黑大蜜蜂的學習與記憶研究

張琪 董詩浩 董坤 譚墾

（云南農業大學東方蜜蜂研究所，昆明650201）

黑大蜜蜂的學習與記憶研究

張琪 董詩浩 董坤 譚墾

（云南農業大學東方蜜蜂研究所，昆明650201）

黑大蜜蜂是蜜蜂屬的一個重要種，營露天生活，具有一定的遷徙特性。東、西方蜜蜂的學習與記憶研究一直被廣泛地應用，而黑大蜜蜂的學習與記憶至今未見報道。用壬醛、正已醛2種氣味運用PER模型來探究黑大蜜蜂的學習與記憶能力。結果顯示，黑大蜜蜂能夠很好地適應PER學習模型，它們的學習與記憶能力要高于東、西方蜜蜂的學習與記憶能力。

黑大蜜蜂；學習與記憶；PER模型

蜜蜂是社會性昆蟲，蜜蜂復雜的社會性及其智能行為，成為研究很多動物學習與記憶的絕佳素材。在過去30年中，蜜蜂已成為研究學習與記憶的重要昆蟲，被公認為是研究學習與記憶最理想的模式生物[1-3]。蜜蜂有著出色的聯想學習和記憶能力。聯想學習記憶的假說有兩種，最經典的是巴普洛夫條件反射，即動物學習相關的神經刺激（條件刺激，conditional stimulus,CS)和一個生物相關刺激（非條件刺激，unconditional stimulus,US)配合，能夠達到很好的學習效果。

黑大蜜蜂（Apis laboriosa)俗稱巖蜂，是蜜蜂屬里個體最大的蜜蜂，主要棲息在喜馬拉雅山區和橫斷山脈地區的巖隙中，也是蜜蜂和無刺蜂中（超過500種）唯一不在熱帶或者亞熱帶地區生活的蜂類[4，5]。黑大蜜蜂工蜂體長17～18 mm，體黑色；胸部、小盾片及第一腹節披黃褐色毛；前翅煙褐色。常棲息在海拔1000～3500 m的懸崖下，具有隨季節遷徙的特征，冬天遷至低海拔溫暖地帶，夏天遷至高山涼爽地帶。黑大蜜蜂的巢穴多數附著在一塊突出的巖石下面，背風，以防止刮風下雨。其護脾能力很強，從露出的一面可以觀察到，煽風帶有節律，常看到在脾上的黑大蜜蜂從上而下有規律性地波動，一個波峰接著一個波峰地由后向前推進，以用來調節蜂巢內的溫度和濕度，以適應外界環境變化[6]。

伸吻反應是蜜蜂通過聯想學習把一個條件刺激和一個非條件刺激進行配對，即將一只饑餓狀態的蜜蜂先給予條件刺激包括氣味、顏色、紋理等，緊接著給予非條件刺激糖水獎勵引起蜜蜂伸吻反應。以氣味的伸吻反應為例，將一只饑餓狀態的蜜蜂先給予條件刺激（CS；氣味），緊接著給予非條件刺激（US；糖水獎勵），蜜蜂嗅到糖水，就會伸吻吸食。經過多次訓練后，蜜蜂就會產生本能的伸吻反應，說明蜜蜂已經學習到了這種結合。對于黑大蜜蜂，是否能用PER實驗模型來探究其學習和記憶[7-9]？本研究以分布在云南省蒙自市的黑大蜜蜂為研究對象，通過壬醛、正已醛2種氣味聯想學習的PER實驗來探究黑大蜜蜂的學習記憶能力，以期為以后黑大蜜蜂學習記憶的進一步研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗時間和地點

試驗時間為2016年3月至2016年5月，地點在云南農業大學東方蜜蜂研究所。

1.2 材料和儀器

試驗所用的黑大蜜蜂均取自云南省蒙自山區的懸崖上，用裝有鏈糖的透氣木盒將采集的黑大蜜蜂連蜂帶脾帶入云南農業大學東方蜜蜂研究所短暫飼養，然后進行其學習記憶的測定試驗。實驗器材包括：秒表、移液槍、軟管、小剪刀、小鑷子、小Y形管、注射器、50%的糖水、牙簽、吸瓶、冰箱、充氣閥、風扇、排氣管、壬醛、正已醛。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗裝置

實驗裝置由兩個平行的20 ml注射器、氣泵、抽氣風扇以及橡膠管組成，兩個注射器內都放有事先剪好的干燥濾紙片，其中一個注射器內提供連續氣流；另外一個注射器內在濾紙上滴有2 μl氣味液滴，注射器尖端距離蜜蜂頭部1.5 cm，另一端連接閥門、Y型管和氣泵。在蜜蜂背后12 cm左右位置安裝直徑10 cm排氣裝置（見圖1）。

1.3.2 黑大蜜蜂的固定和淘汰選擇

圖1 實驗裝置圖

用吸瓶吸取黑大蜜蜂放入-18℃冰箱至昏迷，在黑大蜜蜂蘇醒之前將其固定在1 ml塑料離心管中。待黑大蜜蜂蘇醒后，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間。將吸管向前推至切好的離心管管頭，使黑大蜜蜂剛好露出頭部，使得頭部能夠自由活動，觸角、口器完好無損，腹部能自由呼吸，然后扣上離心管管帽后整齊擺放到紙板上。固定3 h后，對黑大蜜蜂進行篩選，淘汰活力不好的，留下活力較好的黑大蜜蜂，單獨給予糖水獎勵，蜜蜂有伸吻反應，然后給予氣味刺激，蜜蜂沒有伸吻反應，滿足這2個條件的黑大蜜蜂才能進行下一步實驗。實驗中總共測定了100只黑大蜜蜂的工蜂。

1.3.3 訓練階段和測試階段

將黑大蜜蜂放置于試驗臺上出氣口前靜置15 s，待其穩定后給予6 s的氣味刺激，同時在氣味刺激的第3 s開始給予3 s的糖水刺激獎勵，使氣味刺激與糖水獎勵同時結束，記錄黑大蜜蜂的伸吻情況。當黑大蜜蜂在只給予氣味（正已醛或壬醛）刺激的3 s內黑大蜜蜂伸吻，則表明黑大蜜蜂學習到了該種氣味，記為1，沒有則記為0，不伸吻也不吸糖水的則淘汰。然后把蜜蜂放回托盤，依次開始下一只的訓練，同樣的方法重復訓練6次，每次訓練間隔為10 min。在重復訓練完6次以后，讓黑大蜜蜂休息1 h，之后只給氣味測試黑大蜜蜂的伸吻情況，記為M1。

圖2 黑大蜜蜂學習與記憶

2 結果與分析

采用Microsoft Office Excel進行數據整理和處理，繪制圖表。實驗結果如圖，由圖2可知：黑大蜜蜂對兩種氣味都有很好的聯想學習記憶能力。其中前3次訓練，黑大蜜蜂學習速度非常快，第二次訓練后，兩種氣味的伸吻率就接近70%，第三次訓練后，伸吻率基本接近80%。明顯看出，正已醛組伸吻率最大值比壬醛組的伸吻率最大值要略低一些，其原因可能是黑大蜜蜂對正已醛氣味靈敏度不如壬醛氣味。

3 討論

學習與記憶研究大多都集中在東西方蜜蜂，而對黑大蜜蜂學習與記憶的研究鮮有報道。東西方蜜蜂為人工飼養，營穴居，沒有遷徙行為，而黑大蜜蜂是野生蜂種，建造露天巢皮，具有遷徙特性，環境適應能力更強，故應該也有非常好的學習與記憶能力。

本文通過PER實驗來探究黑大蜜蜂對兩種氣味的（正已醛和壬醛）學習與記憶，發現黑大蜜蜂的總體學習與記憶能力要高于東西方蜜蜂的學習與記憶能力（60%左右）[10]。說明黑大蜜蜂適用于經典的PER實驗模型，在以后的探究中，我們還可以用其它氣味、顏色或者條紋等多種實驗方法來更深入探究黑大蜜蜂的學習與記憶能力。

[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]曾志將.蜜蜂生物學[M].北京：中國農業出版社，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，匡海鷗.黑色大蜜蜂棲息環境調查 [J].蜜蜂雜志，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

國家現代蜂產業技術體系項目(CARS-45-kxj14)

張琪(1993-)，男，在讀碩士，研究方向為蜜蜂生物學

譚墾，男，教授，博導，主要從事蜜蜂生物學研究，E-mail:kentan@xtbg.ac.cn