工蜂監督

丁桂玲

（中國農業科學院蜜蜂研究所，北京100093）

工蜂監督

丁桂玲

（中國農業科學院蜜蜂研究所，北京100093）

源自蜂王和蜂子的信息素會抑制工蜂卵巢發育，所以在有王的情況下蜂群中工蜂很少繁殖。此外，有發達卵巢的工蜂會被其他工蜂攻擊，與蜂王產的卵相比，工蜂卵的存活性較低。不過，蜂群中約4%的工蜂擁有功能性卵巢，可產下7%的雄性卵，其中不到1%的卵發育為成年雄蜂。工蜂監督指工蜂產的卵被其他工蜂移除，它是限制工蜂成功繁殖的主要機制。檢查蜂子巢房后，工蜂會留下大多數蜂王產的卵，但幾乎把其他工蜂的卵全吃掉。同巢工蜂通過吃掉工蜂卵彼此預防繁殖行為。

行為生物測定顯示，蜜蜂可識別工蜂卵和蜂王卵，但工蜂監督行為使用的識別信號還沒有弄清楚。Martin等（2005）進行了一系列實驗，試圖闡明識別信號的性質。使用掃描電鏡擴大2500倍時未發現兩種卵有明顯物理差異，表明識別信號可能是化學物質。與蜂王卵接觸放置的工蜂卵被保護，所以他們認為卵識別信號很可能存在于蜂王卵而不在工蜂卵上。使用潛在的識別化學物質、溶劑、緩沖液或腺體提取物對兩種卵處理后進行一系列標準的卵移除生物測定，目的在于破壞或移除蜂王卵的標志信號或給工蜂卵添加信號物質。盡管進行了大量實驗，但他們并沒能改變蜂王卵的標志信號或把蜂王卵的信號轉移到工蜂卵上。此外，實驗顯示來自蜂王的酯類和來自工蜂的二十碳烯醇并非工蜂使用的信號，證明蜜蜂卵的標志信號可能由一種或一組化學物質組成，但不是之前發現的社會性昆蟲中那些相關的化學信號物質。

比較蜂王和工蜂產的未受精卵，查找它們是否有些可被工蜂監督利用進行卵識別的基本的生物學差異。首先，在30.0%、74.9%及98.7%相對濕度條件下進行培養，檢測卵對干燥環境的抵抗力，發現工蜂卵對干燥更加敏感。其次，測量兩種卵的重量、蛋黃素含量、總蛋白含量、脂質含量、糖原含量以及碳水化合物含量。盡管在四次重復中兩次都發現工蜂卵比蜂王卵重，但其營養成分無系統性差異。最后，他們比較了兩種卵的胚胎發育時間，三次重復中兩次都顯示工蜂卵比蜂王卵發育慢，暗示它們在產下時可能只是部分成熟。

在不能培育替換蜂王的無王群中，工蜂繁殖現象較普遍。這種情況下，工蜂監督被關閉，很多工蜂擁有活躍的卵巢，開始產卵，蜂群在衰滅前培育最后一批雄性蜂子。不過，Chaline等人（2004）報道，無王群并沒有停止工蜂監督，雖然12.6%的工蜂擁有活躍的卵巢并產下很多卵，它們以及從另一個蜂群轉移過來的工蜂卵都被進行了監督。由同一母群工蜂組成的第二個無王群在8周后重現了這種不尋常的模式，顯示出遺傳背景起重要作用。

由于工蜂監督使用的卵標志信號被認為由蜂王產生，Beekman等（2004）研究了交尾是否是蜂王產生卵標志信號的必需過程。比較工蜂對處女王產的卵與已交配蜂王產的卵的移除速率，發現交配并不影響卵的可接受性，暗示與交配相關的生理變化在蜂王產生卵標志信號時并不發揮作用。

與野生型蜂群不同，無政府主義蜂群中蜂王和蜂子存在時工蜂卵巢激活，并可產下逃避工蜂監督的卵，這些蜂群中工蜂繁殖水平遠高于野生型有王群。無政府狀態是工蜂監督的一種對抗機制，海角蜂雌性幼蟲可操縱非海角蜂哺育蜂，得到更多的食物，發育成工蜂-蜂王的中型物。Beekman和Oldroyd（2003）推測，在無政府主義蜂群中，幼蟲可能產生了一些信號，導致雌性幼蟲的過多飼喂，被過多飼喂的雌性幼蟲可能會發育為繁殖活躍的工蜂。他們對無政府主義和野生型蜂群中的蜂子交叉培育，研究交叉培育對幼蟲食物量和工蜂最終形態的影響，發現無政府主義蜂群幼蟲沒有操控野生型蜂群哺育蜂對它們進行更多飼喂，也沒有發育為工蜂-蜂王的中間型。相反，與野生型蜂群幼蟲相比，無政府主義蜂群幼蟲被更少地飼喂，而且無政府主義蜂群工蜂對兩種基因型幼蟲的飼喂都更少。

無蜂王卵標志信號存在時，工蜂通過對卵的監督行為加強蜂王繁殖的壟斷。與野生型蜂群不同，無政府主義蜂群中的多數雄蜂都由工蜂卵發育而來，有人推測這些蜂群中的工蜂卵可以逃避監督行為，是因為它們被認為是蜂王產的。但Beekman和Oldroyd證明，無政府主義的無王群中工蜂產的卵并沒有逃脫工蜂的監督行為，與野生型無王群中工蜂卵的清除速度相似，表明無王狀態下無政府主義蜂群工蜂產的卵丟失了它們的化學防護，不再被認為是蜂王所產。所以，卵標志信號似乎只在蜂王和蜂子存在時才得以應用。蜂王和蜂子不存在時，卵標志信號的生物合成途徑被關閉。

工蜂可能使用杜氏腺分泌物區分蜂王卵和工蜂卵。Martin等（2002）把卵的化學分析與卵移除生物測定結合進行研究，他們把蜂王杜氏腺成分劃分為碳氫化合物和酯類，生物測定顯示與未處理的工蜂卵相比，使用完整杜氏腺提取物、酯類成分或合成的腺體酯類處理的工蜂卵被移除的速度變慢。不過，這種效應只持續20個小時。使用碳氫化合物處理的工蜂卵與未處理卵被移除的速度一樣。降低卵移除速度的酯類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類含量水平進行處理時對移除卵的速度無影響。這些結果表明，酯類或碳氫化合物很可能都不是卵識別信號物質。

把工蜂及蜂王產的卵轉移到4個蜂群的空雄蜂巢房中，與未經處理或用乙醇處理的工蜂卵相比，使用蜂王杜氏腺乙醇提取物處理的工蜂卵被移除的速度明顯更低，1∶10稀釋后這種效應變小，1∶100稀釋時無效應。與對照相比，接觸過蜂王蜇針基部的工蜂卵被移除的速度也明顯更低。所有試驗中，工蜂卵的移除速度都超過蜂王卵。用極性溶劑甲醇和乙醇處理比用己烷和二氯甲烷處理的蜂王卵被更快移除，但不能確定這是因為甲醇和乙醇可以更有效的移除可能的信息素還是因為它們對卵造成了更大損害。但實驗結果支持了這樣的假設:工蜂監督對卵的識別是通過蜂王產的卵標志信息素進行的。

蜜蜂區別卵的能力被用于研究表皮碳氫化合物在卵識別體系中的作用。奇數鏈長的直鏈烷烴（C23-C31）是兩種卵表面的主要碳氫化合物，被產下之前全尺寸工蜂卵和蜂王卵（從卵巢中解剖得到）的直鏈烷烴組成有明顯區別。卵識別生物測定中，蜂王產的卵不被移除，而工蜂產的所有卵以及從其卵巢中取出的全尺寸卵都在兩個小時內被移走。工蜂和蜂王產的卵有不同的碳氫化合物組成，但生物測定和化學補充研究顯示改變碳氫化合物譜并不影響卵的識別。而且，被產下之前蜂王卵巢中的全尺寸卵或剛產下的蜂王卵有相似的碳氫化合物組成，但在卵識別生物測定中只有產下的卵存活下來。

不同級型卵的碳氫化合物差異在蜂群中最初24小時內消失，但并沒有防止工蜂卵被移除。此外，即使工蜂卵的碳氫化合物譜通過添加蜂王杜氏腺己烷提取物被人為改變，但它們依然被清除。相關性研究認為C25與C27的比例可能對蜜蜂識別卵十分重要，但卵識別生物測定或化學補充試驗顯示表皮碳氫化合物，特別是直鏈烷烴在卵識別中不起作用。