长白山中华蜜蜂种质资源保护与展望

刘楠楠，王新明，丛 薇

（1.吉林省养蜂科学研究所，吉林 吉林 132108；2.吉林省吉林市船营区畜牧特产总站，吉林 吉林 132000）

1 引言

众所周知，长白山文化历史悠久，源远流长，在四千多年前的《山海经》 中就有对其最早的文字记载。卓越的自然生态环境孕育出极为丰富的动植物资源。长白山是联合国“人与生物圈”自然保留地和国际A 级自然保护区，是世界上少有的“物种基因库”之一。但近年来由于人类活动的不断涉入和生态环境的持续恶化，使得长白山区濒危物种越来越多，长白山中华蜜蜂（以下简称长白山中蜂） 就是其中濒危程度较高的珍稀物种之一。

中华蜜蜂品种濒危现象已经证明，蜜蜂种质资源的保护工作是养蜂生产亟待解决的重要问题。为了抢救和保护这一濒危物种，应当对长白山中华蜜蜂的种质资源进行有效保护，在充分了解目前种群现状的基础上，建立准确的遗传谱系，以避免或减少近亲交配带来的种群衰退，保持好种群的遗传多样性，并展开基础性研究工作，深入挖掘这一珍稀资源重要经济性状和品质性状相关联的优异基因，为日后开展长白山中蜂的分子辅助育种和遗传改良提供基础和依据。

2 生存现状

长白山中蜂是中华蜜蜂家族中一个优良的地方蜂种，属于中华蜜蜂的东北生态型，是国家重点保护的蜜蜂品种，被列入《国家级畜禽品种资源保护名录》[1]，不同于南方中蜂的独特生物学特性和生产性能。具体表现为抗寒、抗病、抗螨等特殊的生产性状，不仅个体大、耐大群，而且采集力强、产蜜量高，且饲养的经济效益不低于西方蜜蜂。在南方中蜂蜂场遭遇囊状幼虫病灭顶之难时，长白山中蜂则安然无恙，足以说明其优良的性状表现和含有的优异基因。

长白山中蜂处于濒危状态，究其主要原因有以下几方面。一方面，改革开放以后，由于西方蜜蜂的大量引进，蜂农看到了更明显的经济效益，再加上外来的转地放蜂，挤占了长白山中蜂的生存空间。另一方面，长白山中蜂在与西方蜜蜂的种间竞争中处于劣势，主要表现在食物竞争、盗蜂侵袭和交尾干扰等方面，导致生态一度失衡，还有毁巢、杀蜂、取蜜等人为的故意破坏，导致种群数量锐减。另外，近年中蜂蜜以其特有的无公害、原生态等特点备受国内外消费者青睐，市场供不应求，致使一些蜂农只顾效益不重保护，大面积毁灭长白山中蜂资源。由此，人们意识到宝贵的种质资源已经进入濒危甚至灭种状态，采取多种措施加强对长白山中蜂品种资源的保护，目前虽已稍现复苏迹象，但存在的问题依然突出。

3 种群资源的保护

其工作是在开展种质资源保护、鉴定、评价和利用的前提和基础，提出以下几点建议。

3.1 建立长白山中蜂保护区

在保护区沟口、路口设置醒目的标志牌，对保护区实行重点保护管理措施和技术管理措施，保证长白山中蜂的纯度和稳定性。

3.2 保种和选种

保护区内只饲养1 个类型的长白山中蜂，每年在育王季节选择高产抗病良种作种群，在严密隔离的交尾条件下逐步实行闭锁繁育，利用优良群作母本和父本培育优良蜂王，提高长白山中蜂保种的技术水平和保种效率。

3.3 建立遗传资源档案

对每一时期的长白山中蜂父本和母本的血统结构设原始记录，禁止引进外地或来源不明的中蜂群、中蜂王等。

3.4 鼓励蜂农饲养长白山中蜂

加强对长白山中蜂的研究和选育，在保持中蜂蜂巢结构和传统饲养方式的前提下，提高饲养效益，鼓励和吸引更多的蜂农饲养中蜂，使保护区内长白山的中蜂繁衍昌盛。

4 种质遗传多样性的保护

实践证明，充分了解物种种群的遗传结构和遗传多态性现状，建立遗传谱系可以最大限度地减少近亲繁殖，保持遗传多样性，进而保护整个物种。因此，建立相关的亲子关系鉴定技术防止在育种的过程中出现近交衰退，为长白山中蜂种群的结构分析、物种生存策略指导以及制定有效的保护措施等方面提供依据。

4.1 微卫星亲子鉴定技术应用于长白山中华蜜蜂种质资源保护的研究展望

4.1.1 利用微卫星亲子鉴定技术对长白山中蜂家族系谱进行有效的修改和完善

微卫星序列属于共显性遗传，进行种内和近缘物种间亲缘关系分析的基础是微卫星序列的丰富多态性和稳定保守性[2]，因此在物种的种质鉴定中具有一定的优越性，已成功在多个濒危动物育种中得到了应用。

当前，在昆虫群落中测量个体间的亲缘关系是近年来生物社会学的一个主要课题，这些测量被认为是评估和测试当前亲属选择理论和昆虫社会性进化的关键。蜜蜂具有高度复杂的多态性社会结构，微卫星应用于亲子鉴定的分子标记，不仅可以用于指导动物种群谱系的建立，也是研究社会性昆虫社会结构进化和亲缘识别机制的有利技术手段。微卫星亲子鉴定技术应用于蜜蜂、蚂蚁、熊蜂等社会学昆虫的研究国外已有相关报道，Annette B.Jensen 等[3]利用11 个DNA 微卫星基因座标记，并对其进行基因分型，亲子关系分析，以确定交配距离，在16 只工蜂后代中平均检出10.2 只父本，确定了英国国家公园2 个相邻的半隔离山谷中西方蜜蜂的交配范围，以评估它们对本地蜜蜂保护和隔离交配地点的适用性，确认此地是长期保护的蜜蜂繁殖种群的一个合适位置。Kevin R.Foster 等[4]进行了黄蜂的亲子关系、繁殖与冲突的研究，建立了亲缘选择预测模型系统；Helge SCHLüNSa 等[5]对7种蜜蜂的亲子不对称现象进行了研究，利用已有文献中的样本量校正方法对数据进行了重新分析，以调查西方蜜蜂物种间亲缘关系的差异和相似性；Duan Paál 等[6]利用14 个微卫星标记，利用适当优化的多重PCR 反应，评估了斯洛伐克蜜蜂的群体结构、遗传多样性、品种分配以及蜜蜂蜂王的亲子鉴定；Else J.Fjerdingstad 等[7]开发了二核苷酸微卫星DNA 标记，详细研究巴拿马切叶蚁群体中的多重亲子关系的程度；N.CHLINE[8]用17 个微卫星基因座分析雄蜂蛹，讨论所有的雄蜂是否都是工蜂的后代，以及还有多少工蜂和个体工蜂繁殖了它们，结果表明其中大部分工蜂的后代来自同一个父系；K.Palmer 等[9]从苏拉威西采集的成年工蜂的样本中利用微卫星标记估计4 个苏威拉西蜂王的亲子频率，研究结果表明其在种内交配频率较高；C.M.Payne 等[10]基于B10 基因座微卫星DNA 的熊蜂群体进行多重亲子关系的研究，表明B10 基因座在北美熊蜂中表现出较高的种间扩增成功率，4 个熊蜂属的1 个种属有1 个以上的父亲，1 个拟熊蜂属拥有1 个以上的父系血统；D.R.Tarpy 和D.I.Nielsen[11]综述了蜜蜂群体内亲子鉴定的研究文献，并报道了8 种蜜蜂的平均亲本数量和有效亲子频率，采用最近开发的有效亲子鉴定，证明其对平均亲子鉴定的影响不大，但它可以对个体估计的方差产生深远的影响，建议未来的实证研究报告这一新的样本统计及其相关的方差，以减少抽样误差对个体亲子鉴定的固有影响。可见，微卫星亲子鉴定技术应用在国外的相关社会学昆虫的研究中已经取得了相当程度的研究进展，为其应用于长白山中蜂种群提供了有益的借鉴。

4.1.2 利用微卫星亲子鉴定技术对进一步揭示蜜蜂一雌多雄交配的机制提供有利手段

了解雌性多重交配的进化，是社会昆虫行为学中的重要问题，亲缘选择已成为昆虫社会进化最为广泛接受的解释。然而，在膜翅目社会性昆虫（蚂蚁、蜜蜂和黄蜂） 中所面对的1 个问题是一雌多雄现象的存在，了解哪些选择因素可能有利于多重交配和多重亲子关系，需要详细研究其种内模式的亲子关系，这就需要精确的遗传标记。因此，利用微卫星亲子鉴定可以为社会性昆虫多重交配的深入研究提供技术支撑，从而揭示一雌多雄机制的产生。

蜜蜂在社会性昆虫中具有多重交配的最高水平，蜂群包含1 只唯一的蜂王，它可以与10～20 只雄蜂交配，这导致了蜂群基因型的异质性。目前有3 种学说解释蜜蜂的一雌多雄交配现象，分别是遗传变异学说、性位点学说和获得足够精子学说[12]。蜂王的多重交配显著降低了雌性同伴的平均遗传关联性，随后广泛影响了蜂群的社会行为。在过去的几十年中，现代分子技术使研究人员能够更准确地估计个体蜂王的交配数量。蜂王的交配数通常是通过确定它的工蜂后代的基因型和列出不同父系标记来推断的，而对遗传相关和社会行为的重要影响是蜂王的亲子频率，具体地说，来自蜂群的工蜂后代的实验样本导致取样误差和非检测误差。这些不确定性导致一些研究人员得出结论，目前对蜜蜂有效亲子频率的估计是保守的。W.O.H.HUGHES 等[13]进行241 种社会性昆虫的一雌多雄制与一雄多雌制关系的比较研究，发现在系统发育控制之后一雌多雄制与一雄多雌制有显著负相关，当物种没有通过一雄多雌制获得更高的群体内遗传多样性，并且这些益处超过性状的成本时，多雌制随之进化，性选择和性冲突可能扮演一个关键的角色，却在社会进化研究中往往被忽视。Jun-ichi Takahashi 等[14]利用DNA 微卫星技术，进行马来西亚黑矮蜂一雌多雄水平的研究，对200 个工蜂蛹和每个蜂群的蜂王交配频率进行了检测；David R.Tarpy 等[15]研究表明：一雌多雄制的1 个主要后果是群体内的基因型的多样性增加，这已被经验证明赋予显著的适应性优势，从而导致更高的群体生产力和存活率；P.Neumann 和R.F.A.Moritz[16]进行了蜜蜂一雌多雄进化的遗传方差检验假设研究，在4 个DNA 微卫星位点上对每个群体的工蜂进行基因分型，以确定群体一雌多雄的水平，没有发现一雌多雄水平与蜂群的产蜜量、大小和寄生虫负荷的平均影响，可以导致产生更具生产力的蜂群表型。如果说群体水平选择是一雌多雄制的进化力量，那么在自然交配的蜂王为首的人工育种蜂群中则很难发现这种影响。S.Fuchs 和V.Schade[17]发现具有混合亲子关系的工蜂表现出群体优势，可能促进蜜蜂蜂王一雌多雄的进化，蜜蜂蜂群的多重交配比单一交配更具有群体优势，最终会导致繁殖性能更高。因此，可以得出结论，蜂群更高的繁殖产量与工蜂基因多样性增加可能是一雌多雄制演变的主要驱动力。

4.2 全基因组关联分析应用于长白山中华蜜蜂优异基因挖掘的研究展望

大数据的全基因组时代已经到来，全基因组关联分析（以下简称GWAS） 技术成为当前科技人员广泛关注的研究热点。它最先应用于人类疾病的研究，为复杂疾病的发病机制研究提供了线索和帮助。之后，又陆续应用于多种经济作物和畜禽等动植物资源的基因挖掘和功能基因的验证研究中。相关研究表明，它对质量性状和数量性状均有较好的研究结果，不仅可用于寻找和锁定与目标性状相关联的功能基因，还可以鉴定QTL[18]。

长白山中华蜜蜂在古老的长白山脉下孕育生长，经过漫长的自然进化选择和沧桑巨变的生态环境影响，形成了极为丰富的种质遗传多样性，蕴含着大量的优秀基因。长期的养蜂生产实践中，鉴定出来许多的优良性状，主要有：产卵力强，对外界气候、蜜源敏感，能够按照蜜粉源情况调节育虫数量；采集力强，善于利用零散蜜源，分蜂性依居住环境的大小而变化，能维持和稳定群势；耐寒性强，越冬安全，饲料消耗少；抗螨力强，一般不患蜂螨病。

相比其他物种，GWAS 技术应用在昆虫的起步较晚，中华蜜蜂又是我国土生土长的优势蜂种，而长白山中华蜜蜂又是中华蜜蜂大家族中不可或缺的一员，有着其他地方蜂种无法比拟的优异性状表现，因此开展长白山中蜂的功能基因挖掘和验证是分子育种的重要前提和基础。目前，在果蝇等其他模式昆虫GWAS技术的应用研究中已经有了一定的进展，国内还没有将GWAS 技术应用于蜜蜂研究领域的相关报道[19]。西方蜜蜂和东方蜜蜂的全基因组序列的测序工作已经相继完成，大量的SNP 标记被开发出来，为GWAS 技术在长白山中蜂上的应用提供了前期基础和可行性。因此，结合高通量测序技术和相关基因型分析方法，建立基于长白山中蜂资源的GWAS 技术，寻找和确定与其重要经济性状和优异品质性状相关联的关键基因位点，可为中华蜜蜂遗传学研究和育种提供重要的基础，对现有蜂群进行遗传改良，可为长白山中蜂种质资源的保护与利用工作带来切实可见的改变。

因此，随着GWAS 技术的不断成熟与发展，我们有理由相信：在不远的将来必将在中华蜜蜂优异生产性状基因的开发和利用方面发挥优势作用，进一步扩大长白山中蜂种群的优势生产力，更好地保护、挽救、发掘和利用珍稀的长白山中蜂优异基因资源。

5 结语

蜜蜂是重要的授粉昆虫，在实现农业增产、农民增收和维护生态平衡中发挥着主要作用。因此，对于濒临灭绝的长白山中华蜜蜂资源开展保护性的研究工作势在必行，人为干预是保护长白山中蜂资源的必要手段，如果不及时制定一个长期有效的保护和挽救措施，长白山中蜂的毁灭将不可避免。因此，科学、长远地规划长白山中蜂资源，修复、巩固、提高现有种群的种质资源，保持物种的遗传多样性，开展科学的种质资源保护方面的基础性研究就显得必要而迫切。

综上所述，开发和建立基于长白山中蜂的微卫星亲子鉴定技术和全基因组关联分析技术，将其应用于长白山中蜂的遗传多样性保护以及重要经济和品质性状相关联优异基因的挖掘是进行长白山中华蜜蜂种质资源保护的基础性研究和前瞻性研究，不仅可以充分了解现有长白山中蜂种群的遗传结构和遗传多态性情况，还可以为现有长白山中蜂种群的遗传改良和创新利用提供一定理论依据和技术支撑，进而为养蜂生产实践提供服务和指导，同时也为其他蜜蜂珍稀品种资源的保护和利用提供借鉴与思路。