周 莉，朱翔杰，2，徐新建，2，周姝婧，2，付中民，2，溫雄昭，周冰峰，2

(1.福建農(nóng)林大學(xué)蜂學(xué)學(xué)院，福建 福州350002;2.福建農(nóng)林大學(xué)蜜蜂研究所，福建福州350002)

蜜蜂通過社會性行為和活動，調(diào)節(jié)蜂巢溫度并保持巢溫穩(wěn)定.蜜蜂調(diào)節(jié)巢溫的特性，使個體發(fā)育狹溫性的蜜蜂具有蜂群生存和分布的廣溫性.蜜蜂的調(diào)節(jié)巢溫的生物學(xué)特性，使蜜蜂可以分布到世界的大部分地區(qū).

昆蟲在生理和行為上具有按時段的活動節(jié)律，如運動、睡眠、學(xué)習(xí)記憶、交配、羽化、取食以及生理代謝等，其中晝夜活動行為是生物界最普遍的一種節(jié)律行為[1，2].蜜蜂作為社會性模式昆蟲，可用于社會性生物晝夜節(jié)律與其復(fù)雜行為的關(guān)系的研究[3].在觀察研究哺育蜂和采集蜂行為的節(jié)律時，沒有發(fā)現(xiàn)哺育蜂的行為有晝夜差別，但采集蜂的晝夜活動模式卻有明顯的不同[4，5].采集蜂夜間睡眠，體溫降低[6，7].蜜蜂早晨的出巢采集有很強的時間節(jié)律性，在同等條件下，每天工蜂出巢的時間基本一致[8].

蜜蜂飛行前需通過振翅等胸部肌肉的運動產(chǎn)生熱量，提高胸部的溫度，以適應(yīng)蜜蜂飛行的需要[9].蜜蜂是社會性群居動物，單個蜜蜂屬于變溫動物，體溫隨著環(huán)境溫度的變化而變化，而蜂群則能通過蜜蜂的活動主動調(diào)節(jié)巢溫，尤其對子脾溫度調(diào)控精確[10－13].現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)晝夜氣溫在9.6－23.5℃變化時，中華蜜蜂蜂巢中心點溫度穩(wěn)定維持在34.5－35.6℃，基本不受晝夜氣溫變化的影響;蜂巢邊緣點溫度隨氣溫的高低而升降，變化于 25.5 －34.5 ℃[14].

蜜蜂的晝夜節(jié)律行為能否對巢溫產(chǎn)生節(jié)律性的影響，蜜蜂對子脾溫度的調(diào)節(jié)與晝夜行為的關(guān)系還未知.本課題通過對蜂巢內(nèi)各蜂路溫度的連續(xù)監(jiān)測以及蜜蜂行為的觀察，研究蜜蜂晝夜巢溫的分布與變化規(guī)律.此課題的研究對深入認識蜜蜂為代表的社會性昆蟲的巢溫調(diào)控行為與機制，以及指導(dǎo)蜜蜂飼養(yǎng)管理技術(shù)均具有重要意義.

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗儀器 多通道精密溫度測試儀，精度±0.1℃，分辨率0.01℃，誤差≤0.2℃，在巢溫測定前，用精密水銀溫度計進行儀器性能檢測和校驗.

1.1.2 實驗蜂群 中華蜜蜂(Apis cerana cerana)來源于福州.在蜜蜂春季增長階段，蜜蜂成蟲數(shù)量4足框，子脾面積占總脾面的69.44%.子脾數(shù)量，放4張巢脾，蜂脾關(guān)系保持蜂脾相稱.

1.2 方法

1.2.1 巢溫測量點的確定 實驗蜂群用郎氏蜂箱單箱飼養(yǎng)，巢脾一側(cè)靠箱壁，另一側(cè)用隔板.蜂箱內(nèi)放4張巢脾，形成5條蜂路.從靠近箱壁起，向隔板方向依次為蜂路1－蜂路5.將蜂路橫向和縱向分別均分為9個和4個小區(qū)，整條蜂路均等地設(shè)36個小區(qū)，取每個小區(qū)的中心點為巢溫的測定點.用三維坐標(biāo)點的形式來描述測量點的位置，第一位數(shù)字代表蜂路(1－5)，第二位數(shù)字代表行(1－4)，第三位數(shù)代表列(1－9).例如，“134點”表示蜂路1，第三行，第四列的測量點.靠箱壁的蜂路1和靠隔板的蜂路5，只有一側(cè)巢脾的脾面，為邊蜂路.蜂路2、蜂路3和蜂路4的兩側(cè)均為巢脾的脾面，為中蜂路.

1.2.2 數(shù)據(jù)采集和處理方法 蜂巢內(nèi)的5條蜂路同時測定，共測定180個點.每個測定點60 s記錄1個數(shù)據(jù)，晝夜連續(xù)測量3個月.

每天定時拷貝前一天一晝夜測量的數(shù)據(jù).按照測量點的位置記錄數(shù)據(jù)，采用Mathlab軟件完成數(shù)值矩陣排列.從各時段巢溫測量的數(shù)據(jù)中選出環(huán)境溫度20℃條件下的各點數(shù)據(jù)，每個時段每個測量點至少采集30個數(shù)據(jù).

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法 采用SPSS軟件對巢內(nèi)所測各區(qū)域點溫度進行聚類和差異顯著性分析，采用SigmaPlot 10.0軟件進行等溫區(qū)劃分，采用Excel進行作圖分析.

2 結(jié)果與分析

中華蜜蜂巢溫在晝夜變化有所不同，白天高溫的區(qū)域大于夜間，白天巢溫變化幅度小于夜間.白天巢溫比夜間高0.5 －1.0 ℃，差異顯著(P ＜0.05).

2.1 巢溫晝夜變化溫區(qū)

春季增長階段，蜂巢內(nèi)各點溫度晝夜變化不同.根據(jù)巢溫及巢溫晝夜變化的幅度，將蜂巢劃分為6個溫區(qū):溫區(qū)1，巢溫基本穩(wěn)定，保持在34.5 －35.0 ℃;溫區(qū) 2，巢溫在 34.0 －35.0 ℃;溫區(qū) 3，巢溫在 33.0 －34.5 ℃;溫區(qū)4，巢溫在32.0 －33.5 ℃;溫區(qū)5，巢溫在30.0 －32.0 ℃;溫區(qū)6，巢溫低于 30.0 ℃.

溫區(qū)1和溫區(qū)2分布在中蜂路的中間和下方;溫區(qū)3分布在中蜂路的上部和邊蜂路的下方;溫區(qū)4分布在中蜂路上方前后兩端和邊蜂路的中部和下方兩端;溫區(qū)5和溫區(qū)6分布在邊蜂路的上部(圖1).圖中黑體阿拉伯?dāng)?shù)字代表溫區(qū)，等溫線上的數(shù)字代表1 d中的最低溫度.

中華蜜蜂具有很強的巢溫調(diào)節(jié)能力.巢溫最穩(wěn)定的溫區(qū)1在蜂巢中所占的比例最大，占總巢脾表面的30%;能夠保持蜂子發(fā)育正常巢溫33.0－35.0℃的溫區(qū)1、溫區(qū)2和溫區(qū)3的面積總和占總巢脾表面的75%;低于32℃的溫區(qū)5和溫區(qū)6只占總巢脾表面的10%(圖2).

圖1 巢溫晝夜變化溫區(qū)Fig.1 Nest temperature areas distribution pattern in bee colony

圖2 蜂巢各溫區(qū)占巢脾總面積的比例Fig.2 Proportions of hierachic thermal areas in the colony

2.2 巢溫晝夜變化

巢溫晝夜有所不同，白天巢溫比夜晚高.蜂巢中心溫度較高且穩(wěn)定，邊緣溫度低且變化幅度大.溫區(qū)1中心點晝夜溫度穩(wěn)定維持在35.0℃，基本不受晝夜影響.其它各溫區(qū)在傍晚20時巢溫開始下降，深夜巢溫最低，凌晨1－4時巢溫開始上升，中午巢溫最高(圖3).

圖3 各溫區(qū)晝夜溫度變化Fig.3 Day and night temperature changes of each temperature area

2.3 巢溫晝夜分布

巢溫分布區(qū)域變化受晝夜影響，白天巢溫高的區(qū)域比夜間范圍大，早晨和傍晚的巢溫分布相似.邊蜂路最高巢溫區(qū)域位于蜂路的下方，最低巢溫區(qū)域位于蜂路上方的前后兩端(圖4A).傍晚18時和早晨6時，巢溫多為29.0 －33.5 ℃;中午12 時，巢溫多為30.0 －33.5 ℃;深夜24 時，巢溫多為28.5 －33.5 ℃.中蜂路最高巢溫位于蜂路的中部和下方，最低巢溫位于蜂路上方的前后兩端.傍晚18時和早晨6時，巢溫多為32.5 －35.0 ℃;中午12 時，巢溫多為33.0 －35.0 ℃;深夜24 時，巢溫多為32.0 －35.0 ℃(圖4B).

蜂巢溫度較高的區(qū)域面積，中午大于深夜，早晨和傍晚相似，介于中午和深夜之間.能保持蜂子正常發(fā)育33.0－35.0℃巢溫范圍占全部脾面，早晨6時和傍晚18時82%和85%，中午12時91%，深夜24時，占75%.低于32.0℃巢溫范圍占全部脾面，早晨6時和傍晚18時5%和6%，中午12時2%，深夜24時，占10%(表1).

圖4 不同時段巢溫的分布Fig.4 Temperature pattern across hours within one day

表1 不同時段巢溫分布區(qū)比例Table 1 Proportions of hierarchic nest temperature regions

3 討論

(1)蜂巢外圍的巢溫白天高于夜間，在排除外界環(huán)境溫度生態(tài)因子的影響后，蜜蜂巢內(nèi)的活動可能是影響巢溫的主要因素.低齡的內(nèi)勤工蜂在蜂巢中心區(qū)域日夜不間斷從事哺育飼喂幼蟲等工作，活動中釋放的熱量維持了蜂巢中心區(qū)域穩(wěn)定的相對較高的巢溫;相對高齡的外勤工蜂棲息在蜂巢的外圍[15－16]，夜間休息時生理代謝減緩，釋放的熱量減少，導(dǎo)致蜂巢外圍溫度降低.從蜂巢溫度的晝夜變化，蜂巢外圍的工蜂是有睡眠的，蜂巢中心的工蜂至少不會在夜間一起睡眠.

(2)蜂巢邊緣區(qū)的低溫可能影響蜜蜂蜂子的發(fā)育.實驗條件下發(fā)現(xiàn)，低于33℃會造成封蓋子死亡或吻、翅等畸形，死亡率升高，羽化率下降[17].32℃處理的封蓋子顯著影響羽化后成蜂的首次采集日齡，信息傳遞能力，采集能力和返巢能力[18－19].一般認為，工蜂封蓋子最適發(fā)育溫區(qū)為33.0 －35.0 ℃[20]，本研究中，早春外界環(huán)境溫度20℃下，4足框的中華蜜蜂蜂群中，子脾面積占總巢脾表面69.44%，其中76.00%的子脾晝夜均能維持在33℃以上，24.00%的蜂子的發(fā)育溫度在夜間低于33℃.邊脾區(qū)的蜂子會經(jīng)歷周期性的夜間低溫，其發(fā)育受影響程度還不明確.

(3)溫區(qū)3－溫區(qū)6蜂巢區(qū)域的巢溫在每天13－15時明顯上升(圖3)，這是受蜜蜂認巢飛翔行為的影響.蜜蜂認巢飛翔行為是指低齡工蜂在午后集體飛出巢外，在蜂巢前繞飛，數(shù)分鐘后結(jié)束巢前的飛翔一起歸巢.養(yǎng)蜂術(shù)語稱之為鬧巢[21].蜜蜂認巢飛翔行為對巢溫影響的過程和影響的巢內(nèi)空間范圍，以及其它蜜蜂行為對巢溫的影響還需要進一步研究.

致謝:感謝福建農(nóng)林大學(xué)蜜蜂生態(tài)學(xué)實驗室本科生孫瑜旸和馬高亞在實驗過程中一起參與測量數(shù)據(jù)的導(dǎo)出.

[1]ALLADA R，CHUNG B Y.Circadia organization of behavior and physiology in Drosophila[J].Annu.Rev.Physiol，2010，72:605－624.

[2]冼勵堅.生物節(jié)律與時間醫(yī)學(xué)[M].鄭州:鄭州大學(xué)出版社，2003:1－3.

[3]BLOCH G.The social clock of the honeybee[J].Journal of Biological Rhythms，2010，25(3):307 －317.

[4]RITTSCHOF C C，ROBINSON G E.Manipulation of colony environment modulates honey bee aggression and brain gene expression[J].Genes，Brain and Behavior，2013，12(8):802 －811.

[5]MOORE D.Honey bee circadian clocks:behavioral control from individual workers to whole-colony rhythms[J].Journal of Insect Physiology，2001，47(8):843 －857.

[6]WAGNER A E，HOBBS C N，MOORE D，et al.Persistence，reticence and the management of multiple time memories by forager honey bees[J].The Journal of Experimental Biology，2013，216:1131 －1141.

[7]FUCHIKAWA T.SHIMIZU I.Effects of temperature on circadian rhythm in the Japanese honeybee，Apis cerana japonica[J].Journal of Insect Physiology，2007，53(11):1179 －1187.

[8]MOORE D，ANGEL J E，ROBINSON G E，et al.Time keeping in the honey bee colony:integration of circadian rhythms and division of labor[J].Behavioral Ecology and Sociobiology，1998，43(3):147 －160.

[9]KOVAC H，SCHMARANZER S，Thermoregulation of honeybees(Apis mellifera)foraging in spring and summer at different plants[J].Journal of Insect Physiology，1996，42(1112):1071 －1076.

[10]JONES J C，OLDROYD B P.Nest thermoregulation in social insects[J].Adv in Ins Physiol，2007，33:154 －191.

[11]KLEINHENZ M，BUJOK B，TAUTZ J，et al.Hot bees in empty broodnest cells:heating from within[J].J.Exp.Biol，2003，206(23):4217 －4231.

[12]SEELEY T D.The Wisdom of the Hive:The Social Physiology of Honey Bee Colonies[M].Cambridge:Harvard University Press.1995

[13]SOUTHWICK E E.Bee biology research communication-network[J].Journal of Applied Entomology-Zeitschrift Fur Angewandte Entomologie，1989，108(3):317 －318.

[14]胡保文.中華蜜蜂巢溫變化規(guī)律研究[D].福州:福建農(nóng)林大學(xué)，2001.

[15]QHTANI T.Spatial distribution and age-specific thermal reaction of worker honeybees[J].Humans and Nature，1992(1):11 －25.

[16]KLEIN B A，STIEGLER M，TAUTZ J，et al.Mapping sleeping bees within their nest:spatial and temporal analysis of worker honey bee sleep[J].PLoS ONE，2014，9(7):1 －11.

[17]周冰峰，朱翔杰，李月.低溫導(dǎo)致中華蜜蜂后翅翅脈的新變異[J].生態(tài)學(xué)報，2011，31(5):1387－1392.

[18]BECHER M A，BERG H S，ROBIN F A.Moritz pupal developmental temperature and behavioral specialization of honeybee workers(Apis mellifera L.)[J].Journal of Comparative Physiology，2009，195(7):673 －679.

[19]TAUTZ J，MAIER S，GROH C，et al.Behavioral performance in adult honey bees is influenced by the temperature experienced during their pupal development[J].National Acad Sciences，2003，100(12):7343 － 7347.

[20]周冰峰，薛奮勤，江天寶，等.溫度對蜜蜂受精卵和封蓋王蛹發(fā)育的影響[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，31(4):512－513.

[21]龔一飛，張其康，蜜蜂生物學(xué)[M].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社，1981:47.