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探寻野生蜜蜂的奥秘 精选

已有 5780 次阅读 2022-11-9 12:06 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

“掘地三尺”,探寻野生蜜蜂

主讲嘉宾:

朱朝东(中国科学院动物研究所研究员,中国昆虫学会常务理事、传粉昆虫专业委员会主任,北京昆虫学会副理事长)

土墙、沙地、柴火堆……你能相信这些地方也生活着蜜蜂吗?看似微小的蜜蜂,其实在自然界中扮演着不可替代的重要角色。全世界大约有75%的粮食生产都需要靠包括蜜蜂在内的传粉昆虫来传粉,所以科学家们即使“掘地三尺”,也要寻找它们。

本期首都科学讲堂邀请中国科学院动物研究所研究员朱朝东,讲述你可能不了解的蜜蜂。

视频回放:

首都科学讲堂|“掘地三尺”,探寻野生蜜蜂第一讲 - 北京日报

首都科学讲堂回放|“掘地三尺”探寻野生蜜蜂 - 网易

首都科学讲堂 | “掘地三尺”,探寻野生蜜蜂

一、你可能不了解的蜜蜂

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提起蜜蜂,大家第一反应可能是公园里“嗡嗡嗡”的这类昆虫,也有些小朋友第一时间回忆起被蜜蜂蜇到的感觉或蜜蜂酿的甜甜的蜂蜜的味道。但实际上,我们平时所熟悉的蜜蜂只是一小部分,比如属于蜜蜂类蜜蜂属的少数几个物种,其中包括我国引进的西方蜜蜂和我国特有的中华蜜蜂。

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    西方蜜蜂和中华蜜蜂有一个共同点,就是它们都是在蜂箱或蜜桶里进行饲养。这些群居蜜蜂产的蜜就储存于蜂箱或蜂桶中的蜂巢里。蜂巢都建成了六边形样式,看起来整齐美观。从这点来说,蜜蜂也称得上是自然界中伟大的“建筑师”之一。

    然而,自然界中更多的蜜蜂是野生蜜蜂,野生蜜蜂中大部分是独栖蜜蜂。独栖蜜蜂的习性和群居蜜蜂不同:一个蜜蜂妈妈就要筑一个单独的蜂巢,这些蜂巢也不是六边形的,可能就是在泥地上挖一个洞,然后在洞里产卵。

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除了产蜜,蜜蜂更重要的功能是不同生态系统和农业生态系统里中的主要传粉者,它们给约90%依赖授粉的开花植物传播花粉。蜜蜂身上有很多密密的绒毛,这些绒毛上有很多分叉,这些分叉提高了与花粉的接触面积,也能把花粉留在特定部位。蜜蜂后足上有一个像花篮一样的结构叫携粉足,不同蜜蜂的携粉功能由不同结构来体现。

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   现代的人类使用了太多的杀虫剂和化肥,部分土地也已退化和荒漠化,所以对于一些果树产业来说,特别是苹果、梨、桃树等,人工授粉是必不可少的。

    在我国的烟台、洛川等地有大片苹果树种植。虽然目前更依赖于人工授粉,但实际上都可以靠一种叫做角额壁蜂的蜜蜂类群,为苹果树提供免费的授粉服务。

在全球粮食生产当中,75%的粮食都要依赖蜜蜂。如果世界上没有蜜蜂,特别是没有野生蜜蜂的话,杏仁、西瓜、苹果、梨等这些鲜美的瓜果蔬菜等都会从我们的餐桌上消失。但是经过调研,我们已经发现,野生蜜蜂其实可以为部分农作物提供全部的授粉服务。如果在人工给果树提供花粉粉源的同时,还能保障一些野生蜜蜂,就能大大提高果树的授粉效率。

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由于劳动力价格上涨,人工授粉的成本也相应地大幅上涨,导致苹果和其他水果的经济效益越来越低。因此,如果没有勤劳的小蜜蜂提供足够的免费授粉,如果人类没有足够的劳动力提供人工授粉,农业和生态很难保证正常运转。

二、蜜蜂生活在哪里

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全球科学家的研究发现,当下的蜜蜂生存状态已经受到很大威胁。原因是复杂多样的:气候变化、土地利用变化、密集性的农业生产,还有病原、害虫、外来物种入侵等。这些情况都会导致蜜蜂和植物的互作网络发生改变。

    什么是互作网络?蜜蜂和植物经过长期进化,之间实际上形成了一个稳定的互作网络关系——蜜粉源植物什么时候出现,蜜蜂也会同步出现。这样既保障了蜜蜂有足够食物享用,可以通过采集蜜粉源制作蜂粮,抚育后代,也同步保障了蜜粉源植物的传粉和结果。

关于蜜蜂的研究有很多维度,其中一个非常重要的就是开展蜜蜂巢穴生物学的研究,寻找蜜蜂生活的地方。

在江西宜春的丘陵山地,大量的降水冲刷改变了地表结构。杂草无法生长,很多昆虫因此无法在土中筑巢。当地种植的油茶林边缘地带长有一些茅草,茅草生长的地方土壤松软。我们在这里找到了可以和油茶互作的当地土蜂,它们可以给当地油茶进行授粉。

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为了寻找蜜蜂,我们也去青藏高原考察。在墨脱的原始森林里,我们发现了一段内里满是孔道的枯木。这些孔道就是当地野生蜜蜂在枯木中筑的蜂巢。

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    一些朋友可能会注意到一些地方的农村,有些泥巴墙上面也会有很多孔洞。这些孔洞里生活着当地的壁蜂。这些壁蜂只会在早春出现。

    到了夏秋季,我们去房梁上面去寻找蜜蜂。通过一种特殊的高网,我们可以采到在房梁里筑洞的木蜂。这里可以给大家讲一个故事。

    我有一个博士后专门到野外寻找蜜蜂,她会特意到有一些泥巴墙或有房梁的古庙里去寻找。为什么呢?因为很多古庙的房梁还保持着木制的结构,所以很多木蜂在里面筑巢。我们可以通过盲扫的方式采集到它们,其中有些蜜蜂甚至是一些新物种。

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    野外农家家前屋后堆放的杂木里面也会有很多的孔洞。仔细观察这些孔洞的话,就会发现这里面有很多昆虫,在里面来来回回地飞。这些昆虫一般包含了两类,一类是生活在杂木里的野生蜜蜂;还有一类是以这些蜜蜂幼虫或蛹为食的寄生蜂,比如青蜂,或者一些捕食性的蜂。

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紫木蜂的巢穴非常有趣:从木头的解剖面来看,会发现有很多单个巢穴;每一个“单间”里面就是一个蜂的后代;蜂从卵期发育到成虫期,都会居住在这个“单间”中。多个“单间”组合在一起,就形成了一个迷宫一样的巢穴。

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除了木头,大部分野生蜜蜂其实是在土里筑巢的,比如新疆原木蜂的巢穴。

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蜜蜂可以利用各种各样的材料进行筑巢,因此我们也可以利用这一点来“筑巢待蜂”。比如说使用芦苇管,我们经常把一个木柱子打在地上,放在林间。在木柱子的茎端放两个PVC管。PVC管中,我们放上了满满的芦苇管,然后开始“守管待蜂”。很多的蜜蜂会找到这个地方来,利用芦苇管进行筑巢。

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    蜜蜂还会使用树叶筑巢。比如切叶蜂能够利用树叶来包裹自己,其它“建筑材料”还有树脂、木屑和泥土等等。不同的蜜蜂筑巢材料完全不同,不同巢穴的防腐效能也不一样。

    通过比较全世界蜜蜂的分布数据,我们发现,原来蜜蜂和我们想象中的大不一样。本来我们以为在森林里面会看到更多的蜜蜂,但其实科学家发现干旱地带蜜蜂的种群数量反而更高一些。

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    野生蜜蜂非常重要,但在我国,相关的研究数据包括野生蜜蜂在内的传粉昆虫的数据是相对缺乏的。而欧洲和北美的数据比较多,所以他们已经总结了一些令人震惊的规律。比如他们发现:像传粉蜜蜂类、传粉食蚜蝇类和传粉蝴蝶类,这些昆虫的物种多样性已经大大下降;在一些国家名录中,40%的蜜蜂物种受到了威胁,欧洲蜜蜂类和蝴蝶类 9% 的物种受到了威胁。

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   昆虫(蜜蜂)分类学工作者专门研究蜜蜂有哪些物种、在哪里分布、如何形成、进化关系是什么等等。我国这类学者比较少,因此产生的数据也比较少,导致了我国尽管在进化生物学、社会型进化,传粉昆虫和农林业生态等角度都对这个昆虫(蜜蜂)分类学者有很大需求,但这方面的数据产生量确实不够。

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实际上,近年来,我国学界已经开始加大对蜜蜂的研究。1958年左右,我们领域的一位前辈吴燕如先生,从前苏联获得了副博士学位,专门关注蜜蜂的分类学研究。

1986年之后,我国的蜜蜂分类学就有了大幅进步,我国当前也是周边国家中蜜蜂物种发现比例最高的国家。

 三、我们如何研究蜜蜂

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    通过巢穴生物学我们了解了蜜蜂到底住在什么地方,它们是一种什么样的生存状况。科学家们到底还有其他哪些手段来研究蜜蜂呢?下面我给大家介绍一下。

我国蜜蜂种类多样性非常丰富,是世界上排名第三的蜜蜂区系,有1300个物种,占到全球的6.5%。根据吴燕如先生和新加坡国立大学生物科学教授John Ascher曾经的分析数据,我国蜜蜂物种约占到全球的10%,也就是有大概3000个物种。因此,目前还有大概1500个物种有待发现。

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    为什么我国蜜蜂区系这么丰富?原因可能是我国辽阔的疆域和复杂的地形,多样的植被和气候类型造就的。这些和蜜蜂的食物以及它的居住地等因素也有很强的相关性。

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举一个例子,我国有111种熊蜂,占到全世界的41%。全世界研究熊蜂最权威的专家是英国自然历史博物馆的Paul Williams。他曾经多次到中国访问,和中国农业科学院蜜蜂研究所有过长期合作。他就发现我国有这么多种熊蜂的原因,主要是在四川盆地有非常丰富的熊蜂区系。这么多的熊蜂里面,有一部分物种已被开发培育、人工饲养以及用于大棚作物。

因为熊蜂个体较大,它在早春的时候也能够比家养蜜蜂更适应早春的寒冷天气。它们为西红柿、梨树授粉的效能,都比家养蜜蜂要高。和对照组相比较,熊蜂访花可使茄子增产33%。我国在熊蜂生产方面也积累了很多经验,可以为大棚设施的农业生产提供足够的熊蜂供应。

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在开始介绍蜜蜂多样性之前,先介绍一下形态分类学。我们从野外把蜜蜂采回后制成标本,然后就可以对蜜蜂进行外部形态的描述和分类了。目前我国已经描述了1430个蜜蜂类的昆虫物种,大部分都是由我们实验室完成的。

从2006年开始,我国开始加速对蜜蜂的研究。前面提到,我国还有大概1000多种蜜蜂有待发现。蜜蜂采回来以后,科研人员又比较有限——全中国目前开展蜜蜂形态分类学研究的大概也只有5个人。5个人要描述1000多种物种的话,需要花很长时间。因此我们希望开发一种新的思路,能够加速开展蜜蜂分类学研究的工作。

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我们设想以分子分类学为牵引,解决幼虫和成虫配对的问题。从蜜蜂的自然历史以及它的基因组学研究形成多维数据后,将这些数据整合到一个蜜蜂分类学数据库里。在这个数据库中,我们主要关注蜜蜂能够访问哪些植物,和哪些植物能够形成互作网络。

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为了提高建设蜜蜂分类学数据库的效率,我们先要建设好一个分子分类学平台。在野外采集蜜蜂的时候,我们会在大量标本中先进行一个初分;然后在初分的类别中,选择3-5个标本的后足摘下来放到试管里,然后用99%以上的分析醇酒精保存,以便后续用于分子测序和基因组测序等;再进行形态学鉴定;鉴定以后的结果会形成一个参考数据库,提高分子分类的准确率。同时,分子分类又可以反过来为形态分类提供助力,促进形态分类学的一些新发现。

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    另外我们也开展了蜜蜂访问植物的多样性研究。蜂巢当中的生物群对蜂蜜质量、蜂巢健康和养蜂人收入等方面到底有什么影响?我们发现很多大型蜜蜂能够访花的植物具有高度多样性,人类干扰和访花多样性实际上也驱动形成了蜂巢中微生物的组成。

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探索前沿方面,我们也引入了基因组学研究。前面讲过,江西宜春的油茶开花在秋冬季,当年10月份到来年2月份,这一段时间访花昆虫是非常少的。油茶花粉量巨大,花蜜浓度和容量也很大,当地政府曾请蜂农运送家养蜜蜂来为油茶授粉酿蜜。但后来发现,油茶花蜜含有一些有毒的生物碱,家养蜜蜂采蜜后后代会不停地中毒死去。我们后来找到了当地的“土著”大分舌蜂来为油茶授粉,我们也希望通过基因组手段来研究出大分舌蜂取食油茶花蜜以后不会中毒的机制。

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另外,我们在青藏高原上考察时也发现了很多蜜蜂,其中就包括一个新物种——学忠黄斑蜂,起这个名字是为了向我们一位老前辈张学忠先生致敬。这个蜂在高海拔地区也能快速飞行,我们希望通过基因组学手段研究它是克服高原反应,在高原上快速飞行的机制。

通过大量的工作,我们获得了很多数据。我们还关注了一个非常基础的问题——蜜蜂到底是什么时间出现的,它们之间的关系是怎样的,有什么亲戚关系。

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蜜蜂多种多样,不同的蜜蜂长得其实也不一样。我们的研究工作也包括使用这些数据重建蜜蜂之间的亲缘关系,建立一棵物种级别的蜜蜂的生命之树。

四、关于蜜蜂,我们在行动

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我国当前举办了很多包括学术和科普的相关活动,来推动对于蜜蜂的研究和保护。

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中国昆虫学会高度重视野生蜜蜂的传粉和研究:在2017年设立了一个传粉昆虫专业委员会,开展学术研讨会,邀请全世界的权威专家介绍全世界传粉昆虫的生存状况(昆虫学里最大的两个分支,一个是研究跟人类健康密切相关的媒介昆虫,如蚊子;一个是和农业生产、粮食生产相关的传粉昆虫,如蜜蜂),从而推动我国传粉昆虫的研究。每一位专家都会把他们最前沿的研究,对传粉昆虫的认识和一些对未来的思考介绍给我国同行。这些交流对我国发展蜜蜂研究和传粉昆虫研究都至关重要。

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我们中国农业主要的粮食产区都在胡焕庸线沿线以东。在科技部的支持下,我国也启动了中国东部农业主产区传粉昆虫专项,把东部区域划分成四个地区,对每一个地区进行详尽的区域性调查,并设置了相关课题。

第一个课题由我们动物研究所第一届传粉昆虫专业委员会主任武春生研究员负责,主要是在传粉昆虫所有的知识整合方面做工作。

第二个课题由中国农业科学院蜜蜂研究所所长彭文君教授负责,在中国建立多个长期的野生蜜蜂监测点。

第三个课题由中国农业大学植物保护学院昆虫学系周欣教授组织,开展蜜蜂研究的新技术。

第四个课题由中国农业科学院蜜蜂研究所的安建东研究员负责,对主要粮食作物传粉工作进行研究。

第五个课题由安徽师范大学的郝家胜教授负责,对蝴蝶多样性进行研究。

   第六个和第七个课题由罗世效巧和彭艳琼研究员负责,他们主要加强对于热带森林里传粉昆虫的调查。

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    我们在研究了很多蜜蜂基础生物学的同时,也在考虑传粉提高作物产量的事情。前面已经给大家介绍了一下油茶的传粉蜂。实际上油茶传粉蜂不仅有大分舌蜂,还有很多其他物种。我们最早发现的为油茶传粉的蜜蜂叫油茶地蜂。在研究之前,我们根本就不知道油茶地蜂在地下筑巢能挖多深,因为地表可见的只是它蜂巢的入口。

我们发现的蜂巢深度是1.65升——蜂妈妈向地下挖出了1.6米深的主道,每一侧还挖出一个个小分支,每一个分支端部就是一个巢室。蜂妈妈在这些巢室中产下它的卵,这些卵到来年才能够羽化诞生,给油茶进行授粉。油茶地蜂羽化的时间恰好就是油茶开花的时候。同时,我们为了提高油茶授粉效率,往地下打了很多PVC管,让这个蜂以此筑巢后,将这些PVC管挪到油茶地里去,达到一个人工扩繁的目的。

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   经过研究我们发现,野生蜜蜂的数量和油茶结实率存在着直接的正相关关系。野生蜜蜂数量越多,油茶的结实率就越高,一公顷的油茶大约需要1998头到2107头的野生雌性蜜蜂来传粉,这个工作成果已经发表了。

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我国对油的需求量特别大,但产油作物实际上供给不足。因此,我们现在也在开发油用牡丹。油用牡丹是我国一种新型的木本油料作物,栽培面积很广。如果授粉不足会导致油用牡丹产量变低。我的一个博士后贺春玲教授已经通过套袋实验等工作,发现家养蜜蜂可以提高油用牡丹的结籽率。

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最后,呼吁大家尽可能保留一些自然生境,保护栽种一些有花植物。这样就能够为传粉昆虫类,特别是为蜜蜂提供食物和住所,达到保护传粉昆虫同时也护卫我们的“饭桌“的最终目的。

致谢:本文视频来自第686期首都科学讲堂。感谢吉菁菁的邀请,同时对首都科学讲堂支持团队的帮助表示诚挚的谢意。

 




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