蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王器設(shè)計(jì)及育王試驗(yàn)

黎長(zhǎng)龍，袁 芳，江武軍，劉一博，鄭云林，劉光楠，何旭江*

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 蜜蜂研究所，江西 南昌 330045；2.江西省蜜蜂生物學(xué)與飼養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；3.江西省養(yǎng)蜂研究所，江西 南昌 330052；4.江西省石城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 石城 342700）

【研究意義】蜜蜂是一種重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲，為全球85%以上的農(nóng)作物授粉，在維護(hù)生態(tài)平衡和糧食安全方面起著重要作用[1-2]。目前，全球蜜蜂面臨巨大的生存壓力，自2006年起，北美和歐洲相繼出現(xiàn)了蜜蜂蜂群崩潰癥，造成了大量的神秘死亡事件[3-5]。近年來(lái)，北美地區(qū)的蜂群崩潰癥有所緩解，但馬里蘭大學(xué)的最新調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2006—2019 年的美國(guó)蜂群冬季死亡率居高不下，在2018—2019 年的冬季死亡率高達(dá)48%，為13 年來(lái)最高水平[6]。全球蜜蜂受到來(lái)自各方面的生存壓力威脅，包括農(nóng)藥濫用、寄生蟲迫害、病毒傳播、環(huán)境污染以及單一作物種植引起的營(yíng)養(yǎng)不均衡等因素。前人研究[7]發(fā)現(xiàn)，蜜蜂不僅受各種外界環(huán)境壓力的影響，不良的育種技術(shù)也可影響蜜蜂的發(fā)育與健康，降低蜜蜂自身免疫能力和生存能力。蜂王司職產(chǎn)卵，是蜂群內(nèi)唯一具有完全繁育能力的雌性個(gè)體。蜂王是整個(gè)蜂群的核心，在蜂群發(fā)展中具有決定性的作用[8]。蜂王的優(yōu)劣直接影響整個(gè)蜂群的生長(zhǎng)與繁衍。一只具有優(yōu)良種質(zhì)特性的蜂王，可顯著提高蜂群的生產(chǎn)性能和抗病力，還能降低分蜂傾向及促進(jìn)溫馴性等。優(yōu)質(zhì)的蜂王產(chǎn)卵力較強(qiáng)，是保持蜂群強(qiáng)群的必備條件，可直接影響蜂群的產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】Nickel Jacob首次發(fā)現(xiàn)利用工蜂巢房中的小幼蟲可以培育出蜂王。此發(fā)現(xiàn)成為蜜蜂人工育種工作的開端[8]。自1888年杜立特（Doolittle）發(fā)明并推廣蜜蜂人工育王技術(shù)以來(lái)，該技術(shù)已在全球廣泛使用超過(guò)100 年的時(shí)間[9]。該育王技術(shù)利用工蜂幼蟲，通過(guò)人工移蟲的方式培育蜂王。在自然狀態(tài)下，蜂王幼蟲在整個(gè)幼蟲期均食用營(yíng)養(yǎng)豐富的蜂王漿，而工蜂幼蟲在1～3 d 食用工蜂漿，4～6 d 食用蜂蜜與花粉的混合物[8]。目前，大量研究[10-15]表明蜂王漿在糖、維生素、蛋白質(zhì)和核酸方面均優(yōu)于工蜂漿。因此，利用工蜂幼蟲培育蜂王會(huì)造成蜂王在幼蟲早期營(yíng)養(yǎng)不良，從而影響后期的發(fā)育與質(zhì)量。1923 年瑞士學(xué)者魯?shù)婪颉に固辜{（Rudolf Steiner）預(yù)測(cè)：廣泛使用人工移蟲育王技術(shù)，可能會(huì)導(dǎo)致蜜蜂在100 年內(nèi)消失[16]。前期研究[7]發(fā)現(xiàn)，利用工蜂幼蟲培育蜂王，其蜂王的初生質(zhì)量和體型大小均會(huì)顯著下降，且與蜂王發(fā)育、繁殖和免疫機(jī)能相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)生顯著變化，全基因組測(cè)序結(jié)果表明由工蜂幼蟲培育的蜂王DNA甲基化水平明顯上升。最新研究[17]發(fā)現(xiàn)，人工移蟲育王可引起蜂王DNA 甲基化水平發(fā)生變化后，累代遺傳給后代。這些研究結(jié)果表明傳統(tǒng)的人工移蟲育王技術(shù)會(huì)對(duì)蜂王的質(zhì)量造成影響并且具有遺傳效應(yīng)，進(jìn)而影響整個(gè)蜂群的生長(zhǎng)與繁衍。

【本研究切入點(diǎn)】各類移蟲育王的工具和技術(shù)的出現(xiàn)，如移蟲鏟、移蟲筆、塑料王臺(tái)等工具和復(fù)式移蟲育王技術(shù)，促進(jìn)了蜜蜂人工移蟲育王技術(shù)的發(fā)展。曾志將等[18]利用仿生學(xué)原理，發(fā)明了蜜蜂免移蟲育王技術(shù)，該技術(shù)可利用工蜂巢房受精卵，與傳統(tǒng)移蟲育王相比，提高了蜂王的質(zhì)量。蜂王在王臺(tái)中產(chǎn)受精卵顯著大于工蜂巢房的受精卵，所培育的蜂王質(zhì)量也更高[19]。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】根據(jù)蜂王在王臺(tái)中產(chǎn)卵的生物學(xué)特性，設(shè)計(jì)了一種西方蜜蜂（Apis mellifera）王臺(tái)產(chǎn)卵育王設(shè)備，以期能提高蜂王育種的質(zhì)量。該設(shè)備包括產(chǎn)卵器、單個(gè)王臺(tái)、王臺(tái)條、產(chǎn)卵框、育王框和隔王柵等。將產(chǎn)卵蜂王直接幽閉在產(chǎn)卵器中，迫使蜂王在王臺(tái)中直接產(chǎn)卵，再利用王臺(tái)受精卵直接培育優(yōu)質(zhì)蜂王。此蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王設(shè)備培育出的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗逆性和免疫力強(qiáng)的蜂王不僅為提高整個(gè)蜜蜂蜂群的生存繁衍能力以及蜂產(chǎn)品產(chǎn)量提供基礎(chǔ)，也為保護(hù)和利用蜜蜂這一寶貴資源具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)蜂群

選取3群群勢(shì)較強(qiáng)（10足脾）的健康西方蜜蜂蜂群，按標(biāo)準(zhǔn)蜜蜂飼養(yǎng)方法，飼養(yǎng)于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)蜜蜂研究所。

1.2 試驗(yàn)材料

恒溫恒濕培養(yǎng)箱（埃開儀器），分析天平（美國(guó)康州HZ），蜜蜂形態(tài)指標(biāo)測(cè)定系統(tǒng)（松下）。

1.3 王臺(tái)產(chǎn)卵設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖1為全套蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王設(shè)備。該技術(shù)設(shè)備已獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)（專利號(hào)：ZL201710855463.X）。該設(shè)備包括王臺(tái)產(chǎn)卵器、隔王柵、產(chǎn)卵巢框、便攜式王臺(tái)、擋板、旋轉(zhuǎn)式育王條和育王框。

圖1 王臺(tái)產(chǎn)卵育王設(shè)備實(shí)物全景圖Fig.1 The physical panorama of queen-cell egg laying device

1.3.1 產(chǎn)卵器 如圖2 和3 所示，王臺(tái)產(chǎn)卵器為正方形結(jié)構(gòu)，含225 個(gè)王臺(tái)孔，可插入單獨(dú)的塑料王臺(tái)。王臺(tái)之間留有空隙，產(chǎn)卵器前端有卡槽，可將隔王柵從卡槽插入并固定。擋板含凸起點(diǎn)，其正中有凹槽，能固定王臺(tái)并使王臺(tái)與擋板保持垂直。擋板邊框有凸起徑條，可直接與產(chǎn)卵器底部扣緊。

圖2 產(chǎn)卵器正面Fig.2 The front of the ovipositor

圖3 產(chǎn)卵器反面Fig.3 The reverse side of the ovipositor

1.3.2 王臺(tái) 該王臺(tái)深度為8 mm，內(nèi)徑10 mm，壁厚1 mm。背部設(shè)有1 mm直徑的圓柱，從王臺(tái)底部至圓柱末端略有梯形變化。圓柱可直接插入擋板的凹槽，也可直接插入育王條的小孔。

1.3.3 旋轉(zhuǎn)式育王條 育王條兩端及中間為旋轉(zhuǎn)式圓柱形，可直接卡入育王框，并可360°自由旋轉(zhuǎn)，方便生產(chǎn)中安裝，拆取和檢查王臺(tái)。每根育王條含有10 個(gè)王臺(tái)固定小孔。王臺(tái)插入育王條后，再安裝到育王框上，即可培育蜂王。

圖4 王臺(tái)Fig.4 Queen cells

圖5 旋轉(zhuǎn)式育王條Fig.5 Rotating queen rearing bar with queen cells

1.3.4 產(chǎn)卵巢框 產(chǎn)卵框長(zhǎng)寬為標(biāo)準(zhǔn)朗式蜂箱巢脾尺寸，可直接用于蜂群中。在巢框中間設(shè)計(jì)了框架結(jié)構(gòu)，該區(qū)域可直接放置并緊扣產(chǎn)卵器、隔王柵和檔板，不需要利用其它裝置固定。巢框產(chǎn)卵區(qū)的兩邊區(qū)域可插入巢礎(chǔ)，供蜜蜂造脾，培育工蜂。

圖6 產(chǎn)卵巢框Fig.6 Ovipositor frame

圖7 隔王柵Fig.7 Queen excluder

1.3.5 隔王柵 隔王柵縫隙寬度為4.7 mm，可允許工蜂通過(guò)而蜂王無(wú)法通過(guò)。隔王柵兩端邊緣設(shè)計(jì)45°的斜坡狀，與產(chǎn)卵器相配套，剛好可與產(chǎn)卵器的卡槽吻合，可直接插入或拔出產(chǎn)卵器，達(dá)到快速幽王目的。

1.3.6 育王框 育王框可固定3 條育王條。育王框垂直面有3根固定框梁，框梁含有可固定并可允許育王條旋轉(zhuǎn)的槽口。

1.4 蜂王產(chǎn)卵和培育

在分蜂季節(jié)，先利用王籠幽閉產(chǎn)卵蜂王24 h。同時(shí)在產(chǎn)卵器和王臺(tái)噴灑50%糖水，并放入蜂群清理24 h。將蜂王放入產(chǎn)卵器，放入蜂群進(jìn)行王臺(tái)產(chǎn)卵。由于不同蜂王在王臺(tái)中產(chǎn)卵的意愿存在差異，幽閉蜂王的時(shí)間存在較大差異，因此首先通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)選取在王臺(tái)中產(chǎn)卵欲望強(qiáng)的蜂王，被選取的蜂王放入產(chǎn)卵器中進(jìn)行王臺(tái)產(chǎn)卵12～15 h。蜂王在王臺(tái)中產(chǎn)卵后，立即將帶有卵的王臺(tái)移入育王框，放入強(qiáng)群繼箱進(jìn)行育王。育王框兩側(cè)調(diào)入幼蟲脾，以提高王臺(tái)接受率。

將幽王產(chǎn)卵的蜂王放出產(chǎn)卵器后放入蜂群的空巢脾，再將蜂王限制在工蜂巢脾上產(chǎn)卵6 h。待這些工蜂卵成為2日齡幼蟲后（30～36 h），利用移蟲針將工蜂幼蟲移入王臺(tái)產(chǎn)卵育王中相同的王臺(tái)，并放入相同的蜂群進(jìn)行育王，形成對(duì)照組蜂王。

圖8 育王框Fig.8 Queen rearing frame

1.5 蜂王初生質(zhì)量和形態(tài)指標(biāo)測(cè)定

初生質(zhì)量的測(cè)定：因蜂王出房后體質(zhì)量會(huì)因身體水分喪失和進(jìn)食等因素影響，因此，在蜂王出房前1 d 放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱，待蜂王出房后半小時(shí)內(nèi)，利用分析天平稱取蜂王初生質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組測(cè)定均10 只蜂王。

翅長(zhǎng)、翅寬長(zhǎng)度測(cè)定：待蜂王初生質(zhì)量測(cè)定后，立即獲取蜂王的長(zhǎng)翅。在蜜蜂形態(tài)指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)下，測(cè)定蜂王的翅長(zhǎng)與翅寬。

胸長(zhǎng)、胸寬長(zhǎng)度測(cè)定：取蜂王胸部，在蜜蜂形態(tài)指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)下，測(cè)定蜂王的胸長(zhǎng)與胸寬。重復(fù)3群，測(cè)定共計(jì)60只蜂王。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的王臺(tái)接受率數(shù)據(jù)采用Statview 0.5.1軟件中的kruskal-Wallis進(jìn)行比較分析。蜂王初生質(zhì)量、翅長(zhǎng)、翅寬、胸長(zhǎng)和胸寬數(shù)據(jù)則通過(guò)Statview 0.5.1 軟件中的one-way ANOVA test 進(jìn)行比較分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“Mean±STD”表示，P值小于0.05為差異顯著，P值大于等于0.05為差異不顯著。

2 結(jié)果

2.1 王臺(tái)產(chǎn)卵與傳統(tǒng)人工移蟲育王幼蟲接受率

表1表明，王臺(tái)產(chǎn)卵育王技術(shù)的王臺(tái)接受率隨著幼蟲日齡的增長(zhǎng)而下降，僅有少量蜂王能正常出房，并顯著低于傳統(tǒng)移蟲育王(P＜0.05)。

表1 兩種育王方式的王臺(tái)接受率Tab.1 Acceptance rate of queen cells from two queen rearing methods

2.2 兩種育王方式蜂王初生質(zhì)量比較

表2表明，在南昌和永修兩個(gè)試驗(yàn)蜂場(chǎng)利用蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王所培育的蜂王初生質(zhì)量均顯著高于傳統(tǒng)人工移蟲育王的蜂王（P＜0.05）。

表2 兩種育王方式的蜂王初生質(zhì)量比較Tab.2 Comparison of birth weight of newly emerged queens from two queen rearing methods

2.3 兩種育王方式蜂王形態(tài)指標(biāo)比較

表3表明，蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王所培育的蜂王其翅長(zhǎng)和胸長(zhǎng)顯著高于傳統(tǒng)人工移蟲育王的蜂王（P＜0.05），而前翅長(zhǎng)、前翅寬、后翅寬和胸寬與人工移蟲育王組蜂王差異不顯著（P≥0.05）。

表3 兩種育王方式的蜂王形態(tài)指標(biāo)比較Tab.3 Comparison of morphological indexes of newly emerged queens from two queen rearing methods

3 討論與結(jié)論

蜜蜂人工移蟲育王技術(shù)已在全球廣泛應(yīng)用100余年，促進(jìn)了蜜蜂育種工作。然而，前人研究[17]發(fā)現(xiàn)，人工移蟲育王技術(shù)可顯著降低蜂王的質(zhì)量，對(duì)蜂王造成的影響可連續(xù)遺傳多代。同時(shí)，研究[19]發(fā)現(xiàn)蜂王在王臺(tái)直接產(chǎn)卵顯著大于工蜂巢房的卵，可培育出更優(yōu)質(zhì)的蜂王后代。研究根據(jù)蜂王在王臺(tái)產(chǎn)卵的特性，設(shè)計(jì)了蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵技術(shù)設(shè)備，并進(jìn)行了育王和蜂王質(zhì)量評(píng)估實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王技術(shù)所培育的蜂王，其初生質(zhì)量和形態(tài)指標(biāo)（后翅長(zhǎng)和胸長(zhǎng)）顯著高于傳統(tǒng)人工移蟲育王技術(shù)所培育的蜂王，表明蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王技術(shù)培育的蜂王質(zhì)量更高。這與前期研究[19]結(jié)果相一致。這是由于蜂王具有母體效應(yīng)，在王臺(tái)中產(chǎn)的卵更大更優(yōu)（圖9），對(duì)蜂王的質(zhì)量具有較好的促進(jìn)作用。此外，王臺(tái)卵孵化后由哺育蜂第一時(shí)間飼喂蜂王漿，而傳統(tǒng)人工移蟲育王，則在孵化后1日齡內(nèi)采食工蜂漿。工蜂漿在糖類、維生素、蛋白質(zhì)和核酸等成分上與蜂王漿存在明顯差異，且飼喂量也遠(yuǎn)少于蜂王漿[10-15]。這種營(yíng)養(yǎng)差異也是王臺(tái)產(chǎn)卵育王技術(shù)提高所培育蜂王質(zhì)量的重要因素之一。

圖9 王臺(tái)卵（左）與工蜂巢房卵（右）顯微鏡觀察Fig.9 Microscopic observation of queen-cell eggs（left）and worker-cell eggs（right）

研究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂王臺(tái)產(chǎn)卵育王的王臺(tái)接受率較低，且顯著低于傳統(tǒng)人工移蟲育王。其主要原因有2個(gè)：第一，王臺(tái)中的受精卵因發(fā)育不良會(huì)被工蜂清理。劉光楠等[20]研究發(fā)現(xiàn)，利用塑料王臺(tái)培育工蜂巢房的受精卵，其接受率僅為60%～70%。塑料王臺(tái)不利于保濕，可能導(dǎo)致受精卵和幼蟲發(fā)育不良，最終被工蜂清理。第二，王蜂可能在王臺(tái)中產(chǎn)部分未受精卵。因工蜂監(jiān)督的作用，隨著日齡增加，雄蜂卵及幼蟲被清理。在試驗(yàn)過(guò)程中，將王臺(tái)卵利用移卵針移入工蜂巢房，發(fā)現(xiàn)有部分卵發(fā)育成雄蜂，證實(shí)蜂王有在王臺(tái)中產(chǎn)未受精卵的現(xiàn)象。前人研究[21]發(fā)現(xiàn)蜂王利用觸角和前足丈量不同的巢房直徑，進(jìn)而決定產(chǎn)受精卵或未受精卵。而研究發(fā)現(xiàn)蜂王在王臺(tái)會(huì)同時(shí)產(chǎn)受精卵和未受精卵。因此，蜂王產(chǎn)受精卵或者未受精卵的生物學(xué)特性仍需進(jìn)一步研究。

研究根據(jù)蜜蜂生物學(xué)特性設(shè)計(jì)了王臺(tái)產(chǎn)卵育王技術(shù)設(shè)備，并通過(guò)試驗(yàn)培育出優(yōu)質(zhì)蜂王，與傳統(tǒng)人工移蟲育王質(zhì)量相比有顯著提高，在對(duì)蜜蜂優(yōu)質(zhì)育種工作有重要意義。然而，試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)蜂王接受率低和產(chǎn)雄蜂卵現(xiàn)象，今后仍需對(duì)蜜蜂在王臺(tái)中產(chǎn)卵的生物學(xué)特性進(jìn)一步研究。因此，蜂王王臺(tái)產(chǎn)卵特性及王臺(tái)產(chǎn)卵技術(shù)仍需進(jìn)一步優(yōu)化。