蜜蜂种质的保存

发布时间:2011-09-12 11:34    文章来源:湖北天马养蜂场    浏览量:1884 次    【字体大小:正常 偏大 最大

很多人认为,美国农业部贝尔兹维里蜜蜂研究室的主要研究方向是蜜蜂病虫害、非洲化蜜蜂以及蜂群防御与报警机制的研究。然而,1995年该研究室接受了一项新任务,研究蜜蜂种质或生殖细胞的保存。

美国国会指示,美国农业部农业研究部门应制定国家遗传资源规划,保存重要农业物种的遗传多样性。农业研究局在若干地区有保存作物品种的悠久历史。但是,这项指令要保护动物,包括昆虫也要保存。选择蜜蜂作为三种模式昆虫之一,它代表膜翅目的有益昆虫,另外两种昆虫是家蝇(双翅目)和粉红棉铃虫(鳞翅目)都是重要害虫。有些研究小组已在有效利用寒冷和自然滞育(冬眠)来保存蝇类和毛虫(鳞翅目幼虫)害虫,但是,对昆虫来说蜜蜂有一种独特的方法,即人工授精。

一、人工授精和生存率

目前,蜜蜂是具备人工授精或器械授精完善方法的唯一昆虫。自从20世纪20年代发展起来的蜂王人工授精设备是尖端的和多种多样的,其中包括用于采集大量精液的哈勃氏注射器。本计划的目标之一是研制一种冷冻精液的方法。测试精子的存活率(这种方法现在应用于许多物种)对研究有很大帮助。

精子用两种不同的颜色染色,绿染料与精子头内的DNA结合,红染料只在细胞死亡时进入头部。精于头呈绿色的是活的,红色头是死的。我们计算若干个样本,每个样本100个精于细胞,求平均数。采用这种染色技术,我能试验多种冷冻处理,并直接评价精子。以前研究蜜蜂精液冷冻保存的研究人员,必须等待用处理的精液给蜂王授精,蜂王开始产卵,卵成熟到足以看出是否在工蜂房里的全部卵是工蜂(受精的),还是蜂王在不适当的位置产了雄蜂(未受精卵)。

应用生存率染色技术,能够回答一些基本问题。用已知活精液水平,从0%(全部是死精子)到100%(新鲜精液)的精液样本,就能说明用大于50%活精子授精的蜂王将产正常的工蜂幼虫,至少持续产一个季度。用低于50%活精于授精的蜂王,在工蜂房里产不同程度的雄蜂。作为蜜蜂育种专家使用此项实用技术,50%活精子是冷冻保存精液精液样本必须达到的存活率阀值。

采用冷冻后存活一半以上的精于给蜂王授精,就能在一个夏季培育新蜂王,这样长的时间足以在育种程序中扩大特殊的种群。

在设置存活率阀值时,研究人员还发现蜜蜂精子容易受到处理的伤害。精液是很浓的液体,为采集足够一次授精用的精液或者想要保存采集来的大量的精液,使用注射器进行人工授精时,要用力吸取精液,这就大大降低了精液的存活率。有些蜜蜂育种家采用从多只雄蜂采集精液的方法,将精液在稀释液里混合,然后再用离心浓缩。从前发表的文章,离心的速度和时间对精子的存活率影响大,速度快会损伤精于。新发表的方法,采用对精于比较温和、较低的速度,但是浓缩精液需要的时间较长。

蜜蜂种质的保存

二、遗传力和生存率

阿根廷的安德雷博士在执行养蜂发展综合计划,也采用这种精子生存率测定法来确定雄蜂之间的自然变异。发现雄蜂的自然变异很大,这种特殊的遗传计量单位通称为遗传力。结果表明,精子生存率至少部分受遗传的影响,在遗传育种计划中,从选择雄蜂改善精子的生存率可以定为目标。

三、精于冷冻保存

在液氮中冷冻生物组织,必须保护细胞不受损伤。与稀释液一起,将细胞保护剂加到精液里。稀释精液的冷冻和解冻的速度对精子的存活也很重要。安德雷博士等试验了多种曾经用于蜜蜂精液的溶液,以确定其中那种最适宜作为储存精液的稀释液。有数种含盐和糖的生理盐溶液,pH为7和9,重量渗透压浓度(溶液中渗透压活动颗粒的总数)在350和500,精于在这样的溶液中是稳定的,并且保持活力。

进行一系列不同稀释液、若干常用冷冻保护剂以及各种冷冻和解冻速度的试验,并且对精液样本直接进行测定。最终精液样本的存活超过了50%的阀值水平。同样也检测了新鲜精液的稀释液和冷冻保护剂对授精蜂王的影响。在夏季,计划将所有这些信息综合在一起,形成采集和冷冻精液的标准方法。我们将用冷冻和解冻的精于给一组蜂王授精,评价它们所产的工蜂幼虫的质量。

四、在室温条件下的储存

从人工授精的长期经验,得知将采集的精液存放在室温下是可能的,但不知是否能长期储存。因此,将采集的精液,密封在毛细管中,放在黑暗房间里,室温储存1年。

令人喜悦的是,精子生存率至少在8周内保持在高水平,然后慢慢下降。少数样本没有污染,密封很好,在储存1年后发现它们的生存率高于50%的阀值。即便只能将精液保存数周,这种方法或许能给育种家某些自由,在有大量雄蜂时采集精液,保存到有了蜂王。

不幸的是,试用室温下储存1~8周的精液给蜂王授精,大部分蜂王产的是雄蜂卵。精于是活的。但是不执行它们的任务。后来经过多次试验,研制出一种稀释剂刚好在授精前与精液混合,它将刺激精于达到正常的活动水平,在夏季将测试这种方法,评价产卵的蜂王。

五、蜜蜂卵的冷冻保存

研究计划包括蜜蜂卵,卵3日内发育成胚胎。开始这项研究时,已经发表了在液氮中冷冻果蝇胚胎的成功方法。很幸运是,能与研究者之一的田纳西州立大学的彼得·梅休尔博士一起工作。这项措施已应用到其他昆虫的胚胎。

蜜蜂生物学使胚胎保存成为挑战,因为必须个别地采集卵,它们太小在处理它们冷冻时比较困难。现在,有一套良好的措施采集卵,并能让它们在孵化器中100%孵化。在研究果蝇过程中,研究人员发现采用一定发育阶段的胚胎,在冷冻后能得到较高的生存率。这对蜜蜂胚胎同样有用,48小时的蜜蜂胚胎最能耐受冷冻。我们用精液试验的冷冻保护剂,同样适用于蜜蜂胚胎。为了使冷冻保护剂进入胚胎,必须将卵的外壳除去,用温和的漂白(Clorox)溶液除去卵壳。然而用于果蝇和蚊虫胚胎的溶剂会杀死蜜蜂的胚胎。

因此,研究停留在这一阶段,能够保存卵要比冷冻精液更令人激动。如果这些胚胎能孵化,培育到1日龄。将它们移至无王群,按照标准方法培养蜂王将是件容易的事情。这样培育出的蜂王能自然交配,不需要人工授精,也能培育出选作保存的遗传种群的雄蜂。

六、自然储存的蜂王如何更多养蜂技术和蜂产品知识请关注湖北天马养蜂场官方微信公众号:"honeymarket",或者加QQ号2969169050,欢迎投稿和交流讨论蜜蜂文化。

本计划的最终日的是,进一步地了解蜂王为什么能在相对高的温度下储存精液多年,精子仍然存活,能给卵授精。研究人员相互协作,开始了一项大胆的计划,试图发现蜂王受精囊里发生了什么,以及雄蜂对自然储存的精于可能有什么影响?有一些早期的资料,若干种抗氧化剂能保护细胞避免随时间降解,它们可能以较高的水平出现在受精囊中,并随精子存在精液里。

在过去的几年里,Evans博士参与蜜蜂基因组测序计划,现在有一个蛋白质组实验室从事蛋白质的大规模研究,特别是蛋白质的结构及其功能,使人们能解剖特殊组织,例如精于或处女王的受精囊,分离其中的蛋白质。蛋白质组实验室然后能鉴定这些蛋白质的性质,并能从基因组项目找出与其匹配的蛋白质基剧顺序。因为蛋白质在许多细胞变化过程中是关键的物质,可以使我们了解受精囊里发生的事情。这是一项令人激动的尖端科学,我们衷心希望能获得一些解答,或者得到另外的种质保存的手段。

引自《中国蜂业》2007(4)

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