東、西方蜜蜂負重后巢門口飛行權衡行為

郭紹方 李永明 曲玉鳳 汪正威

（1 普洱學院生物與化學學院，普洱 665000；2 中國科學院西雙版納熱帶植物園，熱帶森林生態重點實驗室，昆明 650223）

1 引言

蜜蜂作為研究復雜動物行為的模式生物，一直受到全世界科學家的重視[1,2]。尤其近年來東方蜜蜂（A.cerana）和西方蜜蜂（A.mellifera）兩個不同的蜂種，在行為形態上的研究備受社會關注，最引人注目的是蜜蜂的社會行為和復雜的勞動分工[2]。受精卵發育的雌蜂因為攝入食物的差異形成負責產卵繁殖的蜂王和無繁殖能力的工蜂[3]。工蜂的行為包括工蜂的采集、舞蹈、飼喂、扇風、清理巢房、守衛等[4]。成年工蜂出房后從事巢內勞動（內勤蜂）如哺育、筑巢、清潔，2～3 周后飛出蜂箱采集花粉和花蜜（外勤蜂），5～7周再次分工，開始采集花蜜或者花粉[2]。

蜜蜂巢外飛行行為與其導航、定位及采集等行為具有良好的權衡關系。有學者研究發現，在典型的定位飛行中，蜜蜂剛出巢時呈較直的飛行路線，當飛出10～300m后，就開始轉圈，隨后通常按出巢時的飛行路線直接歸巢[5]。另一個有趣的研究也發現蜜蜂離巢越近時越靠近地面，它們需要熟悉的地面環境范圍越小；離巢越遠，飛得越高，需要熟悉的地面范圍越大。因而越靠近蜂巢，對地貌越需要細致周全的了解；離巢越遠，只需大致了解即可。直線飛行也利于蜜蜂在歸巢時把所看到的景物作為一種特殊的指向羅盤。直線往返飛行可使蜜蜂在方位推測中最大程度地減少差錯[5]。這類描述性的飛行軌跡也從側面反映出蜜蜂會根據對環境的不同識別來調整不同的飛行策略或者飛出不同的軌跡。

Chittka等報道蜜蜂在靠近食物源進行采集時，會通過調整飛行速度來提高對食物定位的精準度[6]。而且采集過程中，根據食源的變化情況，或者存在捕食者危險的情況，蜜蜂甚至能通過調整本身攜帶的食物量來更好地協調外出的飛行距離和定位情況[7,8]。

采集蜂飛出巢外采集花粉、花蜜、水、樹膠等帶回蜂巢，每次攜帶食物的重量并非完全一致。研究表明根據食源變化，蜜蜂每次能攜帶花蜜20～40mg，東方蜜蜂每次采粉量平均為12mg，西方蜜蜂每次采粉量約12～29mg。東方蜜蜂和西方蜜蜂歸巢攜帶重量之后，其飛行行為有何改變？二者在歸巢時的準確定位與其飛行速度之間到底有何關系?目前尚屬空白，本文主要針對東方蜜蜂和西方蜜蜂進行貼鋁片負重實驗來模擬蜜蜂攜帶食物歸巢時的行為，對二者在背負不同重量鋁片后的行為進行實驗觀測，最終得出兩種蜂的正常歸巢飛行速度和背負不同重量鋁片后的歸巢飛行速度，進行對比分析，以此來探討東方蜜蜂和西方蜜蜂歸巢時飛行速度的行為差異，并進一步討論二者歸巢飛行的準確定位與速度之間的關系。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

2.1.1 蜂群與拍攝場景布置

實驗用蜂群為帶蜂王的健康東方蜜蜂和西方蜜蜂蜂群。在蜜蜂巢口布置好巢門口飛行記錄系統[9]，待蜂群適應一周時間，開始選擇風和日麗的天氣進行實驗。

2.1.2 鋁片的制作

圖1 各變量的鋁貼片（A）、背部貼4片鋁片的東方蜜蜂（B）及視頻拍攝系統（C）

挑選厚度為0.3mm的鋁片作為打孔材料，選擇有多個打孔規格的打孔鉗，將其打孔規格調整為直徑2mm的口徑對鋁片進行打孔，打出厚度為0.3mm、直徑為2mm和質量為4.3mg的1000片鋁片。然后用膠水對鋁片進行粘貼風干備用，依次粘貼出2片（8.8mg）、4片（17.6mg）和6片（26.4mg）的鋁片用于后續蜜蜂負重實驗，如圖1（A）所示。

2.2 實驗方法

2.2.1 蜜蜂負重貼片

用捕蟲網在巢門口捕捉外出采蜜歸巢的采集蜂（注意：只選取采蜜的蜜蜂作為實驗對象且肚子微鼓，須與采花粉的采集蜂相區別）進行貼片，在其背部貼上2片（8.8mg）的貼片，如圖1（B）所示。對貼片后的蜜蜂須進行黑暗處理，將其放入盒子里面不透光黑暗處理1min，其目的是讓貼好片的蜜蜂適應降低緊張感，減小實驗誤差。

分別對東方蜜蜂和西方蜜蜂進行2片、4片和6片鋁片貼片處理標記，對其歸巢行為進行記錄和視頻軌跡整合分析。為了與蜜蜂負重后的飛行速度進行對比分析，設置了空白對照組，同樣選取東方蜜蜂和西方蜜蜂采蜜（肚子微鼓）歸巢的采集蜂各20組，但是不作任何貼片處理，與負重歸巢的蜜蜂做相同的處理與視頻拍攝。

2.2.2 視頻拍攝及記錄

使用高速運動相機（小蟻4K運動相機）進行側面和頂部拍攝，如圖1（C）所示。

進行拍攝時，架設好小蟻4K運動相機，調整好位置及拍攝角度并設定好程序后，一個實驗人員便把黑暗處理1min的東方蜜蜂在離蜂巢10m處放飛，另一個實驗人員則在離蜂巢2m外進行觀察，記錄貼片蜜蜂歸巢的時間、狀態及環境。每個變量的貼片進行10組以上實驗，確保每個變量貼片的蜜蜂都有10組歸巢記錄。西方蜜蜂貼片負重實驗與東方蜜蜂貼片負重實驗一致且相同，最終得出實驗視頻數據記錄120組。

2.2.3 實驗數據處理

針對120組視頻數據，先進行視頻與記錄的分類整理并做好記錄，剔除一些拍攝不清晰的視頻，再進行補拍。對頂部相機和側面相機的視頻進行剪輯和軌跡數據整合，得出東方蜜蜂和西方蜜蜂歸巢的時間和距離，最終求出其速度用于比較分析。以蜂種及貼片數為因素，用R進行雙因素方差分析。

3 結果與分析

3.1 東方蜜蜂負重實驗

東方蜜蜂貼片0片（0.0mg）、2片（8.8mg）、4片（17.6mg）和6片（26.4mg）的分析結果，得出東方蜜蜂隨著負重的增加，其飛行速度逐漸降低。東方蜜蜂在沒有負重的狀態下，飛行平均速度為13.46m/s；在貼有2片鋁片的狀態下，平均飛行速度為9.22m/s；在貼有4片鋁片的狀態下，飛行速度為8.58m/s；然而，在貼有6 片鋁片的狀態下，平均飛行速度略上升為9.2 3 m/s，總體呈現先下降后上升的趨勢（F3,48=2.88，P=0.046，圖2）。

3.2 西方蜜蜂負重實驗

西方蜜蜂在沒有負重的狀態下，飛行平均速度為11.23m/s；在貼有2片鋁片的狀態下，平均飛行速度為7.32m/s；在貼有4片鋁片的狀態下，平均飛行速度為7.60m/s；在貼有6片鋁片的狀態下，平均飛行速度為9.65m/s。增重后也出現了速度下降，然而在增至6片后速度也有明顯回升，通過單因素方差分析發現變化不顯著（F3,48=2.24，P=0.095，圖2）。

3.3 東方蜜蜂和西方蜜蜂負重實驗

比較東方蜜蜂和西方蜜蜂各組之間的差異。對于沒有貼片的空白實驗，東方蜜蜂的飛行速度比西方蜜蜂的飛行速度快2.22m/s；對于貼有2片的數據比較，東方蜜蜂的飛行速度比西方蜜蜂的飛行速度快1.89m/s；對于貼有4片的數據比較，東方蜜蜂比西方蜜蜂的飛行速度快0.98m/s。由這三個變量的數據可以看出，西方蜜蜂在負重前和負重后，其速度是低于東方蜜蜂的，這與西方蜜蜂個體及重量高于東方蜜蜂有一定的關系。對于貼有6片的數據比較，東方蜜蜂比西方蜜蜂的飛行速度慢0.43m/s。從統計上看，二者在飛行速度上無顯著差異（F1,96=1.67，P=0.199，種間差異）；然而，二者隨著貼片重量的增加，呈顯著下降（F3,96=4.73，P=0.004，增重效應），由于6片增重西方蜜蜂飛行速度反超東方蜜蜂，不同蜂種與增重交互作用差異不顯著（F3,96=0.043，P=0.731，交互效應）（圖2）。

圖2 東、西方蜜蜂在巢門口飛行速度增重后效應

東方蜜蜂和西方蜜蜂在巢門口飛行過程中，均呈現明顯的“Z”字形定位飛行。東方蜜蜂和西方蜜蜂在增重之后，二者均稍微增加了“Z”字形繞飛次數，但是增幅均不顯著（F3,96=1.99，P=0.120）。然而，兩個蜂種之間比較發現西方蜜蜂巢門口繞飛次數顯著高于東方蜜蜂的繞飛次數（F1,96=15.78，P＜0.001），交互作用也無顯著差異（F3,96=0.15，P=0.928）（圖3）。

圖3 東、西方蜜蜂在巢門口“Z”字形繞飛定位飛行次數比較

4 討論

通過比較東、西方蜜蜂負重后的行為變化，尤其在速度上有很大的不同，我們發現：隨著貼片質量增加，蜜蜂的飛行速度都呈現先下降，待增至6片后又略有回升。同時，隨著貼片質量增加，蜜蜂均表現出“Z”字形繞飛增加的跡象，而且，西方蜜蜂繞飛次數顯著高于東方蜜蜂的繞飛次數。

蜜蜂歸巢時是一個從正常飛行速度向歸巢定位降落轉變的過程。東方蜜蜂在沒有負重鋁片的狀態下，飛行最快速度為23.09m/s，飛行最慢速度為7.13m/s，飛行平均速度是13.46m/s。西方蜜蜂在沒有負重鋁片的狀態下，飛行最快速度為19.25m/s，飛行最慢速度為7.14m/s，飛行平均速度是11.23m/s。這比前人報道的蜜蜂正常采集飛行速度在6～15m/s范圍稍快一些[10]。

動物的負重能力一般與其身體重量成一定的比例，人的負重極限是身體的兩倍，但是也有一些特例動物，如螞蟻：螞蟻一般可抬起自身重量的300～400倍以上的物體，拖拉自身重量1700倍的物體[11,12]，蜜蜂通常采集負重在12～30mg之間，正好符合昆蟲“背包”實驗所能承受的負重范圍且不影響正常飛行。我們在蜂群巢門口觀察發現，蜜蜂偶爾會將同伴的死尸從巢內清理出巢。但是，顯然蜜蜂拖動與自身體重等重的物體時存在一定難度，通常會落到地板上，再多次重新組織飛行。本實驗中，我們通過增加2～6片鋁片標記蜜蜂，增加蜜蜂體重10%～30%的重量，對蜜蜂飛行能力并無直接干擾。可以利用此方法觀測蜜蜂負重后在巢門口的定位飛行與速度的權衡策略。

蜜蜂的定位飛行與速度的權衡策略在蜜蜂覓食和躲避天敵等過程中均起到尤為重要的作用。蜜蜂在接近食物過程中，都會降低速度快速落在花上進行采集[13]，與此類似，本研究中我們也發現東方蜜蜂和西方蜜蜂均會通過“Z”字形來定位和權衡登陸歸巢的速度。是否能快速進入蜂群可能也與其在巢門口懸停捕食的胡蜂捕食壓力相關。東方蜜蜂和西方蜜蜂雖然存在很多相似之處，但不同種間由于長期的進化，還是存在一些細微差異，例如體色、個體大小、采食半徑等[14]。西方蜜蜂與東方蜜蜂相比較而言，更容易被胡蜂所捕食[15]。東方蜜蜂對胡蜂捕食進化出了較明顯的防御方式[14]，東方蜜蜂防御胡蜂過程中，進化出“I see you”的忠誠信號[16]，當東方蜜蜂發現胡蜂時巢口守衛蜂會向同伴報警，然后一起抖動翅膀、抖動腹部用于驅趕胡蜂[9]，當胡蜂足夠靠近時，守衛蜂會迅速上前咬住胡蜂，其他守衛蜂會迅速參與進行“熱團”效應殺死胡蜂[17,18]。而西方蜜蜂則多為通過召集守衛蜂堵塞巢門口，或者是單獨對胡蜂進行攻擊撕咬等較簡單的防御方式[19]。西方蜜蜂整體較慢的飛行速度，尤其是在增重后，速度下降且“Z”字形繞飛次數增加，都可能無形中增加了自身被巢口懸停胡蜂捕食的機率。與東方蜜蜂較快的歸巢飛行速度和較少的“Z”字形定位相比，我們推測東方蜜蜂該策略有利于蜜蜂對胡蜂天敵的躲避。

當增重至6片鋁片時，也就是相當于蜜蜂體重30%重量的時候，東、西方蜜蜂都表現出了“Z”字形定位不再增加，但是，都增加了飛行速度，而且西方蜜蜂增加的速度高于東方蜜蜂的速度。這種通過提升速度的策略是否與蜜蜂感知閾值或者與胡蜂捕食壓力相關，仍有待進一步研究。通過研究東方蜜蜂和西方蜜蜂巢門口在沒有負重和負重8.8mg、17.6mg的飛行行為變化差異可以為今后研究二者的定位飛行影響因素和胡蜂捕食難易程度提供一定的參考和經驗。

致謝

在此感謝中國科學院西雙版納熱帶植物園化學生態組提供的實驗設備及實驗蜂群，特別鳴謝化學生態組老師和其他師兄師姐的指導和關心。