溫度脅迫對意大利蜜蜂工蜂封蓋子能量消耗的影響

郝振幫, 徐新建, 周姝婧, 周冰峰, 朱翔杰

(福建農(nóng)林大學蜂學學院，福建 福州 350002)

溫度是影響昆蟲生命活動最重要的因素之一[1]，昆蟲的生命過程，如發(fā)育、生長、繁殖和衰老，均受到環(huán)境溫度的制約[2].蜂子(蜜蜂的卵、幼蟲、蛹的統(tǒng)稱)的發(fā)育具有狹溫性，工蜂可以通過產(chǎn)熱和扇風等行為來調(diào)節(jié)蜂群的溫度[3-5]，使蜂子在33～36 ℃發(fā)育[6-8]，在蜂子分布的中心區(qū)域，溫度可以維持在(35±0.5)℃范圍內(nèi)[9-11].

封蓋子(封蓋巢房內(nèi)蜜蜂的大幼蟲、預蛹、蛹)發(fā)育對溫度變化敏感[12]，偏離正常發(fā)育溫度范圍，封蓋子的羽化、發(fā)育歷期，以及羽化后的蜜蜂器官形態(tài)和行為等均會受到影響.封蓋子的發(fā)育溫區(qū)在29～37 ℃，低于31 ℃或高于37 ℃封蓋子的死亡率將顯著升高[9,13].低溫會引起封蓋子發(fā)育歷期延長，發(fā)育溫區(qū)內(nèi)，溫度越低發(fā)育歷期越長[9].封蓋子偏離正常發(fā)育溫度會造成羽化蜜蜂翅和足出現(xiàn)畸形[13-14]，翅、吻和背板的長度縮短[13]，大腦突觸的數(shù)量降低[9].低溫32 ℃培育工蜂封蓋子，羽化后學習和短期記憶能力[15]、首次采集日齡、舞蹈行為、清巢行為以及出巢飛行之后回巢的比例均受影響[16].

能量消耗可能是溫度脅迫影響蜜蜂發(fā)育的因素之一.昆蟲在蛹期不取食，變態(tài)發(fā)育所需能量依賴幼蟲期儲存的脂肪、糖類和蛋白等能量物質(zhì)[17].發(fā)育溫度環(huán)境會直接影響到昆蟲蛹期發(fā)育時間、能量利用，進而影響到蛹的存活和羽化成蟲的生殖能力.越冬環(huán)境溫度升高4 ℃導致蝴蝶(Erynnispropertius)增加了越冬蛹期的能量消耗量[18].角額壁蜂蛹在13 ℃越冬比4 ℃下的脂肪耗速率加快，存活率降低，且羽化成蜂后的壽命縮短[19].低溫脅迫對蜜蜂封蓋子期能量利用影響的規(guī)律尚不清楚.研究溫度脅迫對蜜蜂封蓋子能量消耗的影響，能夠深入了解溫度因子對蜜蜂發(fā)育影響的機理.通過發(fā)育溫度對狹溫性蜜蜂發(fā)育的敏感性的研究，對認識溫度與昆蟲發(fā)育關系的影響規(guī)律具有重要的意義.

1 材料與方法

1.1 樣本獲取與溫度處理

選擇蜂子健康、蜂王產(chǎn)卵力強的意大利蜜蜂(Apismelliferaligustica)3群[20-21].將蜂王限制在空脾上產(chǎn)卵，取4 h內(nèi)封蓋的工蜂封蓋子脾，其日齡記為0 d[22].樣本在恒溫恒濕箱(±0.1 ℃，CTHI-250B，施都凱儀器設備有限公司)中培育至羽化，溫度分別設置為29、31、35、37、38 ℃，相對濕度設置為75%±5%.

1.2 測定指標及方法

分別測定0 d封蓋子、不同溫度處理1、5、10 d封蓋子和剛羽化工蜂的總糖、總脂肪和總蛋白三類物質(zhì)的含量.使用總糖含量試劑盒(蘇州科銘生物技術有限公司)對干燥后的單只封蓋子或羽化蜜蜂進行測定.使用BCA試劑盒(北京全式金生物技術有限公司)分別對單只封蓋子、剛羽化工蜂總蛋白進行測定.參考索氏抽提法測定脂肪含量[23-24]，單只蜜蜂放入離心管中在60 ℃條件下干燥48 h至恒重時稱取質(zhì)量，然后加入1.5 mL氯仿與甲醛的混合液(2∶1，體積比)進行抽提.24 h后更換新的抽提液，重復3次后在60 ℃條件下干燥48 h至恒重時稱取質(zhì)量，脂肪含量即為2次質(zhì)量的差值.能量物質(zhì)測定每個溫度3～15只·群-1，3群重復.封蓋子的能量消耗量為0 d能量含量與對應日齡能量含量的差(mg·只-1).

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

蜜蜂總糖、總脂肪和總蛋白的消耗量是0 d封蓋子的能量含量與對應日齡的封蓋子能量含量的差值，取各處理組的平均值，并計算標準差SD.所有均值使用SPSS 21軟件進行單因素方差分析，多重比較采用SNK法.

2 結果與分析

封蓋子在29 ℃低溫條件下發(fā)育會增加其能量的消耗，而在38 ℃條件下會導致其發(fā)育先加快后受阻，最終無法完成發(fā)育，造成能量堆積.在31、35、37 ℃條件下，蜜蜂只是發(fā)育速度不同，完成發(fā)育羽化時的能量消耗相同.

2.1 不同溫度下蜜蜂封蓋子糖的消耗

發(fā)育溫度影響蜜蜂封蓋子的總糖消耗量.在封蓋期低溫29 ℃導致工蜂發(fā)育遲緩，發(fā)育期延長，雖然10 d的總糖消耗較低，但整個發(fā)育過程總糖消耗總量是增加的.高溫38 ℃能夠提高早期封蓋子的大幼蟲總糖消耗，相對于35、37 ℃條件下發(fā)育的封蓋子，化蛹后逐漸減少了總糖的消耗.

與35 ℃相比，低溫29 ℃條件下，封蓋子在1、5、10 d的總糖消耗量顯著降低；羽化時即整個封蓋期間的總糖消耗量顯著增加.低溫31 ℃發(fā)育到5 和10 d時，總糖消耗量顯著降低；在羽化時總糖消耗與35 ℃無差異.35、37 ℃培育的封蓋子各個階段的能量消耗量均無顯著影響.與35 ℃相比，38 ℃下1 d封蓋子的總糖消耗量顯著升高；5 d總糖消耗量與35 ℃差異不顯著；10 d時總糖消耗量顯著降低(表1).

表1 不同發(fā)育溫度下蜜蜂封蓋子總糖消耗1)Table 1 The carbohydrate cost of capped brood honeybee at different temperatures

1)同列不同字母表示不同溫度之間差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05).38 ℃封蓋子羽化前全部死亡.

2.2 不同溫度下蜜蜂封蓋子脂肪的消耗

與35 ℃相比，蜜蜂封蓋子的脂肪消耗量僅在38 ℃條件下5和10 d顯著降低和29 ℃下1 d顯著降低，其余溫度條件下蜜蜂封蓋子的脂肪消耗量均無顯著差異(表2).

表2 不同發(fā)育溫度下蜜蜂封蓋子脂肪消耗1)Table 2 The lipids cost of capped brood honeybee at different temperatures

1)同列不同字母表示不同溫度之間差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05).38 ℃封蓋子羽化前全部死亡.

2.3 不同溫度下蜜蜂封蓋子總蛋白的消耗

發(fā)育溫度會影響封蓋子的總蛋白消耗量.與35 ℃相比，低溫29 ℃脅迫封蓋子在1、5和10 d的總蛋白消耗量顯著降低，但羽化時即整個封蓋期間的總蛋白消耗量顯著增加.在31、38 ℃脅迫下，封蓋子僅在10 d時的蛋白消耗量顯著降低.而其他發(fā)育階段與35、37 ℃的總蛋白消耗均無顯著差異(表3).

表3 不同發(fā)育溫度下蜜蜂封蓋子總蛋白消耗1)Table 3 The protein cost of capped brood honeybee at different temperatures

1)同列不同字母表示不同溫度之間差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05).38 ℃封蓋子羽化前全部死亡.

3 討論

3.1 低溫影響封蓋子的能量消耗

低溫29 ℃條件下蜜蜂封蓋子死亡的主要原因有兩個：能量過度消耗和低溫對封蓋子造成組織損傷.在29 ℃中的蜜蜂封蓋子羽化率低于20%，死亡封蓋子蟲態(tài)主要有兩種：臨近羽化蟲態(tài)(圖1A)和蛹后期(圖1B)，比例分別為25.22%和58.59%.本研究對這部分封蓋子的脂肪含量和總糖含量進行了測定，發(fā)現(xiàn)臨近羽化蟲態(tài)的個體脂肪含量和總糖含量均低于羽化蜜蜂.因此這部分蜜蜂死亡可能是由于在低溫29 ℃脅迫下的蜜蜂封蓋子消耗了過多的能量，造成封蓋子在羽化前無法完成發(fā)育或無力咬開蠟蓋；在蛹后期死亡的封蓋子的脂肪含量高于羽化蜜蜂，可能是低溫29 ℃造成了封蓋子組織損傷而未完成發(fā)育.

A：羽化前死亡；B：蛹后期死亡.圖1 在29 ℃死亡蜜蜂的狀態(tài)Fig.1 The two developmental stages of dead honeybee at 29 ℃

3.2 高溫影響封蓋子發(fā)育

較高的發(fā)育溫度會加快發(fā)育速率、降低昆蟲的適合度[18,25]，但溫度升高到發(fā)育極限溫度時，會阻礙昆蟲發(fā)育、抑制昆蟲能量消耗，造成機體損傷[26-27].前人研究中發(fā)現(xiàn)37 ℃會加快封蓋子的發(fā)育速率、翅和吻長等形態(tài)指標變小.本研究中37 ℃可能處于蜜蜂封蓋子的耐受范圍內(nèi)，相同處理時間內(nèi)封蓋子能量消耗量和羽化蜜蜂的能量物質(zhì)含量均與35 ℃無顯著差異.封蓋子在38 ℃短時間會加速總糖消耗，長時間的高溫抑制能量消耗，導致封蓋子發(fā)育受阻最終死亡.1 d后脂肪消耗受到明顯抑制，5 d后蜜蜂封蓋子的總糖和總蛋白消耗均受到抑制.高溫下封蓋子的能量消耗直接影響到封蓋子的發(fā)育進程.我們觀察到5 d后封蓋子的蟲態(tài)慢于35 ℃(圖2A,2B)，隨著38 ℃處理時間的延長封蓋子均不能完成發(fā)育，死亡在復眼著深褐色狀態(tài)，身體著色未加深，遲于正常發(fā)育的蜜蜂(圖2C,2D).

A：38 ℃脅迫5 d意蜂封蓋子；B：35 ℃發(fā)育5 d的意蜂封蓋子;C：38 ℃脅迫10 d意蜂封蓋子；D：35 ℃發(fā)育10 d的意蜂封蓋子.圖2 分別在38和35 ℃條件下5和10 d的封蓋子體色比較Fig.2 The morphs of capped brood at 38 ℃ vs 35 ℃ for 5 and 10 days

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