蜜蜂与植物花朵化学信息交流机制研究

Honeybees are ones of the most ideal pollinators. They play an important role in maintaining the balance of global ecosystem and biodiversity. Honeybees collect their food from flowers, whereas flowers need honeybees for their pollination.The co-evolutionary process offers a very elaborate relationship between honeybees and plants. Honeybees use pheromones for their communication, and plant flowers also release pheromones. They have a same pheromone component (E-β-ocimene). Therefore, is there a chemical communication system between the honeybees and flowers to promote the efficiency of pollination? Consequently, this project will use a needle trap system and GC-MS system to identify the communicating pheromones between flowers and honeybees, then use biological and behaviour experiments to confirm the function of these pheromones, and finally to explore the neuromechanism of how these pheromones alter honeybee foraging behaviour. This study could offer a subject-crossing advantage, and enormously contribute to our understanding on the chemical communication mechanism and co-evolution history between honeybees and plants. Moreover, the results of this study could be directly applied in the honeybee pollinating industry and considerably promote the efficiency of this industry. Therefore, this project has a good prospect in application and economic benefits.

蜜蜂是自然界最理想的授粉昆虫之一，在维护生态平衡与物种多样性中起重要作用。蜜蜂与植物协同进化，形成了一套十分完整的相互适应机制。蜜蜂从植物花朵获取大量食物，而花朵利用蜜蜂进行授粉。蜜蜂能通过化学信息素进行交流，而最新研究发现花朵也释放大量信息素,且两者具有相同信息素成分（E-β-罗勒烯）。那么蜜蜂与花朵在协同进化中是否形成了一种利用化学信息素进行交流机制，以促进授粉？正鉴于此，本项目利用Needle trap 和气质联用技术分析鉴定植物花朵的化学信息素成分，通过生物学研究这些信息素中是否存在在花朵与蜜蜂之间具有交流作用的信息素，并研究该信息素影响蜜蜂采集行为的神经机制。该项目的研究将发挥学科交叉的优势，从独特的角度与思路分析植物与授粉昆虫之间的交流机制，为进一步分析两者之间的协同进化提供新的研究方向。研究成果可在蜜蜂人工授粉等实际生产环节中直接应用，促进授粉效率，具有良好的生产实践价值。

本项目主要研究蜜蜂与授粉植物花朵是否存在化学信息交流机制。通过对花香物质进行检测分析及蜜蜂行为学等实验进行验证，获得蜜蜂与花朵之间交流的化学物质成分，丰富蜜蜂与植物之间的互作和协同进化理论。. 利用Needle Trap热脱附技术和GC-MS分析了12种蜜源植物和3种风媒花花香物质，检测到共计110余种花香物质，其中壬醛是所有蜜蜂采集植物花朵中唯一共性物质，且在风媒花和空白对照中未检测到。. 利用Needle Trap热脱附技术和GC-MS系统定量分析了山乌桕花不同状态下壬醛含量，发现盛开的花壬醛含量显著高于花苞和正在凋谢的花。采集了盛开的大叶女贞花在6:00、9:00、12:00、15:00和18:00时壬醛含量，发现壬醛含量在9:00和15:00达到高峰，这与该花花蜜的泌蜜习性相一致。. 利用尼龙网罩住山乌桕和女贞花，发现罩住的山乌桕和女贞花其花蜜和壬醛含量均显著高于未罩的对照组，表明花蜜和壬醛成正相关。同时在花蜜和实验蜂群的蜂蜜中也检测到了壬醛，表明壬醛经蜜蜂采集，从花蜜转移至蜂蜜中，并长期保存在蜂群内。. 利用触角电位检测表明壬醛是5种主要花香物质中引起蜜蜂触角电位反应最高的物质。行为学实验进一步证实了壬醛对蜜蜂具有最强吸引力。大田真花试验发现添加壬醛可提高对蜜蜂的吸引力，但与其他花香物质和对照组差异不显著。. 综上所述，本研究初步发现了蜜蜂与花朵之间很可能利用花香物质成分进行食物相关的信息交流，而壬醛在这一交流机制中可能起重要作用。蜜蜂是社会性昆虫，壬醛等花香物质广泛存在与花蜜与蜂蜜中，使蜜蜂长期食用带有花香物质的食物，并在整个蜂群内共享食物和花香物质信息，采集蜂在出巢采集前即已获得花香信号物质，可促进蜜蜂的采集效率，对植物也将具有良好的促进授粉作用。