蜜蜂级型分化研究进展

摘要：蜜蜂是典型的社会性昆虫，其级型分化受到许多因素影响。这些影响因素主要包括3个方面：营养、激素和基因调控。本综述对营养、激素和基因调控这三个方面在级型分化中的作用进行综合阐述。

关键词：蜜蜂；级型分化；营养；激素；基因调控

蜜蜂是典型的社会性昆虫，蜂群通常由两种性别，三种类型的个体组成，即雄蜂、工蜂和蜂王。雄蜂为单倍体。由未受精卵发育而来，蜂王和工蜂都是二倍体，由受精卵发育而来，均为雌性蜂。作为两种不同的级型，蜂王和工蜂不仅外部形态和内部解剖有显著不同，在生理和行为上也存在巨大差异。同样是由受精的二倍体卵发育成的雌性，是哪些因素促进它们分化成蜂王和工蜂这两种不同的级型?这些因素又是通过何种方式起作用的? 长期以来一直有不同的推断和假设。本文对蜜蜂级型分化的研究进展作一综述。

1 营养与级型分化

长期以来，人们观察到蜜蜂幼虫所处的特定发育环境对级型分化起着决定性的作用。同样的受精卵由于发育场所的不同，在王台或工蜂房就可能发育成蜂王或者工蜂。培育蜂王的王台底是圆的。台口垂直朝下，而工蜂巢房为六角形，底为三棱形，巢口水平略向上翘13°，而且王台的容积要比工蜂房大得多。发育场所对级型分化的影响可以通过互换培育试验加以验证：哺育蜂能够区分这两种不同的巢房而给予蜂王幼虫和工蜂幼虫不同质和量的食物，从而导致最终的级型分化。

有研究表明在幼虫2～3日龄，蜂王和工蜂的生长与呼吸速率很相近，但王台内的幼虫被哺育蜂连续地饲以过量王浆，且被饲喂次数比工蜂幼虫多10倍以上(1600∶150)，因此发育快，蛹期短，从卵到羽化只用16 d 时间。比工蜂少5天；而工蜂房内的幼虫则生长缓慢，羽化时体重也相应轻得多。

食物的量对级型分化的影响，还可以通过亚种间幼虫互换发育场所来验证。Mike等将海角蜂与非洲蜂小幼虫(1～3日龄)在种间互换发育场所后测量这些幼虫所得的食物量发现：处于非洲蜂工蜂房中的海角蜂幼虫得到的食物量是正常发育海角蜂的两倍；而处于海角蜂工蜂房中的非洲蜂幼虫则相反，仅为正常发育非洲蜂的一半。由于得到超常量的食物，这些海角蜂幼虫羽化后较正常发育的海角蜂，具有更大的受精囊，较重的体重，较短的发育时间，并且基财节上最后两个花粉刷之间的绒毛增加，花粉刷减少。这些发生变化的特征都与级型有关，与蜂王特征增强是一致的，而花粉刷减少则与工蜂特征减弱一致。

上述级型特征的变化虽然与食物量的变化紧密相关，但决不仅由食物量决定，还受食物成分变化的影响。研究表明：在1～3日龄的小幼虫期，蜂王幼虫的食物是王浆，而这段时间内工蜂幼虫采食的是与王浆成分不同的工蜂浆。小幼虫期过后，蜂王幼虫仍继续采食王浆，工蜂幼虫则改食王浆量较少，主要由花粉和蜂蜜调制的蜂粮。有研究者认为：在小幼虫期，蜂王幼虫主要被哺育蜂饲以上领腺分泌物，后2 d 则是等比例的上领腺分泌物和舌腺分泌物，而工蜂幼虫在整个幼虫期中的食物都是2∶9∶3的上鄂腺分泌物、舌腺分泌物及花粉。食物中蜂王浆组分的显著差异是决定蜜蜂级型分化的一个关键因素。然而到目前为止究竟是王浆中的何种组分在发挥作用，又是以何种方式影响幼虫分化以及有怎样的影响都仍未知。

幼虫期食物中糖的含量和种类对级型分化也有一定的影响。糖份是刺激幼虫采食的一个因素，幼虫能辨别食物含糖的多少，而且更偏爱含糖高的食物。研究表明：小幼虫期蜂王所吃的王浆中含糖量高达34％，而工蜂所吃的工蜂浆含糖量仅12％，到大幼虫阶段(4～5日龄)，蜂王食物中的糖份可达到47％，能有效地刺激幼虫取食，增力口幼虫体重，大大加快发育进程。进一步的研究还发现，如果在工蜂浆中添加一定量的葡萄糖或果糖，可育出一定比例的蜂王及两型蜂，而糖量过低时只能育出工蜂间。

幼虫食物中的添加成分对级型分化也有明显的影响。例如在熊蜂中，由咽下腺分泌并添加到幼虫食物中的蛋白和消化酶对蜂王的发育极为重要。

2 激素与级型分化

由昆虫咽侧体分泌的保幼激素是一类菇烯类化合物，有多种天然同系物，到目前为止在蜜蜂中仅发现JH。作为一种多效性激素，JH不仅存在于昆虫生长发育的各个时期，而且在不同阶段所起的作用也不相同。

目前已确知，幼虫期体内JH的含量对蜂王和工蜂的分化有重要影响。高滴度的JH对卵巢发育显著的促进作用直接影响蜂王幼虫的级型分化。如果把3～4日龄蜂王幼虫的咽侧体移植到4日龄工蜂幼虫体上，可导致出房的工蜂卵巢管数目增多。JH除了影响级型分化外，还有巩固级型个体生理条件的作用。

在级型分化的关键时期，JH滴度的变化对分化产生影响的观点已经被普遍接受，但对关键时期的确定现在还存在分歧。Wilde等为，级型分化关键时期是幼虫4日龄末，只有小于4日龄末的雌性蜂才具有发育成蜂王或工蜂的能力，将小于4日龄末(3～3．5日龄)的西方蜜蜂的工蜂幼虫移入王台可发育成蜂王，而移人大于4日龄末的工蜂幼虫只能发育成工蜂。Copella 等则认为西方蜜蜂级型分化的关键时期是从4日龄末到5日龄期间。但 Dedej 发现喀蜂级型分化的关键时期为3日龄前，当移入王台的工蜂幼虫为3日龄时，育出的成蜂卵巢管数会显著减少。移入的幼虫日龄越大，成蜂的特征越象工蜂。这些不同观点说明不同亚种在级型分化的关键时间上可能存在差异，现在被一般接受的关键时期为4日龄末到5日龄间。

除JH外，蜕皮激素(MH)在级型分化中也有重要作用。MH是由蜜蜂前胸腺分泌的一种甾体激素，具有促进幼虫蜕皮、化蛹的生理功能。与JH一样，在幼虫卵巢发育过程中有着重要的作用。在西方蜜蜂的工蜂和蜂王预蛹期，MH均有一单峰。但蜂王的峰值比工蜂出现早，这与蜂王幼虫期比工蜂幼虫期少一天的发育历程相一致。Hartfelder等“发现喀蜂工蜂幼虫5日龄初期的卵巢中，有2种具有级型分化特征的蛋白(29KDa/pI4．6和24 KDa/P15．2～5．5)图谱，级型分化时MH浓度的变化与这两种蛋白的表达变化相一致，当将5日龄初期幼虫放置于含有104 M的培养基培养6h后，卵巢中的蛋白质没有明显的变化，而MH的浓度降低到10～7 M时，这2种蛋白的合成都有明显的降低。这说明MH参与了级型分化的调节。

在熊蜂中，蜂王外激素在幼虫的级型分化中起重要作用。受蜂王外激素控制的幼虫发育成工蜂，而不受其控制的幼虫则发育成蜂王。

3 基因调控与蜜蜂的级型分化

在社会性昆虫的变态和级型分化过程中，特定组织器官内存在着受基因调控的细胞程序性死亡现象，即幼虫特有组织，如幼虫期的肌肉、唾液腺、前胸腺等都要被消化。

目前，已经发现许多与蜜蜂级型分化有关的基因。例如，线粒体基因编码的细胞色素氧化酶亚基1(COX1)基因和核基因编码的细胞色C(cvt C)基因及与核编码的线粒体翻译启动子(AmIF-2mt)相似的基因。这些基因在西方蜜蜂级型分化的关键时期(4．5日龄)，在蜂王幼虫中表达水平要高于工蜂幼虫中的。在蜜蜂一个亚种的咽侧体中还存在一基因簇，这段基因簇中确定有基因xa和基因xb，当xa，xb等位基因杂合，即xa1/xa2；xbl／xb2时发育成蜂王，而当xa和xb其中一个或同时纯合时发育成工蜂。另外编码MH变构反应元件的Ftz-F1基因和编码维持细胞分化状态的转录因子的cut基因在级型分化过程也起相当重要的作用。

目前多数学者认为：不同级型间有相同的基因组，级型分化现象主要是由于分化基因表达水平的不同，而不是遗传多样性造成的。

Evans 和 Wheeler 测出西方蜜蜂的蜂王和工蜂幼虫在分化时期有许多基因具有不同的表达水平，并获得7个位点。这7个位点在工蜂幼虫中都有表达，但其中有4个位点在蜂王幼虫中完全沉默。在共同表达的3个位点中，有2个在蜂王幼虫中的表达丰度高于工蜂幼虫中的，另外一个主要在工蜂幼虫中表达。他们认为，雌性蜜蜂幼虫发育为蜂王或工蜂虽然与幼虫时期的环境条件有关，但这一发育的起始是因为蜂王和工蜂幼虫具有不同的基因表达模式，而不是因为蜂王和工蜂具有不同的基因组。

Evans 和 Wheeler 还发现蜂王幼虫与工蜂幼虫在基因的表达模式上存在很大的不同：工蜂幼虫更忠实的表达小幼虫中出现的基因；而蜂王幼虫在下调一些基因表达的同对，又开启了一系列与级型相关基因的表达。蜂王幼虫过量表达一些新陈代谢酶基因，而工蜂幼虫增加表达了细胞色素P450家族基因，六聚体存储蛋白基因等。这些被不同表达的基因大多与新陈代谢和细胞对激素的反应有关，最终将导致蜂王与工蜂的生理出现差异。

Severson 等间对蜂王和工蜂幼虫阶段特定时期内mRNA翻译产物的比较发现：孵化后12～83 h，蜂王mRNA翻译产物没有发生变化；而在这一阶段工蜂的翻译产物发生了变化。在12 h，翻译产物与同期蜂王的完全一样，但到83 h，翻译产物出现了差别：分子量为70KD，47 KD，27 KD的蛋白质明显增加，说明在这一阶段工蜂的发育调控基因已与发育前期及蜂王的有所不同。但是在孵化后156 h(预蛹期)，工蜂的翻译产物只有一种(54 KD)明显增加，而此时蜂王预蛹中大量增加的翻译产品有5种(70 KD，68 KD，47 KD，36 KD，27 KD)，说明蜂王的分化基因已经活跃；至227 h(蛹期)，蜂王与工蜂翻译产物差别最小，说明蛹期及此后的基因调控基本上是一致的。由此可知，蛹期前蜂王与工蜂分化基因上调表达的时间不同，蛹期及此后的基因表达水平基本上趋于一致。

还有少数学者认为不同的级型间具有不同的基因组，级型分化之所以发生是因为它们来自不同的父系，即蜂王与同巢和不同巢的雄******配，会产生不同的级型。

Julian 等认为，不同的基因组是决定级型分化方向的关键，不同的基因组是由杂交引起的，杂交的后代是工蜂，世系内部交配的后代则是生殖个体。Beye Mt 发现西方蜜蜂种群内没有特定的雄性基因或雌性基因，而是存在雌雄共享的互补性性别决定基因CSD，CSD通过单双组合形式来调节性别发育和促进雌性级型的进一步分化：当CSD杂合时启动雌性发育，抑制雄性的发育，如果这些性别位点上的等位基因与母本的相同，则优先升级为继代蜂王或产卵工蜂；当CSD纯合时则进行雄性发育。

综上所述，蜜蜂的级型分化受到多种因素的影响。蜂王和工蜂幼虫期食物的质和量是级型分化的外部决定因子，是启动分化的重要因子。这些外界因子信号转化为内分泌信号，通过内分泌的激素对基因进行调控，从而最终决定分化方向。级型分化是极其复杂的过程，到现在还未获得完整详细的描述，还有许多问题，特别是对启动分化的营养因素，需要进一步的研究。

参考文献（略） 引自《中国蜂业》2008（5）

张刻 周斌 叶满红 丁家桐

扬州大学生科与技术学院 扬州大学动科与技术学院 扬州大学生科与技术学院 扬州大学动科与技术学院