温度胁迫对蜜蜂生理行为影响研究进展

陶坤伶，周建阳，张小燕

（重庆师范大学生命科学学院，重庆 401331）

前言

蜜蜂（Apis）属于群居社会性昆虫，外界环境条件的变化使这种社会性昆虫能够调节巢内的环境条件使其相对稳定，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，这些都会影响蜜蜂从卵到成虫的生长发育[1]。研究报道：低温、高温、杀虫剂和寄生虫等严重影响蜜蜂的生存[2]，这也是农业生产减少的一个重要原因[3]。昆虫为了在逆境中求生存，会在分子、生理及生化等水平上对逆境作出响应，并产生各种耐受机制[4]。昆虫通过生理和行为2种方式来增强自己的温度耐受性对抗逆境[5]。蜜蜂是一种个体简单的群居昆虫，但具有高度的组织适应能力，能维持相对稳定的环境温度[6]。蜜蜂可以调节巢内的温度，使它们生活在理想的温度范围内，可以延长它们的寿命，提高繁殖能力。不同的昆虫对温度变化会采取不同的防御措施，同种昆虫由于个体差异也会采取不同的防御措施。蜜蜂聚集在一起不仅能产生更多的热量，而且还能激活防御系统来对抗逆境。东方蜜蜂（Apis cerana）的出勤率显著高于西方蜜蜂（Apis mellifera），蜜蜂飞行的最佳温度为15～25℃，当外界温度高于8℃时，蜜蜂可以飞出蜂巢。不同种类的蜜蜂对温度变化的适应能力也不同[7]。不同地理型的蜜蜂对环境有不同的适应能力，唐相友等人[8]初步鉴定到了青藏高原不同地区蜜蜂与高原适应性的相关基因，并讨论了其潜在分子机制。此前，有学者[9]通过对寒温带川西高原和热带滇南的中华蜜蜂进行比较，发现了与温度胁迫反应相关的基因AcVIAAT，这有助于人们了解中华蜜蜂环境适应的进化起源和分子基础。经过大量的研究，人们对养蜂及蜂群的生活有了更多的了解，但现有的研究成果并没有准确揭示温度变化与蜂群之间的内在机制。本文总结了温度对蜜蜂影响的现有研究报告，为进一步研究蜜蜂抵抗温度的机制和养殖生产等方面提供了一定的理论依据。

1 温度胁迫对蜜蜂生长发育的影响

温度是影响蜜蜂群体生命活动的最大因素。据报道：蜜蜂卵孵化的最佳温度为32～35℃，幼虫生长的最佳温度为34～35℃，羽化的最佳温度为32～35℃，温度过高或过低都不能使幼虫正常发育。当温度低于25℃或高于40℃时，幼虫会出现死亡。此外，高温处理可延长中蜂和西蜂受精卵的发育和孵化时间，但有不同程度的差异[10]。恒温有利于幼虫的生长发育。大量研究表明：不适宜的温度会严重影响蜜蜂幼虫和蛹的发育，如翅膀、腹部和腿部的变形，以及成年后身体颜色的变化[11]。巢脾的大部分区域温度与边缘温度相差2℃，在此温度下幼虫可以自然生长。蜜蜂可以调节巢内的温度，以保证蜜蜂子期的正常生长发育，新出蜂巢脾的温度在34～35℃之间变化。当温度为34℃时，蜂群会受到刺激并开始升温，当温度升高0.4℃时，蜂群停止加热；当温度升高0.8℃时，蜂群开始降温[12]。蜂群分为强蜂群和弱蜂群，由弱势蜂群喂养的幼虫可能因营养不良而不能正常发育和发挥正常功能。在正常温度下培养的蜜蜂比在低温下培养的蜜蜂表现出更好的行为、学习和记忆能力。实验证明：在33℃以上的温度时，蜜蜂更容易受到杀虫剂的影响[13]。当巢内温度较低时，蜂群聚集在一起增加热量；当巢内温度过高时，蜜蜂通过运动来减少热量，例如拍打翅膀，减少巢脾上蜜蜂的数量。同样，温度也会影响蜂王的交配和产卵行为。处女王的行为是受温度影响内部和外部的巢穴，特别是当巢内的温度太低，处女王将长期的性成熟，而当环境外的温度太低，会导致处女王交配不足[8]。蜜蜂可以通过各种条件改变蜂巢的温度，如蜂箱和巢脾，也可通过自身来调节蜂巢的温度。蜜蜂适宜生存的温度为15～25℃，中华蜜蜂的耐寒性比西方蜜蜂强，例如当气温低于14℃时，意蜂将停止飞行。温度越低，蜜蜂就会逐渐被冻住甚至被冻死。40℃以上的温度会被热死。

2 温度胁迫对蜂箱内湿度的影响

蜜蜂的正常生长和繁殖离不开温度和湿度的调节，其中湿度调节在蜜蜂的孵化阶段起着关键作用。蜜蜂需要适当的空气湿度来正常发育和繁殖，然而，蜂箱内的湿度不稳定受气温、湿度、蜜源植物、蜜蜂数量等诸多因素的影响[14]。据报道：蜜蜂在喂养幼虫、造脾和采蜜时，相对湿度在25%～100%之间变化。蜂巢内的湿度受内外界温度、喂养蜜蜂的食物及水分等多种因素的影响[15]。研究确定蜜蜂卵正常孵化的相对湿度在90%～95%范围内，湿度过高或过低都会导致孵化的卵数减少。不同时期蜂巢内湿度变化不同，蜂巢内空气的湿度也不是恒定的，有时会在短时间内偏离正常范围，但对蜂群的影响并不大。此外，在流蜜期间，不同蜂群的空气湿度不同，强蜂群的湿度低于弱蜂群[16]。强群比弱群能更好地利用花蜜，因为它们能采集大量的花蜜并且可以将巢内多余的水分利用起来创造一个更好的环境。在越冬期间，蜂箱不同部位的湿度不同，蜜蜂在摄入食物前用水稀释食物，蜜蜂通过打开巢脾的蜂房盖来吸收水分以解渴。文献报道蜜蜂冬季最适空气湿度为75%～80%。当蜂箱内空气湿度过低时，蜜蜂体内水分蒸发过快，导致水分不足。更糟糕的是，巢脾中的蜂蜜浓度过高至结晶，使蜜蜂无法正常进食，最终影响蜜蜂的正常生长繁殖。蜜蜂通常能调节蜂巢内的湿度，当蜜蜂聚集在蜂王周围时，蜂群中心的湿度高于周围的湿度，并且蜂群内部的湿度要高于外界环境。蜜蜂用2种方法调节巢内的湿度。一种是通过扇动翅膀来减少湿度，促进空气流通。另一种是外出取水，满足蜜蜂对水分的需求来增加巢内湿度[17]。研究人员发现，卵的孵化受到巢内相对湿度的影响，湿度通常在40%～80%之间，卵通常在较高的湿度下孵化，90%～95%[18]。但湿度过高时，对蜜蜂有不利影响，可能会感染疾病，影响蜂蜜的生产，需进一步改进[14]。

3 温度胁迫对蜜蜂能量消耗的影响

温度胁迫会影响蜜蜂的能量消耗，而蜜蜂从幼虫期转变到蛹期后是封盖子，所以蛹期的营养状况取决于幼虫期的营养摄入量[19]。环境温度还影响蛹期的能量利用和发育时间，进而影响蛹的存活率和出蜂数量。也有一些蛹发育较弱，羽化成蜂后寿命缩短[20]。研究表明：蛹期发育温度对糖消耗量有影响，温度越低，蛹发育周期越长，总糖消耗量越高。反之，温度越高，早期大幼虫的总糖消耗量越高，化蛹后的总糖消耗量较低。蛹期发育温度也会影响脂肪消耗，与35℃相比，38℃封盖5、10 d和29℃封盖1 d的蜜蜂脂肪消耗量显著降低，其他温度下无显著变化。另一方面，温度也会影响蛹期总蛋白的消耗，试验表明：与35℃的高温相比，29℃低温下整个封盖期间的总蛋白质消耗量显著增加，除某些特殊时期外，部分发育期蛋白质消耗量无显著变化[21]。然而，环境温度过高也会使昆虫无法适应，进而影响其发育速度。当温度上升到昆虫适应的极限时，昆虫的发育就会停止或造成身体损害[22]。前人的研究表明，蜜蜂封盖子的耐温范围不超过37℃，35～37℃时，各种物质的含量变化不明显。然而，当温度高于37℃时，物质的消耗会在短时间内增加，甚至导致其死亡[23]。

4 温度胁迫对蜜蜂群势的影响

蜜蜂在自然界是一个群体，通过吸收蜂蜜并进行新陈代谢来维持巢内的温度。当温度过低时，单个蜜蜂无法生存，它们会聚集在一起来产生更多的热量。据报道：蜜蜂种群具有较强的温度适应能力，能在低温和高温下生存。蜜蜂在10～30℃的范围内外出采集，在4℃、10℃甚至-15℃的低温下都能生存。当蜂箱内部温度过高时，会影响蜜蜂的效率，蜂群会排出热量来调节蜂箱内部的温度。当蜂箱温度过高时，蜜蜂外出采蜜的积极性就会降低，就会出现分离的蜜蜂和逃跑的蜜蜂。蜂群越大、温度越高，就会出现分离的蜂群，以寻求一个舒适的环境。此外，高温会导致蜜蜂食欲降低，更严重的甚至被热死。降低蜂箱的温度可以降低群势，特别是在采蜜期间，降低群势后越强的蜂群外出采蜜的积极性越高。温度也会影响巢门口扇风的蜜蜂数量，已有研究表明没有遮阳蜂箱的巢门口扇风的蜜蜂数量是遮阳蜂箱巢门口扇风蜜蜂的3倍多，在遮阳蜂箱中蜜蜂没有“出来游玩”，而在大多数没有遮阳的蜂箱中发现蜜蜂在蜂箱前壁聚集成团。蜜蜂冬季生活的最佳温度为2～8℃，当巢内温度高于8℃，蜜蜂就会散去，甚至走出巢。当巢内温度低于2℃，蜜蜂通过吃蜂蜜聚集在一起产生热量。当然，蜂群越强，蜂群中蜂蜜越多，抵御寒冷的能力就越强。研究者认为蜜蜂调节巢内温度的能力与群势大小有关[24]，即蜜蜂调节巢内温度的能力随群体的大小而变化，较强的蜂群有能力保持一定的群体温度，较弱的蜂群则不具备这种能力[7]。因此研究温度与蜜蜂群势的关系可以为今后的蜜蜂生态学提供一定的参考，也可以根据气候进行养蜂。

5 温度胁迫对蜜蜂学习记忆及归巢出巢能力的影响

温度是影响蜜蜂生存的重要环境因素，温度过低或过高都将导致蜜蜂发育不良，影响它们飞行、觅食及返回巢穴的能力[25]。蜂群中绝大多数是工蜂，它们在蜂群中完成大部分工作。有报道称工蜂的记忆能力受发育温度的影响，主要影响工蜂的短期记忆。以往的研究对出房1周的工蜂进行了实验，结果表明35℃时工蜂的瞬时记忆最强[26]。温度的变化会影响蜜蜂翅膀的发育[27]。研究发现：低温发育工蜂的返回巢穴能力明显低于高温发育工蜂，推测较低的发育温度会影响蜜蜂翅膀的发育，进而影响蜜蜂的飞行能力导致其返巢能力降低。此外，研究还发现：高温下发育的特定日龄蜜蜂头部学习记忆相关基因GluRA、Nmdar1的表达水平显著高于低温下发育的蜜蜂，提示蜜蜂的学习记忆能力可能与温度相关[28]。主要原因是蜜蜂前脑中的蘑菇体是学习记忆等复杂行为的整合中心，低温影响蘑菇体冠突出复合体的数量，从而影响蜜蜂的记忆能力，导致蜜蜂返回巢穴的能力降低[29]。也有研究表明温度是影响蜜蜂在巢外进行采集活动的最大环境因素，在30℃左右时蜜蜂最活跃，出巢返巢达到高峰期[30]。这与以往报道的最适采集温度为20～25℃不同，这可能与试验环境条件不同或蜜蜂物种对环境的适应不同有关[31]。具体原因尚不清楚还有待进一步核实。持续高温也会影响蜜蜂的出巢活动，蜜蜂将停止出巢。不同蜂种在越冬期的采集活动也不同，例如东方蜜蜂和西方蜜蜂的出巢时间、出巢频率及出巢时体表温度等都有所差异。这可能与蜜蜂自身的特性有关，与西方蜜蜂相比，东方蜜蜂的抗寒能力更强，越冬期更勤劳，具有调整蜂群结构的能力[32]。东方蜜蜂出巢时体表温度比西方蜜蜂低，它能通过巢门口的温度来调节自身的温度，以适应外界环境从而减少能量消耗。蜜蜂采集活动与温度升高和外部蜜源植物的花蜜流动周期呈正相关[30]。

6 温度胁迫对蜜蜂行为的影响

蜂群中的工蜂将巢房中的蜂蜜或花粉带到一个集中的地方，以便蜂王在清理干净的巢房中产卵。研究表明不同温度巢脾中的清理蜂数量不同，但清理行为无显著差异[33]。蜂螨是一种寄生在蜜蜂体外，在蜂巢内繁殖的寄生虫，对蜜蜂的影响非常大。不同温度的蜂巢中蜜蜂的除螨行为不同，受到低温的影响，推测其与生物耗能有关[34]。在36℃环境下培育的蜜蜂比在32℃环境下培育的蜜蜂的舞蹈能力更好，有实验表明34.5℃和36℃培育的蜜蜂的舞蹈行为无显著差异，但32℃培育的蜜蜂舞蹈时间短于34.5℃和36℃，表现出显著差异[23]。余林生等[35]研究发现中蜂蜂王和雄蜂的识别巢穴飞行和交配飞行受温度的影响，中蜂蜂王和雄蜂识别巢穴飞行和交配飞行温度通常在20～28℃之间。沈育初[36]发现西方蜜蜂雄蜂的交配飞行温度为21.4℃，因此他们提出西方蜜蜂雄蜂交配飞行的最低温度约为20℃。蜜蜂还可以通过各部分的蜜蜂数量来精确调节巢脾中部及各部分的温度，研究表明冷热刺激下巢脾与箱壁的工蜂数量存在显著性差异，热刺激和冷刺激后巢脾工蜂数量显著增加，箱壁的工蜂在冷刺激下减少。

7 温度胁迫对蜜蜂抗农药能力的影响

农药对蜂群为害极大，会阻止蜜蜂繁殖，影响它们的大脑和行为，将导致蜂群生长受损。通常，低剂量的农药不会直接杀死蜜蜂，但会干扰蜜蜂的正常行为活动[37]。蜜蜂卵、幼虫和蛹期生长发育的适宜温度在34～35℃之间，巢脾上偏离正常发育温度范围的区域，幼虫和蛹在发育成成蜂时对农药会更敏感。孵化12 h的幼虫置于33℃和35℃培养箱中培养15 d，羽化后的成蜂再培养1周，并饲喂农药，计算8、24及48 h内的存活率，结果表明：随着农药饲喂时间的延长，33℃和35℃条件下的蜜蜂死亡率都增加，但33℃比35℃条件下蜜蜂死亡率增加更显著。因此，推测在33℃条件下培养的蜜蜂对农药更敏感，比在35℃条件下培养的蜜蜂中毒比例更高[38]。以吡虫啉为例，新出房的蜜蜂分别在25℃和35℃条件下培养并饲喂农药，结果显示：暴露于35℃条件下的蜜蜂死亡率显著升高，说明温度与吡虫啉农药具有协同作用[39]。

8 温度胁迫对蜜蜂抗病害的影响

蜜蜂是变温动物，如果温度低于或高于临界温度，会影响蜜蜂的新陈代谢，甚至导致蜜蜂死亡。强群比弱群有更好地适应温度能力，它们通过不同的方式保持群内相对稳定的温度，如果不及时补充群内的温度，会影响蜜蜂的生长和繁殖，降低蜜蜂的抗逆能力及抗病能力。当蜂箱内温度升高时，如果蜂箱通风不畅，湿度的增加会导致蜂箱内蓄积水分，使蜜蜂体质变弱，抗病能力严重下降，容易发生细菌性病害和原虫性病害。白垩病是发生在蜜蜂幼虫身上的病害，是由蜜蜂球囊菌引起的，温度的频繁变化会加速白垩病的发生。梁勤等人[40]报道球囊菌活化及膨大的温度分别在15～40℃和25～40℃范围内不受温度的影响，萌发管的温度在25～37℃，最适温度在31～35℃。温度和湿度是引起中蜂囊状幼虫病的主要原因，异常的温度变化也会导致蜜蜂卷翅病。当温度高于蜜蜂生存的临界温度35℃时，蜜蜂易发生慢性麻痹病，通过巢脾、感染花粉及蜂群间等迅速传播。据报道：美洲幼虫腐臭病是由高温引起的芽孢杆菌发育导致的，其发育的最佳温度为36～37℃。当外界气温过低或多雨时，蜜蜂被迫长时间生活在狭窄的蜂箱中，无法在广阔的区域飞行和排泄，容易发生孢子虫病，污染蜂箱和感染巢脾。特别是在蜂群繁殖时期，蜜蜂抗寒能力下降，容易造成爬蜂现象，还会感染囊状幼虫病[41]，冷空气可促进蜜蜂螺原体病的发生。因此，蜜蜂对蜂巢温度的调节是非常重要的。据报道：35℃最适合蜜蜂生存和繁殖，病原微生物不能伤害蜜蜂，蜜蜂可以抵抗病毒，与此同时，生活在适宜环境中的蜜蜂寿命更长，能更好地生长发育繁殖。

小结与展望

温度是生物体生存和发展最基本的环境因素，蜜蜂的生长发育、繁殖及抗病害等也不例外。环境温度的变化对蜜蜂的饲养、群体越冬及群体保温等工作都有一定的影响。蜜蜂通过调节巢内温度将幼虫区温度维持在35℃左右，新出蜂巢脾温度在34～35℃之间变化，成年蜜蜂适宜的温度在25℃左右。蜜蜂生长发育的相对湿度在25%～100%之间变化，卵通常在较高的湿度下孵化。蜜蜂在不同的生长周期消耗的能量不同，糖、脂肪和总蛋白质的消耗量随着温度的变化而变化。群势的强弱会影响蜂群调节巢内温度的能力。蜜蜂的清理行为与舞蹈行为与温度的升高呈正相关，而蜂群抗农药的能力主要取决于温度的高低。针对某些蜜蜂病害来说，气温直接影响其发生的程度。温度是季节性病害发生的一个因素。

人们对蜂巢内的温湿度做了一些研究，应用一定的理论和技术方法对蜜蜂个体和群体的温度进行检测。目前关于温度对蜜蜂影响的研究主要集中在蜜蜂养殖方面，但未能揭示温度影响蜜蜂的内在机制，需要具体深入。通过深入研究温度影响蜜蜂以及蜜蜂调节温度的内在机制及组织变化等，为培育蜜蜂良好的种质资源提供一定的理论基础。蜜蜂是自然界的群居昆虫，不同的个体如蜂王、雄蜂、工蜂等，有着不同的社会分工，为农业生产和科学研究做出了不可替代的贡献。在自然状态下，蜜蜂消耗较少的能量来保持巢穴的温度恒定，深入研究蜜蜂的温度调节机制和蜂体内的物质变化，设计出有效的保温方法，以新的角度阐明温度变化与蜜蜂的关系。