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授粉者之戰 我國科學家解密本土熊蜂的遺傳密碼

http://dailynews.sina.com   2020年10月01日 08:17   新京報

  原標題:授粉者之戰 我國科學家解密本土熊蜂的遺傳密碼

  新京報訊(記者 周懷宗)在自然環境中,風和昆蟲承擔着植物授粉的工作,那麼在人工環境中,如溫室大棚,如何爲農作物授粉?

  幾十年來,溫室大棚的授粉,從人工授粉逐漸進化爲飼養熊蜂授粉。在溫室大棚中使用熊蜂給蔬菜授粉,既降低了農民的勞動強度、減少了人力投入,又提高了授粉的效率和質量。

溫室大棚中養殖蜜蜂授粉。新京報記者 王穎 攝溫室大棚中養殖蜜蜂授粉。新京報記者 王穎 攝

  然而,直到今天,各國在溫室中使用的授粉者,大多是一種來自於荷蘭一家公司的熊蜂。高度的進口依賴,使得溫室大棚的農業生產成本更高,且過多地引入外來物種,很可能引發物種入侵事件。因此,各國都在大力開發本土授粉熊蜂品種的培育。

  近日,中國農業科學院蜜蜂研究所主導、國內外多家科研單位參與的一項研究,首次爲16種我國本土熊蜂繪製了高質量的參考基因組序列。據介紹,這爲我國本土熊蜂的遺傳改良奠定了基礎。

  蜜蜂馴化史,從採蜜到授粉

  蜜蜂是一個大家族,是蜜蜂科昆蟲的總稱,旗下有蜜蜂屬、熊蜂屬等重要的傳粉昆蟲。人類採集野生蜂蜜的歷史超過5000年,有文字記載的養殖歷史,也超過2000年,我國人工飼養蜜蜂的最早文字記載,可以上溯到東漢時期。

  但在漫長的馴化史中,絕大部分時間,人類養殖蜜蜂的主要目的,都是收穫蜂產品,比如蜂蜜、蜂王漿等。

  一直到近代,隨着現代農業的規模越來越大,大型農場需要更可靠的授粉者,而不是隻把希望寄予不知道何時吹來的風,或者不知道何時會飛來的野生昆蟲。

  蜜蜂成爲了農場主們的首選。中國農科院蜜蜂研究所研究院孫成介紹,“隨着現代農業的發展,養殖蜜蜂目的也在變化,在一些農業發達的國家,養殖蜜蜂的主要目的已經變成給農作物提供授粉服務,蜂產品只是附帶的收穫。但在中國,目前養殖蜜蜂主要的目的,還是獲得蜂產品。這一狀況將來會逐步改變,因爲我們國家已經越來越重視蜜蜂在授粉服務方面的應用。”

  大棚裏的世界,熊蜂更有優勢

  爲溫室大棚等人工場所培育授粉者,是現代設施農業普及之後的事情。和蜜蜂相比,熊蜂個頭更大,虎背熊腰,憨態可掬,所以國人稱其爲熊蜂。人們發現,相比蜜蜂,熊蜂更適合在空間有限的溫室大棚裏爲蔬菜提供授粉服務。

  “熊蜂的一些特徵,使它更適合溫室大棚,”孫成說,“第一,它耐低溫。在冬天,溫室大棚裏的溫度雖然較大棚外更高,可以供農作物生長,但多數時間不利於蜜蜂活動,而熊蜂卻可以在溫度較低時就從巢中出來給蔬菜授粉。第二,熊蜂的光敏感性不強。一般的蜜蜂會往更亮的地方飛,大棚裏最亮的是頂部,所以蜜蜂會撞棚,甚至因此造成蜜蜂死亡。熊蜂則可以在光線較暗的地方活動,基本不會去撞棚。第三,熊蜂對氣味的敏感性不像蜜蜂那麼強。有些作物會散發特殊的氣味,比如茄科植物,包括西紅柿、茄子、辣椒等,蜜蜂不喜歡這個味道,因而授粉情況不理想。熊蜂則對這些氣味不那麼敏感,可以更好地爲茄科植物授粉”。

  歐洲地熊蜂,還沒打破的壟斷

  我國的授粉熊蜂,還處在主要依靠進口的階段。熊蜂的全球市場中,最主要的品種是一種來自歐洲的熊蜂,俗稱“歐洲地熊蜂”,它是一家荷蘭的公司在三十多年前培育成功的。

歐洲地熊蜂。中國農科院供圖歐洲地熊蜂。中國農科院供圖

  “當時基因組選擇育種技術仍在萌芽階段,那家荷蘭公司,用的還是傳統的、定向選育的方式一代代選育,最終選育出具有理想性狀的熊蜂品種。”孫成說。

  選育成功後,那家荷蘭公司迅速把他們的熊蜂賣到了全世界,成爲授粉市場上最大的供應商。

  但對引進歐洲地熊蜂的其它國家來說,這未必是一件好事。歐洲地熊蜂確實幫助引進地實現了溫室大棚授粉的目的,但同時,也在各國造成生物入侵事件。在我國,也已經有多項研究證實,引進的地熊蜂很可能對本地蜂種和蜂羣造成不良影響。

  “目前各國都在積極培育本土熊蜂。我國是世界上設施農業種植面積最大的國家,因此對本土授粉熊蜂的培育也非常重視,”孫成說。

  技術的發展,提供了新的方法

  “培育本土熊蜂,我國是有優勢的,”孫成說,“我國是全球熊蜂物種資源最豐富的國家,目前世界範圍內已鑑定的熊蜂包含15個亞屬,約250個種,而我國目前已鑑定出125種熊蜂。此外,研究還發現,我國很可能也是熊蜂起源與演化的中心地帶。

  隨着技術的發展,尤其是分子生物學和基因組學的發展,人類的育種技術也在飛速提高。目前,基因組選擇育種技術在植物育種中已經非常成熟,將培育新品種的時間,從原來的七八年乃至十餘年,縮短到一兩年。但在動物育種、尤其是熊蜂育種中,新技術的使用還遠遠不足。

本土火紅熊蜂。中國農科院供圖本土火紅熊蜂。中國農科院供圖

  此次繪製出16種本土熊蜂全基因組圖譜的研究,開始於5年前。孫成介紹,“我們在100多種本土熊蜂中,挑選了16種代表性的熊蜂,其中包括幾種被馴化的可能性非常高的熊蜂。我們對這些熊蜂進行了全基因組測序,並進行了全熊蜂屬水平的比較基因組學研究。在這過程中,我們也鑑定出與熊蜂取食偏好、高海拔適應、殺蟲劑抗性以及外部形態等性狀相關的遺傳變異。”

  據孫成介紹,這一研究爲使用現代的基因組選擇育種技術培育我國本土授粉熊蜂品種奠定了重要的基礎。

  “我國當前設施作物所使用的授粉熊蜂高度依賴進口,引進的熊蜂存在生物入侵風險。所以,培育本土授粉熊蜂品種,對促進我國農業綠色可持續發展、維持國家生態環境安全具有重要意義。”他說。

  相關研究成果在線發表在《分子生物學與進化(Molecular Biology and Evolution)》上。

  新京報記者 周懷宗

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