西方蜜蜂对不同梨树采集行为差异的机制研究

In recent years, our investigation found that there was a great difference in the foraging behavior of Apis mellifera at two pear cultivars orchards. They foraged on Pyrus bretschneideri cultivars Suli only for first day and subsequently decreased this foraging significantly. However, they foraged on Pyrus bartlett cultivars Bali continued and actively. The foraging difficulty of A. mellifera in Suli pear orchard lead to the limited of its pollination service. As we know, A. mellifera and Bali pear are invasive species. However, Suli pear is a native species in China. Therefore, what caused the low adaptation of A. mellifera in foraging pear Suli? Based on the observation of A. mellifera foraging behavior difference in two pear cultivars, the effects of pear pollen and nectar on the growth and development of honeybee larvae will be explored. This is to explain the possibility of the food quality that affect the foraging behavior of A. mellifera at pear Suli orchard. Meanwhile, the electrophysiological responses of honeybees’ antennae to the volatile of these two pear flowers will be recorded by using gas chromatography-electroantennographic detection. The key expression of different genes will be detected by the next generation sequencing technology. This project will not only provide important guidance for improving honeybee pollination technology for pears, but also have important implications for exploring the adaptability mechanism of foraging behaviors by invasive bees to native plants.

最近我们研究发现，西方蜜蜂对不同的梨树品种采集行为存在很大差异：在巴梨（欧洲引进种）上西方蜜蜂持续积极的访花；而在酥梨（本土种）上西方蜜蜂访花不积极，因此，造成生产上应用西方蜜蜂为酥梨授粉难度极大。西方蜜蜂和巴梨均为外来种，而酥梨则为我国本土品种，西方蜜蜂对酥梨采集适应性差是由什么引起呢？本项目以西方蜜蜂采集2种梨树行为差异为出发点，研究梨树花粉和花蜜对西方蜜蜂幼虫生长发育影响，从营养角度探明食物对西方蜜蜂采集行为影响；同时，利用气相色谱昆虫触角电位测量系统（GC-EAD）分析西方蜜蜂对梨花挥发性物质反应，阐明2种梨树挥发性物质对西方蜜蜂采集行为的影响。最后，采用高通量测序挖掘蜜蜂触角和中肠对梨花挥发性物质和花粉响应的差异表达基因，并验证基因功能，探明梨树调控西方蜜蜂采集行为的分子机制。项目结果为改良酥梨应用蜜蜂授粉技术提供重要指导，对探索外来蜜蜂采集本地植物的行为机制适应性也有重要意义。

利用蜜蜂为农作物授粉，能够显著增加作物产量，改善果实品质，提高产品附加值，是一项绿色增产增效技术模式。我国梨树的生产高度赖人工授粉，据估计2016年我国梨树人工授粉的花粉交易额超过10亿元，说明梨生产花粉的投入及人工费用高昂。梨树采用人工授粉不仅费时费力，而且成本高，2022年每亩地人工费和花粉费用共需600元，如果按每3亩地放一箱蜜蜂，蜜蜂授粉的成本200元，每亩地能够降低成本230元，经济效益显著。然而，我国梨树由于品种本身特性，其花不香、蜜不甜导致传粉昆虫不喜欢采集，这给蜜蜂为梨树授粉造成了难题。.项目针对蜜蜂不喜欢采集梨树的问题，按计划开展了西方蜜蜂对不同梨树采集行为差异的机制研究，获得主要结果如下：（1）从梨花粉营养的角度探索了花粉对中肠细胞及蜜蜂血液代谢组的影响，发现梨花粉对幼虫早期中肠细胞的核面积产生负面影响（P<0.05），梨花粉中5种必需氨基酸（异亮氨酸，苯丙氨酸，蛋氨酸，组氨酸）的含量显著高于杏花粉和油菜花粉（P<0.05），其影响蜜蜂工蜂幼虫的主要代谢途径是鞘脂代谢、色氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢。（2）利用气相色谱昆虫触角电位测量系统（GC-EAD）分析西方蜜蜂对2种梨花挥发性物质的响应，发现梨花挥发物对蜜蜂吸引梨花至关重要；相对于酥梨，蜜蜂更喜欢在巴梨花上觅食，其触角对巴梨和酥梨的16种挥发性化学物质有生理反应。（3）采用高通量测序挖掘蜜蜂触角对梨花挥发性物质响应的差异表达基因，发现蜜蜂触角对梨花挥发性物质响应的相关嗅觉基因未观察到有显著差异。（4）研究了不同的西方蜜蜂蜂群处理，发现采用蜂群序列引入和增加幼虫数量能够显著提高蜜蜂采集梨树花粉数量和专一性。项目执行期间，发表SCI论文5篇，协助指导硕士研究生3名、博士研究生1名。本项目的完成为提高酥梨应用蜜蜂授粉技术提供重要指导。