工蜂监督

丁桂玲

（中国农业科学院蜜蜂研究所，北京100093）

工蜂监督

丁桂玲

（中国农业科学院蜜蜂研究所，北京100093）

源自蜂王和蜂子的信息素会抑制工蜂卵巢发育，所以在有王的情况下蜂群中工蜂很少繁殖。此外，有发达卵巢的工蜂会被其他工蜂攻击，与蜂王产的卵相比，工蜂卵的存活性较低。不过，蜂群中约4%的工蜂拥有功能性卵巢，可产下7%的雄性卵，其中不到1%的卵发育为成年雄蜂。工蜂监督指工蜂产的卵被其他工蜂移除，它是限制工蜂成功繁殖的主要机制。检查蜂子巢房后，工蜂会留下大多数蜂王产的卵，但几乎把其他工蜂的卵全吃掉。同巢工蜂通过吃掉工蜂卵彼此预防繁殖行为。

行为生物测定显示，蜜蜂可识别工蜂卵和蜂王卵，但工蜂监督行为使用的识别信号还没有弄清楚。Martin等（2005）进行了一系列实验，试图阐明识别信号的性质。使用扫描电镜扩大2500倍时未发现两种卵有明显物理差异，表明识别信号可能是化学物质。与蜂王卵接触放置的工蜂卵被保护，所以他们认为卵识别信号很可能存在于蜂王卵而不在工蜂卵上。使用潜在的识别化学物质、溶剂、缓冲液或腺体提取物对两种卵处理后进行一系列标准的卵移除生物测定，目的在于破坏或移除蜂王卵的标志信号或给工蜂卵添加信号物质。尽管进行了大量实验，但他们并没能改变蜂王卵的标志信号或把蜂王卵的信号转移到工蜂卵上。此外，实验显示来自蜂王的酯类和来自工蜂的二十碳烯醇并非工蜂使用的信号，证明蜜蜂卵的标志信号可能由一种或一组化学物质组成，但不是之前发现的社会性昆虫中那些相关的化学信号物质。

比较蜂王和工蜂产的未受精卵，查找它们是否有些可被工蜂监督利用进行卵识别的基本的生物学差异。首先，在30.0%、74.9%及98.7%相对湿度条件下进行培养，检测卵对干燥环境的抵抗力，发现工蜂卵对干燥更加敏感。其次，测量两种卵的重量、蛋黄素含量、总蛋白含量、脂质含量、糖原含量以及碳水化合物含量。尽管在四次重复中两次都发现工蜂卵比蜂王卵重，但其营养成分无系统性差异。最后，他们比较了两种卵的胚胎发育时间，三次重复中两次都显示工蜂卵比蜂王卵发育慢，暗示它们在产下时可能只是部分成熟。

在不能培育替换蜂王的无王群中，工蜂繁殖现象较普遍。这种情况下，工蜂监督被关闭，很多工蜂拥有活跃的卵巢，开始产卵，蜂群在衰灭前培育最后一批雄性蜂子。不过，Chaline等人（2004）报道，无王群并没有停止工蜂监督，虽然12.6%的工蜂拥有活跃的卵巢并产下很多卵，它们以及从另一个蜂群转移过来的工蜂卵都被进行了监督。由同一母群工蜂组成的第二个无王群在8周后重现了这种不寻常的模式，显示出遗传背景起重要作用。

由于工蜂监督使用的卵标志信号被认为由蜂王产生，Beekman等（2004）研究了交尾是否是蜂王产生卵标志信号的必需过程。比较工蜂对处女王产的卵与已交配蜂王产的卵的移除速率，发现交配并不影响卵的可接受性，暗示与交配相关的生理变化在蜂王产生卵标志信号时并不发挥作用。

与野生型蜂群不同，无政府主义蜂群中蜂王和蜂子存在时工蜂卵巢激活，并可产下逃避工蜂监督的卵，这些蜂群中工蜂繁殖水平远高于野生型有王群。无政府状态是工蜂监督的一种对抗机制，海角蜂雌性幼虫可操纵非海角蜂哺育蜂，得到更多的食物，发育成工蜂-蜂王的中型物。Beekman和Oldroyd（2003）推测，在无政府主义蜂群中，幼虫可能产生了一些信号，导致雌性幼虫的过多饲喂，被过多饲喂的雌性幼虫可能会发育为繁殖活跃的工蜂。他们对无政府主义和野生型蜂群中的蜂子交叉培育，研究交叉培育对幼虫食物量和工蜂最终形态的影响，发现无政府主义蜂群幼虫没有操控野生型蜂群哺育蜂对它们进行更多饲喂，也没有发育为工蜂-蜂王的中间型。相反，与野生型蜂群幼虫相比，无政府主义蜂群幼虫被更少地饲喂，而且无政府主义蜂群工蜂对两种基因型幼虫的饲喂都更少。

无蜂王卵标志信号存在时，工蜂通过对卵的监督行为加强蜂王繁殖的垄断。与野生型蜂群不同，无政府主义蜂群中的多数雄蜂都由工蜂卵发育而来，有人推测这些蜂群中的工蜂卵可以逃避监督行为，是因为它们被认为是蜂王产的。但Beekman和Oldroyd证明，无政府主义的无王群中工蜂产的卵并没有逃脱工蜂的监督行为，与野生型无王群中工蜂卵的清除速度相似，表明无王状态下无政府主义蜂群工蜂产的卵丢失了它们的化学防护，不再被认为是蜂王所产。所以，卵标志信号似乎只在蜂王和蜂子存在时才得以应用。蜂王和蜂子不存在时，卵标志信号的生物合成途径被关闭。

工蜂可能使用杜氏腺分泌物区分蜂王卵和工蜂卵。Martin等（2002）把卵的化学分析与卵移除生物测定结合进行研究，他们把蜂王杜氏腺成分划分为碳氢化合物和酯类，生物测定显示与未处理的工蜂卵相比，使用完整杜氏腺提取物、酯类成分或合成的腺体酯类处理的工蜂卵被移除的速度变慢。不过，这种效应只持续20个小时。使用碳氢化合物处理的工蜂卵与未处理卵被移除的速度一样。降低卵移除速度的酯类的量比蜂王卵或工蜂卵中天然存在的含量高很多，而使用天然存在的酯类含量水平进行处理时对移除卵的速度无影响。这些结果表明，酯类或碳氢化合物很可能都不是卵识别信号物质。

把工蜂及蜂王产的卵转移到4个蜂群的空雄蜂巢房中，与未经处理或用乙醇处理的工蜂卵相比，使用蜂王杜氏腺乙醇提取物处理的工蜂卵被移除的速度明显更低，1∶10稀释后这种效应变小，1∶100稀释时无效应。与对照相比，接触过蜂王蜇针基部的工蜂卵被移除的速度也明显更低。所有试验中，工蜂卵的移除速度都超过蜂王卵。用极性溶剂甲醇和乙醇处理比用己烷和二氯甲烷处理的蜂王卵被更快移除，但不能确定这是因为甲醇和乙醇可以更有效的移除可能的信息素还是因为它们对卵造成了更大损害。但实验结果支持了这样的假设:工蜂监督对卵的识别是通过蜂王产的卵标志信息素进行的。

蜜蜂区别卵的能力被用于研究表皮碳氢化合物在卵识别体系中的作用。奇数链长的直链烷烃（C23-C31）是两种卵表面的主要碳氢化合物，被产下之前全尺寸工蜂卵和蜂王卵（从卵巢中解剖得到）的直链烷烃组成有明显区别。卵识别生物测定中，蜂王产的卵不被移除，而工蜂产的所有卵以及从其卵巢中取出的全尺寸卵都在两个小时内被移走。工蜂和蜂王产的卵有不同的碳氢化合物组成，但生物测定和化学补充研究显示改变碳氢化合物谱并不影响卵的识别。而且，被产下之前蜂王卵巢中的全尺寸卵或刚产下的蜂王卵有相似的碳氢化合物组成，但在卵识别生物测定中只有产下的卵存活下来。

不同级型卵的碳氢化合物差异在蜂群中最初24小时内消失，但并没有防止工蜂卵被移除。此外，即使工蜂卵的碳氢化合物谱通过添加蜂王杜氏腺己烷提取物被人为改变，但它们依然被清除。相关性研究认为C25与C27的比例可能对蜜蜂识别卵十分重要，但卵识别生物测定或化学补充试验显示表皮碳氢化合物，特别是直链烷烃在卵识别中不起作用。