黑大蜜蜂的学习与记忆研究

张琪 董诗浩 董坤 谭垦

（云南农业大学东方蜜蜂研究所，昆明650201）

黑大蜜蜂的学习与记忆研究

张琪 董诗浩 董坤 谭垦

（云南农业大学东方蜜蜂研究所，昆明650201）

黑大蜜蜂是蜜蜂属的一个重要种，营露天生活，具有一定的迁徙特性。东、西方蜜蜂的学习与记忆研究一直被广泛地应用，而黑大蜜蜂的学习与记忆至今未见报道。用壬醛、正已醛2种气味运用PER模型来探究黑大蜜蜂的学习与记忆能力。结果显示，黑大蜜蜂能够很好地适应PER学习模型，它们的学习与记忆能力要高于东、西方蜜蜂的学习与记忆能力。

黑大蜜蜂；学习与记忆；PER模型

蜜蜂是社会性昆虫，蜜蜂复杂的社会性及其智能行为，成为研究很多动物学习与记忆的绝佳素材。在过去30年中，蜜蜂已成为研究学习与记忆的重要昆虫，被公认为是研究学习与记忆最理想的模式生物[1-3]。蜜蜂有着出色的联想学习和记忆能力。联想学习记忆的假说有两种，最经典的是巴普洛夫条件反射，即动物学习相关的神经刺激（条件刺激，conditional stimulus,CS)和一个生物相关刺激（非条件刺激，unconditional stimulus,US)配合，能够达到很好的学习效果。

黑大蜜蜂（Apis laboriosa)俗称岩蜂，是蜜蜂属里个体最大的蜜蜂，主要栖息在喜马拉雅山区和横断山脉地区的岩隙中，也是蜜蜂和无刺蜂中（超过500种）唯一不在热带或者亚热带地区生活的蜂类[4，5]。黑大蜜蜂工蜂体长17～18 mm，体黑色；胸部、小盾片及第一腹节披黄褐色毛；前翅烟褐色。常栖息在海拔1000～3500 m的悬崖下，具有随季节迁徙的特征，冬天迁至低海拔温暖地带，夏天迁至高山凉爽地带。黑大蜜蜂的巢穴多数附着在一块突出的岩石下面，背风，以防止刮风下雨。其护脾能力很强，从露出的一面可以观察到，煽风带有节律，常看到在脾上的黑大蜜蜂从上而下有规律性地波动，一个波峰接着一个波峰地由后向前推进，以用来调节蜂巢内的温度和湿度，以适应外界环境变化[6]。

伸吻反应是蜜蜂通过联想学习把一个条件刺激和一个非条件刺激进行配对，即将一只饥饿状态的蜜蜂先给予条件刺激包括气味、颜色、纹理等，紧接着给予非条件刺激糖水奖励引起蜜蜂伸吻反应。以气味的伸吻反应为例，将一只饥饿状态的蜜蜂先给予条件刺激（CS；气味），紧接着给予非条件刺激（US；糖水奖励），蜜蜂嗅到糖水，就会伸吻吸食。经过多次训练后，蜜蜂就会产生本能的伸吻反应，说明蜜蜂已经学习到了这种结合。对于黑大蜜蜂，是否能用PER实验模型来探究其学习和记忆[7-9]？本研究以分布在云南省蒙自市的黑大蜜蜂为研究对象，通过壬醛、正已醛2种气味联想学习的PER实验来探究黑大蜜蜂的学习记忆能力，以期为以后黑大蜜蜂学习记忆的进一步研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验时间和地点

试验时间为2016年3月至2016年5月，地点在云南农业大学东方蜜蜂研究所。

1.2 材料和仪器

试验所用的黑大蜜蜂均取自云南省蒙自山区的悬崖上，用装有链糖的透气木盒将采集的黑大蜜蜂连蜂带脾带入云南农业大学东方蜜蜂研究所短暂饲养，然后进行其学习记忆的测定试验。实验器材包括：秒表、移液枪、软管、小剪刀、小镊子、小Y形管、注射器、50%的糖水、牙签、吸瓶、冰箱、充气阀、风扇、排气管、壬醛、正已醛。

1.3 实验方法

1.3.1 实验装置

实验装置由两个平行的20 ml注射器、气泵、抽气风扇以及橡胶管组成，两个注射器内都放有事先剪好的干燥滤纸片，其中一个注射器内提供连续气流；另外一个注射器内在滤纸上滴有2 μl气味液滴，注射器尖端距离蜜蜂头部1.5 cm，另一端连接阀门、Y型管和气泵。在蜜蜂背后12 cm左右位置安装直径10 cm排气装置（见图1）。

1.3.2 黑大蜜蜂的固定和淘汰选择

图1 实验装置图

用吸瓶吸取黑大蜜蜂放入-18℃冰箱至昏迷，在黑大蜜蜂苏醒之前将其固定在1 ml塑料离心管中。待黑大蜜蜂苏醒后，小心地用剪好的吸管套住黑大蜜蜂的腹部，使得吸管恰好卡在黑大蜜蜂的翅膀和胸部中间。将吸管向前推至切好的离心管管头，使黑大蜜蜂刚好露出头部，使得头部能够自由活动，触角、口器完好无损，腹部能自由呼吸，然后扣上离心管管帽后整齐摆放到纸板上。固定3 h后，对黑大蜜蜂进行筛选，淘汰活力不好的，留下活力较好的黑大蜜蜂，单独给予糖水奖励，蜜蜂有伸吻反应，然后给予气味刺激，蜜蜂没有伸吻反应，满足这2个条件的黑大蜜蜂才能进行下一步实验。实验中总共测定了100只黑大蜜蜂的工蜂。

1.3.3 训练阶段和测试阶段

将黑大蜜蜂放置于试验台上出气口前静置15 s，待其稳定后给予6 s的气味刺激，同时在气味刺激的第3 s开始给予3 s的糖水刺激奖励，使气味刺激与糖水奖励同时结束，记录黑大蜜蜂的伸吻情况。当黑大蜜蜂在只给予气味（正已醛或壬醛）刺激的3 s内黑大蜜蜂伸吻，则表明黑大蜜蜂学习到了该种气味，记为1，没有则记为0，不伸吻也不吸糖水的则淘汰。然后把蜜蜂放回托盘，依次开始下一只的训练，同样的方法重复训练6次，每次训练间隔为10 min。在重复训练完6次以后，让黑大蜜蜂休息1 h，之后只给气味测试黑大蜜蜂的伸吻情况，记为M1。

图2 黑大蜜蜂学习与记忆

2 结果与分析

采用Microsoft Office Excel进行数据整理和处理，绘制图表。实验结果如图，由图2可知：黑大蜜蜂对两种气味都有很好的联想学习记忆能力。其中前3次训练，黑大蜜蜂学习速度非常快，第二次训练后，两种气味的伸吻率就接近70%，第三次训练后，伸吻率基本接近80%。明显看出，正已醛组伸吻率最大值比壬醛组的伸吻率最大值要略低一些，其原因可能是黑大蜜蜂对正已醛气味灵敏度不如壬醛气味。

3 讨论

学习与记忆研究大多都集中在东西方蜜蜂，而对黑大蜜蜂学习与记忆的研究鲜有报道。东西方蜜蜂为人工饲养，营穴居，没有迁徙行为，而黑大蜜蜂是野生蜂种，建造露天巢皮，具有迁徙特性，环境适应能力更强，故应该也有非常好的学习与记忆能力。

本文通过PER实验来探究黑大蜜蜂对两种气味的（正已醛和壬醛）学习与记忆，发现黑大蜜蜂的总体学习与记忆能力要高于东西方蜜蜂的学习与记忆能力（60%左右）[10]。说明黑大蜜蜂适用于经典的PER实验模型，在以后的探究中，我们还可以用其它气味、颜色或者条纹等多种实验方法来更深入探究黑大蜜蜂的学习与记忆能力。

[1]Seeley T D.Honey bee ecology [M].Princeton:Princeton University Press,2001.

[2]Winston M L.The biology of the honey bee [M].Harvard University Press,Cambridge.

[3]曾志将.蜜蜂生物学[M].北京：中国农业出版社，2009.

[4]Under Woodb A.Time of drone flight of Apis laboriosa Smith in Nepal[J].Apidologie,1990,21(6):501-504.

[5]Woyke J,Wilde J,Wilde M.Temperature correlated dorso-ventral abdomen flipping of Apis laboriosa and Apis dorsata worker bees[J].Apidologie,2004,35(5):493-502.

[6]汪建明，匡海鸥.黑色大蜜蜂栖息环境调查 [J].蜜蜂杂志，1997(9):14.

[7]Takeda K.Classical conditioned response in the honey bee[J]. Journal of Insect Physiology,1961,6(3):168-179.

[8]Bitterman ME,Menzel R,Fietz A,et al.Classical conditioning of proboscis extension in honeybee(Apis mellifera)[J].Journal of Comparative Psychology,1983,97(2):107-119.

[9]Menzel R.Associative learning in honeybee [J].Apidologie, 1993,24(3):157-168.

[10]Wang Z,Tan K.Comparative analysis of olfactory learning of Apis cerana and Apis mellifera[J].Apidologie,2014,45(1):45-52.

The study of learning and memory in Apis laboriosa

Zhang Qi,Dong Shihao,Dong Kun,Tan Ken

(Eastern Bee Research Institute,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

Apis laboriosa is a significant species in honeybee.They are camping outside and living with the migration characteristics.There are a lot of studies about learning and memory in Apis cerana and Apis mellifera.The learning and memory study in Apis laboriosa is not reported yet.We investigated the associative olfactory learning of Apis laboriosa with two different odors(hexanal,nonanal).Our results suggested that Apis laboriosa is equally able to the study of learning using the proboscis extension paradigm.Their learning and memory ability is much higher than Apis mellifera.

Apis laboriosa，learning and memory，proboscis extension response paradigm

国家现代蜂产业技术体系项目(CARS-45-kxj14)

张琪(1993-)，男，在读硕士，研究方向为蜜蜂生物学

谭垦，男，教授，博导，主要从事蜜蜂生物学研究，E-mail:kentan@xtbg.ac.cn