長白山中華蜜蜂種質資源保護與展望

劉楠楠，王新明，叢 薇

（1.吉林省養蜂科學研究所，吉林 吉林 132108；2.吉林省吉林市船營區畜牧特產總站，吉林 吉林 132000）

1 引言

眾所周知，長白山文化歷史悠久，源遠流長，在四千多年前的《山海經》 中就有對其最早的文字記載。卓越的自然生態環境孕育出極為豐富的動植物資源。長白山是聯合國“人與生物圈”自然保留地和國際A 級自然保護區，是世界上少有的“物種基因庫”之一。但近年來由于人類活動的不斷涉入和生態環境的持續惡化，使得長白山區瀕危物種越來越多，長白山中華蜜蜂（以下簡稱長白山中蜂） 就是其中瀕危程度較高的珍稀物種之一。

中華蜜蜂品種瀕危現象已經證明，蜜蜂種質資源的保護工作是養蜂生產亟待解決的重要問題。為了搶救和保護這一瀕危物種，應當對長白山中華蜜蜂的種質資源進行有效保護，在充分了解目前種群現狀的基礎上，建立準確的遺傳譜系，以避免或減少近親交配帶來的種群衰退，保持好種群的遺傳多樣性，并展開基礎性研究工作，深入挖掘這一珍稀資源重要經濟性狀和品質性狀相關聯的優異基因，為日后開展長白山中蜂的分子輔助育種和遺傳改良提供基礎和依據。

2 生存現狀

長白山中蜂是中華蜜蜂家族中一個優良的地方蜂種，屬于中華蜜蜂的東北生態型，是國家重點保護的蜜蜂品種，被列入《國家級畜禽品種資源保護名錄》[1]，不同于南方中蜂的獨特生物學特性和生產性能。具體表現為抗寒、抗病、抗螨等特殊的生產性狀，不僅個體大、耐大群，而且采集力強、產蜜量高，且飼養的經濟效益不低于西方蜜蜂。在南方中蜂蜂場遭遇囊狀幼蟲病滅頂之難時，長白山中蜂則安然無恙，足以說明其優良的性狀表現和含有的優異基因。

長白山中蜂處于瀕危狀態，究其主要原因有以下幾方面。一方面，改革開放以后，由于西方蜜蜂的大量引進，蜂農看到了更明顯的經濟效益，再加上外來的轉地放蜂，擠占了長白山中蜂的生存空間。另一方面，長白山中蜂在與西方蜜蜂的種間競爭中處于劣勢，主要表現在食物競爭、盜蜂侵襲和交尾干擾等方面，導致生態一度失衡，還有毀巢、殺蜂、取蜜等人為的故意破壞，導致種群數量銳減。另外，近年中蜂蜜以其特有的無公害、原生態等特點備受國內外消費者青睞，市場供不應求，致使一些蜂農只顧效益不重保護，大面積毀滅長白山中蜂資源。由此，人們意識到寶貴的種質資源已經進入瀕危甚至滅種狀態，采取多種措施加強對長白山中蜂品種資源的保護，目前雖已稍現復蘇跡象，但存在的問題依然突出。

3 種群資源的保護

其工作是在開展種質資源保護、鑒定、評價和利用的前提和基礎，提出以下幾點建議。

3.1 建立長白山中蜂保護區

在保護區溝口、路口設置醒目的標志牌，對保護區實行重點保護管理措施和技術管理措施，保證長白山中蜂的純度和穩定性。

3.2 保種和選種

保護區內只飼養1 個類型的長白山中蜂，每年在育王季節選擇高產抗病良種作種群，在嚴密隔離的交尾條件下逐步實行閉鎖繁育，利用優良群作母本和父本培育優良蜂王，提高長白山中蜂保種的技術水平和保種效率。

3.3 建立遺傳資源檔案

對每一時期的長白山中蜂父本和母本的血統結構設原始記錄，禁止引進外地或來源不明的中蜂群、中蜂王等。

3.4 鼓勵蜂農飼養長白山中蜂

加強對長白山中蜂的研究和選育，在保持中蜂蜂巢結構和傳統飼養方式的前提下，提高飼養效益，鼓勵和吸引更多的蜂農飼養中蜂，使保護區內長白山的中蜂繁衍昌盛。

4 種質遺傳多樣性的保護

實踐證明，充分了解物種種群的遺傳結構和遺傳多態性現狀，建立遺傳譜系可以最大限度地減少近親繁殖，保持遺傳多樣性，進而保護整個物種。因此，建立相關的親子關系鑒定技術防止在育種的過程中出現近交衰退，為長白山中蜂種群的結構分析、物種生存策略指導以及制定有效的保護措施等方面提供依據。

4.1 微衛星親子鑒定技術應用于長白山中華蜜蜂種質資源保護的研究展望

4.1.1 利用微衛星親子鑒定技術對長白山中蜂家族系譜進行有效的修改和完善

微衛星序列屬于共顯性遺傳，進行種內和近緣物種間親緣關系分析的基礎是微衛星序列的豐富多態性和穩定保守性[2]，因此在物種的種質鑒定中具有一定的優越性，已成功在多個瀕危動物育種中得到了應用。

當前，在昆蟲群落中測量個體間的親緣關系是近年來生物社會學的一個主要課題，這些測量被認為是評估和測試當前親屬選擇理論和昆蟲社會性進化的關鍵。蜜蜂具有高度復雜的多態性社會結構，微衛星應用于親子鑒定的分子標記，不僅可以用于指導動物種群譜系的建立，也是研究社會性昆蟲社會結構進化和親緣識別機制的有利技術手段。微衛星親子鑒定技術應用于蜜蜂、螞蟻、熊蜂等社會學昆蟲的研究國外已有相關報道，Annette B.Jensen 等[3]利用11 個DNA 微衛星基因座標記，并對其進行基因分型，親子關系分析，以確定交配距離，在16 只工蜂后代中平均檢出10.2 只父本，確定了英國國家公園2 個相鄰的半隔離山谷中西方蜜蜂的交配范圍，以評估它們對本地蜜蜂保護和隔離交配地點的適用性，確認此地是長期保護的蜜蜂繁殖種群的一個合適位置。Kevin R.Foster 等[4]進行了黃蜂的親子關系、繁殖與沖突的研究，建立了親緣選擇預測模型系統；Helge SCHLüNSa 等[5]對7種蜜蜂的親子不對稱現象進行了研究，利用已有文獻中的樣本量校正方法對數據進行了重新分析，以調查西方蜜蜂物種間親緣關系的差異和相似性；Duan Paál 等[6]利用14 個微衛星標記，利用適當優化的多重PCR 反應，評估了斯洛伐克蜜蜂的群體結構、遺傳多樣性、品種分配以及蜜蜂蜂王的親子鑒定；Else J.Fjerdingstad 等[7]開發了二核苷酸微衛星DNA 標記，詳細研究巴拿馬切葉蟻群體中的多重親子關系的程度；N.CHLINE[8]用17 個微衛星基因座分析雄蜂蛹，討論所有的雄蜂是否都是工蜂的后代，以及還有多少工蜂和個體工蜂繁殖了它們，結果表明其中大部分工蜂的后代來自同一個父系；K.Palmer 等[9]從蘇拉威西采集的成年工蜂的樣本中利用微衛星標記估計4 個蘇威拉西蜂王的親子頻率，研究結果表明其在種內交配頻率較高；C.M.Payne 等[10]基于B10 基因座微衛星DNA 的熊蜂群體進行多重親子關系的研究，表明B10 基因座在北美熊蜂中表現出較高的種間擴增成功率，4 個熊蜂屬的1 個種屬有1 個以上的父親，1 個擬熊蜂屬擁有1 個以上的父系血統；D.R.Tarpy 和D.I.Nielsen[11]綜述了蜜蜂群體內親子鑒定的研究文獻，并報道了8 種蜜蜂的平均親本數量和有效親子頻率，采用最近開發的有效親子鑒定，證明其對平均親子鑒定的影響不大，但它可以對個體估計的方差產生深遠的影響，建議未來的實證研究報告這一新的樣本統計及其相關的方差，以減少抽樣誤差對個體親子鑒定的固有影響。可見，微衛星親子鑒定技術應用在國外的相關社會學昆蟲的研究中已經取得了相當程度的研究進展，為其應用于長白山中蜂種群提供了有益的借鑒。

4.1.2 利用微衛星親子鑒定技術對進一步揭示蜜蜂一雌多雄交配的機制提供有利手段

了解雌性多重交配的進化，是社會昆蟲行為學中的重要問題，親緣選擇已成為昆蟲社會進化最為廣泛接受的解釋。然而，在膜翅目社會性昆蟲（螞蟻、蜜蜂和黃蜂） 中所面對的1 個問題是一雌多雄現象的存在，了解哪些選擇因素可能有利于多重交配和多重親子關系，需要詳細研究其種內模式的親子關系，這就需要精確的遺傳標記。因此，利用微衛星親子鑒定可以為社會性昆蟲多重交配的深入研究提供技術支撐，從而揭示一雌多雄機制的產生。

蜜蜂在社會性昆蟲中具有多重交配的最高水平，蜂群包含1 只唯一的蜂王，它可以與10～20 只雄蜂交配，這導致了蜂群基因型的異質性。目前有3 種學說解釋蜜蜂的一雌多雄交配現象，分別是遺傳變異學說、性位點學說和獲得足夠精子學說[12]。蜂王的多重交配顯著降低了雌性同伴的平均遺傳關聯性，隨后廣泛影響了蜂群的社會行為。在過去的幾十年中，現代分子技術使研究人員能夠更準確地估計個體蜂王的交配數量。蜂王的交配數通常是通過確定它的工蜂后代的基因型和列出不同父系標記來推斷的，而對遺傳相關和社會行為的重要影響是蜂王的親子頻率，具體地說，來自蜂群的工蜂后代的實驗樣本導致取樣誤差和非檢測誤差。這些不確定性導致一些研究人員得出結論，目前對蜜蜂有效親子頻率的估計是保守的。W.O.H.HUGHES 等[13]進行241 種社會性昆蟲的一雌多雄制與一雄多雌制關系的比較研究，發現在系統發育控制之后一雌多雄制與一雄多雌制有顯著負相關，當物種沒有通過一雄多雌制獲得更高的群體內遺傳多樣性，并且這些益處超過性狀的成本時，多雌制隨之進化，性選擇和性沖突可能扮演一個關鍵的角色，卻在社會進化研究中往往被忽視。Jun-ichi Takahashi 等[14]利用DNA 微衛星技術，進行馬來西亞黑矮蜂一雌多雄水平的研究，對200 個工蜂蛹和每個蜂群的蜂王交配頻率進行了檢測；David R.Tarpy 等[15]研究表明：一雌多雄制的1 個主要后果是群體內的基因型的多樣性增加，這已被經驗證明賦予顯著的適應性優勢，從而導致更高的群體生產力和存活率；P.Neumann 和R.F.A.Moritz[16]進行了蜜蜂一雌多雄進化的遺傳方差檢驗假設研究，在4 個DNA 微衛星位點上對每個群體的工蜂進行基因分型，以確定群體一雌多雄的水平，沒有發現一雌多雄水平與蜂群的產蜜量、大小和寄生蟲負荷的平均影響，可以導致產生更具生產力的蜂群表型。如果說群體水平選擇是一雌多雄制的進化力量，那么在自然交配的蜂王為首的人工育種蜂群中則很難發現這種影響。S.Fuchs 和V.Schade[17]發現具有混合親子關系的工蜂表現出群體優勢，可能促進蜜蜂蜂王一雌多雄的進化，蜜蜂蜂群的多重交配比單一交配更具有群體優勢，最終會導致繁殖性能更高。因此，可以得出結論，蜂群更高的繁殖產量與工蜂基因多樣性增加可能是一雌多雄制演變的主要驅動力。

4.2 全基因組關聯分析應用于長白山中華蜜蜂優異基因挖掘的研究展望

大數據的全基因組時代已經到來，全基因組關聯分析（以下簡稱GWAS） 技術成為當前科技人員廣泛關注的研究熱點。它最先應用于人類疾病的研究，為復雜疾病的發病機制研究提供了線索和幫助。之后，又陸續應用于多種經濟作物和畜禽等動植物資源的基因挖掘和功能基因的驗證研究中。相關研究表明，它對質量性狀和數量性狀均有較好的研究結果，不僅可用于尋找和鎖定與目標性狀相關聯的功能基因，還可以鑒定QTL[18]。

長白山中華蜜蜂在古老的長白山脈下孕育生長，經過漫長的自然進化選擇和滄桑巨變的生態環境影響，形成了極為豐富的種質遺傳多樣性，蘊含著大量的優秀基因。長期的養蜂生產實踐中，鑒定出來許多的優良性狀，主要有：產卵力強，對外界氣候、蜜源敏感，能夠按照蜜粉源情況調節育蟲數量；采集力強，善于利用零散蜜源，分蜂性依居住環境的大小而變化，能維持和穩定群勢；耐寒性強，越冬安全，飼料消耗少；抗螨力強，一般不患蜂螨病。

相比其他物種，GWAS 技術應用在昆蟲的起步較晚，中華蜜蜂又是我國土生土長的優勢蜂種，而長白山中華蜜蜂又是中華蜜蜂大家族中不可或缺的一員，有著其他地方蜂種無法比擬的優異性狀表現，因此開展長白山中蜂的功能基因挖掘和驗證是分子育種的重要前提和基礎。目前，在果蠅等其他模式昆蟲GWAS技術的應用研究中已經有了一定的進展，國內還沒有將GWAS 技術應用于蜜蜂研究領域的相關報道[19]。西方蜜蜂和東方蜜蜂的全基因組序列的測序工作已經相繼完成，大量的SNP 標記被開發出來，為GWAS 技術在長白山中蜂上的應用提供了前期基礎和可行性。因此，結合高通量測序技術和相關基因型分析方法，建立基于長白山中蜂資源的GWAS 技術，尋找和確定與其重要經濟性狀和優異品質性狀相關聯的關鍵基因位點，可為中華蜜蜂遺傳學研究和育種提供重要的基礎，對現有蜂群進行遺傳改良，可為長白山中蜂種質資源的保護與利用工作帶來切實可見的改變。

因此，隨著GWAS 技術的不斷成熟與發展，我們有理由相信：在不遠的將來必將在中華蜜蜂優異生產性狀基因的開發和利用方面發揮優勢作用，進一步擴大長白山中蜂種群的優勢生產力，更好地保護、挽救、發掘和利用珍稀的長白山中蜂優異基因資源。

5 結語

蜜蜂是重要的授粉昆蟲，在實現農業增產、農民增收和維護生態平衡中發揮著主要作用。因此，對于瀕臨滅絕的長白山中華蜜蜂資源開展保護性的研究工作勢在必行，人為干預是保護長白山中蜂資源的必要手段，如果不及時制定一個長期有效的保護和挽救措施，長白山中蜂的毀滅將不可避免。因此，科學、長遠地規劃長白山中蜂資源，修復、鞏固、提高現有種群的種質資源，保持物種的遺傳多樣性，開展科學的種質資源保護方面的基礎性研究就顯得必要而迫切。

綜上所述，開發和建立基于長白山中蜂的微衛星親子鑒定技術和全基因組關聯分析技術，將其應用于長白山中蜂的遺傳多樣性保護以及重要經濟和品質性狀相關聯優異基因的挖掘是進行長白山中華蜜蜂種質資源保護的基礎性研究和前瞻性研究，不僅可以充分了解現有長白山中蜂種群的遺傳結構和遺傳多態性情況，還可以為現有長白山中蜂種群的遺傳改良和創新利用提供一定理論依據和技術支撐，進而為養蜂生產實踐提供服務和指導，同時也為其他蜜蜂珍稀品種資源的保護和利用提供借鑒與思路。