化学生态组

动态

胡蜂性信息素首次得到准确鉴定

胡蜂是膜翅目胡蜂总科(Vespoidea)昆虫的总称,更多的指胡蜂科(Vespidae)的真社会性昆虫种类,通常具有大型巢群。除了人们所熟悉的作为高蛋白质食物外,它们也是亚洲地区最重要的节肢动物类捕食者之一。小胡蜂Vespa velutina是种群密度最高的胡蜂种类。近年来一种源自我国沿海地区的亚种,墨胸胡蜂(Vespa velutinanigrithorax Buysson)还入侵到了欧洲地区,严重影响了当地本土意大利蜜蜂的安全及养蜂业。同样,本土分布小胡蜂,包括亚种凹纹胡蜂(Vespa velutina auraria Smith)等,是蜜蜂的主要捕食者,严重影响养蜂业。在同时养殖胡蜂和蜜蜂的地区,养蜂冲突也较为激烈。人为的食物残渣等垃圾是胡蜂的丰富食物源,在人类活动旺盛的地区,胡蜂也容易生存,多数哺乳动物会对胡蜂的毒素过敏,因此胡蜂也经常影响人畜的安全。 

小胡蜂为一年生社会昆虫,每到秋冬季节,胡蜂巢群内便分化产生雌蜂(来年的蜂王)和雄蜂。两性成虫间的化学通讯也决定了胡蜂的繁殖成功率。虽然研究者们关注胡蜂类的繁殖行为已经有近半个世纪,也有许多对各种胡蜂的性信息素进行鉴定的报道,但均没有能够成功的分离出高效的有活性的成分。为了了解小胡蜂的两性成虫间的化学通讯,版纳植物园化学生态研究组采用了特殊的微量化学分析、有机合成、电生理活性分析、行为活性分析等方法对凹纹胡蜂性信息素进行了研究,结果表明,凹纹胡蜂的性信息素来自于处女王的第6和第7腹板腺,主要成分为4-氧代辛酸(4OOA)和4-氧代癸酸(4ODA),两个成分的质量比例约为OOA/ODA,0.8, 单个蜂王的分泌量在20~200ug左右。雄蜂对两个成分有明显的电生理活性,人工合成的标准品能够有效的引诱雄蜂。这一结果为小胡蜂种群密度的监测、入侵和本土有害小胡蜂种群的控制提供了一个有效方法;在科技养蜂中,这种信息素也可以用来捕获、筛选优质的雄蜂,用于食用小胡蜂育种。相关结果与前期研究的胡蜂报警信息素(详见《胡蜂利用毒液挥发物作为报警信息素》)一起,使得我们对小胡蜂的化学通讯系统有了更进一步的认识。由于小胡蜂的入侵,国际上对其研究的热度急速增加,本研究结果也为进一步研究其嗅觉通信系统提供了基础。 

相关结果以The sex pheromone of a globally invasive honey bee predator, the Asian eusocial hornet, Vespa velutina为题,发表在Scientific Reports上。

 

化学生态组科研人员参加2017年度国际化学生态学大会

8月23日至28日,2017年国际化学生态学年会和化学生态学家联合会议在日本京都举行。本次会议由国际化学生态学专业委员会主办,日本京都大学承办。版纳植物园化学生态组谭垦研究员、文平博士和汪正威博士参加了此次会议。

本次大会以“从海洋到陆地的化学生态系统”为主题,共举行了120场报告。谭垦研究员在Plant-animal interactions分会上作了题为“Honeybee modulate dance communication in response to nectar toxicity and demand”的报告,分享了蜜蜂对有毒植物花蜜利用对策的新进展;文平博士在Semiochemicals in social interactions分会上作题为“Breaking the cipher: ant eavesdropping on the variational trail pheromone of its termite prey”的报告,讲述了蚂蚁(捕食者)能破译白蚁(猎物)复杂多变的交流信息的精彩故事。期间,汪正威博士以墙报形式与参会代表,做了关于“The reluctant mutualist: toxic nectar can reduce olfactory memory in Asian honey bees”的学术交流。

来自32个国家约360位代表参加了本次大会。参加会议的化学生态组成员与各国同行进行了广泛的交流,收获颇丰。一是了解了化学生态学研究的热点问题,拓宽了视野;二是交了新朋友,为以后的国际合作研究打下了基础。

少数服从多数:少数种截取优势种的风险信号

东南亚的地区具有最高的蜜蜂种类多样性。所有蜜蜂种类具有共同的捕食天敌,如胡蜂、树栖蚂蚁等。长期同域分布的蜜蜂种类之间形成了竞争的同时还产生了信号利用的种间协作,见《蜜蜂种间协作抵抗天敌》。在之前的蜜蜂报警信号研究中,这一蜜蜂风险信号种间通讯的信息网络逐渐显露。 

版纳植物园化学生态研究组通过系统鉴定分析几种代表蜜蜂种类的报警信息素成分,发现除了大多数蜜蜂共有的报警信息主要成分外,东方蜜蜂(Apis cerana)具有一个采集蜂特异性的主要成分,乙酸苄酯(benzyl acetate,BA)。所有针对采集蜂的测试中,BA具有极强的生理和行为活性。BA不引起巢群的攻击行为,仅诱导采集蜂产生忌避行为。这一成分挥发性中等,具有持效性,可用于高效的警示“接踵而来”的同巢采集蜂:“此花丛具有被捕食者攻击的风险”。BA在东方蜜蜂采集行为中被用作了主要的指示风险的化学信号。 

尽管Apis属各种类的报警信息素具有大多数的相同成分(4/5),但种群密度较低的蜜蜂种类,如大蜜蜂A. dorsata、小蜜蜂A. florea并不产生BA。在自然界中,动植物产生任何一个信号均需要消耗能量,也需要经过长期的演化。如果环境中存在立即可用的信号,那将极大地节省利用者的能量。当猎物共享天敌时,捕食天敌总有更大的概率捕食种群密度更高的种类。因此,对于少数种来说,来自同域分布且生态位重叠的多数种所提供的被捕食风险信号,比少数种自身产生的信号具有更高的被捕食风险指示效率。正应此说:少数种蜜蜂对优势种东方蜜蜂特异性的报警信息素成分BA具有最强烈的规避反应。东方蜜蜂的BA可以高效驱避少数种蜜蜂。少数种对东方蜜蜂风险信号的规避能力甚至比对其自身的风险信号(报警信息素)的规避率还高。结合之前的研究,可以得出:在蜜蜂中,除了共有许多相同的化学信号,还公用化学信号,不管信号是否种类特异。 

相关论文以Foragers of sympatric Asian honey bee species intercept competitor signals by avoiding benzyl acetate from Apis cerana alarm pheromone为题发表在Scientific Reports上。

工蜂对蜂王信息素的感受机制

在高度社会性的蜜蜂群体中,蜂王通过释放信息素来影响蜂群的行为。蜂王信息素有多种重要功能,如抑制新蜂王的培育及工蜂卵巢发育、吸引工蜂在蜂王周围形成侍从圈并饲喂蜂王、诱使雄蜂追踪并交配等。东、西方蜜蜂是亲缘关系非常接近的姐妹种,两种蜜蜂的蜂王信息素成分类似且含量差别不大,即蜂王信息素具有保守性,但两种蜜蜂对蜂王信息素的感知及反应尚不清楚。

我园化学生态组谭垦研究员带领的团队,对蜂王信息素的感受机制进行了详尽的研究。结果发现西方蜜蜂对蜂王信息素的敏感性远高于东方蜜蜂;西方蜜蜂蜂王周围的侍从蜂数量较东方蜜蜂的多。这些结果说明不同蜜蜂对蜂王信息素的化学感受具有种的特异性;有助于解释东方蜜蜂的工蜂卵巢发育水平较高的原因。由于东方蜜蜂比西方蜜蜂更容易分蜂(swarming)及飞逃(absconding),因此更容易丢失蜂王,工蜂降低对蜂王信息素的敏感性,促使其卵巢发育可能是一种行为上的适应,有利于提高蜜蜂群体的适合度。

相关研究结果以Resisting majesty: Apis cerana, has lower antennal sensitivity and decreased attraction to queen mandibular pheromone than Apis mellifera为题发表在Scientific Reports上。

侍从蜂

胡蜂利用毒液挥发物作为报警信息素

社会性昆虫能利用报警信息素进行群体防御及危险区域标记,有利于群体的存活和繁殖。凹纹胡蜂(Vespa velutina)是一种常见的捕食性昆虫,作为捕食者一定程度上影响了本地生态系统的动态平衡。云南山区有饲养胡蜂、取食蜂蛹的习惯,具有一定的经济价值;但胡蜂亦捕食蜜蜂,危害当地养蜂业,并存在攻击人畜,通过毒液过敏症致死的危险性。凹纹胡蜂原产亚洲,近来入侵欧洲,对当地生态系统造成严重威胁,引起国际范围内的重视。但与其他社会性昆虫(蜜蜂、蚂蚁等)相比,我们对胡蜂的报警激素知之甚少。

我园化学生态组程亚楠研究生在谭垦研究员和文平博士的指导下,通过行为观察、GC-EAD、GC-MS、有机合成、生物活性测定等一系列手段和方法,对凹纹胡蜂的报警信息素进行研究,发现了凹纹胡蜂报警信息素的来源和活性成分,以及这些活性成分的化学结构。实验结果表明,凹纹胡蜂的报警信息素来源于毒液中的挥发物,能引起凹纹胡蜂的防御行为。通过GC-EAD筛选出16种挥发物,为脂肪酮和醇,其中13种化学结构已知,3种未知。利用已知结构的四种常量物质:heptan-2-one, undecan-2-one, nonan-2-one和non-8-en-2-one做生物活性测定,表明这些物质不是主要的活性物质,说明其中的微量物质扮演重要角色,需要进一步研究。未知结构物质经衍生化后确认具酮和烯结构。该研究结果为进一步探讨胡蜂报警信息素的演化和功能提供了一定的科学依据。

相关研究结果以Poison and alarm: the Asian hornet Vespa velutina uses sting venom volatiles as an alarm pheromone为题发表在Journal of Experimental Biology上。

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德国柏林自由大学Benjamin Paffhausen博士访问我园

应热带森林生态学重点实验室化学生态研究组谭垦研究员的邀请,德国柏林自由大学神经研究所Benjamin Paffhausen博士于12月9日至14日访问我园。

Benjamin Paffhausen博士专注于蜜蜂的通信与神经生物学研究,发明了用胞外电生理记录技术研究蜜蜂行为的新方法,该方法现已广泛应用于蜜蜂神经生物学的研究中。

Benjamin Paffhausen博士访问期间与我园化学生态组研究人员进行了广泛与深入的交流,双方就昆虫电生理技术和蜜蜂信息交流等领域的合作研究达成了初步意向;并在西南生物多样性中心实验室做了题为“High order neural correlates of social behavior in the honeybee brain”的精彩报告。

到访实验室 

德国柏林自由大学Randolf Menzel教授访问我园

应热带森林生态学重点实验室化学生态研究组谭垦研究员的邀请,德国柏林自由大学Randolf Menzel教授于2016年10月8-13日访问我园。

Randolf Menzel教授是德国柏林自由大学神经研究所原所长、欧洲科学院院士、德国科学院院士。Randolf Menzel教授一直从事蜜蜂的通信与神经生物学研究,在50多年的科学研究中取得了丰硕的研究成果,发表论文400多篇,其中有很多的研究结果发表在Nature, Science, Cell, PNAS, Current Biology,Neurobiology等世界著名的杂志上。更值得一提的是Randolf Menzel教授培养了一大批国际级科研领军人才,我园化学生态研究组的汪正威博士有幸得到Randolf Menzel教授的指导,已于2016年9月从柏林自由大学神经研究所博士后工作站顺利出站。

Randolf Menzel 教授本次访问将与我园化学生态学研究组商讨开展合作研究的有关事项,共同探讨环境变化对云南本土蜜蜂学习与记忆的影响,以及蜜蜂迁飞时的导航机制。

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                             我园化学生态组参加第11届全国化学生态学学术研讨会

全国第11届化学生态学学术研讨会于2016年7月23日至25日在武汉市华中农业大学举行,我园化学生态组的谭垦研究员,文平助理研究员和程亚楠研究生参加了此次会议。谭垦研究员应邀在会议上做了题为:Honeybee’s communication and defense的大会发言,受到与会者的高度关注和好评。文平博士和程亚楠同学也分别在分组学术交流会上和墙报上做了学术交流。会议期间化学生态组成员与参加会议的代表进行了广泛的交流,并探讨了合作研究的可能性。

第11届化学生态学学术研讨会由中国生态学会化学生态学专业委员会、中国昆虫学会化学生态学专业委员会联合主办,华中农业大学承办。来自全国多所著名高校和科研院所及国外大学的370多名代表出席了此次大会,中国生态学会化学生态学专业委员会主任黄勇平研究员和中国昆虫学会化学生态学专业委员会主任孙江华研究员主持了大会。会议上共有7个大会发言,70个分组发言。

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蜜蜂种间协作抵抗天敌

猎物和捕食者之间的化学联系是一个受到广泛关注的生态学现象。很多生物都可以接收到源自同类或者潜在捕食者的化学信号,从而获得周围环境的信息并作出相应的反捕食行为。猎物和捕食者之间相互联系的信息素可以分为几类:一类是由捕食者释放,被称为“捕食信息素”或“捕食信号”( predator cues)。猎物通过探知捕食信号,进而调整自身的策略,以提高在风险与食物权衡(predator-food trade-off)中的收益。另一类是猎物同类释放的报警信息素( alarm pheromone) ,当猎物受到捕食惊吓或者威胁时,会释放出这类化学信号,以警示同类。另外在捕食过程中,受伤的猎物也会从受损部位释放出“损伤信息素”,以告知同类捕食行为正在发生。

在社会性昆虫中,猎物释放的信息素分为两种。一是当巢群被天敌攻击时,同巢个体释放出报警信息素以警示同类。这一类化学信号具有较强的挥发性,能引起快速的群体反应;具有即时性,但不持久(non-persistent),在蜜蜂中多为守卫蜂释放。二是当离巢采食个体受到捕食时释放的信息素,能够引发个体的逃避反应。这一类化学物质具有警示后来和附近同伴的功能,除了即时性外,还具有持效性(persistent),在蜜蜂中为采集蜂释放。我园化学生态组对蜜蜂-天敌这对猎物与捕食者进行了详细的研究。

蜜蜂在花丛中采集时可能会遭遇多种捕食者如蜘蛛、胡蜂、螳螂和蚂蚁等。黄猄蚁(Oecophylla smaragdina)是热带地区常见的捕食者,它常埋伏在花冠下等待授粉昆虫访花时进行捕食。研究发现蜜蜂能够截获捕食者在树上活动留下的蛛丝马迹并作出相应的回避反应,详情参考蜜蜂的“谍报战”一文( http://www.xtbg.ac.cn/xwzx/kydt/201410/t20141022_4228495.html)。

蜜蜂在被黄猄蚁捕捉到之后仍然会奋力挣扎,并释放报警激素。研究发现蜜蜂能有效的躲避同类释放的报警激素。详情可参考蜜蜂报警激素新功能一文(http://www.xtbg.ac.cn/xwzx/kydt/201410/t20141022_4228877.html)。

大多数蜜蜂具有相同的报警信息素,但是具有种类特异(species-specific)的捕食信号成分。为了解析蜜蜂种间进行抵抗捕食风险协作中的通讯机制,版纳植物园化学生态研究组的研究人员汪正威、文平等人利用触角电位技术及选择实验进一步研究了报警激素对非同类蜜蜂的行为反应。结果发现蜜蜂能有效的察觉并规避非同类的异种特异的持效捕食风险信号。这表明共同的天敌使蜜蜂在采食相遇时的食物竞争外,还通过非相遇性的化学信号进行种间协作,拓宽了蜜蜂报警信息素的生态学功能。

相关研究成果以“Bees eavesdrop upon informative and persistent signal compounds in alarm pheromones”为题发表在Scientific Reports上。

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蜜蜂语音报警信号首次被解码

蜜蜂通过“舞蹈语言”的形式将食物的方位、距离等信息传递给同伴。舞蹈由外出寻找食物的侦察蜂引导,当遭遇危险的采集蜂回巢时会触发负反馈机制,即蜜蜂舞蹈的停止信号(stop signals)。停止信号由发送者用头撞击接收者的身体,并发出短促语音,收到这个信号的蜜蜂会减少招募同伴去危险的地方。那么当遭遇不同程度的危险时,蜜蜂的停止信号能否精确编码不同的危险信息?

胡蜂是蜜蜂的天敌,他们在花上和蜂箱门口捕捉蜜蜂。其中体型最大的金环胡蜂(Vespa mandarinia)最危险,他们能攻陷蜜蜂蜂巢,并将蜜蜂幼虫、储存的食物等搬回自己巢穴喂养自己的幼虫;凹吻胡蜂(Vespa velutina)体型较小,危险程度相对较低但最常见。因此胡蜂-蜜蜂这个系统是研究蜜蜂能否解码危险信号的理想模型。

版纳植物园化学生态组谭垦研究员领导的研究团队与美国加州大学James Nieh博士合作,利用胡蜂-蜜蜂这个系统对东方蜜蜂(Apis cerana)的负反馈机制进行了详尽的研究。结果表明与胡蜂同域生长的本土蜜蜂进化出了警告同伴有危险的语音报警信号。该信号由简单的脉冲振动组成,其中的频率代表危险程度(或背景);持续时间代表危险的类型。信号接收者会根据编码的危险程度及危险类型做出相应的反应:停止招募同伴去危险的地方或是留在安全的巢内。这是首次在脊椎动物(如鸟类和灵长类)外发现如此精确的语音报警信号。这个信号与蜜蜂精巧的舞蹈语言相匹配,构成了舞蹈的触发-表达-报警-停止的完整过程。

相关研究结果以Honey Bee Inhibitory Signaling Is Tuned to Threat Severity and Can Act as a Colony Alarm Signal为题,发表在Plos Biology上。

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相关报道:

新华网报道:蜜蜂语音报警信号被我国科学家破译  (http://news.xinhuanet.com/2016-03/31/c_1118502571.htm)

Video: Huge enemy spotted! The surprisingly sophisticated warning buzzes of bees(http://www.sciencemag.org/news/2016/03/video-huge-enemy-spotted-surprisingly-sophisticated-warning-buzzes-bees)

Honeybees ring ‘alarm’ signals (http://en.prothom-alo.com/science-technology/news/99351/%ef%bb%bfHoneybees-ring-alarm-signals)

Business Standard News:Asian species of honey bee produces ‘vibrational stop signals’ in defense (http://www.business-standard.com/article/news-ani/asian-species-of-honey-bee-produces-vibrational-stop-signals-in-defense-116032600311_1.html)

Bee Alarm Signals Significantly More Sophisticated Than Previously Believed (http://www.hngn.com/articles/192648/20160327/honey-bee-alarm-signals-vary-depending-predator-distance-size.htm)

捕食信号对蜜蜂学习记忆的影响

在长期共存中,蜜蜂进化出了相应的防御天敌的策略。蜂巢的守卫蜂能够很好地感知捕食者的出现并做出防御行为;野外的采集蜂也能感受到被捕食同伴释放的报警信息素并改变采集策略。在经典的蜜蜂条件反射(Proboscis extension reflex,PER)实验模型中,天敌的气味或同伴的报警信息素是否可用于蜜蜂学习的条件刺激物(嗅觉信息),还是作为一种情景模式被蜜蜂所感知?是否干扰蜜蜂的学习记忆?这些问题有助于我们更好地理解蜜蜂与天敌的相互关系。

版纳植物园化学生态组汪正威博士等利用PER实验测试了东方蜜蜂在有捕食者气味、同伴的报警信息素、花香成分及模仿自然条件下蜜蜂在花上遭遇天敌时的气味信号(捕食者和花的气味或报警信息素和花的气味组合)条件下的学习记忆行为。结果表明在面对胡蜂气味、报警信息素和两种气味组合时都会导致蜜蜂较低的“学习成绩”。该结果与行为实验结论相吻合,即蜜蜂会减少在捕食风险区域的采集活动。

相关研究结果以Honey Bees Modulate Their Olfactory Learning in the Presence of Hornet Predators and Alarm Component为题,发表在Plos One上。

2.PER

喜马拉雅山脉蜜蜂的遗传多样性

东方蜜蜂是重要的传粉昆虫,在地理环境及气候条件等差异较大的情况下,蜜蜂的多样性较为丰富。在喜马拉雅山的形成过程中,山麓中的蜜蜂除了形态差异显著外,是否由于山脉阻隔而导致分子序列差异较大?还是依然会有基因流存在?

版纳植物园化学生态组谭垦研究员领导的研究团队通过比对南北两侧六个高原地区(尼泊尔、西藏、云南、四川、青海、甘肃)东方蜜蜂mtDNA序列差异得到如下结果:1、序列中碱基A/T含量较高,符合东方蜜蜂线粒体DNA中非编码区片段部分序列富集A/T,存在碱基组成偏倚的特点;2、在非编码区片段中共检测到22个单倍型,其中11个为首次发现,整体单倍型多样度为0.705±0.058,遗传多样性较丰富。3、喜马拉雅山南北两侧的蜜蜂并未出现两个明显的分支,说明两者之间有明显的基因交流,这可能是由于人口迁移及养蜂活动造成的;尽管样本量相对较小,但结果表明具有显著形态特征的种群是区域特化而非遗传血统造成的,这可能与气候等因素有关。

相关研究结果以Haplotype diversity and genetic similarity among populations of the Eastern honey bee from Himalaya-Southwest China and Nepal (Hymenoptera: Apidae)为题,发表在Apidologie上。


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瑞典乌普萨拉大学Matthew Webster教授访问我园

应热带森林生态学重点实验室化学生态学研究组组长谭垦研究员的邀请, 瑞典乌普萨拉大学(Uppsala University)医学生物化学和微生物学系Matthew Webster教授于1月3-9日访问我园。

Matthew Webster教授领导的基因组学研究团队以蜜蜂、狗等为主要研究对象,致力于种内和种间遗传变异与进化的驱动力量研究,如物种的分化与适应的遗传基础、遗传重组的进化等。研究成果斐然,自2001年以来,发表论文、专著40余篇,其中NatureNature GeneticsPNASPLOS GeneticsGenome BiologyGenome ResearchMolecular biology and evolution等杂志多篇(参见:www.imbim.uu.se/Research/+Genomics/Webster-Matthew/ )。

1月5日,Matthew  Webster教授在园部作题为“The evolutionary history of the honeybee Apis mellifera revealed by genomics”的精彩报告,并与园里的科技人员进行了广泛的交流。访问期间,Matthew  Webster教授与化学生态组的研究人员就共同感兴趣的问题进行了深入的交流与讨论,双方一致同意开展“不同区域蜜蜂的基因分化”合作研究。拟以分子生物学实验方法研究本土蜜蜂的基因分化及适应的遗传基础,进而探讨蜜蜂对不同环境适应的生态学意义。

Matthew Webster教授回答问题

寄居性小头钩白蚁配对性信息素受寄主踪迹信息素影响

土栖的高等培菌白蚁是热带森林生态系统中重要土壤动物、分解者和猎物;白蚁巢对澳洲和非洲地区荒漠类型生态系统的稳定起到了至关重要的作用;据生态学家预计:地球上白蚁的生物量超过人类体重数倍,约人均0.5吨;白蚁巢同食草动物一样也是全球温室气体的主要来源之一。白蚁群体如此之多,取决于其以数量取胜的生态策略。每到白蚁繁殖季节,成千上万的白蚁成虫在同一时刻飞离母巢、寻找配偶、新建蚁巢。热带地区的高等培菌白蚁为了躲避靠视觉捕食的天敌,多选择在傍晚和黑夜分飞。因此,雌、雄成虫的配对主要依赖于雌虫释放的配对性信息素。小头钩白蚁Ancistrotermes dimorphus 广泛分布于我国云南和广西的热带地区,这种培菌白蚁以可寄居于其他培菌白蚁的巢中而具有特色。由于白蚁群体庞大,对资源的竞争较为激烈。白蚁巢间往往会通过格斗行为来实现巢群间在地下的隔离。但小头钩白蚁却能在分飞配对过程中实现对寄主巢的安全定位。

为了探明小头钩白蚁雌、雄成虫配对行为中的信息交流机制,版纳植物园化学生态组文平助理研究员等使用了昆虫信息素研究中常用的GC分析、GC-MS分析、GC-EAD分析、微量化学分析、有机合成、行为活性测定等经典化学生态学研究方法,分析确认了小头钩白蚁的配对性信息素化学结构和行为活性。结果表明,小头钩白蚁除了使用在其他培菌白蚁中也比较常用的配对性信息素组分DDE作为主要组分外,还使用寄主白蚁巢的踪迹信息素DOE作为两性配对行为的抑制剂。使得小头钩白蚁在寻找寄主巢时,不过于靠近寄主巢,而安全建巢。这种基础使得巢群成长后可以方便地“盗取”寄主巢的食物。另外,还分析确认了一些白蚁配对性信息素中常见微量组分的化学结构,为白蚁信息素结构的多样性和生物合成途径的分析提供了新的参考。

研究结果以Sex-pairing pheromone of Ancistrotermes dimorphus (Isoptera: Macrotermitinae)为题,发表在Journal of Insect Physiology上(doi:10.1016/j.jinsphys.2015.11.006)。

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蜜蜂采集时携带“燃料”量的调控

类似于外出执行任务的飞机,蜜蜂出巢采集时需要携带一定量的“燃料”,以提供飞行所需的能量。蜜蜂的“燃料”来自于储存在蜜囊内的蜂蜜。由于蜜蜂的蜜囊容量有限,如果携带的蜂蜜量过多,那么可以容纳花蜜的空间就相应减少;而且携带的蜂蜜会使蜜蜂体重增加,造成飞行过程中能量的浪费;还可能导致蜜蜂的机动性下降,增加被捕食的风险。相反如果携带的蜂蜜量太少,则不能充分保障蜜蜂采集飞行的能量需要。采集距离是影响能量消耗的重要因素,因此采集距离越远,需要的能量就越多。近来有研究表明随着蜜蜂对觅食地的熟悉,其携带的蜂蜜量会减少。

东方蜜蜂为我国本土蜂种,它长期适应了我国生态气候条件,具有出勤时间长、能利用零星蜜源等特点。相较于西方蜜蜂长途追随蜜源有比较稳定的花蜜供给,东方蜜蜂采集零星花蜜是一种较不稳定的蜜源,需要蜜蜂访问更多的花朵。鉴于这一特性,我们猜想蜜源状态可能对东方蜜蜂出巢采集携带的蜂蜜量有影响。

版纳植物园化学生态组谭垦研究员领导的研究团队通过研究东方蜜蜂出巢时携带的蜂蜜量与蜜源变化的关系,发现采集不稳定蜜源的蜜蜂,其蜜囊内携带的蜂蜜量要比采集比较恒定蜜源的蜜蜂更多一些,蜜蜂能根据觅食地的蜜源变化来调整需要携带的蜂蜜量。蜜蜂是对风险十分敏感的动物,通过携带较多的“燃料”可以减少在不熟悉区域或蜜源变动区域觅食时的饥饿风险。

相关研究成果以Individual honey bee (Apis cerana) foragers adjust their fuel load to match variability in forage reward 为题发表于国际学术期刊Scientific Reports。

野外采集的蜜蜂

美国加州大学James C. Nieh 教授访问我园

应我园化学生态组组长谭垦研究员的邀请,美国加利福尼亚大学圣迭戈分校(UCSD)生态、行为与进化研究部主任James Nieh教授作为高级访问学者于2015年8月18日至9月17日年访问我园。访问期间将与化学生态组科研人员合作开展蜜蜂化学信息传导机制的研究,探讨在全球气候变化情况下,蜜蜂对植物授粉的策略改变及其行为生态学意义。

James Nieh教授专注于社会性昆虫信息交流的进化及蜜蜂健康的研究,近年来与化学生态组在蜜蜂生态学和行为学等领域开展多项课题研究,取得了丰硕成果。详情请参阅:http://labs.biology.ucsd.edu/nieh/index.htm

8月25日James Nieh教授在园部作了题为“Inhibitory communication in animal collectives: emergent properties and new directions”精彩报告,并与园里的科技人员进行了广泛的交流和讨论。

学术报告

蜜蜂的生殖与劳动分工

蜜蜂以细致的劳动分工、精巧的社会行为和有效的整体运作使其成为超级有机体(superorganism)存在于自然生态系统中。蜂群具有明确而细致的劳动分工,生殖劳动分工是其典型代表。在正常情况下,蜂王垄断蜂群的生殖权利,而同为雌性的工蜂生殖却受到抑制。但是在蜂群失王或是蜂王质量下降的情况下,部分工蜂卵巢激活并开始产卵。卵巢作为蜜蜂生殖系统的重要组成单元,是生殖潜力的重要标志,卵巢活化比例被用于社会性昆虫利己主义研究的模型。工蜂的重要职能是抚育后代。咽下腺的发育状况与哺育力密切相关。咽下腺是位于工蜂头腔内的一对呈葡萄状的腺体,在哺育期分泌蜂王浆饲喂蜂王, 蜂王幼虫、工蜂和雄蜂三日龄内的幼虫。通常饲喂幼虫的工蜂的咽下腺要比不饲喂的发达;在无幼虫的蜂群中,工蜂咽下腺虽然发育正常,但其生理功能已经退化。

东方蜜蜂与西方蜜蜂是姐妹种,有很多共同的特性,但有一重要的不同是正常东方蜜蜂蜂群中工蜂卵巢的活化比例高达5%,而蜜蜂属其他蜜蜂不足1%。一旦蜂群失去蜂王,为了自己利益的最大化,大约1/3的年轻工蜂的卵巢开始激活并产下单倍体的雄蜂卵。那么高比例的工蜂开始繁殖,无王群的蜜蜂又怎么采集和饲喂蜜蜂幼虫呢?

版纳植物园化学生态组谭垦研究员领导的研究团队利用东方蜜蜂无王群,通过对工蜂卵巢及咽下腺的解剖研究发现:1、无王群中,工蜂在产卵的同时也哺育幼虫,说明无王群的蜜蜂很矛盾,既有利己的一面(工蜂产卵),也有利他的表现(共同哺育幼虫);2、无王群蜜蜂的咽下腺比正常蜜蜂的的要大、卵巢活化程度高;3、没有发现卵小管数量与蜜蜂采集偏好的相关性,这与有较多卵小管数的蜜蜂喜好采集花粉(Reproductive Ground Plan – forager hypothesis)的假设不一致;4、卵小管数量较少的蜜蜂,其卵巢活化程度更高,这个结果与在无政府主义品系中(anarchistic strain)发现的刚好相反,说明在蜜蜂属中两者关系比较复杂。

相关研究成果Associations between reproduction and work in workers of the Asian hive bee Apis cerana为题发表在国际昆虫学期刊Journal of Insect Physiology

蜜蜂的分工

科技日报报道版纳植物园化学生态组的最新研究成果

近日版纳园化学生态组在英国自然出版集团发行的《科学报告》上发表研究文章:新烟碱类农药干扰了东方蜜蜂的嗅觉学习。研究表明,新烟碱类农药会影响亚洲蜜蜂通过嗅觉找到花,进而使蜜蜂减少觅食行为,对蜂群的健康产生负面影响。文章发表后引起了国内外媒体的关注, 科技日报在6月23日第一版显著位置发表题为“新烟碱类农药损害亚洲蜜蜂生态”的报道。该报道指出,这是中国科学家首次对新烟碱类农药对亚洲当地蜜蜂开展的化学生态学研究,该研究为我国在新型农业发展中如何科学地使用新烟碱类农药,更好地保护和利用蜜蜂提供了重要的依据。本地的蜜蜂资源是我们重要的财富,因为它们在我国现代养蜂业、现代农业以及在生物多样性维护中都发挥着重要的作用。

科技网:http://www.wokeji.com/jbsj/yb/201506/t20150622_1314826.shtml

CBS: http://www.cbsnews.com/news/bees-exposed-to-common-pesticide-cant-find-flowers/

 

新烟碱类杀虫剂损害蜜蜂的嗅觉学习能力

新烟碱类(neonicotinoid insecticides,类尼古丁)化合物是一类高效、安全、高选择性的新型杀虫剂,广泛应用于田间害虫的防控。自上世纪九十年代问世以来,已为农业丰收作出了极大贡献。但近来的研究表明花蜜中残留的新烟碱类化合物,即使在安全剂量范围内对蜜蜂的学习能力、食物摄取、运动能力、天敌防御等有很大影响。因此引起了人们广泛的关注,为此欧盟于2013年12月起暂停或禁用部分新烟碱类杀虫剂。

东方蜜蜂(Apis cerana)在我国及亚洲其他地区广泛分布,是重要的传粉昆虫。吡虫啉是一种在我国广泛使用的新烟碱类杀虫剂,它对东方蜜蜂嗅觉学习能力的影响尚不清楚。

版纳植物园化学生态组谭垦研究员领导的研究团队对暴露在不同剂量吡虫啉下的蜜蜂的嗅觉学习能力进行了详尽研究。结果表明即使是暴露在安全剂量下的蜜蜂成虫和没有暴露的相比,表现出长期嗅觉学习损伤;暴露的蜜蜂幼虫在成年后和正常蜜蜂相比,表现出更差的短期学习能力。嗅觉学习可使蜜蜂意识到花香气味和花蜜奖励之间的关联,学习能力的损害会影响蜜蜂的觅食,从而影响蜜蜂的健康及它们提供的传粉服务。

相关研究成果以A neonicotinoid impairs olfactory learning in Asian honey bees (Apis cerana) exposed as larvae or as adults为题发表于国际学术期刊Scientific Reports

澳大利亚悉尼大学Benjamin Oldroyd 教授访问我园

应热带森林生态学重点实验室化学生态研究组组长谭垦研究员的邀请, 澳大利亚悉尼大学生物学院教授Benjamin Oldroyd博士于5月18-29日访问我园。

Benjamin Oldroyd博士是澳大利亚昆虫学会主席,悉尼大学社会性昆虫行为与遗传实验室主任。他的研究领域涉及到蜜蜂和社会性昆虫的各个方面,研究成果斐然,发表论文、专著150余篇,其中NatureScienceCurrent BiologyBiology LettersTrends in Ecology and EvolutionMolecular Ecology等杂志多篇(参见:http://sydney.edu.au/science/people/benjamin.oldroyd.php#publications-by-year)。

Benjamin Oldroyd博士在研究蜜蜂生殖生理时首次在东方蜜蜂上发现了孤雌生殖( thelytoky),这种现象在东、西方蜜蜂的杂交后代中是否存在、其进化和生态学意义是什么等是我们共同感兴趣的问题。访问期间Benjamin Oldroyd博士与我组就上述问题开展合作研究达成一致意见,并进行了初步实验。

蜂场实验

野外考察

蜂王信息素对工蜂生殖生理活动的影响

蜂群中蜂王的存在抑制了工蜂的生殖潜力,但工蜂还保留有功能性卵巢。一旦感觉不到蜂王的存在,其卵巢就开始发育,并通过产雄孤雌生殖繁殖后代。蜂王是否存在及控制工蜂卵巢发育一般都是通过信息素实现的。东、西方蜜蜂的蜂王有类似的上颚腺信息素(QMP),然而QMP单独成分对东方蜜蜂工蜂生殖生理的影响却从未见报道。

版纳植物园化学生态组的谭垦研究员与其合作者首先测定了东方蜜蜂蜂王信息素的主要成分,并且验证了各种成分对工蜂有明显的触角电位反应。然后分别用五种QMP的主要成分及其蜂王浆来处理笼养的刚羽化的工蜂。研究发现:用9-碳脂肪酸(9-ODA、9-HDA)处理后卵巢活化程度最低,10-碳脂肪酸(10-HAD、10-HDAA)对卵巢抑制力最弱;蜂王浆可增强卵巢活化水平,即使是对于添加了10-碳脂肪酸的蜜蜂。卵巢管数量随日龄增加而减少,但经9-碳脂肪酸处理的卵巢管数下降趋势平缓。

研究结果表明9-ODA是控制东方蜜蜂卵巢发育的主要信息素,蜂王浆可增强卵巢活化水平。相关研究成果以Pheromones affecting ovary activation and ovariole loss in the Asian honey bee Apis cerana为题发表于国际昆虫学期刊Journal of Insect Physiology(2015, 74: 25-29)。

台湾大学杨恩诚教授一行访问我园

应化学生态学组组长谭垦研究员的邀请,台湾大学杨恩诚博士一行6人于2015年1月17日-23日访问我园。杨恩诚博士是台湾大学教授,昆虫学系主任,台湾昆虫学会理事长。他的研究领域涉昆虫视觉、神经电生理学、神经生物学等。

蜜蜂访花与回巢必须依赖复杂而精巧的导航系统,其中可能利用感磁能力协助导航。杨恩诚教授领导的实验室首次成功确认蜜蜂的磁感受能力,并通过神经电生理技术在蜜蜂腹神经索记录了能感应磁场的神经信号。为了加强海峡两岸的合作交流,并商讨有关“蜜蜂的导航与迁飞”的合作研究事宜,化学生态组特邀请他及其研究室成员一行6人访问我园。

1月20日杨恩诚教授在园部作了题为“Exploring the color vision and magnetoception of honey bee”精彩报告,并与园里的科技人员进行了广泛的交流和讨论。访问期间还考察了我园的20ha大样地。

报告_副本

考察大样地_副本

 

 

 

 

 

 

 

 

蜜蜂访花行为中的幻影效应

幻影效应(Phantom Effect)、幻影替代效应(phantom alternative effect)是在研究消费者行为时提出的,是指幻影选项(Phantom alternatives)呈现与否会影响其他选项的被选择概率。幻影选项被Farquhar & Pratkanis(1992)定义为“看起来真实,但是决策者在选择时却由于某种原因难以获取的选项”。幻影选项也会出现在动物觅食时,如当蜜蜂降落到通常有报酬(花蜜、花粉等)的花朵上却发现花是空的,这种现象与消费者兴冲冲地到商场购买心仪的广告商品时却被告知已经售完十分相似。

幻影选项出现时,存在两种可能的选择结果:一种为相似效应(similarity effect):有些消费者会选择与已经售完商品类似的物品;另一种为不同效应(dissimilarity effect):有些消费者可能会产生抵抗心理,进而选择和幻影项不相似的备选项。在动物觅食领域,Scarpi (2011)报道了家猫选择时的相似效应;而不同效应尽管目前尚未见报道,却仍有存在的可能,如在遭遇无报酬的红色花后,蜜蜂是否会拒绝拜访所有红色的花?

版纳植物园化学生态组的谭垦博士联合澳大利亚悉尼大学的科学家首次就蜜蜂觅食时的幻影效应进行了研究。结果表明与人类的消费选择相似,幻影项的出现会影响蜜蜂的选择偏好。单个蜜蜂更倾向于选择与喜欢的幻影备选项类似的食源。蜜蜂在进入花朵前通常不能察觉花蜜是否存在,因此遭遇先前有、后来没有花蜜的花朵的现象很普遍。由于增加传粉者的访问能提高种子量,通过改变传粉者的喜好,没有花蜜的花朵可能对群落组成、植物与传粉者的关系和传粉者行为有意想不到的影响。该研究有助于探讨植物为吸引传粉者而采取的另外一种进化策略。

相关研究成果以Phantom alternatives influence food preferences in the eastern honeybee Apis cerana为题在线发表在Journal of Animal Ecology上。

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谭垦研究员参加第17届社会性昆虫研究联盟国际大会

应“社会性昆虫研究国际联盟”(International Union for the Study of Social Insects, IUSSI)邀请,我园谭垦研究员于2014年 7 月 13 日至 7 月 18 日赴澳大利亚凯恩斯参加“第17届社会性昆虫研究联盟国际大会”(XVII International Congress of the IUSSI)。社会性昆虫研究联盟国际大会是社会性昆虫及其他社会性生物研究领域的重要盛会,每四年举办一次。本次会议将由社会性昆虫研究国际联盟澳大利亚分会主办。会议的主题是:“提升和鼓励社会性昆虫研究,to promote and encourage the study of social insects in the broadest sense”。

“社会性昆虫研究国际联盟”(IUSSI)成立于1951年,是由世界上从事社会性昆虫和其他社会性生物研究的学者和机构组成的一个国际性的学术组织,其宗旨是鼓励和促进全球范围的社会性昆虫研究及知识的传播。自IUSSI成立以来,一直努力致力于推动社会性昆虫研究的发展以及不同国家和地区科学家之间的交流与合作。IUSSI每四年在一个国家或地区召开一次学术会议,会议规模大、会期长。

我园谭垦研究员长期从事蜜蜂生物学、生态学及行为学研究。现任西双版纳热带植物园热带森林生态研究中心化学生态研究组组长。主要研究方向是:化学生态学、行为生态学。 此次应邀参会,在会上做了题为“大黄蜂喷射毒物标记领域的研究,Giant hornet ejecting venom to mark its territory”的分会口头报告。该研究报告引起了许多参加会议同行的关注和兴趣。

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蜜蜂的“谍报战”

动物的活动离不开信息交流。信号发出后通常会有特定接受者,例如鸟鸣、蜜蜂的舞蹈等都是试图向同伴传递特定的信息,然而有些信息也会在不经意间被其他旁观者所察觉。这种对其他物种信息的窃取/截取能有效地用于觅食、求偶和防御捕食者等。

黄猄蚁(Oecophylla smaragdina)是一种攻击性很强的蚂蚁, 1700年前古人就有利用其防治害虫的记载,是世界上生物防治最古老的实例。但近来的研究发现蚂蚁通过竞争、干扰和捕食降低了传粉昆虫的访花频率和在花上的耗费时间,有可能影响植物的种子和果实产量;授粉昆虫也能够识别捕食者的化学和视觉信息而躲避捕食者。但黄猄蚁能巧妙地埋伏在花冠下等待授粉昆虫访花时进行捕食,蜜蜂在无法通过视觉信息感知捕食危险存在的情况下,是否能够截获蚂蚁在树上活动留下的足迹信息并作出相应的觅食策略对蜜蜂至关重要。

我园化学生态组的研究人员李建军、汪正威和谭垦等人以同域分布的大蜜蜂(Apis dorsata)及其捕食者黄猄蚁为研究对象,通过移植蚁巢、提取蚂蚁踪迹信息素及行为实验等发现蜜蜂能同样有效地回避有蚂蚁活动或只有蚂蚁踪迹信息素的花朵,表明蜜蜂能利用嗅觉截取(eavesdrop)捕食者信息并作出相应的回避反应。这个结果有助于理解捕食者和竞争者的信息如何影响食物链;猎物如何通过截取捕食者信息回避捕食者。

相关研究成果以“Giant Asian honeybees use olfactory eavesdropping to detect and avoid ant predators”为题发表在Animal Behaviour上,该杂志以“Featured Articles: Honeybees Eavesdrop on their Ant Predators”作了相关报道,详细信息请参阅:http://www.journals.elsevier.com/animal-behaviour/featured-articles/honeybees-eavesdrop-on-their-ant-predators/

图1

蜜蜂报警激素新功能

当蜂群受到威胁时,蜜蜂通过叮、咬等方式攻击敌人,同时释放报警激素。在蜂群旁,报警激素起招募同伴、标记敌人等作用;但是在食源位置,报警激素是否起到预警效果?

蜜蜂在花丛中采集时可能会遭遇多种捕食者如蜘蛛、螳螂和蚂蚁等。黄猄蚁(Oecophylla smaragdina)是热带地区常见的捕食者,蜜蜂在被黄猄蚁捕捉到之后仍然会奋力挣扎,并释放报警激素,报警激素及组分能否被其他同伴感知,并阻止蜜蜂拜访危险的食源是我们感兴趣的问题。

我园化学生态组的研究人员李建军、汪正威和谭垦等人利用GC-MS分析SPME采集到的模拟蚂蚁攻击后蜜蜂释放的报警激素,共发现8种主要组分,其中3种为未报道过的。行为实验结果表明蜜蜂能有效的躲避报警激素(无论自然的或人工混合的)和其中的3种组分。这表明受攻击的采集蜂能为同伴甚至其他种类蜜蜂提供有用的信息,拓宽对报警信息在植物传粉中的作用,有助于更全面理解报警激素的功能。

相关研究成果以“Effects of natural and synthetic alarm pheromone and individual pheromone components on foraging behavior of the giant Asian honey bee, Apis dorsata”为题发表在J Exp Biol上。

图2

美国加州大学James Nieh 教授访问我园

 应化学生态组组长谭垦研究员的邀请,美国加利福尼亚大学圣迭戈分校(UCSD)生态、行为与进化研究部主任James Nieh教授于2014年9月17-10月3日访问我园。James Nieh教授在社会性昆虫行为学、生态学研究方面有很高的造诣,近年来发表论文、专著60余篇,其中在Current BiologyTrends in Ecology and EvolutionQuarterly Review of Biology等杂志发表文章多篇。

9月23日James Nieh教授在园部作了题为“ The emergent properties of superorganism signaling: inhibitory signals shape honey bee foraging in a changing and dangerous world”精彩报告,并与园里的科技人员进行了广泛的交流和讨论。访问期间还与化学生态组的研究人员开展“社会性昆虫信息通讯”的合作研究。

James Nieh 教授作报告

杀虫剂干扰了蜜蜂正常的躲避天敌的能力

         吡虫啉是新烟碱类杀虫剂,具有广谱、高效、低毒、低残留,害虫不易产生抗性,对人、畜和植物安全等特点,是目前广泛应用于田间害虫防控的杀虫剂。新烟碱类杀虫剂主要作用于昆虫的乙酰胆碱受体(nAChR),且有很好的选择性,因而成为了新农药研制的重要领域。

        但近来的研究表明花蜜中残留的吡虫啉,即使在安全剂量范围内对蜜蜂的学习能力、食物摄取、运动能力等有很大影响。如吡虫啉能降低蜜蜂的采集频率和蜜蜂成功返回蜂巢的比例,这或许与蜜蜂的定向能力受损有关;吡虫啉还能改变蜜蜂对糖浓度的反应域、减少对高质量食源的舞蹈强度。因此吡虫啉对蜜蜂的影响引起了人们广泛的关注。

         蜜蜂采食时,除考虑食物质量外,还要评估捕食风险,通常要避开有危险的食源。如蜜蜂能避开有蜘蛛和螳螂的花朵、斑块;东方蜜蜂(Apis cerana)能减少拜访有其天敌胡峰(Vespa velutina)存在的人工食源。蜜蜂具有复杂而精巧的决策技能,吡虫啉对蜜蜂采食策略的影响可能是复杂多变的。

        化学生态组谭垦博士领导的研究团队利用含不同浓度吡虫啉的糖浆及天敌胡蜂对蜜蜂的采集行为进行了详尽研究,首次证实亚致死剂量的吡虫啉损害了蜜蜂对危险食源的判断力,进而削弱其趋避天敌的能力。这种行为改变很可能影响到传粉昆虫的适合度。

        相关研究成果以Imidacloprid Alters Foraging and Decreases Bee Avoidance of Predators为题发表在PLoS ONE上。  (2014-07-21)

蜜蜂的选择-捕食者与食物质量

蜜蜂的选择-捕食者与食物质量

蜜蜂对花蜜温度和浓度的权衡与选择

        动物取食时需要考虑多种因素,如食物质量、食物的处理时间、捕食风险、食物中碳氮平衡等。在复杂的自然环境下,动物的决策往往需要评估各种相反的标准,如高质量的食物往往吸引捕食者,意味着取食者必须权衡食物质量和捕食风险。蜜蜂在取食时需要面对多种矛盾的花的属性(如获取食物与取食时间、取食地出现的危险及花蜜中的有毒成分等),因此是探索动物在多种复杂因素下取食决策的优秀模型。

温度和浓度是花蜜的两个重要属性,版纳植物园化学生态学研究组谭垦博士等利用东方蜜蜂取食时对不同温度和浓度的糖溶液的喜好研究蜜蜂在多种选择下的决策。结果表明:在对花蜜单个属性进行选择时,蜜蜂偏好温暖的糖溶液(浓度相同)和较高浓度的糖溶液(温度相同);在对有多个属性的花蜜选择时,蜜蜂对相同浓度温暖糖溶液的偏好随温度的降低而增加。

在决策过程中,唯一选项下蜜蜂选择最为直接。而在对食物多个属性进行选择时,蜜蜂能够对这些选项的不同属性进行单独权衡,并且会增加对各个选项权衡的时间和次数。环境对蜜蜂的选择能够产生影响,随选项数目的增加,无论其属性优劣,蜜蜂的决策都会受到影响,即蜜蜂会改变之前的选择偏好。

相关研究成果以Preferences and tradeoffs in nectar temperature and nectar concentration in the Asian hive bee Apis cerana为题发表在Behavioral Ecology and Sociobiology上。(2014-03-11)

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捕食风险(恐惧)和食物质量对蜜蜂群体和个体采食行为的影响

         捕食不但能直接减少猎物的数量,也能使猎物产生恐惧,从而影响猎物的分布和采食频率等。恐惧导致的实际生态后果可能与直接猎杀一样强烈。对传粉昆虫而言,恐惧能使传粉者避开危险的采食环境,从而干扰植物传粉,影响植物的适合度。然而在有多种捕食者存在和不同食物质量的自然环境下,恐惧是如何影响传粉者行为的尚不清楚。我园化学生态组谭垦博士领导的团队利用大小2种不同的胡蜂捕食蜜蜂的实验,对这个问题进行了深入的研究。

研究结果表明:1、当胡蜂接近蜂群时,东方蜜蜂(Apis cerana)能通过结团(ball)杀死胡蜂。参与攻击大型胡蜂(Vespa tropica)的蜜蜂数量是攻击小型胡蜂(Vespa velutina)的4.5倍。对蜜蜂而言大型的胡蜂更危险。2、当供给相同浓度糖浆时,蜂群的采集力分配、个体的采食频次及停留时间随危险程度而降低。3、当供给不同浓度糖浆时,蜜蜂群体和个体都更偏好高质量的食物;但当需要平衡食物质量与捕食风险时,两者都会减少对高风险区域(无论食物质量)的拜访,但蜜蜂群体比个体表现出更多的恐惧。对比群体和个体对捕食风险的不同表现能够解释捕食者是如何影响社会性蜜蜂的传粉行为的。

相关研究成果以“Fearful Foragers: Honey Bees Tune Colony and Individual Foraging to Multi-Predator Presence and Food Quality”为题发表在PLoS ONE上。在线发表在后引起了人们的广泛关注,多家媒体对该研究结果做了报道和评论。(2013-10-10)

Nature World News: http://www.natureworldnews.com/articles/4284/20131002/honeybees-fear-killer-hornets-keeps-away-food-sources.htm

Phys.Org: http://phys.org/news/2013-10-predators-honey-bees-good-food.html

Science Daily: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131002141155.htm

胡蜂在花丛中捕杀蜜蜂

胡蜂在花丛中捕杀蜜蜂

 

化学生态组组长谭垦博士受邀成为Apidologie杂志编委

        我园化学生态组谭垦博士由于在社会性昆虫生物学,尤其是蜜蜂生物学研究中取得的成就, 近日受Apidologie 总编Dufay博士的邀请,成为新一届Apidologie杂志国际编委会成员,任期4年。Apidologie是国际著名昆虫学杂志, 以研究蜜蜂总科而闻名,涉及蜜蜂总科的行为、生理、生态、传粉、遗传、分类、毒理与病理学等。2012年影响因子为2.155,近5年平均影响因子为2.258,在昆虫学中排名第14(Q1, 总共87),蜜蜂科学中排名第1。谭垦博士是该杂志第一位来自中国大陆的国际编委会成员。(2013-09-18)

谭垦博士

谭垦博士示范实验

化学生态学研究组组长谭垦博士访问美国

        应美国加州大学生物学院James Nieh教授和美国农业部蜜蜂研究中心Judy Chen研究员的邀请,我园化学生态学研究组组长谭垦研究员于2013年7月30日至8月20日访问美国。访美期间,与加州大学生物学院和美国农业部蜜蜂研究中心开展学术交流,分别做了题为“An “I see you” predator-prey signal between the Asian honeybee Apis cerana and the hornet Vespa velutina”和“Giant honeybee alert forage mates with self-sacrifice releasing alarm pheromone” 的学术报告并探讨进一步合作的有关事宜。

另外,在美国美国加州大学生物学院访问期间,与James Nieh教授一起开展了化学生态学合作研究的部分实验工作。(2013-08-27)

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在美国加州大学生物学学院动物行为研究组做报告

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在美国加州大学生物学学院实验蜂场                                              

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在美国农业部蜜蜂研究中心做报告

杀螨剂(Flumethrin)对蜜蜂存活及学习能力的影响

         农药对传粉昆虫的影响越来越引起人们的普遍关注。氟氯苯菊酯(Flumethrin)是一种广泛应用于控制西方蜜蜂(Apis mellifera)螨虫的杀螨剂,但它对蜜蜂社会行为及信息交流的影响未见深入的报道。

我园谭垦博士等利用未曾接触过该杀螨剂的东方蜜蜂(Apis cerana)为材料进行了一系列实验,结果表明:1、饲喂实验:氟氯苯菊酯降低蜜蜂存活率及存活时间;氟氯苯菊酯对蜜蜂有明显的趋避效应。2、蜜蜂学习实验(PER):氟氯苯菊酯明显降低蜜蜂的学习能力;并且其效应在蜂群中能持续一段时间,这些将会严重影响蜜蜂对花蜜的采集和对植物的授粉。

相关研究结果以Effect of flumethrin on survival and olfactory learning in honeybees为题在PLoS ONE上发表。(2013-06-18)

蜜蜂的学习记忆

蜜蜂的学习

欢迎参加第17届国际社会昆虫学大会

 第17届国际社会昆虫学大会将于2014.7.13-18 在澳大利亚凯恩斯举行,欢迎社会昆虫领域的研究者参加(http://www.iussi2014.com/)。大会组委会指定中国区联系人为中国科学院西双版纳热带植物园谭垦博士,有意参加者请联系:kentan@xtbg.ac.cn,或与组委会直接联系:info@iussi2014.com。(2013-05-10)

The Australasian Section of the International Union for the Study of Social Insects (IUSSI) will host the XVII International Congress of the Union for the Study of Social Insects (IUSSI 2014) in Cairns during 13–18 July 2014.

The Congress will welcome most of the world’s leaders in the study of social insects and key players from the field of entomology more broadly.(http://www.iussi2014.com/

Please contact:info@iussi2014.com. or kentan@xtbg.ac.cn.(China)

东方蜜蜂的ISY信号是可遗传的

         我们先期的研究表明:当胡蜂出现时,蜜蜂的防御行为是一种“我看见你了”(I see you,ISY)的信号(Tan et al. 2012)。ISY信号警告捕食者我看见你了,更进一步的靠近是徒劳或危险的。当该信号出现时,猎物可能因来自捕食者的进攻减少而获益;捕食者因放弃不太可能成功的捕食或危险的进攻而获利。当一种信号有利于猎物和捕食者双方时,该信号有可能在猎物和捕食者之间共同进化。由于ISY信号和反应是在2个物种间共同进化的,基于该信号的行为反应不可能完全通过学习获得,很可能是遗传的。

        由于便于人为的实验控制,蜜蜂-胡蜂这个猎物-捕食者系统为我们提供了研究ISY信号的极佳的模型。为了验证蜜蜂-胡蜂间的ISY信号是可遗传的,我园化学生态组谭垦研究员等人分别用在人工气候箱中孵化的、从未接触捕食者的2种蜜蜂(同域分布的东方蜜蜂Apis. cerana, 外来引入的西方蜜蜂Apis. mellifera)为实验对象,模拟捕食者的捕食行为,在蜜蜂蜂脾前晃动在当地捕获的捕食者-凹纹胡蜂(Vespa. velutina)和与捕食者大小类似的无威胁的干扰昆虫-蝴蝶(Papilio xuthus),用摄像机记录并分析蜜蜂对目标昆虫的行为反应。结果表明:当捕食者凹纹胡蜂出现时,东方蜜蜂有明显的震翅行为,且随日龄增长,参与震翅行为的蜜蜂比例显著增加、震动频率也明显加快;相应的异域分布的西方蜜蜂却无此行为。另外东方蜜蜂对没有威胁的蝴蝶没有相应的行为反应。

        对捕食者胡蜂没有任何的防御经验,单独隔离生长的东方蜜蜂能表现出震翅行为;且蜜蜂不需要通过经历捕食过程就能认知胡蜂是危险的敌人、能区分捕食者和没有威胁的干扰昆虫。这些证据表明当主要捕食类群出现时,东方蜜蜂的震翅行为是内在的,这种对特定捕食者的行为反应信号是由遗传决定的。

        相关研究成果以The ‘I see you’ prey–predator signal of Apis cerana is innate为题发表在Naturwissenschaften上。(2013-03-19)

       中国科学报有关报道:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2013/3/271018.shtm

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                                         东方蜜蜂守卫蜂与捕食者—凹纹胡蜂的对峙

东方蜜蜂以调整舞蹈交流的方式来应对有毒花蜜及生存需要

        蜜蜂通过舞蹈交流的形式向同伴传递外界环境信息(如食源信息,新巢信息等),并能随外界环境变化做出相应的行为调整。在自然界中,有些植物的花蜜或花粉是有毒的,蜜蜂如何应对是关系到蜂群能否生存的大问题。版纳植物园化学生态组谭垦博士等对蜜蜂采集有毒的雷公藤花蜜之后的舞蹈行为进行了详细的研究,发现东方蜜蜂能通过改变舞蹈的形式来应对有毒花蜜以及生存需要。

        雷公藤花蜜中含有的生物碱(雷公藤甲素)对蜜蜂和人都是有毒的。在有选择的情况下,采集蜂偏好于采集无毒的花蜜;而在没有其他食物的情况下,因为食物需求采集有毒的花蜜。

        在有其他花蜜可供选择的情况下,蜜蜂会通过减少摇摆舞(waggle dance)或是增加颤抖舞(tremble dance)频率的方式来向同伴传递信息,而且其摇摆舞的准确性有所降低,这种舞蹈调整能够减少对同伴的招引,从而减少有毒花蜜对蜂群的危害。但是在没有其他正常蜜源可供选择时,蜜蜂在采集雷公藤花蜜时则表现出与采集正常花蜜相近的舞蹈形式。

        相关研究成果以Asian hive bees, Apis cerana, modulate dance communication in response to nectar toxicity and demand 为题发表于国际动物学/行为科学期刊Animal Behaviour上。

科学网报道–东方蜜蜂:观舞识毒蜜 http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2012/12/267023.shtm

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胡蜂对蜜蜂信号的反应机制

        提供可信的实验证据来证明动物之间的追捕和防御的信息是很困难的。有实验通过利用假的捕食者来检测被捕食者通过什么防御行为来抵御。可是,这样的研究不能够检测出捕猎者的反应。当胡蜂靠近蜂群,蜜蜂的这种防御行为对于研究捕食者与被捕食者双方的行为都有巨大的实验价值。科学家们通过刻苦努力和小心谨慎的专研态度,通过实验证明这种行为是“我看见你了”信号。

        当飞行着的潜在的捕食者(在这指胡蜂)靠近亚洲蜜蜂的蜂箱时,巢门口的守卫蜂自主地摆动腹部几秒钟。由于整体的振动产生的嗡嗡声,看起来和听起来都是效果很明显的。守卫蜂更倾向于利用这种集体振动的行为来防御。胡蜂只有冒着危险才可能忽略这种振动和声音。胡蜂落在蜂巢门口会引来多达500只蜜蜂形成个紧密的蜂团将胡蜂热死或闷死。但是,西方蜜蜂(Apis mellifera)不会表现出这种振动防御行为,所形成的蜂团的蜂量也相对少很多,核心温度也更低。其守卫蜂更倾向于单只进攻并更容易被捕食。东、西方蜜蜂的这些差异也给研究东方蜜蜂的“我看见你了”信号提供了机会。

该研究测试了以下几点假设。第一,这种振动能抵御胡蜂减少捕猎。第二,胡蜂能更成功地靠近没有这种振动的种类,并有更高的成功率捕食其采集蜂或守卫蜂。作者也研究了被捕食者的行为来检测这个假说。振动行为的密度会随着危险的增加而增加,对于非捕食者的靠近应该不表现出振动的行为。

结果表明,振动行为能够防御捕食者。尽管胡蜂首次靠近这两种蜂的距离大致类似,但是自由飞行的胡蜂与东方蜜蜂(会振动防御的种类)蜂箱之间的距离要比与西方蜜蜂(不会振动防御的种类)蜂箱之间的距离要远。而且,尽管在东方蜜蜂巢门口盘旋较长时间,仍然只有较少的成功捕食率。胡蜂在蜂巢门口盘旋,对于西方蜜蜂被捕食的有40%而对东方蜜蜂只有17%捕食成功率。

该研究还发现被捕食者的行为强度会随着捕食者的接近而增加。东方蜜蜂守卫蜂腹部振动的频率随固定的活胡蜂里巢门口的距离减少而呈S型曲线增加。然而,对固定的活蝴蝶没有反应。只有在里蜂群相当近的情况下,才会有较胡蜂反应低10倍的振动反应。

所有这些结果都强有力地证明,亚洲蜜蜂振动行为是对捕食者胡蜂的一个捕食防御信号。这种振动行为对非胡蜂入侵者也有抵御作用,但是这个研究得出其基本功能是抵御胡蜂。守卫蜂是如何辨识胡蜂的需要在将来的实验中寻找答案。另一个研究所说的露脾生活的大蜜蜂(Apis dorsata)会所谓“墨西哥浪”的行为来防御一定距离防卫的胡蜂。确实,这种集体表现出”我们看见你了”信号,对于理解是怎样集体认知和防御捕食者是很重要的。

        相关研究成果以An ‘I see you’ prey–predator signal between the Asian honeybee, Apis cerana, and the hornet, Vespa velutina为题发表在Animal Behaviour上,在线发表在后引起了媒体的关注,Nature和BBC分别的对该研究结果做了报道和评论。

http://blogs.nature.com/news/2012/02/‘we-can-see-you’-display-deters-bee-botherers.html#wpn-more-15107

http://www.bbc.co.uk/nature/16981702

 

东方蜜蜂群和西方蜜蜂对胡蜂的防御机制研究

         东方蜜蜂群和西方蜜蜂对胡蜂的防御行为有十分显著的差异,由于东方蜜蜂与胡蜂是同域分布,在长期的进化过程中东方蜜蜂对胡蜂的攻击已经有了很好的防御对策,能够较好地保护自己。而西方蜜蜂是外来物种,在原产地很少有胡蜂危害,不能够像东方蜜蜂一样对胡蜂的攻击形成有效的防御。

        谭垦教授等人,建立东方蜜蜂和西方蜜蜂的混合饲养蜂群,研究东方蜜蜂和西方蜜蜂对胡蜂的合作防御机制,结果表明:当有胡蜂来侵犯蜜蜂蜂群时,混合饲养蜂群的东方蜜蜂和西方蜜蜂仍然保持自己原来固有的防御方式,东方蜜蜂通过守卫在巢门口的蜜蜂震动翅膀和腹部向来犯的胡蜂发出警告,回巢的采集蜂改变飞行线路来逃避胡蜂的捕食。而西方蜜蜂守卫在巢门口的蜜蜂通过释放报警信息素来召集更多的蜜蜂来守卫在巢门口。当胡蜂距蜂巢很近时,东方蜜蜂和西方蜜蜂的守卫蜂便会一拥而上对胡蜂进行结团,结团的中心温度可以达到50℃以上把胡蜂给“热死”。有趣的是参加结团的两种蜜蜂中,更多的东方蜜蜂处于结团的中心区域直接与胡蜂进行“肉搏战”,而西方蜜蜂虽然参加战斗,但更多的是处于结团的外围。所以在消灭胡蜂的战斗中东方蜜蜂牺牲的个体数目是西方蜜蜂牺牲的个体数目的3倍以上。该研究结果在Apidologie上在线发表。

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