云南红河和保山两地区小蜜蜂巢房结构比较研究

邓尚靠, 杨顺华, 孟庆鑫, 支丹丹, 龚雪阳, 董 坤

(云南农业大学动物科学技术学院, 东方蜜蜂研究所, 昆明 650201)

小蜜蜂Apisflorea又称小挂蜂、小草蜂，属于膜翅目(Hymenoptera)蜜蜂科(Apidae)蜜蜂属Apis的社会性昆虫(李有泉等, 1981; 张琪等, 2016)。小蜜蜂工蜂体长7～8 mm，头部略宽于胸部，腹部第1、2节背板暗红色，其余各节黑色，体毛短而小，背面及头部下方表面毛灰白色，胸部黄色短毛(杨洁等, 2015)。小蜜蜂主要分布于东南亚的热带、亚热带地区(Breed, 1989)，如印度、越南、印度尼西亚、马来群岛及中国部分地区，在我国主要分布于云南红河、保山、德宏、临沧、普洱和西双版纳等地以及广西部分地区(李有泉等, 1981)。小蜜蜂是一种优良的植物传粉昆虫，据不完全统计，小蜜蜂可为100多种植物授粉，对果树、农作物增产、增质和增效的作用十分明显(Basavarajappa, 2010)，尤其对花型较小的植物正常异花授粉有重要作用，对维持生物多样性和维护自然生态平衡、美化环境有重要意义。小蜜蜂还能生产营养价值较高的蜂产品，每年每群小蜜蜂可采蜜1 kg左右，小蜜蜂蜂蜜中的维生素B6含量较高(梁铖等, 2017)，具有广泛的应用价值和较高的商品价值，在中国市场倍受消费者青睐。

小蜜蜂常在草丛或灌木丛中筑巢，营造单一露天巢脾的蜂巢，一般建在阴凉且相对隐蔽的单根树枝上，竖直向下与地面垂直(Hallingetal., 2001; Sarmaetal., 2002)，距离地面3～4 m(Koeniger and Koeniger, 2000)。小蜜蜂巢脾通常呈圆形，从顶部到底部依次分为储蜜区、贮粉区和育子区，储蜜区巢房深度远远大于工蜂房、雄蜂房的深度。当蜂群达到一定群势时，小蜜蜂会在工蜂巢房的下部筑造雄蜂巢房以培育雄蜂，随后小蜜蜂在巢脾的下边缘建造一定数目自然王台并准备分蜂(Sakagami and Yoshikawa, 1973; Hepburnetal., 2014)。巢房是蜜蜂栖息、繁衍育子、贮存酿造食物的场所，它还可以用于蜜蜂信息素、进化遗传学、社会生物学等方面的研究(Hepburnetal., 2014)。人们很早就发现蜜蜂同一类型的巢房，其结构一致，研究者可以用量具测量出巢房的参数，巢房直径、巢房口六边形边长与巢房深度是主要的参数，对于单个巢房，巢房的平行壁之间的距离是这个巢房的直径(Hepburn, 1983)，巢房底部3个菱形的公共交点到六边形巢房口所在平面中心的距离是巢房的深度(Tan, 2007)，其次单个巢房6条棱、容积，巢房倾斜角也是巢房的主要结构指标。小蜜蜂连续10个工蜂、雄蜂巢房的宽度范围分别为28.0～31.3 和46.0～51.0 mm，小蜜蜂单个工蜂、雄蜂巢房直径范围分别为2.1～3.1和4.2～4.8 mm，工蜂、雄蜂巢房深度范围分别为6.9～10和8.9～14 mm(Free, 1981; Khanetal., 2002; Rindereretal., 2015)。虽然国外学者对小蜜蜂连续10个工蜂、雄蜂巢房的宽度，单个工蜂、雄蜂巢房直径、深度开展了大量研究，但对小蜜蜂在3个方向上连续10个巢房的宽度比较、小蜜蜂单个巢房3个方向直径比较、巢房口部的6条边长、巢房6条棱和容积，巢房倾斜角还未见报道。在国内，匡邦郁等(1994)对黑色小蜜蜂的蜂巢结构进行了研究，但未对小蜜蜂巢房结构展开研究，目前无法全面了解我国小蜜蜂的巢房结构特征。因此，迫切需要对小蜜蜂巢房结构特征展开研究。

此外，穴居型蜜蜂的自然巢房的尺寸随着海拔的升高而增大(Hailu and Biratu, 2016; Mulisaetal., 2018)，也随温度的降低而增大(张祖芸等, 2019; 吕言等, 2021)。因此，我们推测露天型营巢的蜂种(如小蜜蜂)在海拔、温度不同的地区，其巢房结构存在差异性。云南是我国小蜜蜂最主要的分布区域，集中分布在红河、普洱、西双版纳、临沧、德宏和保山等地区。该集中分布区呈西北东南走向，其中红河位于这一集中分布区的东南部，保山位于其西北部，两地海拔、温度相差较大且直线距离相差较远。因此，我们选择云南省红河、保山两地区作为试验巢脾的采集地，以两地区小蜜蜂巢房为研究对象，以巢房结构特征为研究内容，通过对小蜜蜂巢房模型的结构进行测量，得到两个地区巢房结构基础数据并比较两个地区巢房结构的差异，以期为今后研究不同地区小蜜蜂形态学的差异及其遗传多样性提供参考，丰富小蜜蜂的生物学知识，为小蜜蜂的保护及驯化提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

红河州位于云南的东南部，保山市位于云南西部，两地直线距离800 km左右。 本研究采样地点为:云南省红河州金平县金水河镇(22°48′～22°58′N, 102°31′～103°05′E)，平均海拔301 m，年平均气温21～25℃；保山市隆阳区(24°46′～25°38′N, 98°43′～99°26′E)，平均海拔1 653.5 m，年平均气温15.5℃。

1.2 巢脾样本采集

本实验所用的小蜜蜂巢脾样本于2019年6月至2020年5月从红河、保山两地区的上述采样地点采集，每个地点各采集6群迁飞后的小蜜蜂巢脾，采样后置于实验室4℃冰箱中保存，以备后续实验。

1.3 子脾厚度和连续10个工蜂巢房的宽度测量

子脾厚度(T)测量：将小蜜蜂巢脾平整放在桌面上，利用游标卡尺(精度±0.01 mm)卡住工蜂、雄蜂子脾区域的两面即可，分别从工蜂、雄蜂子脾区域的不同位置各重复测量60次。

参照Tan(2007)测量连续10个蜜蜂巢房宽度的方法，对两地区小蜜蜂工蜂巢房3个方向(0°, 60°和120°)上连续10个巢房宽度(W)进行测量，分别从不同位置重复测量60次。

1.4 巢房模型的制作

供试注模材料为双组分环氧树脂A、B胶(广东劲华新材料科技有限公司，东莞)，混合前均为液体，其中A胶为塑形剂，B胶为固化剂，使用时，将A、B胶按体积比1∶1混合，不需要添加其他任何试剂，缓慢搅拌10～15 min左右，混合均匀、清澈透明不拉丝即可使用，30 min内用完，需现配现用。对小蜜蜂巢脾样本上的双面巢房进行填充注模时，将小蜜蜂巢脾平整放在桌面上，用一次性注射器吸取环氧树脂混合液，套上针头缓慢将混合液注射到巢房中。注射时，环氧树脂混合液应当适量，液面刚好和巢房口平齐为止。室温下，环氧树脂24 h后固化。固化后形成与原来巢房大小、形状一致的巢房模型。在固化过程中，环氧树脂溶液不会吸收或者散发热量，对巢房的形状和体积没有影响，巢房保持了原来的形状和结构。待巢房模型在室温下完全固化后，用标记笔在每个巢房模型顶部写上数字“2”，方便确定巢房原来的方向。用热水融化蜂蜡(蜂蜡的熔点为62～70℃)后，得到干净的单个巢房模型，该模型在90℃环境条件下具有不变形(不膨大、不缩小)的特点(图1)。

图1 小蜜蜂工蜂巢房模型Fig. 1 Worker cell models of Apis florea

1.5 单个巢房3个方向直径的测量

随机挑选60个小蜜蜂工蜂、雄蜂巢房模型，利用游标卡尺分别测量小蜜蜂工蜂、雄蜂单个巢房3个方向(0°, 60°和120°)的直径d(图2)。

图2 所测量的小蜜蜂巢房模型3个方向直径直观图Fig. 2 Illustrative diagram of the diameters of Apis floreacell model measured in three directions

1.6 单个巢房口部6条边边长及巢房壁上6条棱长的测量

每群随机选择60个工蜂、雄蜂巢房模型，利用游标卡尺按照逆时针方向对巢房口部6条边边长(Lm)及巢房壁上6条棱长(Lw)进行测量(图3)。

图3 所测量的巢房模型单个巢房口部6条边(A)及壁上6条棱(B)长度直观图Fig. 3 Illustrative diagram of lengths of six sides (A) on the mouth and six edges (B) on the wall of a cell model measured

1.7 单个巢房的深度、容积的测量

巢房底部3个菱形的公共交点到六边形巢房口所在平面的中心的距离是巢房的深度(dp)，每群随机选择60个工蜂、雄蜂巢房模型，使用游标卡尺对巢房模型进行测量巢房深度；单个巢房容积(v)采用密度法测量，为保证实验的精确性，利用密度、容积与质量的关系，称取5 mL空量筒的质量记为m1，而后将混合的环氧树脂(环氧树脂A和环氧树脂B， A∶B=1∶1, v/v)用注射器注入5 mL量筒中，准确固定其体积记为v，待其完全凝固后，称量出质量记为m2，再用m2-m1计算出环氧树脂的质量记为m，而后计算出混合的环氧树脂的密度ρ，每群随机分别选取60个工蜂和雄蜂巢房模型，分别测量出单个蜂房的质量，并记录在实验记录本上，而后根据质量和密度求出容积(v=m/ρ)。

1.8 巢房倾斜角测量

巢房倾斜角(A)即为巢脾自然悬挂时，从巢脾侧面看(竖切面)巢房相对于水平面向上或向下倾斜的角度，如果巢房向上倾斜，定义形成的锐角是正值，而如果巢房向下倾斜，定义形成的锐角是负值，巢房与水平面相互平行时，巢房倾斜角记为0°。

1.9 数据分析

利用SPSS 26.0对红河和保山两地区小蜜蜂3个方向上连续10个工蜂巢房宽度及工蜂、雄蜂单个巢房3个方向的直径、巢房口部边长和巢房壁上棱长数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，显著性水平取0.05。对红河和保山两地区小蜜蜂工蜂、雄蜂子脾厚度，单个巢房深度、容积，以及工蜂巢房倾斜角数据进行统计并t检验。

2 结果

2.1 红河和保山地区小蜜蜂子脾厚度和连续10个工蜂巢房的宽度的比较

通过对云南红河和保山两地区小蜜蜂巢脾育子区域的厚度(T)分析(平均值±标准误)，红河地区小蜜蜂工蜂、雄蜂子脾厚度分别为18.00±0.86和21.96±0.21 mm；保山地区小蜜蜂工蜂、雄蜂子脾厚度分别为19.32±0.84 和25.42±0.12 mm，保山地区小蜜蜂工蜂、雄蜂子脾厚度均极显著大于红河地区(P<0.001)(图4)。

图4 云南红河和保山地区小蜜蜂工蜂(A)和雄蜂(B)子脾厚度的比较Fig. 4 Comparison of the thickness of brood comb of worker (A) and drone (B) of Apis florea inHonghe and Baoshan regions, Yunnan图中数据为平均值±标准误；柱上不同小写和大写字母分别表示红河地区和保山地区差异显著(P<0.05，单因素方差分析，LSD检验)；柱上符号表示红河地区与保山地区相比的差异显著性(*P<0.05; **P<0.01; ***P<0.001; nsP>0.05)(t检验)。Data in the figure are mean±SE．Different small and capital letters above bars indicate significant difference in Honghe area and Baoshan area, respectively (P<0.05, one-way ANOVA and LSD). Symbols above bars indicate the significance of differences between Honghe area and Baoshan area (*P<0.05; **P<0.01; ***P<0.001; nsP>0.05)(t-test). 下图同The same for the following figures.

通过对红河和保山两地区小蜜蜂巢脾在3个方向上连续10个工蜂巢房宽度(W)分析，两地区小蜜蜂连续10个工蜂巢房宽度均表现为0°方向的宽度(W1)显著大于60°(W2)和120°方向的宽度(W3)(P<0.05)，而60°和120°方向的宽度之间差异不显著(P>0.05)；在0°, 60°和120°方向上，保山地区小蜜蜂连续10个工蜂巢房的宽度均显著大于红河地区对应方向上连续10个工蜂巢房的宽度(P<0.05)(图5)。

图5 云南红河和保山地区小蜜蜂在3个方向连续10个工蜂巢房的宽度Fig. 5 Widths of 10 successive worker cells of Apis florea in three directions in Honghe and Baoshan regions, Yunnan

2.2 红河和保山地区小蜜蜂工蜂和雄蜂单个巢房3个方向直径比较

对红河和保山两地区小蜜蜂工蜂和雄蜂单个巢房3个方向直径(d)的分析结果表明：两地区小蜜蜂单个工蜂巢房均表现为0°方向的直径(d1)显著大于60°(d2)和120°方向的直径(d3)(P<0.05)，60°和120°方向的直径之间差异不显著(P>0.05)；而两地区小蜜蜂单个雄蜂巢房均表现为0°方向的直径(d1)与60°(d2)和120°方向的直径(d3)差异不显著(P>0.05)，60°(d2)和120°方向的直径(d3)之间差异不显著(P>0.05)。在0°, 60°和120°方向上，保山地区小蜜蜂单个工蜂巢房直径均显著大于红河地区的(P<0.05)；但两地区小蜜蜂单个雄巢房直径差异不显著(P>0.05)(图6)。

图6 云南红河和保山地区小蜜蜂工蜂(A)和雄蜂(B)单个巢房3个方向直径的比较Fig. 6 Comparison of the diameters of single cell of worker (A) and drone (B) of Apis floreain three directions in Honghe and Baoshan regions, Yunnan

2.3 红河和保山地区小蜜蜂工蜂和雄蜂巢房口部6条边的长度比较

对红河和保山两地区小蜜蜂工蜂、雄蜂口部6条边的长度(Lm)的分析结果显示：红河和保山两地区小蜜蜂工蜂、雄蜂口部6条边的长度Lm1,Lm2,Lm3,Lm4,Lm5和Lm6之间差异均不显著(P>0.05)；保山地区小蜜蜂工蜂、雄蜂巢房口部6条边的边长均极显著高于红河地区的(P<0.01)(图7)。

图7 云南红河和保山地区小蜜蜂工蜂(A)和雄蜂(B)单个巢房口部6条边边长的比较Fig. 7 Comparison of lengths of six sides on the mouth of single cell of worker (A) and drone (B) of Apis florea in Honghe and Baoshan regions, Yunnan m1-m6对应的边长分别为Lm1-Lm6。The lengths of the sides m1-m6 are Lm1-Lm6, respectively.

2.4 红河和保山地区小蜜蜂工蜂和雄蜂巢房壁上6条棱的长度比较

在红河和保山两地区小蜜蜂工蜂、雄蜂巢房6条棱长度(Lw)上均表现为：Lw1,Lw3和Lw5(短棱)与Lw2,Lw4和Lw6(长棱)之间均差异显著(P<0.05)；但在Lw1,Lw3和Lw5(短棱)之间差异不显著，Lw2,Lw4和Lw6(长棱)之间差异不显著(P>0.05)。在Lw1,Lw2,Lw3,Lw4,Lw5和Lw6上，红河地区小蜜蜂工蜂、雄蜂巢房壁上6条棱长度均极显著小于保山地区小蜜蜂工蜂和雄蜂巢房壁上6条棱长度(P<0.01)(图8)。

图8 云南红河和保山地区小蜜蜂工蜂(A)和雄蜂(B)单个巢房壁上6条棱长的比较Fig. 8 Comparison of lengths of six edges on the wall of single cell of worker (A) and drone (B) of Apis florea in Honghe and Baoshan regions, Yunnan w1-w6对应的棱长分别为Lw1-Lw6。The lengths of the edges w1-w6 are Lw1-Lw6, respectively.

2.5 红河和保山地区小蜜蜂工蜂和雄蜂巢房深度、容积、倾斜角结构特征比较

通过对云南红河和保山两个地区小蜜蜂巢房深度、容积、倾斜角结构特征分析，两地区小蜜蜂巢房深度、容积均存在显著差异，保山地区工蜂、雄蜂单个巢房深度、容积均极显著大于红河地区的(P<0.01)；两地区工蜂巢房倾斜角差异不显著(P>0.05)(表1)。

表1 云南红河和保山地区小蜜蜂单个巢房深度、容积、倾斜角特征Table 1 Structure characteristics of depth, volume,and inclination angle of single cell of Apis florea inHonghe and Baoshan regions, Yunnan

3 讨论与结论

对小蜜蜂连续10个工蜂巢房的宽度进行分析，结果(图5)与前人对小蜜蜂连续10个工蜂巢房的宽度(Khanetal., 2002; Rindereretal., 2015)相似(图5)，但对小蜜蜂单个工蜂、雄蜂巢房直径进行测量时，本研究结果(图6)小于Free(1981)对小蜜蜂单个工蜂、雄蜂巢房直径的测量结果(图6)。小蜜蜂单个工蜂、雄蜂巢房直径偏小可能是由于测量方法不一致造成的，Free(1981)直接对单个巢房进行测量，测量时巢房直径包含了巢房壁的厚度，而本研究则是通过测量巢房模型直径，不包含巢房壁厚度，是巢房内围直径，不但从巢脾上直接对小蜜蜂连续10个工蜂巢房的宽度进行测量，还利用巢房模型对小蜜蜂单个工蜂、雄蜂巢房直径进行测量，结果更具科学性和真实性。小蜜蜂巢房小，测量难度大，可利用环氧树脂填充巢房，制作巢房模型，该模型在90℃环境条件下具有不变形(不膨大、不缩小)的特点，大大降低了测量小蜜蜂巢房难度，也为后续研究蜜蜂巢房提供了一种科学、准确的测量方法。

巢房倾斜角即为蜜蜂巢房相对于水平面向上或向下倾斜的角度。Taber和Owens(1970)发现意大利蜜蜂工蜂巢房倾斜角平均为5°，范围0～13°，雄蜂巢房倾斜角平均为10.7°，范围9～12°。卡尼鄂拉蜂Apismelliferacarnica巢房倾斜角为13°，蜜蜂巢房倾斜角向上倾斜不是为了防止蜂蜜流出而是为了增加巢脾的承载力(Oeder and Schwabe, 2021)。关于西方蜜蜂Apismellifera巢房倾斜角已经有广泛报道(Vandenbergetal., 1985)，本研究首次对小蜜蜂巢房倾斜角进行测量，研究发现小蜜蜂工蜂巢房倾斜角均为向上倾斜的，但倾斜角均小于前人研究结果。意大利蜜蜂或卡尼鄂拉蜂的工蜂巢房不但可以用来育子，还可用来贮存蜂蜜和蜂粮，而小蜜蜂建造巢脾时上部环绕树枝，巢脾最上部形成一厚顶，主要用来贮存蜂蜜且由树枝承重，而下部的工蜂巢房则不需用来贮存蜂蜜，承受的力更小。我们推测不同蜂种间巢房倾斜角差异可能是由巢脾组织结构的差异造成的，西方蜜蜂为洞穴型蜂种，所建造的巢脾为复脾，小蜜蜂则是野生蜂种，建造露天的单脾，因而形成不同的巢脾组织结构及功能以适应不同的生态环境。小蜜蜂与西方蜜蜂巢房倾斜角的差异也有可能是因为两种蜜蜂巢房大小不一致造成的，巢房越大，倾斜角也随之增大，以增加巢脾的承载力。对云南红河、保山两地区小蜜蜂巢房倾斜角分析发现，保山地区略大于红河地区，但两地区工蜂巢房倾斜角差异不显著。因此，巢房倾斜角在不同蜂种间存在显著差异，但同一蜂种不同地区间差异不显著。

红河、保山地区小蜜蜂工蜂、雄蜂巢房深度均和Khan等(2002)以及Rinderer等(2015)的研究结果相似，但本研究小蜜蜂工蜂、雄蜂巢房深度均高于Free(1981)的研究结果(表1)，这可能是由于红河、保山两地区的海拔、温度和Free(1981)采样地均有差异造成的。虽然随着巢脾使用时间的累积，蜜蜂巢房内容物增加，巢房壁变厚，巢房深度加深，巢房直径减小(Taha and Al-Kahtani, 2019; Shaweretal., 2020)，但本研究对象是小蜜蜂，小蜜蜂具有迁飞习性，迁飞时间为3个月左右且本研究所采集的样本均为迁飞后的空巢脾，巢脾所用时长大致相同，这说明红河、保山地区小蜜蜂巢房深度的差异不是由于巢脾使用时长造成的。

本研究首次对云南两地区小蜜蜂巢房结构差异性特征开展研究，结果表明红河、保山两地区小蜜蜂在巢房结构上存在差异，保山地区小蜜蜂巢房结构显著大于红河地区的。Hailu和Biratu(2016)以及Mulisa等(2018)分别研究了埃塞俄比亚不同生态条件下，西方蜜蜂(非洲蜜蜂亚种)的传统蜂巢及巢脾巢房尺寸，证实了不同海拔高度下，蜜蜂的自然蜂巢结构、脾间距、巢房尺寸等均存在显著差异，且随着海拔的升高，巢房尺寸增大。红河位于云南的东南部，保山市位于云南西部，本研究采样点为红河州金平县金水河镇(平均海拔301 m)及保山市隆阳区(平均海拔1 653.5 m)，两地平均海拔相差1 352.5 m，红河、保山两地区小蜜蜂在巢房结构差异可能是因为两个地区海拔不同造成的；蜜蜂巢房结构大小还受温度这一环境因子影响，温度越低，巢房尺寸越大，温度越高，巢房尺寸越小(张祖芸等, 2019; 吕言等, 2021)，红河州金平县金水河镇常年平均气温21～25℃，保山市隆阳区年平均气温15.5℃，两地平均气温相差较大，因此，红河、保山两地区小蜜蜂在巢房结构差异可能是由两地海拔、温度共同造成的。

小蜜蜂巢房结构尺寸存在地区性差异，海拔越高，温度越低小蜜蜂巢房结构尺寸越大，海拔越低，温度越高小蜜蜂巢房结构尺寸越小。由于巢房大小往往会影响到蜜蜂个体的大小，小蜜蜂巢房结构尺寸的地区性差异对小蜜蜂的形态指标及采集力的影响值得进一步研究。因此，今后将继续从这个角度进一步开展相关研究，以期丰富对小蜜蜂生物学特性的认知。