓(xùn)練6次，每次訓(xùn)練間隔為10 min。在重復(fù)訓(xùn)練完6次以后，讓黑大蜜蜂休息1 h，之后只給氣味測試黑大蜜蜂的伸吻情況，記為M1。

圖2 黑大蜜蜂學(xué)習(xí)與記憶

2 結(jié)果與分析

采用Microsoft Office Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和處理，繪制圖表。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖，由圖2可知：黑大蜜蜂對兩種氣味都有很好的聯(lián)想學(xué)習(xí)記憶能力。其中前3次訓(xùn)練，黑大蜜蜂學(xué)習(xí)速度非?？欤诙斡?xùn)練后，兩種氣味的伸吻率就接近70%，第三次訓(xùn)練后，伸吻率基本接近80%。明顯看出，正已醛組伸吻率最大值比壬醛組的伸吻率最大值要略低一些，其原因可能是黑大蜜蜂對正已醛氣味靈敏度不如壬醛氣味。

3 討論

學(xué)習(xí)與記憶研究大多都集中在東西方蜜蜂，而對黑大蜜蜂學(xué)習(xí)與記憶的研究鮮有報(bào)道。東西方蜜蜂為人工飼養(yǎng)，營穴居，沒有遷徙行為，而黑大蜜蜂是野生蜂種，建造露天巢皮，具有遷徙特性，環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)，故應(yīng)該也有非常好的學(xué)習(xí)與記憶能力。

本文通過PER實(shí)驗(yàn)來探究黑大蜜蜂對兩種氣味的（正已醛和壬醛）學(xué)習(xí)與記憶，發(fā)現(xiàn)黑大蜜蜂的總體學(xué)習(xí)與記憶能力要高于東西方蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶能力（60%左右）[10]。說明黑大蜜蜂適用于經(jīng)典的PER實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在以后的探究中，我們還可以用其它氣味、顏色或者條紋等多種實(shí)驗(yàn)方法來更深入探究黑大蜜蜂的學(xué)習(xí)與記憶能力。

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[3]曾志將.蜜蜂生物學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009.

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[10]Wang Z,Tan K.Comparative analysis of olfactory learning of Apis cerana and Apis mellifera[J].Apidologie,2014,45(1):45-52.

The study of learning and memory in Apis laboriosa

Zhang Qi,Dong Shihao,Dong Kun,Tan Ken

(Eastern Bee Research Institute,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

Apis laboriosa is a significant species in honeybee.They are camping outside and living with the migration characteristics.There are a lot of studies about learning and memory in Apis cerana and Apis mellifera.The learning and memory study in Apis laboriosa is not reported yet.We investigated the associative olfactory learning of Apis laboriosa with two different odors(hexanal,nonanal).Our results suggested that Apis laboriosa is equally able to the study of learning using the proboscis extension paradigm.Their learning and memory ability is much higher than Apis mellifera.

Apis laboriosa，learning and memory，proboscis extension response paradigm

國家現(xiàn)代蜂產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-45-kxj14)

張琪(1993-)，男，在讀碩士，研究方向?yàn)槊鄯渖飳W(xué)

譚墾，男，教授，博導(dǎo)，主要從事蜜蜂生物學(xué)研究，E-mail:kentan@xtbg.ac.cn