中華蜜蜂工蜂監(jiān)督及卵表面超微結(jié)構(gòu)研究

顏偉玉，張麗珍，胡景華，袁 芳

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 蜜蜂研究所，江西 南昌 330045；2.江西省養(yǎng)蜂研究所，江西 南昌 330052)

在營(yíng)造社會(huì)性生活的膜翅目昆蟲群體中，未交配的工職也能產(chǎn)卵，這些卵通過孤雌生殖孵化成雄性。然而，在有蜂王的西方蜜蜂自然蜂群中，工蜂產(chǎn)的卵正常發(fā)育數(shù)量較少。蜂群中有4%的工蜂具有生殖功能的卵巢并且產(chǎn)出蜂群中7%的雄性卵[1]，但生物學(xué)研究表明，只有0.1%的雄蜂是工蜂后代[2]。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的一個(gè)重要的原因可能就是工蜂監(jiān)督機(jī)制，即蜂群內(nèi)工蜂將其它工蜂產(chǎn)的卵進(jìn)行清理。在東方蜜蜂蜂群中也存在相似的情況。Oldroyd等[3]研究了泰國(guó)的東方蜜蜂發(fā)現(xiàn)，在自然蜂群中有5.25%的工蜂卵巢發(fā)育，有0.25%的工蜂卵巢有成熟的卵；在蜂群失王的當(dāng)天就有1.35%的工蜂卵巢發(fā)育，5 d后有40%～50%的工蜂卵巢發(fā)育并有成熟卵。Bednarek[4]在東方蜜蜂帶子脾的有王群中發(fā)現(xiàn)少量工蜂卵巢發(fā)育，無子脾的無王群中有72%的工蜂卵巢發(fā)育。東方蜜蜂蜂群一般在失王后2～3 d開始產(chǎn)卵[5]，遠(yuǎn)比西方蜜蜂無王群中工蜂產(chǎn)卵早(一般6～30 d)[6]。而且，東方蜜蜂無王群中工蜂產(chǎn)卵會(huì)一直持續(xù)到新蜂王介紹成功為止[7]。因此，東方蜜蜂蜂群中工蜂產(chǎn)的雄性卵比例很可能比西方蜜蜂蜂群中的7%[1]更高。Oldroyd[8]研究確實(shí)發(fā)現(xiàn)東方蜜蜂也存在高度的工蜂監(jiān)督。

中華蜜蜂(Apisceranacerana，簡(jiǎn)稱中蜂)作為東方蜜蜂最重要的一個(gè)亞種，也是原產(chǎn)中國(guó)的優(yōu)良品種，具有耐寒、抗螨能力強(qiáng)和善于采集零星分散蜜源等特性[9]。謝憲兵等[10]采用單雄授精、雙雄授精和自然交尾蜂群對(duì)中華蜜蜂工蜂監(jiān)督進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)中華蜜蜂群內(nèi)同樣存在工蜂監(jiān)督現(xiàn)象。工蜂監(jiān)督現(xiàn)象的存在說明工蜂能識(shí)別不同類型的卵，那么不同類型卵的表面結(jié)構(gòu)是否存在差異?本研究從中華蜜蜂工蜂監(jiān)督現(xiàn)象和卵表面超微結(jié)構(gòu)著手，探討中華蜜蜂群內(nèi)的工蜂監(jiān)督機(jī)制。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)蜂群為江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)蜂場(chǎng)飼養(yǎng)的中華蜜蜂(ApiscernanacernanaF.)；日立IB-3型離子濺射儀(日本日立公司)；日立S-570掃描電鏡(日本日立公司)。

1.2 工蜂監(jiān)督

在2016年3月份期間選取3群群勢(shì)在5脾左右的中華蜜蜂作為試驗(yàn)群。從蜂群中提取無子脾的兩張巢脾組成無王群，待工蜂產(chǎn)卵時(shí)即可進(jìn)行試驗(yàn)。

往試驗(yàn)有王蜂群中加入1張經(jīng)工蜂清理過的含有一半以上雄蜂巢房的空巢脾(用框式隔王板限制蜂王在上面產(chǎn)卵)，同時(shí)在對(duì)應(yīng)的無王群中加入1張清理好的空工蜂巢脾，每隔4 h觀察新加入巢脾的巢房中是否有卵。當(dāng)新加入的巢脾中有卵時(shí)(每種卵至少要有50個(gè))，用移卵器在解剖鏡下把蜂王產(chǎn)的受精卵(QDG)、未受精卵(QHG)和工蜂產(chǎn)的未受精卵(WHG)快速?gòu)囊陨嫌型跞汉蜔o王群中分別移到1張經(jīng)清理的既有工蜂巢房，又有雄蜂巢房的巢脾中(QDG移入工蜂巢房、QHG和WHG移入雄蜂巢房)，成排擺列，每排30個(gè)，作好標(biāo)記。然后將移好卵的巢脾放入相應(yīng)的監(jiān)督群中央位置，2，5，12和24 h定期檢查巢房中實(shí)驗(yàn)蜂卵剩余的數(shù)量。每群監(jiān)督蜂群連續(xù)試驗(yàn)3次。根據(jù)以上結(jié)果，計(jì)算蜜蜂卵的清除率。

1.3 蜜蜂卵表面超微結(jié)構(gòu)分析

在3月至5月份期間選取群勢(shì)在4～5脾的幾群蜂，用中蜂隔王板將蜂王固定在一張已經(jīng)工蜂清理的空工蜂巢脾或雄蜂巢脾上產(chǎn)卵，每隔2 h后觀察蜂王是否在空工蜂巢脾或雄蜂巢脾上產(chǎn)卵。若蜂王已在空工蜂巢脾或雄蜂巢脾上產(chǎn)卵(0 h)，抖落巢脾上的蜜蜂，用不銹鋼移卵器分別移取蜂王產(chǎn)的10只受精卵或未受精卵分別放入裝有4%戊二醛固定液中。

當(dāng)取完0 h卵后，馬上把產(chǎn)了卵的工蜂巢脾或雄蜂巢脾放入35 ℃培養(yǎng)箱，5，12和24 h時(shí)按以上同樣的方法取研究需要蜂王產(chǎn)的受精卵或未受精卵樣品。

當(dāng)取完所需的蜂王產(chǎn)的受精卵和未受精卵樣品后，從蜂群中取出2～3脾工蜂組成無王群，每天除去蜂群中出現(xiàn)的急造王臺(tái)，直至蜂群內(nèi)開始工蜂產(chǎn)卵。同樣按以上方法取研究需要的0，5，12和24 h工蜂產(chǎn)的未受精卵樣品。

把以上經(jīng)4%戊二醛固定液中固定的卵，經(jīng)磷酸緩沖液沖洗，1%鋨酸固定液中固定2 h，經(jīng)磷酸緩沖液沖洗，逐級(jí)丙酮脫水，醋酸戊酯置換，日立IB-3型離子濺射儀噴金，日立S-570掃描電鏡觀察照相。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用StatView軟件“ANOVA and t-test”中的“ANOVA or ANCOVA”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 工蜂監(jiān)督

中華蜜蜂蜂群工蜂監(jiān)督研究結(jié)果見表1。在移卵后的2 h內(nèi)工蜂就對(duì)移入的卵進(jìn)行了清理，被清理的工蜂卵數(shù)量與蜂王產(chǎn)的卵數(shù)量比較差異顯著。在2，5，12和24 h工蜂卵被清理的數(shù)量都顯著比蜂王產(chǎn)的受精卵和未受精卵高(P<0.05)。在12 h時(shí)工蜂卵的清除率達(dá)到了了85.56%，24 h達(dá)到了92.59%。而蜂王產(chǎn)的受精卵和未受精卵在24 h清除率僅為22.96%和24.45%。

表1 三種類型卵清除率比較

表中同列有相同字母表示差異不顯著(P>0.05),不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

The same rowletter indicated no significant differences(P>0.05),the different letter indicated significant differences(P<0.05).

2.2 蜜蜂卵表面超微結(jié)構(gòu)分析

蜜蜂的卵白色，細(xì)長(zhǎng)，兩端鈍圓，前端稍粗。卵體表面一側(cè)略凸起，另一側(cè)略凹進(jìn)，凸起一側(cè)為胚胎發(fā)育的腹側(cè)。產(chǎn)卵時(shí)，卵稍細(xì)一端的表面附有粘液，粘立于巢房底部，大的一端朝向巢房口。卵較大一端的頂部，有一個(gè)微孔，稱為卵孔。

卵的超微結(jié)構(gòu)顯示蜂王產(chǎn)受精卵(圖1-4)、未受精卵(圖5-8)和工蜂產(chǎn)的未受精卵(圖9-10)的表觀結(jié)構(gòu)非常相似，均為圓柱狀。卵表面均覆有六邊形結(jié)構(gòu)，六邊形內(nèi)布滿直徑為0.5～1 μm的小突起。蜂王和工蜂產(chǎn)的0，5，12和24 h卵的表面形態(tài)并無顯著差異。

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖1 蜂王產(chǎn)的0 h受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.1 Ultrastructure of 0 h queen-laid diploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖2 蜂王產(chǎn)的5 h受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.2 Ultrastructure of 5 h queen-laid deploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖3 蜂王產(chǎn)的12 h受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.3 Ultrastructure of queen-laid 12 h diploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖4 蜂王產(chǎn)的24 h受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.4 Ultrastructure of queen-laid 24 h diploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖5 蜂王產(chǎn)的0 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.5 Ultrastructure of 0 h queen-laid haploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖6 蜂王產(chǎn)的5 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.6 Ultrastructure of 5 h queen-laid haploid egg

3 結(jié)論與討論

中華蜜蜂有王的自然蜂群中存在著工蜂監(jiān)督現(xiàn)象，工蜂可以辨認(rèn)蜂王和工蜂產(chǎn)的卵并對(duì)工蜂產(chǎn)的卵進(jìn)行清除。蜂群中來自無王群中工蜂產(chǎn)的卵大部分在5 h內(nèi)被清除，這與相關(guān)研究報(bào)道一致[10]。蜂王產(chǎn)的卵也有部分被清除，這可能是移卵過程中有部分損傷或是工蜂會(huì)選擇性地清除一些生活力不強(qiáng)的卵。

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖7 蜂王產(chǎn)的12 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.7 Ultrastructure of 12 h queen-laid haploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖8 蜂王產(chǎn)的24 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.8 Ultrastructure of 24 h queen-laid haploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖9 工蜂產(chǎn)的0 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.9 Ultrastructure of 0 h worker-laid haploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖10 工蜂產(chǎn)的5 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.10 Ultrastructure of 5 h worker-laid haploid egg

前期的研究表明，工蜂產(chǎn)的未受精卵大部分在4 h內(nèi)被清除[10]，因此如果工蜂是依據(jù)卵表面的結(jié)構(gòu)差異來識(shí)別卵的類型，那么2 h和5 h這兩個(gè)時(shí)間段卵的結(jié)構(gòu)應(yīng)該會(huì)有明顯的差異。本研究發(fā)現(xiàn)蜂王產(chǎn)的受精卵、未受精卵和工蜂產(chǎn)的未受精卵的表觀結(jié)構(gòu)非常相似，均為圓柱狀。卵表面均覆有六邊形結(jié)構(gòu)，六邊形內(nèi)布滿直徑為0.5～1 μm的小突起。這與西方蜜蜂卵的表面超微結(jié)構(gòu)相同[11]。同一時(shí)間段3種類型的卵及同一類型的卵在不同的時(shí)間段均并無明顯差異。因此，工蜂不可能利用不同類型卵表面的結(jié)構(gòu)差異進(jìn)行辨認(rèn)與清理。

有效的工蜂監(jiān)督機(jī)制就是降低單個(gè)工蜂從產(chǎn)卵獲得的利益，從而提高蜂群的整體適合度。根據(jù)親屬選擇理論，工蜂個(gè)體應(yīng)該更愿意培育自己的后代，而不培育蜂王的后代以及半姐妹的后代[12]。然而工蜂也不愿意其他工蜂繁殖，個(gè)體繁殖與群體繁殖也就出現(xiàn)沖突。這種沖突能通過把繁殖雄蜂的專利交給蜂王而得到解決，但是個(gè)體繁殖比不育對(duì)個(gè)體有更好的適應(yīng)性，這種本性是天生具有的。因此，工蜂監(jiān)督也就被認(rèn)為是阻止工蜂繁殖的一種行為[13]。蜂王產(chǎn)的卵與工蜂產(chǎn)的卵表面結(jié)構(gòu)無顯著差異，提示工蜂不能通過卵表面結(jié)構(gòu)來辨別卵，有可能通過其它方式來區(qū)分工蜂卵和蜂王產(chǎn)的卵，以達(dá)到監(jiān)督目的。

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖11 工蜂產(chǎn)的12 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.11 Ultrastructure of 12 h worker-laid haploid egg

(A：×70；B：×1 000；C：×1 000；D：×7 000)圖12 工蜂產(chǎn)的24 h未受精卵表面超微結(jié)構(gòu)Fig.12 Ultrastructure of 24 h worker-laid haploid egg

[1] Visscher P K.Reproductive conflict in honey bees:a stalemate of worker egg-laying and policing[J].Behav Ecol Sociobiol,1996,39(4):237-244.

[2] Ratnieks F L W.Reproductive harmony via mutual policing by workers in eusocial Hymenoptera[J].American Naturalist,1988,132(2):217-236.

[3] Oldroyd B P,Halling L A,Good G,et al.Worker policing and worker reproduction inApiscerana[J].Behav Ecol Sociobiol,2001,50(4):371-377.

[4] Bednarek A R.Ovary development and egg laying inApisceranaindica workers[J].J Apicult Res,2015,14(3/4):149-152.

[5] Blanford E J.Chinese bees as we find them[J].Bee world,1923,5(7):104-106.

[6] Page R E,Erickson E H.Reproduction by worker honey bees(ApismelliferaL.)[J].Behav Ecol Sociobiol,1988,23(2):117-126.

[7] Sakagami S F.The false-queen:fourth adjustive response in dequeened honeybee colonies[J].Behaviour,1958,13(3/4):280-296.

[8] Oldroyd B P,Rantieks F L W.Evolution of worker sterility in honeybee(Apismellifera):how anarchistic worker evade policing by laying eggs that have low remove rates[J].Behav Ecol Sociobiol,2000,47(4):268-273.

[9] 楊冠煌.中華蜜蜂[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2001.

Yang G H.Chinese bee[M].Beijing:China Agriculture Press,2001.

[10] 謝憲兵，薛運(yùn)波，吳小波，等.中華蜜蜂群內(nèi)工蜂監(jiān)督研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(5):818-820.

Xie X B,Xue Y B,Wu X B,et al.A study on the worker policing inApisceranacerana[J].Acta Agricultural University Jiangxiensis,2007,29(5):818-820.

[11] Katzav-Gozansky T,Soroker V,Kamer J,et al.Ultrastructural and chemical characterization of egg surface of honeybee worker and queen-laid eggs[J].Chemoecology,2003,13(3):129-134.

[12] 黃智勇.蜜蜂生態(tài)學(xué)進(jìn)展[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,1992.

Huang Z Y.Progress in honeybee biology[M].Beijing:Chinese Science and Technology Press,1992.

[13] 曾志將，顏偉玉，謝憲兵.蜜蜂的辨認(rèn)與監(jiān)督研究進(jìn)展[J].經(jīng)濟(jì)動(dòng)物學(xué)報(bào),2006,10(1):53-55.

Zeng Z J,Yan W Y,Xie X B.Advances on the recognizaion and policing of honeybee[J].Journal of Economic Animal,2006,10(1):53-55.