基于射頻識別技術(shù)的中華蜜蜂工蜂春季出巢活動跟蹤研究

基于射頻識別技術(shù)的中華蜜蜂工蜂春季出巢活動跟蹤研究

蜜蜂是社會化的昆蟲。群體成員之間有密切的分工。通常，成蜂在3周內(nèi)開始在巢穴內(nèi)進(jìn)行保溫、清潔、喂食和其他工作，然后在3周內(nèi)結(jié)束。這種分工是隨著蜜蜂組內(nèi)部和外部環(huán)境的變化而調(diào)整的。在極端情況下，老鼠可以盡快離開，老鼠也可以變成繁殖蜂。蜜蜂行為的發(fā)育模式及其變化機(jī)制已成為蜜蜂生物學(xué)的研究熱點(diǎn)。蜜蜂訪問種類繁多的植物,采集花蜜和花粉,構(gòu)成整個蜂群賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ).蜜蜂在采集食物的同時(shí),也幫助植物完成傳粉工作,這對植物的生存和繁衍有著重要影響.通過這種方式,蜜蜂在很大程度上影響和維系著整個地球生態(tài)系統(tǒng)的平衡、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,蜜蜂授粉為農(nóng)作物的增產(chǎn)、增質(zhì)等所發(fā)揮的作用得到愈來愈多的重視[10,11,12,13,14,15].中華蜜蜂(Apisceranacerana)是我國特有的重要蜜蜂資源,是我國眾多野生植物和農(nóng)作物的重要傳粉者.盡管西方蜜蜂(Apismellifera)引入中國約100年,并在全國范圍內(nèi)得到大規(guī)模飼養(yǎng),但是,中華蜜蜂因其具有食譜廣泛、抗病力強(qiáng)等生物學(xué)特性,仍然是我國養(yǎng)蜂業(yè)的重要組成部分,在維護(hù)我國自然生態(tài)系統(tǒng)平衡和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮著十分重要的作用.但是關(guān)于中華蜜蜂的社會分工、個體發(fā)育、采集活動規(guī)律及其行為發(fā)育等基礎(chǔ)生物學(xué)研究相對薄弱,影響了中華蜜蜂的飼養(yǎng)、科學(xué)研究和開發(fā)利用,也阻礙了中華蜜蜂一些優(yōu)良性狀形成機(jī)制的研究.電子標(biāo)簽又稱無線射頻識別技術(shù)(radiofrequencyidentification,RFID),原理是利用射頻信號通過空間耦合實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的自動識別,其主要特點(diǎn)是不與目標(biāo)直接接觸即可進(jìn)行識別.與傳統(tǒng)研究方法相比,利用該技術(shù)觀察蜜蜂進(jìn)出巢活動,具有簡便、準(zhǔn)確、系統(tǒng)等優(yōu)勢.目前RFID技術(shù)在蜜蜂行為研究中已有所應(yīng)用.為系統(tǒng)研究中華蜜蜂的出巢活動規(guī)律,本研究標(biāo)記一定數(shù)量的初始羽化蜜蜂,利用RFID技術(shù)檢測所標(biāo)記蜜蜂進(jìn)出蜂巢情況,分析其出巢活動規(guī)律,以期為深入研究中華蜜蜂的社會分工及其行為發(fā)育奠定基礎(chǔ).1材料和方法1.1蜂群日常飼養(yǎng)管理試驗(yàn)所用蜂種中華蜜蜂來自福建農(nóng)林大學(xué)蜂學(xué)學(xué)院教學(xué)蜂場,于2013年4月至6月開展試驗(yàn).檢測蜜蜂進(jìn)出的RFID設(shè)備,包括讀寫器、電子標(biāo)簽、天線及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分析軟件XCRF-800V1.40(遠(yuǎn)望谷,廣東深圳).其他試驗(yàn)材料包括昆蟲膠膠水,剪刀、透氣的盒子(盛待標(biāo)記和標(biāo)記后的蜜蜂)、鑷子、槍頭(涂抹膠水)等,以及蜂群日常飼養(yǎng)管理的工具起刮刀、蜂帽等.1.2試驗(yàn)蜂群的確定受RFID系統(tǒng)檢測通道通行能力(20mm×8mm)限制,為保證順利檢測全部標(biāo)記的工蜂,同時(shí)又不影響蜂群的正?；顒?試驗(yàn)蜂群不宜過大.所用蜂群為2足框的繁殖期正常蜂群,經(jīng)定群確認(rèn)成年蜜蜂約5000只,子脾約1.2脾,蜂王產(chǎn)卵正常,并有一定儲蜜.1.3利用電子標(biāo)簽固定確定試驗(yàn)蜂群后,選擇蜂群中剛羽化新蜂的巢脾,徒手抓取剛羽化的成年蜜蜂(盡量避免對蜜蜂造成傷害),將預(yù)先用槍頭涂布有昆蟲膠的電子標(biāo)簽用鑷子夾住輕輕粘在剛羽化出房蜜蜂的中胸背板稍偏前位置,避免遮擋蜜蜂的翅膀而影響飛行.將粘有電子標(biāo)簽的蜜蜂放在一透氣的盒子內(nèi)15min,確保電子標(biāo)簽的牢固性.隨后將粘好標(biāo)簽的蜜蜂放回試驗(yàn)蜂群,正常飼養(yǎng).1.4保檢測通道與檢測設(shè)備蜜蜂標(biāo)記完成之后,立即搭建RFID檢測系統(tǒng),將檢測通道與蜜蜂的巢門相連接,避免空隙,確保檢測通道是所有蜜蜂進(jìn)出蜂箱的唯一出口.連接檢測通道與檢測器,并連接電腦,調(diào)控監(jiān)控程序,對標(biāo)記蜜蜂進(jìn)出巢門的情況進(jìn)行檢測.檢測工作一直持續(xù)到所標(biāo)記的蜜蜂全部死亡為止.檢測期間,為防止數(shù)據(jù)丟失或其他意外情況發(fā)生,每天晚上將當(dāng)天的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行保存,并及時(shí)檢查設(shè)備的運(yùn)行情況.1.5巢時(shí)間和數(shù)據(jù)采集人工導(dǎo)出系統(tǒng)每日所檢測到的數(shù)據(jù),剔除重復(fù)記錄,分別統(tǒng)計(jì)每只蜂最早出巢時(shí)間,最后歸巢時(shí)間,每日出巢采集的次數(shù),每次在外采集的時(shí)間,采集返巢后在巢內(nèi)停留的時(shí)間等.同時(shí)記錄來自地方氣象站的天氣信息,以便分析數(shù)據(jù)時(shí)使用.使用SPSS18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,使用MicosoftExcel2003(版本:SP3)進(jìn)行繪圖.2結(jié)果與分析2.1蜜蜂的壽命由于標(biāo)簽遺失,試驗(yàn)蜜蜂個體不正常死亡等原因,根據(jù)蜜蜂自羽化至自然消失階段的出入蜂群記錄,最終獲得18只工蜂的數(shù)據(jù).其中,觀察到存活時(shí)間小于20d的蜜蜂3只,最短為17d,有9只存活20-30d,有6只存活時(shí)間大于30d,最長為35d.經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明,所標(biāo)記蜜蜂的壽命為(26.89±5.51)d.2.2蜜蜂的首次出巢活動持續(xù)時(shí)間通過記錄所標(biāo)記的18只蜜蜂的首次出巢活動時(shí)間.其中,12只蜜蜂在4日齡進(jìn)行首次出巢活動,3只蜜蜂在5日齡時(shí)進(jìn)行首次出巢活動,另有3只分別在7、8和11日齡進(jìn)行首次出巢活動(表1).蜜蜂的首次出巢活動在當(dāng)天只進(jìn)行1次,持續(xù)時(shí)間為2-3min,僅有1只蜜蜂的首次出巢活動時(shí)間超過5min.因此,中華蜜蜂一般在羽化后4-5d進(jìn)行首次出巢活動,其首次出巢活動持續(xù)時(shí)間較短.2.3蜂出巢活動通過記錄18只蜜蜂不同日齡出巢活動情況,計(jì)算每日出巢蜜蜂占所標(biāo)記蜜蜂的比例.在羽化后的前3d沒有蜜蜂出巢活動,自4日齡開始到10日齡,僅部分蜜蜂出巢活動,每天的比例不等,自11日齡開始直至最后1只蜜蜂死亡,幾乎所有標(biāo)記蜜蜂每天均外出活動(圖1A).進(jìn)一步分析每日出巢蜜蜂的平均出巢次數(shù)(出巢頻率),結(jié)果發(fā)現(xiàn)前3d蜜蜂不出巢活動,4-15日齡每日出巢1次,自16日齡前后的4-6次開始,每日出巢的次數(shù)逐漸增加,至20日齡前后為8-10次,30日齡前后可達(dá)14-16次(圖1B).這說明蜜蜂外出活動的積極性是隨著日齡的增加而增加的,每日平均出巢次數(shù)也是隨著日齡的增加而逐漸增加.2.4不同日齡期蜜蜂出巢活動的時(shí)間通過觀察蜜蜂每日出巢活動時(shí)間,發(fā)現(xiàn)所標(biāo)記蜜蜂第1次出巢活動在下午14:30至15:30進(jìn)行.隨后幾天的出巢活動時(shí)間會逐日提前,但主要集中在11:00至15:00.自11日齡之后,蜜蜂飛行的時(shí)間可提前至約8:00,一直持續(xù)到下午約15:00.自14日齡開始,蜜蜂的出巢活動自早上約5:00開始,一直持續(xù)至下午17:30甚至更晚(圖2).這說明羽化后成年蜜蜂的早期出巢活動在11:00至15:00進(jìn)行,隨著日齡增加,其活動時(shí)間范圍逐漸擴(kuò)展至早上5:00至下午17:30.2.5單次采集活動2.5.1巢外活動持續(xù)時(shí)間分析不同日齡蜜蜂單次巢外活動的持續(xù)時(shí)間,自開始進(jìn)行巢外活動的4日齡至16日齡,蜜蜂單次出巢活動的時(shí)間較短,平均出巢活動時(shí)間為2-3min.至17日齡時(shí),蜜蜂單次出巢活動時(shí)間明顯增加,超過16min,此后,每次外出活動時(shí)間約30min(圖3).根據(jù)蜜蜂在巢外活動持續(xù)時(shí)間的長短,可將蜜蜂羽化后的巢外活動分為2個階段,一是自羽化至16日齡,這期間每次外出活動時(shí)間只持續(xù)2-3min.二是17日齡之后,單次采集時(shí)間顯著增加至20-30min.2.5.2外出一次采集持續(xù)時(shí)間通過對20日齡后處于采集階段的蜜蜂外出活動持續(xù)時(shí)間進(jìn)行檢測和分析.檢測數(shù)據(jù)之間差異顯著,時(shí)間短的只有幾分鐘甚至1min,這種數(shù)據(jù)約占400個,可能是一些守衛(wèi)蜂在巢門口不斷進(jìn)出而被反復(fù)檢測的結(jié)果.有35個檢測數(shù)據(jù)為100min以上,甚至有1個數(shù)據(jù)是226min.大多數(shù)的數(shù)據(jù)為20-60min.為進(jìn)一步研究蜜蜂實(shí)際外出采集持續(xù)的時(shí)間,時(shí)間太長和太短均不符合蜜蜂的采集習(xí)性和特點(diǎn),因此去除小于10min和大于100min的數(shù)據(jù),共獲得數(shù)據(jù)783個,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析為(32.61±10.04)min.說明試驗(yàn)期間處于采集階段的蜜蜂外出一次采集持續(xù)時(shí)間平均約為33min.2.6不同采集時(shí)間的蜂在巢內(nèi)停留時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析為確定蜜蜂在2次采集活動之間停留在蜂巢內(nèi)部的時(shí)間,選擇20日齡后在天氣晴朗的4天記錄數(shù)據(jù),計(jì)算每只標(biāo)記蜜蜂在出巢返回后停留在巢內(nèi)的時(shí)間.研究表明,蜜蜂在巢內(nèi)的停留時(shí)間范圍較大,短的只有幾分鐘甚至1-2min,長的則大于100min,最長達(dá)到319min.在獲得的347個數(shù)據(jù)中,10min以下的數(shù)據(jù)有150個,10-99min的數(shù)據(jù)有168個,而大于100min的數(shù)據(jù)有29個.時(shí)間太長或者太短均與連續(xù)的采集活動無關(guān),因此去除小于10min和大于100min的數(shù)據(jù),剩余168個數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果為(28.75±10.79)min.說明蜜蜂采集返巢后在巢內(nèi)停留的時(shí)間約為29min.3采集活動特征本研究利用RFID系統(tǒng)研究了春季中華蜜蜂羽化后的進(jìn)出巢活動情況.研究表明,新羽化蜜蜂一般在4-5日齡進(jìn)行第1次出巢活動,持續(xù)時(shí)間較短.此后至16日齡,蜜蜂每天均會在11:00至15:00外出1次,持續(xù)時(shí)間1-2min,這段時(shí)間對應(yīng)蜜蜂的內(nèi)勤蜂時(shí)期.17日齡之后,蜜蜂外出活動積極,活動時(shí)間擴(kuò)展至整個白天,每次外出的持續(xù)時(shí)間為20-30min,外出采集的次數(shù)隨日齡的增加而增加,這段時(shí)期對應(yīng)蜜蜂的外勤蜂階段.與西方蜜蜂相比(一般為21-24日齡外出采集),中華蜜蜂17日齡就開始外出采集.中華蜜蜂的采集行為發(fā)育明顯比西方蜜蜂要早,是其行為發(fā)育的典型特征之一.該結(jié)果補(bǔ)充了中華蜜蜂的生物學(xué)內(nèi)容,為其行為相關(guān)的研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ).在測定的數(shù)據(jù)中,9、10、25-27日齡的出巢蜜蜂比例、活動時(shí)間、出巢次數(shù)等與分別之前的8、23、24日齡和之后的11、28、29日齡的數(shù)據(jù)有較大差異,經(jīng)核對氣象信息,這幾天均有中或大暴雨,天氣狀況顯著影響了蜜蜂的出巢活動.此外,檢測結(jié)果顯示羽化后至16日齡前后的所謂內(nèi)勤蜂階段,蜜蜂每天都會出巢1次,只是持續(xù)的時(shí)間較短,這與以往一般認(rèn)為內(nèi)勤蜂只從事巢內(nèi)工作而不出巢活動有所不同.17日齡后的采集蜂階段,隨日齡的增加,蜜蜂每日采集次數(shù)逐漸增加,反映了蜜蜂的自主學(xué)習(xí)能力促進(jìn)了采集活動.統(tǒng)計(jì)分析表明,試驗(yàn)期間蜜蜂的平均壽命為27d,比一般30-60d的理論數(shù)據(jù)稍短.分析主要原因如下:一是粘貼電子標(biāo)簽可能對新出房蜜蜂造成一定的影響,試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)部分蜜蜂因粘貼標(biāo)簽受傷而不能飛行,最后死亡.測試的蜜蜂雖然可以連續(xù)2個星期以上檢測到出巢活動記錄,但對蜜蜂的飛行乃至壽命有無影響還無法完全排除.二是試驗(yàn)蜂群的群勢只有2脾,蜂群有較強(qiáng)的發(fā)展需求,培育了大量幼蟲,而且試驗(yàn)時(shí)間,外界的蜜粉源情況較好,蜜蜂的哺育