蜜蜂衛(wèi)生行為研究進展及應(yīng)用前景

任勤 羅文華 曹蘭

（重慶市畜牧科學(xué)院，榮昌 402460）

社會性群體生活的昆蟲已經(jīng)進化出了集體免疫防御系統(tǒng)來抵御病害。這些“社會免疫系統(tǒng)”是群體成員合作對抗因社會性和群體生活而增加的疾病傳播風(fēng)險的結(jié)果[1]。社會性免疫防衛(wèi)是蜂群群體抵抗外界病害的重要行為機制，其中的衛(wèi)生行為就是蜂群抵御外界病敵害的有效機制之一，蜂群的這種行為能夠消除或者減少病害的傳播，一定程度上還能使得染病蜂群自愈。因此，本文就蜜蜂衛(wèi)生行為過程、影響因素、評價方法等進行了綜述。

1.蜂群的衛(wèi)生行為

蜂群的衛(wèi)生行為就是工蜂能夠定位含有感染或者死亡的幼蟲巢房，打開它們并去除巢房中死亡幼蟲或蛹的行為過程[2-5]。這種行為也被定義為工蜂清除蜂群內(nèi)任何發(fā)現(xiàn)的其他異物的過程[6]。Rothenbuhler 在1964年首次描述了這一行為過程[3]，Moretto 于1993年引入了衛(wèi)生行為的概念[6]。蜂群的衛(wèi)生行為可分為兩步進行描述，首先蜜蜂監(jiān)測到染病蟲的位置，進行巢房蠟蓋的穿孔，其次，進行打開巢房蠟蓋和清除染病幼蟲的行為反應(yīng)。蜂群的衛(wèi)生行為是個體工蜂的一種遺傳特征，它賦予了群體水平抵抗各種疾病的能力。單只蜜蜂并不能完成打開巢房和清理巢房的一系列衛(wèi)生行為，此時，另外一只蜜蜂可能擴大巢房孔面積，然后，第三只蜜蜂執(zhí)行清出染病蟲[7]。

衛(wèi)生行為對蜜蜂種群動態(tài)非常重要，因為它可以避免或者阻礙疾病的發(fā)展，被認為是抵御美洲幼蟲腐臭病、歐洲幼蟲腐臭病、白堊病等疾病的主要防御措施[3,8,9]。具衛(wèi)生行為的蜂群對其他寄生物也具有相同的抵抗能力，如打開和移走被蜂螨感染的病蟲，干擾蜂螨的正常繁殖，減少了螨害的發(fā)生等[10]。具衛(wèi)生行為的蜂群還可以減少蜂產(chǎn)品和巢脾蜂蠟中真菌孢子的數(shù)量[11]。

對于單只蜜蜂，抗病行為與細胞和體液免疫反應(yīng)屬于同一個類型，兩者均涉及監(jiān)測與識別外來病原或寄生物，隨后啟動了適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)。在社會性免疫反應(yīng)中，衛(wèi)生行為的蜜蜂具有特定性，如監(jiān)測和移走巢內(nèi)染病幼蟲或被寄生的幼蟲，這正是蜂群耐受疾病的潛在機制。衛(wèi)生行為的蜂群能夠監(jiān)測巢脾內(nèi)存在病蟲或不健康蟲態(tài)，然后適當(dāng)刺激個體蜜蜂及時移走感染早期的病蟲[12]。

2.影響蜂群衛(wèi)生型的因素

2.1 遺傳基礎(chǔ)

研究證實，衛(wèi)生行為的遺傳基礎(chǔ)基于幾個基因的控制，是一種調(diào)控極其復(fù)雜的行為方式。Rothenbuhler研究認為衛(wèi)生行為是由兩對隱形基因（u = uncapping 和r = remover）控制，包括打開行為（u）和移走行為（r），當(dāng)它們是純合子時，蜜蜂才表現(xiàn)出衛(wèi)生行為[3]。Moritz重新評價了Rothenbuhler’s 結(jié)果，認為遺傳機制更復(fù)雜，提出了一個三基因模型，其中純合性中的一對基因（u）負責(zé)打開巢房，而兩對基因（r1 和 r2）負責(zé)移走病蟲，然而，這一假設(shè)尚未得到證實[13]。Gramacho等強調(diào)蜜蜂穿孔巢房蠟蓋的行為，并提出了三個隱形位點的模型，包括隱性位點控制穿孔和打開行為（u1和u2），另外一個位點（r）控制蜜蜂移走幼蟲的行為[14]?，F(xiàn)代遺傳分析表明，衛(wèi)生行為是由許多基因以復(fù)雜的方式控制的。Lapidge 利用現(xiàn)代分子技術(shù)和數(shù)量性狀位點（QTL）提出了七個位點可能影響衛(wèi)生行為[15]，衛(wèi)生行為以數(shù)量性狀位點而非孟德爾定律進行的遺傳。

蜜蜂執(zhí)行打開和移走染病幼蟲，蜂群之間存在明顯變化，例如衛(wèi)生行為的蜂群中執(zhí)行打開和移走行為，而非衛(wèi)生行為的蜂群未能及時清除病蟲，導(dǎo)致病害發(fā)生嚴(yán)重，這些均是受到數(shù)量性狀位點的控制[16]。Robinson 等提出工蜂維持蜂群或移走病尸，從事社會性清理行為或交哺，具有明顯的父系遺傳或亞家族特點，并提出基因型和遺傳特征影響蜂群的勞動力分工[17,18]。

2.2 嗅覺感知

嗅覺感知和刺激處理對于確定單個蜜蜂是否具有衛(wèi)生行為很重要。研究發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)生基因型的蜜蜂和非衛(wèi)生基因型的蜜蜂對健康和患病幼蟲氣味有不同的感知。Masterman 等研究發(fā)現(xiàn)，與非衛(wèi)生行為蜂群相比，衛(wèi)生行為蜂群能夠更好地區(qū)分健康和患病蜂群的氣味，并得出結(jié)論，衛(wèi)生行為和非衛(wèi)生行為的蜂群具有不同的嗅覺敏感性[19,20]。Katia 通過對蜂群的選育研究發(fā)現(xiàn)這種嗅覺靈敏性的存在，并且染病幼蟲散發(fā)的氣味介導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的衛(wèi)生行為[21]。

Katia 等得出基因型并非是影響衛(wèi)生行為的關(guān)鍵因子，而嗅覺靈敏性、行為反應(yīng)和嗅覺刺激的強度是影響衛(wèi)生行為的關(guān)鍵因素[21]。通過吻伸反應(yīng)和觸角電位反應(yīng)得出嗅覺靈敏的15～20日齡工蜂具有明顯的打開和清理巢房行為，有效的區(qū)分健康蟲和病蟲，該日齡的工蜂對特征性物質(zhì)具有明顯的吻伸反應(yīng)，觸角電位結(jié)果得到相似的結(jié)果。蜂群的衛(wèi)生行為，歸咎于靈敏的嗅覺和非健康幼蟲的揮發(fā)性物質(zhì)刺激[21,22]。

Jodi 等經(jīng)過通過氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對工蜂感染蜜蜂幼蟲的真菌-球囊菌后檢測鑒定出來感染的幼蟲釋放三種揮發(fā)性物質(zhì)成分，苯甲醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯。三種物質(zhì)只出現(xiàn)在白堊病感染幼蟲的揮發(fā)性物質(zhì)中，并未出現(xiàn)在健康幼蟲的揮發(fā)性物質(zhì)中。通過兩種蜂群方法揭示出其中乙酸苯乙酯是關(guān)鍵的一種物質(zhì)，該物質(zhì)是感染球囊菌的幼蟲釋放并且誘導(dǎo)產(chǎn)生蜜蜂執(zhí)行衛(wèi)生行為的物質(zhì)[23]。嗅覺靈敏性強的蜂群，并且健康和染病幼蟲存在一定濃度的差異性揮發(fā)性物質(zhì)，有利于啟動打開和清除病蟲的衛(wèi)生行為。

2.3 其他因素

雖然衛(wèi)生行為具有很強的遺傳成分，但它是一種復(fù)雜的社會特征，必須在群體或群體環(huán)境中考慮其表達。衛(wèi)生行為主要由15～20日齡以下的中年工蜂執(zhí)行[7,24]，因此，基因型—年齡相互作用在衛(wèi)生行為的表達中很重要。盡管如此，在外界流蜜好的時候，年齡較大的蜜蜂也可以被誘導(dǎo)表達這種行為[24,25]，這可能是由于蜂群內(nèi)部空間的可利用性變化引起，表明基因型—年齡—環(huán)境相互作用也參與了衛(wèi)生行為性狀的表達。衛(wèi)生行為的表現(xiàn)也取決于蜂群的強弱，當(dāng)具衛(wèi)生行為蜂群群勢變?nèi)趸蚬し鋽?shù)量減少時，衛(wèi)生反應(yīng)顯著降低[4]。Message等研究認為衛(wèi)生行為是高度可變的，并受濕度和溫度等氣候條件以及蜂群條件的影響[26,27]。

以上研究說明，該性狀的表達是兼性的，不僅取決于個體工蜂的基因型，還取決于群體內(nèi)工蜂的年齡構(gòu)成、蜂群的強弱、外界蜜源條件和可用性、蜂群內(nèi)部空間需求、特定疾病或病原體的存在以及成年工蜂對特定疾病或病原體的生理抵抗程度。

3.蜂群衛(wèi)生行為評價方法

大量的研究結(jié)果證實了死亡幼蟲去除率與蜂群對幼蟲疾病的抵抗力之間的關(guān)系。在這種情況下，建立一種有效的衛(wèi)生行為評價方法變得至關(guān)重要。在大多數(shù)關(guān)于蜜蜂衛(wèi)生行為的研究中，蜂群并沒有出現(xiàn)病蟲害，取而代之的利用接種或者殺死幼蟲的方法來進行的。

早期對蜜蜂衛(wèi)生行為的研究是利用給幼蟲接種細菌，然后通過觀察蜜蜂檢測病蟲和清除過程來進行，然后計算蜜蜂對病蟲的清除率以確定蜂群的衛(wèi)生行為能力[3,28,29]。

Taber 等利用冷凍的方法對蜂群的衛(wèi)生行為進行了研究[30-33]。在冷凍方法中，一種是將包含100 個巢房的巢脾切下來，然后放到-20℃至-18℃的冰箱中冷凍至少24 小時，然后將其放到原蜂群位置進行測定清除率；另一種方法就是液氮冷凍，利用自制的柱狀塑料體，置于封蓋子脾上，然后倒入液氮凍死幼蟲來測定蜂群在特定時間內(nèi)的清除率。以上兩種冷凍方法中，使用液氮冷凍被認為是最保守和可靠的評價方法[32,33]，因為相比切割冷凍，液氮冷凍對巢脾的破壞較小。

Newton 等通過針刺的方法對蜂群衛(wèi)生行為進行了評價[34-36]。利用昆蟲針自制針?biāo)ⅲò?00 個針）對封蓋子進行針殺處理，然后測定蜂群清除能力。Bekesi 和 Szalai 建議使用針刺測試（針殺幼蟲），Palacio 等人也使用了這種方法。Spivak 等比較了針殺和冷凍方法，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用針殺方法時，蜜蜂迅速檢測到被殺死的幼蟲并進行清除，與冷凍方法發(fā)生的情況相反，表達虛假衛(wèi)生特性的蜂群數(shù)量增加了，因此，他們并不認為穿刺技術(shù)是可靠的。

Olszewski 等利用針刺法作為比較，測試了蜂群清除碎紙片的能力[37]。他們將碎紙片放在巢脾之間，然后在特定時間內(nèi)測量紙片的重量。通過對比他們發(fā)現(xiàn)，兩種類型測試之間的相關(guān)性為正切顯著，因此，他們認為通過碎紙片清除來測試蜂群衛(wèi)生行為是可行的，可以作為評價蜂群衛(wèi)生行為的一種方法。

利用以上方法測定蜂群衛(wèi)生行為時，蜂群能在24～48 小時清除死亡幼蟲或者碎紙片達到90%～95%以上時，才認為這個蜂群是具有衛(wèi)生行為的[31,33]。

4.展望

蜜蜂衛(wèi)生行為首先是作為一種控制美洲幼蟲腐臭病的潛在機制備受關(guān)注[38,39]。盡管衛(wèi)生行為不是蜂群抵抗各種病害的唯一機制，但其仍然是抵抗各種病害的主要機制[5,9]。Trump 等研究發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)生行為是蜜蜂與生俱來就有的[40]。而且蜂群之間衛(wèi)生行為的表達是可變的，這種性狀表達可通過選擇增加，這就說明基因型在衛(wèi)生行為的表達中起重要作用。因此，衛(wèi)生行為的遺傳模式和影響該性狀的基因數(shù)量就成為研究的核心。

盡管通過常規(guī)的評價方法再結(jié)合人工授精或者隔離自然交尾進行選擇育種，可以成功的選育出具衛(wèi)生行為的蜂群[41]，但利用這種傳統(tǒng)的選育方法費時費力，因此，需要更準(zhǔn)確地確定有多少個位點直接影響衛(wèi)生行為，開發(fā)出鑒定衛(wèi)生行為的分子方法。

使用化學(xué)藥物防治病害有其問題和局限性，一是長期使用使得藥物有效性下降，二是各種病害對藥物的抗性提高，三是使用化學(xué)藥物防治增加了產(chǎn)品污染。因此，解決蜜蜂病害問題的唯一可行的方法就是鑒定和培育具有抗性的蜜蜂種群，并通過選擇、培育來增強它們對該病的抵抗能力，這可以通過刺激蜜蜂衛(wèi)生行為來獲得[42,43]。

重組 DNA 技術(shù)和分子技術(shù)，如聚合酶鏈反應(yīng)已經(jīng)徹底改變了行為遺傳學(xué)的研究。傳統(tǒng)上，對遺傳性狀的研究僅限于對形態(tài)特征和表型的觀察和分析。今天，遺傳模式和性狀的潛在遺傳機制可以在 DNA 水平上進行研究，這使得對復(fù)雜行為特征的遺傳研究能夠達到一個新的水平。使用分子技術(shù)可以更準(zhǔn)確地確定基因組內(nèi)的數(shù)量、位置和直接影響蜜蜂衛(wèi)生行為基因的相對影響水平。因此，開發(fā)出可靠的分子標(biāo)記診斷方法，用于快速有效的識別具有衛(wèi)生行為的蜂群，就是目前研究的主要目標(biāo)。然后將其用于選擇育種，增強蜂群衛(wèi)生行為的表達能力，作為控制各種病害的自然而有效的機制。