摘要：蜜蜂是典型的社會(huì)性昆蟲(chóng)，其級(jí)型分化受到許多因素影響。這些影響因素主要包括3個(gè)方面：營(yíng)養(yǎng)、激素和基因調(diào)控。本綜述對(duì)營(yíng)養(yǎng)、激素和基因調(diào)控這三個(gè)方面在級(jí)型分化中的作用進(jìn)行綜合闡述。

關(guān)鍵詞：蜜蜂；級(jí)型分化；營(yíng)養(yǎng)；激素；基因調(diào)控

蜜蜂是典型的社會(huì)性昆蟲(chóng)，蜂群通常由兩種性別，三種類(lèi)型的個(gè)體組成，即雄蜂、工蜂和蜂王。雄蜂為單倍體。由未受精卵發(fā)育而來(lái)，蜂王和工蜂都是二倍體，由受精卵發(fā)育而來(lái)，均為雌性蜂。作為兩種不同的級(jí)型，蜂王和工蜂不僅外部形態(tài)和內(nèi)部解剖有顯著不同，在生理和行為上也存在巨大差異。同樣是由受精的二倍體卵發(fā)育成的雌性，是哪些因素促進(jìn)它們分化成蜂王和工蜂這兩種不同的級(jí)型?這些因素又是通過(guò)何種方式起作用的? 長(zhǎng)期以來(lái)一直有不同的推斷和假設(shè)。本文對(duì)蜜蜂級(jí)型分化的研究進(jìn)展作一綜述。

1 營(yíng)養(yǎng)與級(jí)型分化

長(zhǎng)期以來(lái)，人們觀察到蜜蜂幼蟲(chóng)所處的特定發(fā)育環(huán)境對(duì)級(jí)型分化起著決定性的作用。同樣的受精卵由于發(fā)育場(chǎng)所的不同，在王臺(tái)或工蜂房就可能發(fā)育成蜂王或者工蜂。培育蜂王的王臺(tái)底是圓的。臺(tái)口垂直朝下，而工蜂巢房為六角形，底為三棱形，巢口水平略向上翹13°，而且王臺(tái)的容積要比工蜂房大得多。發(fā)育場(chǎng)所對(duì)級(jí)型分化的影響可以通過(guò)互換培育試驗(yàn)加以驗(yàn)證：哺育蜂能夠區(qū)分這兩種不同的巢房而給予蜂王幼蟲(chóng)和工蜂幼蟲(chóng)不同質(zhì)和量的食物，從而導(dǎo)致最終的級(jí)型分化。

有研究表明在幼蟲(chóng)2～3日齡，蜂王和工蜂的生長(zhǎng)與呼吸速率很相近，但王臺(tái)內(nèi)的幼蟲(chóng)被哺育蜂連續(xù)地飼以過(guò)量王漿，且被飼喂次數(shù)比工蜂幼蟲(chóng)多10倍以上(1600∶150)，因此發(fā)育快，蛹期短，從卵到羽化只用16 d 時(shí)間。比工蜂少5天；而工蜂房?jī)?nèi)的幼蟲(chóng)則生長(zhǎng)緩慢，羽化時(shí)體重也相應(yīng)輕得多。

食物的量對(duì)級(jí)型分化的影響，還可以通過(guò)亞種間幼蟲(chóng)互換發(fā)育場(chǎng)所來(lái)驗(yàn)證。Mike等將海角蜂與非洲蜂小幼蟲(chóng)(1～3日齡)在種間互換發(fā)育場(chǎng)所后測(cè)量這些幼蟲(chóng)所得的食物量發(fā)現(xiàn)：處于非洲蜂工蜂房中的海角蜂幼蟲(chóng)得到的食物量是正常發(fā)育海角蜂的兩倍；而處于海角蜂工蜂房中的非洲蜂幼蟲(chóng)則相反，僅為正常發(fā)育非洲蜂的一半。由于得到超常量的食物，這些海角蜂幼蟲(chóng)羽化后較正常發(fā)育的海角蜂，具有更大的受精囊，較重的體重，較短的發(fā)育時(shí)間，并且基財(cái)節(jié)上最后兩個(gè)花粉刷之間的絨毛增加，花粉刷減少。這些發(fā)生變化的特征都與級(jí)型有關(guān)，與蜂王特征增強(qiáng)是一致的，而花粉刷減少則與工蜂特征減弱一致。

上述級(jí)型特征的變化雖然與食物量的變化緊密相關(guān)，但決不僅由食物量決定，還受食物成分變化的影響。研究表明：在1～3日齡的小幼蟲(chóng)期，蜂王幼蟲(chóng)的食物是王漿，而這段時(shí)間內(nèi)工蜂幼蟲(chóng)采食的是與王漿成分不同的工蜂漿。小幼蟲(chóng)期過(guò)后，蜂王幼蟲(chóng)仍繼續(xù)采食王漿，工蜂幼蟲(chóng)則改食王漿量較少，主要由花粉和蜂蜜調(diào)制的蜂糧。有研究者認(rèn)為：在小幼蟲(chóng)期，蜂王幼蟲(chóng)主要被哺育蜂飼以上領(lǐng)腺分泌物，后2 d 則是等比例的上領(lǐng)腺分泌物和舌腺分泌物，而工蜂幼蟲(chóng)在整個(gè)幼蟲(chóng)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。食物中蜂王漿組分的顯著差異是決定蜜蜂級(jí)型分化的一個(gè)關(guān)鍵因素。然而到目前為止究竟是王漿中的何種組分在發(fā)揮作用，又是以何種方式影響幼蟲(chóng)分化以及有怎樣的影響都仍未知。

幼蟲(chóng)期食物中糖的含量和種類(lèi)對(duì)級(jí)型分化也有一定的影響。糖份是刺激幼蟲(chóng)采食的一個(gè)因素，幼蟲(chóng)能辨別食物含糖的多少，而且更偏愛(ài)含糖高的食物。研究表明：小幼蟲(chóng)期蜂王所吃的王漿中含糖量高達(dá)34％，而工蜂所吃的工蜂漿含糖量?jī)H12％，到大幼蟲(chóng)階段(4～5日齡)，蜂王食物中的糖份可達(dá)到47％，能有效地刺激幼蟲(chóng)取食，增力口幼蟲(chóng)體重，大大加快發(fā)育進(jìn)程。進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，如果在工蜂漿中添加一定量的葡萄糖或果糖，可育出一定比例的蜂王及兩型蜂，而糖量過(guò)低時(shí)只能育出工蜂間。

幼蟲(chóng)食物中的添加成分對(duì)級(jí)型分化也有明顯的影響。例如在熊蜂中，由咽下腺分泌并添加到幼蟲(chóng)食物中的蛋白和消化酶對(duì)蜂王的發(fā)育極為重要。

2 激素與級(jí)型分化

由昆蟲(chóng)咽側(cè)體分泌的保幼激素是一類(lèi)菇烯類(lèi)化合物，有多種天然同系物，到目前為止在蜜蜂中僅發(fā)現(xiàn)JH。作為一種多效性激素，JH不僅存在于昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，而且在不同階段所起的作用也不相同。

目前已確知，幼蟲(chóng)期體內(nèi)JH的含量對(duì)蜂王和工蜂的分化有重要影響。高滴度的JH對(duì)卵巢發(fā)育顯著的促進(jìn)作用直接影響蜂王幼蟲(chóng)的級(jí)型分化。如果把3～4日齡蜂王幼蟲(chóng)的咽側(cè)體移植到4日齡工蜂幼蟲(chóng)體上，可導(dǎo)致出房的工蜂卵巢管數(shù)目增多。JH除了影響級(jí)型分化外，還有鞏固級(jí)型個(gè)體生理?xiàng)l件的作用。

在級(jí)型分化的關(guān)鍵時(shí)期，JH滴度的變化對(duì)分化產(chǎn)生影響的觀點(diǎn)已經(jīng)被普遍接受，但對(duì)關(guān)鍵時(shí)期的確定現(xiàn)在還存在分歧。Wilde等為，級(jí)型分化關(guān)鍵時(shí)期是幼蟲(chóng)4日齡末，只有小于4日齡末的雌性蜂才具有發(fā)育成蜂王或工蜂的能力，將小于4日齡末(3～3．5日齡)的西方蜜蜂的工蜂幼蟲(chóng)移入王臺(tái)可發(fā)育成蜂王，而移人大于4日齡末的工蜂幼蟲(chóng)只能發(fā)育成工蜂。Copella 等則認(rèn)為西方蜜蜂級(jí)型分化的關(guān)鍵時(shí)期是從4日齡末到5日齡期間。但 Dedej 發(fā)現(xiàn)喀蜂級(jí)型分化的關(guān)鍵時(shí)期為3日齡前，當(dāng)移入王臺(tái)的工蜂幼蟲(chóng)為3日齡時(shí)，育出的成蜂卵巢管數(shù)會(huì)顯著減少。移入的幼蟲(chóng)日齡越大，成蜂的特征越象工蜂。這些不同觀點(diǎn)說(shuō)明不同亞種在級(jí)型分化的關(guān)鍵時(shí)間上可能存在差異，現(xiàn)在被一般接受的關(guān)鍵時(shí)期為4日齡末到5日齡間。

除JH外，蛻皮激素(MH)在級(jí)型分化中也有重要作用。MH是由蜜蜂前胸腺分泌的一種甾體激素，具有促進(jìn)幼蟲(chóng)蛻皮、化蛹的生理功能。與JH一樣，在幼蟲(chóng)卵巢發(fā)育過(guò)程中有著重要的作用。在西方蜜蜂的工蜂和蜂王預(yù)蛹期，MH均有一單峰。但蜂王的峰值比工蜂出現(xiàn)早，這與蜂王幼蟲(chóng)期比工蜂幼蟲(chóng)期少一天的發(fā)育歷程相一致。Hartfelder等“發(fā)現(xiàn)喀蜂工蜂幼蟲(chóng)5日齡初期的卵巢中，有2種具有級(jí)型分化特征的蛋白(29KDa/pI4．6和24 KDa/P15．2～5．5)圖譜，級(jí)型分化時(shí)MH濃度的變化與這兩種蛋白的表達(dá)變化相一致，當(dāng)將5日齡初期幼蟲(chóng)放置于含有104 M的培養(yǎng)基培養(yǎng)6h后，卵巢中的蛋白質(zhì)沒(méi)有明顯的變化，而MH的濃度降低到10～7 M時(shí)，這2種蛋白的合成都有明顯的降低。這說(shuō)明MH參與了級(jí)型分化的調(diào)節(jié)。

在熊蜂中，蜂王外激素在幼蟲(chóng)的級(jí)型分化中起重要作用。受蜂王外激素控制的幼蟲(chóng)發(fā)育成工蜂，而不受其控制的幼蟲(chóng)則發(fā)育成蜂王。

3 基因調(diào)控與蜜蜂的級(jí)型分化

在社會(huì)性昆蟲(chóng)的變態(tài)和級(jí)型分化過(guò)程中，特定組織器官內(nèi)存在著受基因調(diào)控的細(xì)胞程序性死亡現(xiàn)象，即幼蟲(chóng)特有組織，如幼蟲(chóng)期的肌肉、唾液腺、前胸腺等都要被消化。

目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多與蜜蜂級(jí)型分化有關(guān)的基因。例如，線粒體基因編碼的細(xì)胞色素氧化酶亞基1(COX1)基因和核基因編碼的細(xì)胞色C(cvt C)基因及與核編碼的線粒體翻譯啟動(dòng)子(AmIF-2mt)相似的基因。這些基因在西方蜜蜂級(jí)型分化的關(guān)鍵時(shí)期(4．5日齡)，在蜂王幼蟲(chóng)中表達(dá)水平要高于工蜂幼蟲(chóng)中的。在蜜蜂一個(gè)亞種的咽側(cè)體中還存在一基因簇，這段基因簇中確定有基因xa和基因xb，當(dāng)xa，xb等位基因雜合，即xa1/xa2；xbl／xb2時(shí)發(fā)育成蜂王，而當(dāng)xa和xb其中一個(gè)或同時(shí)純合時(shí)發(fā)育成工蜂。另外編碼MH變構(gòu)反應(yīng)元件的Ftz-F1基因和編碼維持細(xì)胞分化狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄因子的cut基因在級(jí)型分化過(guò)程也起相當(dāng)重要的作用。

目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為：不同級(jí)型間有相同的基因組，級(jí)型分化現(xiàn)象主要是由于分化基因表達(dá)水平的不同，而不是遺傳多樣性造成的。

Evans 和 Wheeler 測(cè)出西方蜜蜂的蜂王和工蜂幼蟲(chóng)在分化時(shí)期有許多基因具有不同的表達(dá)水平，并獲得7個(gè)位點(diǎn)。這7個(gè)位點(diǎn)在工蜂幼蟲(chóng)中都有表達(dá)，但其中有4個(gè)位點(diǎn)在蜂王幼蟲(chóng)中完全沉默。在共同表達(dá)的3個(gè)位點(diǎn)中，有2個(gè)在蜂王幼蟲(chóng)中的表達(dá)豐度高于工蜂幼蟲(chóng)中的，另外一個(gè)主要在工蜂幼蟲(chóng)中表達(dá)。他們認(rèn)為，雌性蜜蜂幼蟲(chóng)發(fā)育為蜂王或工蜂雖然與幼蟲(chóng)時(shí)期的環(huán)境條件有關(guān)，但這一發(fā)育的起始是因?yàn)榉渫鹾凸し溆紫x(chóng)具有不同的基因表達(dá)模式，而不是因?yàn)榉渫鹾凸し渚哂胁煌幕蚪M。

Evans 和 Wheeler 還發(fā)現(xiàn)蜂王幼蟲(chóng)與工蜂幼蟲(chóng)在基因的表達(dá)模式上存在很大的不同：工蜂幼蟲(chóng)更忠實(shí)的表達(dá)小幼蟲(chóng)中出現(xiàn)的基因；而蜂王幼蟲(chóng)在下調(diào)一些基因表達(dá)的同對(duì)，又開(kāi)啟了一系列與級(jí)型相關(guān)基因的表達(dá)。蜂王幼蟲(chóng)過(guò)量表達(dá)一些新陳代謝酶基因，而工蜂幼蟲(chóng)增加表達(dá)了細(xì)胞色素P450家族基因，六聚體存儲(chǔ)蛋白基因等。這些被不同表達(dá)的基因大多與新陳代謝和細(xì)胞對(duì)激素的反應(yīng)有關(guān)，最終將導(dǎo)致蜂王與工蜂的生理出現(xiàn)差異。

Severson 等間對(duì)蜂王和工蜂幼蟲(chóng)階段特定時(shí)期內(nèi)mRNA翻譯產(chǎn)物的比較發(fā)現(xiàn)：孵化后12～83 h，蜂王mRNA翻譯產(chǎn)物沒(méi)有發(fā)生變化；而在這一階段工蜂的翻譯產(chǎn)物發(fā)生了變化。在12 h，翻譯產(chǎn)物與同期蜂王的完全一樣，但到83 h，翻譯產(chǎn)物出現(xiàn)了差別：分子量為70KD，47 KD，27 KD的蛋白質(zhì)明顯增加，說(shuō)明在這一階段工蜂的發(fā)育調(diào)控基因已與發(fā)育前期及蜂王的有所不同。但是在孵化后156 h(預(yù)蛹期)，工蜂的翻譯產(chǎn)物只有一種(54 KD)明顯增加，而此時(shí)蜂王預(yù)蛹中大量增加的翻譯產(chǎn)品有5種(70 KD，68 KD，47 KD，36 KD，27 KD)，說(shuō)明蜂王的分化基因已經(jīng)活躍；至227 h(蛹期)，蜂王與工蜂翻譯產(chǎn)物差別最小，說(shuō)明蛹期及此后的基因調(diào)控基本上是一致的。由此可知，蛹期前蜂王與工蜂分化基因上調(diào)表達(dá)的時(shí)間不同，蛹期及此后的基因表達(dá)水平基本上趨于一致。

還有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為不同的級(jí)型間具有不同的基因組，級(jí)型分化之所以發(fā)生是因?yàn)樗鼈儊?lái)自不同的父系，即蜂王與同巢和不同巢的雄******配，會(huì)產(chǎn)生不同的級(jí)型。

Julian 等認(rèn)為，不同的基因組是決定級(jí)型分化方向的關(guān)鍵，不同的基因組是由雜交引起的，雜交的后代是工蜂，世系內(nèi)部交配的后代則是生殖個(gè)體。Beye Mt 發(fā)現(xiàn)西方蜜蜂種群內(nèi)沒(méi)有特定的雄性基因或雌性基因，而是存在雌雄共享的互補(bǔ)性性別決定基因CSD，CSD通過(guò)單雙組合形式來(lái)調(diào)節(jié)性別發(fā)育和促進(jìn)雌性級(jí)型的進(jìn)一步分化：當(dāng)CSD雜合時(shí)啟動(dòng)雌性發(fā)育，抑制雄性的發(fā)育，如果這些性別位點(diǎn)上的等位基因與母本的相同，則優(yōu)先升級(jí)為繼代蜂王或產(chǎn)卵工蜂；當(dāng)CSD純合時(shí)則進(jìn)行雄性發(fā)育。

綜上所述，蜜蜂的級(jí)型分化受到多種因素的影響。蜂王和工蜂幼蟲(chóng)期食物的質(zhì)和量是級(jí)型分化的外部決定因子，是啟動(dòng)分化的重要因子。這些外界因子信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)分泌信號(hào)，通過(guò)內(nèi)分泌的激素對(duì)基因進(jìn)行調(diào)控，從而最終決定分化方向。級(jí)型分化是極其復(fù)雜的過(guò)程，到現(xiàn)在還未獲得完整詳細(xì)的描述，還有許多問(wèn)題，特別是對(duì)啟動(dòng)分化的營(yíng)養(yǎng)因素，需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)（略） 引自《中國(guó)蜂業(yè)》2008（5）

張刻 周斌 葉滿紅 丁家桐

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