低温导致中华蜜蜂后翅翅脉的新变异 6页

生态学报2011，31(5):1387—1392ActaEcologicaSinica低温导致中华蜜蜂后翅翅脉的新变异*周冰峰，朱翔杰，李月(福建农林大学蜂学学院，福州350002)摘要:在封盖发育期，将中华蜜蜂Apisceranacerana封盖子放入24℃低温环境中分别处理24、48、72h，再恢复到正常的发育温度35℃至羽化，或将封盖子放在30℃低温中培养至羽化，发现羽化后的蜜蜂后翅翅脉发生明显变异。发现翅脉变异有3种类型，翅脉增加、翅脉突出和翅脉缺失。后翅翅脉增加的变异只发现一种，基室、缘室共有的径分脉与基室、盘室共有的中脉之间，新增径中横脉。新增的径中横脉发生的程度不同，有的在径分脉和中脉相对的位置相向伸出，有的形成完整的新脉，新增的径中横脉与原径中横脉相似，在末端均有“弱化点”。由于原有径中横脉较短，一直忽略其存在，这次径中横脉的确定，可以判定原来公认的“中脉分叉”应分别是径分脉和中脉延伸出来的两条翅脉。后翅突出的变异有2种，中脉向基室突出，径分脉向基室突出。翅脉突出的程度不同，有的略突出，有的明显突出，有的伸出翅脉较长。中脉突出均发生在中脉的转折点上，且此类翅脉变异，仅发生在雄蜂样本中，在工蜂样本中还未见。后翅翅脉缺失的变异有2种，发生在肘臀横脉和中脉。肘臀横脉“弱化点”处缺失。将中华蜜蜂雄蜂封盖子放入低温30℃恒温培养箱中发育，发现2个羽化的雄蜂样本发生肘臀横脉在“弱化点”处缺失。中脉向盘室伸出的部分发生缺失。翅脉缺失的程度不同，有的明显缩短，有的仅存痕迹，有的缺失大部分或完全缺失。中脉向盘室伸出的部分是东方蜜蜂Apiscerana区别于西方蜜蜂Apismellifera的主要形态特征之一，如果东方蜜蜂这段翅脉全部缺失，此部位的形态与西方蜜蜂完全相同。这意味着这个翅脉作为区分东方蜜蜂和西方蜜蜂的翅脉特征将面临挑战。对蜜蜂种质资源鉴定，蜜蜂的系统发育和进化生物学等领域的研究将具有重要影响。温度影响翅脉发育的深入研究，为研究蜜蜂翅脉发育过程，揭示翅脉发育调控机制，以及蜜蜂发育的温度适应生理机制提供一个新思路。关键词:中华蜜蜂;温度;发育;翅脉NewmutationsinhindwingveinofApisceranacerana(Hymenoptera:Apidae)inducedbylowerdevelopmentaltemperature*ZHOUBingfeng，ZHUXiangjie，LIYueCollegeofBeeScience，FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，ChinaAbstract:ThecappedbroodsofApisceranaceranawereincubatedatconstantlowertemperatureof30℃ortreatedat24℃for24，48，72handthenincubatedat35℃(theoptimumtemperatureforbrooddevelopment)untilemergence．Threedominantmutationtypes，includingnewbornvein，protrusionveinandmissingvein，wereobservedinhindwingveinafterlowertemperaturetreatment．Onlyonenewbornveinwasfound，whichwasanewradiomedialcrossveingeneratedbetweenradialsectorsharedbybasalcellandmarginalcell，andmediaesharedbybasalcellanddiscalcell．Thenewradiomedialcrossveinwasdevelopedtodifferentdegrees．Someonlyhadtwoprotuberancesprotrudingtowardseachother，somealmostorcompletelyconnectedforminganewvein．Thisnewradiomedialcrossvein，whichwassimilartotheoriginalradiomedialcrossvein，oftenhada“feeblepoint”atitsbottom．Sincetheoriginalradiomedialcrossveinisshort，itsexistencehaslongbeenignoredandjustlookslikea“point”connectingtwoveins．Nowwearesurethattheradiomedialcrossveinisexistentconnectingradialsectorandmediae．Therefore，thetwoveinsatthebackofradiomedialcrossveinprotrudingtowardswing"soutermarginwerenotthebranchesofmediaeasgenerallyaccepted，buttheextensionsofradialsectorandmediae．Two基金项目:现代农业蜂产业技术体系建设专项资金(NYCYTX-43);福建自然科学基金(B0010016)收稿日期:2010-10-16;修订日期:2011-01-29*通讯作者Correspondingauthor．E-mail:bfymshj@pub3．fz．fj．cnhttp://www．ecologica．cn 1388生态学报31卷positionswerefoundwithprotrusionmutations，themediaeandtheradialsector，themediaeprotrudedtowardsbasalcellandtheradialsectorprotrudedtowardsbasalcell．Thereweredifferentdegreesoftheprotrusions．Someofprotrusionveinsprotrudedslightly，someprotrudedvisiblyandsomeprotrudedsignificantlyformingalongvein．Theprotrusionveinsofmediaewereallobservedatthe“turningpoint”．Inaddition，theprotrusionveinsofmediaewereonlyfoundindronesinsteadofworkers．Twokindsofmissingveinwerediscoveredincubito-analcrossveinandmediaevein．Thebrokencubito-analcrossveinswerefoundatthe“feeblepoint”inbothtwocappedbroodsofdrones，whichwereincubatedatconstantlowerdevelopmentaltemperatureof30℃untilemergence．Thepartofmediaeprotrudingtowardsdiscalcellwasmissingindifferentdegrees．Someoftheveinswereobviouslyshorten，someonlyhadvestigeleftandsomeweremostlyorcompletelymissing．ThepartofmediaeprotrudingtowardsdiscalcellwasoneofthemainmorphologicalfeaturestodiscriminateA．melliferaandA．cerana．IfthisfeatureofA．ceranadisappearedcompletely，itwillmadethemediaelooksexactlythesameasthatofA．mellifera．Thismeansthatitprovokesachallengetothetraditionalmethodofhoneybeetaxonomybasedontheveinmorphologicalfeature．ThesediscoveriesofnewmutationsinhindwingveinofA．ceranawillhaveasignificantinfluenceonthestudyofgermplasmresourcesevaluation，evolutionalbiologyandphylogeneticsofhoneybee．Afurtherstudyoftheeffectoftemperatureonthedevelopmentofhoneybeewingveinmayprovidenewideastoresearchvein"sdevelopmentalprocess，torevealregulatorymechanismandphysiologicalmechanismsoftemperatureadaptationofhoneybee．KeyWords:Apisceranacerana;temperature;development;vein［1］［2］蜜蜂是社会性昆虫，能够通过个体释放热量提高巢温，扇风并促使水分蒸发等降低巢温，将蜂巢的［3］中心温度稳定调节到35℃左右，以保证蜂子(蜜蜂的卵、幼虫和蛹)正常发育。蜂子的发育对温度敏感，温度过高或过低均能影响蜜蜂的发育。蜂子发育温度的改变能够影响蜜蜂发育历期、存活率、初生重、卵巢管数［4］［5］［6］量、成虫的行为以及雄蜂粘液腺超微结构等。环境因子对昆虫翅脉形态影响的有关文献较少。对不同时期的果蝇蛹，进行不同高温瞬间处理，发现后横脉均表现缺失，化蛹后19—20h和24—25h是横脉缺失的敏感龄期。同时发现低温恒温处理也发生横脉［7-8］［9］缺失，缺失通常从后横脉中间开始。通过预处理实验发现，果蝇对高温处理具有一定适应生理反应。［10］臭氧处理后家蝇后代中出现翅脉变异个体，表现为纵脉缺损或畸形、径中横脉消失、短翅、残翅等。发育温度对蜜蜂翅脉变异影响的文献至今未见报道。在研究温度对蜜蜂发育影响时，意外发现蜜蜂前翅［11］翅脉发生变异。同时还发现了一些蜜蜂后翅上的新变异，特别是有些作为西方蜜蜂和东方蜜蜂分类依据［12］的翅脉发生了变异。翅脉形态是膜翅目昆虫分类的重要依据。如果发育温度能改变翅脉形态，对以翅脉形态为主要分类依据的分类方法将面临挑战。同时温度影响翅脉发育的深入研究，对蜜蜂种质资源鉴定，蜜蜂的系统发育和进化生物学等领域的研究将具有重要影响。为蜜蜂翅脉发育过程的研究，揭示翅脉发育调控机制，以及蜜蜂发育的温度适应生理机制提供一个新思路。1材料与方法1．1材料中华蜜蜂Apisceranacerana样本来自福建省福州市。用蜂王产卵控制器促使蜂王在空脾上集中产卵，当蜜蜂卵多于100粒时，把蜂王移出产卵控制器。在样本封盖前每2h观察1次，当样本封盖后，将2h内封盖的样本放入恒温恒湿箱中培养。1．2低温处理和翅脉观察方法封盖子(在封盖巢房中的蜜蜂幼虫和蛹)样本放入24℃低温处理24、48、72h后，再放入蜜蜂正常发育温度35℃恒温恒湿培养箱(HWS-250型，上海精宏实验设备有限公司生产，温度波动±0．5℃)中培养至羽化，或将封盖子在30℃恒温恒湿培养箱中培养至羽化。封盖子在恒温恒湿箱中培养过程用精密水银干湿球温度http://www．ecologica．cn 5期周冰峰等:低温导致中华蜜蜂后翅翅脉的新变异1389计(最小刻度为0．2℃，修正值为0．0℃，上海医用仪表厂)监测温度的波动变化，以保证封盖子发育温度在所设定温度范围，温度波动小于±0．5℃。观察经低温处理的蜜蜂样本羽化后蜜蜂成虫的翅脉。将后翅从样本蜜蜂取下，置于载玻片上，放在体视显微镜(GL-99TI)下。利用CCD图像采集器，USB彩色图像采集盒，计算机等电子设备，拍摄翅脉变异部位。［13］图1中华蜜蜂后翅翅脉和翅室名称翅脉翅室描述参考Gauld(图1)。Fig．1NameofveinandwingcellofA．c．cerana2实验结果1A:第1臀脉firstanalvein;Cu:肘脉cubitus;M:中脉mediae;R:径在实验温度条件下，中华蜜蜂翅脉变异主要有3种脉radialvein;Rs:径分脉radialsector;cu-a肘臀横脉cu-acrossvein;类型，翅脉增加、翅脉突出和翅脉缺失。rs-m径中横脉radiomedialcrossvein;AC:臀室analcell;BC:基室2．1中华蜜蜂后翅翅脉增加basalcell;DC:盘室discalcell;MC:缘室marginalcell;SBC:亚基室subbasalcell;SDC:亚盘室subdiscalcell中华蜜蜂后翅翅脉增加的变异部位发生在基室、缘室共有的径分脉和基室、盘室共有的中脉之间(图2)，中华蜜蜂后翅正常的翅脉在径分脉和中脉间仅有一条较短的径中横脉。中华蜜蜂工蜂和雄蜂在封盖发育期24℃分别处理24、48、72h后恢复到正常的35℃，或经30℃恒温处理，发现后翅基室外侧前方的径分脉和后方的中脉间新增加一条径中横脉。新增的径中横脉发生的程度不同，有图2中华蜜蜂后翅翅脉增加部位的在径分脉和中脉相对的位置相向伸出(图3A，B);也Fig．2Thenewrs-m"spositionofhindwing有的形成完整的新脉，形成新脉的位置略有不同，有的靠近原径中横脉(图3C)，有的距原径中横脉相对远一些(图3D)。新增的径中横脉的末端与原径中横脉相似，具有“弱化点”(图3C，D)。图3中华蜜蜂后翅径分脉和中脉间新增加径中横脉Fig．3Thenewrs-mbetweenRsandMofhindwingofA．c．cerana2．2中华蜜蜂后翅翅脉突出中华蜜蜂后翅翅脉突出变异，主要发生在中脉和径分脉(图4)。2．2．1中华蜜蜂后翅中脉向基室突出中华蜜蜂雄蜂在封盖发育期24℃处理24h后恢复到正常的发育温度35℃，或经30℃恒温处理，发现后翅基室与盘室共有的中脉向基室内突出翅脉。正常中脉有一个“曲折点”，但无任何翅脉突出现象(图4)。中脉突出的程度不同，有的略突出(图5A)，有的明显突出(图5B)，有的伸出翅脉较长(图5C)。中脉向基室突出的翅脉均发生在此段中脉的转折点上。具有该变异的同时，有的样本还具有径分脉和中脉相向突出的变异(图3A)。此类翅脉变异，仅发生在雄蜂样本中。http://www．ecologica．cn 1390生态学报31卷2．2．2中华蜜蜂后翅径分脉向基室突出中华蜜蜂工蜂在封盖发育期24℃处理72h后恢复到正常的发育温度35℃，或中华蜜蜂雄蜂封盖子经30℃恒温处理，发现后翅基室与缘室共有的径分脉向基室内突出翅脉。正常径分脉无任何翅脉突出现象(图4)。突出的翅脉发生程度有所不同，有的突出不明显(图6A)，有的突出较多(图6B)。图4中华蜜蜂后翅翅脉突出部位2．3中华蜜蜂后翅翅脉缺失Fig．4Theprotrusionmutations"positionofA．c．cerana中华蜜蜂后翅翅脉缺失，主要发生在肘臀横脉和盘1．中脉突出;2．径分脉突出室内的中脉末端(图7)。图5中华蜜蜂后翅中脉向基室突出Fig．5TheprotrusionmutationsinMtowardsBC图6中华蜜蜂后翅径分脉向基室突出Fig．6TheRsprotrudingtowardsBC图7中华蜜蜂后翅翅脉缺失部位Fig．7Thepositionsofabsentveins1．肘臀横脉;2．中脉末端2．3．1中华蜜蜂后翅肘臀横脉缺失中华蜜蜂后翅正常的肘臀横脉连接肘脉和臀脉(图7)，在肘臀横脉的末端有“弱化点”，但无缺失(图8)。将中华蜜蜂雄蜂封盖子放入30℃恒温恒温培养箱中发育，羽化的雄蜂中有2个样本发生肘臀横脉在“弱化点”处缺失(图9)。图9中华蜜蜂后翅肘臀横脉缺失图8中华蜜蜂后翅正常的肘臀横脉Fig．9Thebrokencu-aFig．8Thenormalcu-ahttp://www．ecologica．cn 5期周冰峰等:低温导致中华蜜蜂后翅翅脉的新变异13912．3．2中华蜜蜂后翅中脉向盘室伸出的部分发生缺失中华蜜蜂后翅正常的中脉向盘室明显伸出，这是东方蜜蜂A．cerana区别于西方蜜蜂A．mellifera主要形态特征之一(图7)。中华蜜蜂工蜂在封盖发育期24℃处理24、48、72h后恢复到正常的发育温度35℃，大量中华蜜蜂工蜂后翅伸向盘室的中脉发生不同程度的缺失。有的样本中脉末端明显缩短(图10A);有的仅存痕迹(图10BC);有的完全缺失(图10D)，完全缺失后，此部位的形态与西方蜜蜂完全相同(图11)。后翅中脉末端缺失的同时，发现很多样本发生径中横脉缩短(图12A)或消失(图12B)。图10中华蜜蜂后翅中脉末端缺失Fig．10TheabsenceofthetailendofMofthehindwingofA．c．cerana图11意大利蜜蜂后翅基室外侧图12中华蜜蜂后翅径中横脉缩短或消失Fig．11TheoutsideofBCinhindwingofA．melliferaligusticaFig．12Shortenedanddisappearedrs-mofthehindwingofA．c．cerana3讨论(1)低温处理蜜蜂封盖子，导致羽化成虫增加的翅脉，很可能是进化过程中消失的翅脉。这些翅脉的基因仍然存在，只是正常发育温度条件下，不被表达。如果这一假说能被分子生物学证实，可通过增加的翅脉推断蜜蜂与其它膜翅目昆虫的关系、蜜蜂的进化过程以及蜜蜂科昆虫的系统发育。(2)在膜翅目昆虫的进化历史中，翅脉趋于减［13］少。以此推论，蜜蜂的翅脉在未来的进化中，还将继图13低温处理后意大利蜜蜂中脉向盘室明显伸出续减少。现实验观察到的蜜蜂缺失的翅脉，很可能是蜜Fig．13TheMprotrudingtowardswing"soutermarginofA．蜂未来进化将要减少的翅脉。这些减少的翅脉能否成m．ligusticaassociatedwithlowerdevelopmentaltemperature为进化的趋势，还取决于这些翅脉缺失后能否影响蜜蜂的适合度。本实验结果对蜜蜂翅脉未来进化的预测和研究膜翅目昆虫系统发育将有较重要的意义。(3)翅脉的分布型式是昆虫分类的重要依据，蜜蜂发育温度影响翅脉变异的现象，应引起昆虫分类学者的注意。是否具有向盘室明显伸出的中脉，是区分东方蜜蜂A．cerana与西方蜜蜂A．mellifera的一个主要翅脉特征。观察发现，低温可以导致中华蜜蜂原有的向盘室明显伸出的中脉缺失，也可以导致意大利蜜蜂新增向盘室明显伸出的中脉，这意味着这个翅脉作为区分东方蜜蜂和西方蜜蜂的翅脉特征将面临挑战。(4)蜜蜂后翅在径分脉和中脉间存在“径中横脉”，这个径中横脉具有蜜蜂横脉的特点，末端有“弱化http://www．ecologica．cn 1392生态学报31卷点”，进一步证实这条横脉的存在(图10，图13)。由于东方蜜蜂径中横脉较短，而西方蜜蜂后翅不具有向盘室明显伸出的中脉，一直误认为径分脉和中脉在这个位置愈合在一个点上，忽视了这条横脉的存在。(5)关于膜翅目蜜蜂科的翅脉命名有两大权威著作，一是我国膜翅目分类专家吴燕如所著的《中国动物［14］［13］志》，另一是英国Gauld所著的《THEHYMENOPTERA》。他们对蜜蜂后翅翅脉的命名在径分脉与中脉向外缘延伸的翅脉上有所不同。吴燕如把东方蜜蜂的认为是“中脉分叉”，认为西方蜜蜂是2条中脉的愈合(M1+2)。Gauld认为西方蜜蜂的这条翅脉是径分脉。根据讨论4中“径中横脉”的存在，认为在径分脉与中脉向外缘延伸的翅脉中，东方蜜蜂一条是径分脉的延伸，另一条是中脉的延伸。西方蜜蜂延伸的中脉消失，只有一条径分脉的延伸。(6)发现雄蜂个体出现变异的种类比工蜂多，说明相对工蜂，雄蜂对温度变化更为敏感。致谢:本实验室陈文锋、张星、周宇、陈焰煌等同学参与部分实验工作，特此致谢。References:［1］KleinhenzM，BujokB，FuchsS，TautzJ．Hotbeesinemptybroodnestcells:heatingfromwithin．JournalofExperimentalBiology，2003，206(23):4217-4231．［2］NormanEG．Activitiesandbehaviorofhoneybees∥JoeM，ed．TheHiveandtheHoneyBee．Hamilton:Dadant＆Sons，1993:312．［3］WinstonML．TheBiologyoftheHoneyBee．London:HarvardUniversityPress，1987:14-46．［4］ZhouBF，LinSH，SuJ，XueFQ，JiangTB．Effectsoftemperatureonthedevelopmentsofhoneybeeoospermsandqueenpupae．JournalofFujianAgriculturalandForestryUniversity(NaturalScienceEdition)，2002，31(4):511-513．［5］TautzJ，MaierS，GrohC，RsslerW，BrockmannA．Behavioralperformanceinadulthoneybeesisinfluencedbythetemperatureexperiencedduringtheirpupaldevelopment．ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica，2003，100(12):7343-7347．［6］MoorsL，SpaasO，KoenigerG，BillenJ．MorphologicalandultrastructuralchangesinthemucusglandsofApismelliferadronesduringpupaldevelopmentandsexualmaturation．Apidologie，2005，36(2):245-254．［7］MilkmanR．OntheMechanismofSomeTemperatureEffectsonDrosophila．JournalofGeneralPhysiology，1963，46(6):1151-1170．［8］MilkmanR．TemperatureEffectsonDayOldDrosophilaPupae．JournalofGeneralPhysiology，1962，45(4):777-799．［9］WaddingtonCH．Geneticassimilationofanacquiredcharacter．Evolution，1953，7(2):118-126．［10］KouY，NiXP，JiangHQ，ZhangZY．StudyonBiologicalEffectofHouseflyinOzone．ChineseJournalofVectorBiologyandControl，2003，14(2):108-109．［11］ZhouBF，LiY，ZhuXJ，ChenWF，ZhouY，ZhangX，ChenYH．Theeffectoftemperatureduringsealedbroodperiodontheveinofthehoneybeeforewing．ApicultureofChina，2007，58(5):5-8．［12］ChenJH，WuZS．TheAlysiiniofChina(Hymenoptera:Braconidae:Alysiinae)．Beijing:ChinaAgriculturePress，1994:10-11．［13］GauldI，BoltonB．TheHymenoptera．Oxford:OxfordUniversityPress，1988:66-75．［14］WuYR．FaunaSinicaInsectaVol．20Hymenoptera:Melittidae，Apidae．Beijing:SciencePress，2000:370-380．参考文献:［4］周冰峰，林世煌，苏静，薛奋勤，江天宝．温度对蜜蜂受精卵和封盖王蛹发育的影响．福建农林大学学报(自然科学版)，2002，31(4):511-513．［10］寇宇，倪晓平，蒋辉权，张志钰．臭氧对家蝇生物学效应的研究．中国媒介生物学及控制杂志，2003，14(2):108-109．［11］周冰峰，李月，朱翔杰，陈文锋，周宇，张星，陈焰煌．封盖期发育温度对蜜蜂前翅翅脉增加的影响．中国蜂业，2007，58(5):5-8．［12］陈家骅，伍志山．中国反颚茧蜂族(膜翅目:茧蜂科:反颚茧蜂亚科)．北京:中国农业出版社，1994:10-11．［14］吴燕如．中国动物志昆虫纲第二十卷膜翅目准蜂科蜜蜂科．北京:科学出版社，2000:370-380．http://www．ecologica．cn