歐洲熊蜂蜂王體重及日齡對交配的影響

（中國農業科學院蜜蜂研究所，北京 100093）

1 引言

熊蜂（Bombus spp.）是一種重要的傳粉昆蟲[1]，在維持植物多樣性和生態平衡方面起著極其重要的作用[2-4]。熊蜂與蜜蜂相比，個體更大，渾身帶有密密的絨毛[5]，可以進行聲震授粉，對于一些花冠較深的植物具有更高的授粉效率，趨光性較弱，其在溫室授粉時不易發生撞棚的現象，信息交流系統不發達，能夠為特殊氣味的作物（例如番茄）進行授粉，較強的耐寒性和溫度適應性使其可以在低溫下正常工作，6℃就可以出巢，8～10℃就能夠正常授粉。每年人們都利用大量蜂群為農作物、水果、藥材等農作物進行授粉，尤其是溫室中的番茄。對于某些設施果樹，熊蜂授粉的效果也明顯高于蜜蜂[6-8]。近年來熊蜂授粉在多種農作物上得到廣泛應用，如番茄、茄子、辣椒、草莓、藍莓、南瓜、中草藥等[9-11]。相對人工授粉，經過熊蜂授粉的農作物，不僅在產量方面有顯著提高，而且極大地改善了果實品質。隨著設施農業的發展，熊蜂作為設施作物的優良傳粉昆蟲被廣泛應用，歐洲熊蜂作為商品蜂在全球范圍內使用最為廣泛。在熊蜂的人工繁育中，蜂王和雄性蜂的交配是影響熊蜂成群率的重要因素之一，而熊蜂蜂王和雄性蜂性成熟等內在原因是影響交配行為的重要因素。研究影響熊蜂交配的因素，能夠更好地促進熊蜂人工繁育的進程，保障熊蜂能夠更好地為設施作物授粉。

熊蜂的人工繁育是進行大規模溫室授粉應用的前提，1921年出版了第一部對熊蜂人工繁育進行系統研究的專著，由此展開熊蜂人工繁育的新進程，我國對熊蜂的研究應用始于1996年[12]。熊蜂的種群發育不同于蜜蜂，整個蜂群由單只越冬蜂王構建，而蜂王的成功越冬受到交配成敗、食物儲存及外界環境等諸多因素的影響，蜂王的交配成功與否對整個蜂群的發展有重要意義。由于大多數熊蜂的生命周期是一年一代，一般是以交配后的蜂王單獨越冬，并在第二年的春天構建蜂群，而交配失敗的蜂王則不能越冬，即使未交配蜂王成功越冬也無法構建蜂群[13-15]。研究表明，在一些社會性昆蟲中，雌性會進行多次交配，這樣可以降低昆蟲種群內的親緣關系，從而在種群遺傳方面展現出一定的優勢。在熊蜂中也發現有多雄交配的蜂種[16-18]，但是大多數種類的蜂王只能交配一次，如Schmid-Hempel 等研究了8種熊蜂的交配規律，發現只有眠熊蜂（B.hypnorum）蜂王存在多雄交配的現象，而其他蜂王包括歐洲地熊蜂都是單雄交配。研究表明單雄交配的熊蜂蜂王在交配成功后，雄性蜂留交配栓在蜂王體內，阻止其他雄性蜂再次和蜂王交配[19]。Inoue等研究發現在日本野生歐洲地熊蜂蜂王交配頻率明顯高于人工飼養的蜂王[20]。歐洲熊蜂蜂王的平均交配持續時間約為30min[14]。另外Tasei等研究了歐洲地熊蜂雄性蜂的輸精管和貯精囊內精子數量和活力在羽化后13日齡會逐漸下降，因此12日齡雄性蜂和蜂王交配成功率最高[18]。在人工控制的交配環境中，歐洲熊蜂蜂王最佳交配日齡為8～9d，雄性蜂為11～12d，蜂王和雄性蜂的數量比例為1∶1.5[1,21]，此時熊蜂交配成功率最高。熊蜂蜂王和雄性蜂交配行為是影響熊蜂繁育的重要因素之一，不同熊蜂種類具有不同的交配習性，有些蜂種交配時間較短，幾分鐘之內完成交配，有些蜂種交配時間長達四五十分鐘。研究表明，交配持續時間越長精子轉移越多，在熊蜂交配過程中，交配前的潛伏時間（以蜂王進入交配籠到開始與雄性蜂交配為潛伏時間，所處階段為潛伏期）越短，交配成功率越高。影響熊蜂交配有多種因素，外界因素包括溫濕度、光照、雌雄比等，內部因素包括性成熟程度、個體發育狀態、腸道菌群調節以及個體大小等。

熊蜂每年為農作物授粉帶來巨大的價值，近年來熊蜂在設施農作物中授粉應用逐漸擴大，人們對熊蜂質量和數量的要求也與日俱增，此時熊蜂的人工繁育技術受到重視。目前研究顯示雌雄比、密度、光照、溫濕度等綜合因素影響熊蜂蜂王和雄性蜂的交配。但是熊蜂日齡及體重對交配的影響研究很少，因此，本研究從蜂王日齡及體重與交配前的潛伏時間、交配持續時間和交配成功率三個方面的相關性來研究對蜂王交配造成的影響。目前研究報道關注外部因素，從熊蜂內部因素研究報道相對較少。本實驗中，基于熊蜂個體發育情況，從熊蜂內部尋找影響交配行為的因素，研究熊蜂不同日齡的交配時間、潛伏時間及其交配率之間的關系，探討影響熊蜂交配的因素，為熊蜂人工繁育過程中蜂王的篩選及商品化繁育提供一定的依據。

2 材料和方法

2.1 熊蜂樣本采集

歐洲地熊蜂蜂王和雄性蜂均來源于中國農業科學院蜜蜂研究所授粉飼養室，樣本取自蜂群后期。在蜂群中挑選初羽化蜂王于飼養箱中進行單獨飼養，飼養溫度26±1℃，相對濕度50%±5%，在黑暗環境下飼喂50%的糖水和花粉，按照出房日齡進行取樣。所取樣本分別為羽化后3d、4d、5d、6d和7d，每天取15只，3個重復，共計225只，雄性蜂為性成熟蜂，性成熟蜂王稱量體重后進行交配試驗。

2.2 交配環境的設置

設置熊蜂交配環境，控制實驗溫度為26±1℃，人工控制光源，交配時間控制在上午8∶00～12∶00[22]，準備規格為100cm×100cm×100cm的交配籠，材質為棉質網的面罩，骨架為不銹鋼。從飼養室中取出不同熊蜂蜂群的蜂王和雄性蜂，稱量蜂王體重并編號記錄，交配雌雄比為1∶2[1,21]，即每次交配包括15只蜂王和30只性成熟雄性蜂。

2.3 蜂王不同交配狀態下體重的稱量

不同交配狀態蜂王體重的測量：隨機選擇50只性成熟蜂王稱量體重并標號，按照雌雄比1∶2和性成熟雄性蜂投于交配籠中，待交配結束后，收集成功交配和未成功交配的蜂王重新稱量體重并記錄，試驗重復3次。

2.4 蜂王不同體重對交配行為的影響

不同體重蜂王對交配率的影響：隨機選取性成熟蜂王50只進行體重稱量并編號，按照蜂王體重分為Big和Small兩組，將不同組別蜂王按照雌雄比1∶2與性成熟雄性蜂置于上述交配籠中觀察交配情況。蜂王體重對其潛伏時間的影響：選擇性成熟蜂王稱量體重并編號記錄，按照體重由小至大分為A、B、C、D四組，與性成熟雄性蜂按照雌雄比1∶2投入交配籠中后觀察其潛伏時間。本實驗在中國農業科學院蜜蜂研究所，于2019年6月～2020年1月進行。

2.5 數據分析

首先對數據進行初步整理統計，計算出不同出房日齡熊蜂蜂王在交配籠中的潛伏時間、交配時間和交配率，利用狄克遜法則刪除異常值，采用SPSS統計學軟件對整理數據進行單因素方差分析，選擇多項式，LSD（L）、Duncan（D）。比較體重對熊蜂交配的影響程度，通過潛伏時間和交配率整理信息，最后利用GraphPad 6繪制柱形圖。

3 結果與分析

3.1 蜂王日齡對交配的影響

圖1 熊蜂不同出房時間交配指標

在不同出房日齡的處女王與性成熟雄性蜂交配實驗中，結果表明蜂王交配率隨其日齡的增長而升高，出房日齡3d交配率為24.44%，4d為28.89%，5d為40%，6d為57.78%，7d為71.11%，蜂王出房3d與4d無明顯差異，4d、5d、6d、7d的交配率差異均顯著（P＜0.05）。如圖1所示，潛伏時間與交配率呈負相關，隨交配率的逐漸升高，蜂王在交配籠中的潛伏時間逐漸縮短，從蜂王出房3d時的31.25min縮短到7d時的10.55min，差異顯著（P＜0.05）。不同日齡的蜂王交配持續時間無明顯差異（P＞0.05），且在30min上下波動。

3.2 蜂王體重對交配的影響

表1 不同日齡蜂王的交配特征分析

我們測量了交配成功的蜂王和交配失敗蜂王的體重，實驗結果表明交配成功的蜂王平均體重為0.837g，顯著大于交配失敗的蜂王0.702g（圖2b）。同時我們對交配前后蜂王體重進行稱量，發現交配失敗的蜂王交配前體重比交配后減輕29.8mg，而交配成功的蜂王在交配后蜂王體重減輕26.367mg，但是差異不顯著（P＞0.05），如圖2a所示，此外，交配成功和交配失敗的蜂王在交配后體重都有減少，但是差異不顯著（P＞0.05）。

3.3 蜂王體重對潛伏時間的影響

我們發現熊蜂蜂王交配率與潛伏時間呈負相關，不同交配狀態蜂王的體重具有明顯差異，根據體重對蜂王分組，A組體重0.4～0.6g，B組0.6～0.8g，C組0.8～1.0g，D組1.0～1.2g，結果表明蜂王體重影響蜂王的交配率和潛伏時間。A組蜂王交配率為32.52%，和B組無顯著差異，但顯著低于C組（70.02%）和D組（70.09%）。同時蜂王不同體重對潛伏時間有明顯影響，體重越大，潛伏時間越短，A組潛伏時間為25min，B組為14.57min，C組為11.5min，D組為7.83min，D組潛伏時間顯著低于A組。

4 討論

熊蜂的交配主要受到自身性成熟和外界環境的影響[21]，本實驗中我們模擬自然界環境條件，選擇不同日齡的熊蜂蜂王與性成熟雄性蜂于交配籠中進行交配。結果表明隨蜂王出房日齡增加，熊蜂交配率逐漸升高。熊蜂蜂王羽化出房后，在發育過程中機體各機能趨于完善，逐漸達到性成熟，交配率隨日齡增大逐漸增高，7日齡交配成功率達到最高，說明7日齡蜂王達到性成熟。

表2 蜂王交配前后體重變化

圖2 交配行為和體重之間的關系

圖3 不同體重熊蜂的交配率及潛伏時間

人工控制交配時間為60min，在交配籠中進行熊蜂蜂王和雄性蜂的交配。蜂王投入交配籠至開始與雄性蜂交配為蜂王的潛伏時間，蜂王進入交配籠后需要適應籠內環境并對雄性蜂釋放性信息素吸引雄蜂來交配，完成其歷史使命[23]。隨日齡增長，蜂王潛伏時間逐漸縮短，能夠盡快完成交配，熊蜂日齡越大，性激素和生殖功能趨于完善，能夠在短時間內吸引雄性蜂來交配。熊蜂蜂王潛伏時間跟多種因素有關，已有研究證明雄性蜂體重越大，交配潛伏期越短[24]，自然環境下，潛伏時間越短，能夠盡快完成交配。所受到的外界威脅越小，種群繁衍成功率達到最高水平，這是自然界適應環境的選擇結果。

熊蜂交配持續時間在不同日齡下相對穩定，維持在30min上下，無明顯差異，前人研究表明蜂王交配平均時間為30min，交配時間和雄性蜂有關，和蜂王無關[25,26]。熊蜂交配時間與雄性蜂精子的轉移數量有關，交配時間的穩定能夠確保精子轉移量一致，保證了后代的種群數量。出房3d蜂王交配時間為28.58min，7d為29.33min，性成熟度不同的蜂王交配時間無明顯差異，但交配率差異顯著（P＜0.05）。同一出房時間的蜂王在個體上也存在區別，在交配中，日齡小的蜂王交配率較低，這和蜂王和雄性蜂之間的雙向選擇有關，雄性蜂選擇發育程度高、性狀優良的蜂王完成交配[23]，避免選擇發育程度低的蜂王，進而保證交配時間的穩定。實驗中我們發現蜂王單次交配，和Mikheyev A.S研究一致，已有研究表明，果蠅的多次交配會縮短雌性的壽命，在實驗中我們發現在蜂王和雄性蜂交配停止后，繼續往交配籠中補充雄性蜂會提高交配率，出現這種現象的原因是什么目前還不清楚，需要進一步的研究[27-29]。

在熊蜂交配過程中，雄性蜂會將大量精子轉移至蜂王受精囊中[30]，本實驗結果也表明交配成功的蜂王體重明顯比交配失敗的蜂王要重，差異顯著（P＜0.05），這可能與交配成功蜂王受精囊中的精子有關。在交配實驗中，我們可以看到蜂王和雄性蜂會進行飛翔來尋找伴侶[22]，這一過程中消耗大量體能，從而體重下降，但交配前后的體重變化無明顯差異（P＞0.05），在此過程中未交配蜂王比交配蜂王選擇伴侶時間更長，因此體重下降更多，但交配前后體重變化仍無明顯差異。

熊蜂的體重作為熊蜂發育程度的一項指標在熊蜂飼養中經常應用[31]，熊蜂的體重越大，說明熊蜂發育程度越好。蜂王體重對熊蜂繁育過程有著重要影響，越冬前蜂王體重最小為0.6g，平均0.8g，桉樹長角螟體重越大，交配成功率越高[32,33]。本實驗中體重大的熊蜂交配率明顯高于體重小的蜂王，證明熊蜂蜂王體重是影響熊蜂交配成功率的重要因素之一。研究表明昆蟲個體大小直接決定配偶的選擇性，進而影響交配成功率[34]。由于在熊蜂幼蟲期吸收的營養水平不同，所以成蟲在個體大小上具有一定差異，即使同一群中的熊蜂個體間也存在著差異。熊蜂通過吸收營養調節體重，促進機體發育。實施農業授粉中，熊蜂個體大小與授粉效果有關，熊蜂依靠聲震授粉，個體大的熊蜂能夠更好地進行田間授粉。選擇個體大的蜂王進行種群繁育，能夠確保熊蜂人工繁育的優良，節約人工成本，實現資源最大化。

5 結論

在人工控制交配條件下，歐洲熊蜂蜂王的交配率隨其日齡的增加而不斷升高，潛伏時間不斷縮短，但交配時間保持平穩，無明顯差異（P＞0.05）。體重對蜂王的交配有著直接的影響，蜂王體重較大會縮短其潛伏時間并提高交配率，但我們對不同交配狀態蜂王（交配成功、交配失敗）交配前后體重變化進行分析，結果表明兩者無明顯差異，在熊蜂的人工繁育中選擇性成熟且體重較大的蜂王有利于熊蜂的交配。