全 文 ：- 96文章编号 :100028551 (2009) 042717204
卫星搭载蜜蜂精液研究初报
郭　军　石　巍　丁桂玲　吕丽萍　刘之光
(中国农业科学院蜜蜂研究所Π农业部授粉昆虫生物学重点实验室 ,北京　100093)
摘 　要 :利用返回式科学卫星搭载蜜蜂精液 ,返回地面后给处女蜂王进行人工授精。初步结果表明 :航天
搭载精液的精子活力和 SP1 代蜂王的成活率均比对照组低 ;SP2 及 SP3 代蜂王的后代工蜂在形态学上发
生了明显变异 ,其中不利变异较多 ;未发现有利变异及综合性状较好的变异。
关键词 :蜜蜂精液 ;航天搭载 ;形态变异
A PRIMARY REPORT ON HONEYBEE SPACE2FLIGHT BREEDING
GUO Jun 　SHI Wei 　DING Gui2ling 　LV Li2ping 　LIU Zhi2guang
( Institute of Apiculture , Chinese Academy of Agricultural SciencesΠKey Laboratory of Pollinating Insect Biology , Ministry of Agriculture , Beijing 　100093)
Abstract :The semen of honeybees (Apis mellifera ligustica and Apis mellifera carnica) was carried by the recoverable satellite
for a spaceflight and was inseminated instrumentally to the virgin queens after returning to the earth. The preliminary results
showed that both the vitality of the sperm and the survival rate of SP1 queen were lower than those of the control . Obvious
variations in morphology appeared on the progeny workers of queens in SP2 and in SP3 generations , but most of variation were
unfavorable. Mutants with desirable characters were not found after the space fight .
Key words :honeybee semen ; space flight carrying ; morphological variation
收稿日期 :2008209222 　接受日期 :2009201215
基金项目 :国家航天育种工程项目课题 (2006HT100149)
作者简介 :郭军 (19812) ,湖北襄樊人 ,硕士研究生 ,从事蜜蜂遗传育种研究。E2mail :guojun0591 @yahoo. com. cn
通讯作者 :石巍 (19622) ,北京人 ,博士 ,研究员 ,从事蜜蜂资源与遗传育种研究。E2mail :shiweibri @yahoo. com. cn
　　蜜蜂是一种高度社会性昆虫 ,具有重要的经济价
值与生态价值。近年来 ,随着人口、资源和环境问题的
日益突出 ,世界各国尤其是发达国家都在探寻新的对
策和措施 ,寻找增产途径。实践证明 ,利用各种育种新
技术培养优良品种是诸多增产因素中最为直接、经济、
有效的措施[1 ,2 ] 。航天育种是最近几年快速发展起来
的一种新技术 ,它利用卫星、飞船或高空气球等返回式
航天器将植物种子、动物胚胎、组织或细胞、微生物等
带到宇宙空间 ,在强辐射、微重力、高真空、交变磁场等
太空诱变因子的作用下 ,使搭载物发生性状的可遗传
变异 ,返回地面后再经人工选育、扩大 ,在较短的时间
内培育出高产、优质的生物新品种或新品系[3～5 ] 。在
创造罕见突变基因资源方面 ,航天育种已发挥出重要
的作用 ,并显示出良好的产业发展态势[5 , 6 ] 。从 2005
年起 ,中国农业科学院蜜蜂研究所在国际上首次进行
了蜜蜂航天育种的尝试 ,旨在利用太空技术来创造蜜
蜂优良的品种或有益性状。本文报道了搭载后 3 年地
面试验所取得的初步进展。
1 　材料与方法
111 　材料
供试蜜蜂精液取自中国农业科学院蜜蜂研究所保
种用的意大利蜜蜂 ( Apis mellifera ligustica ,简称意蜂)
和卡尼鄂拉蜜蜂 ( Apis mellifera canica ,简称卡蜂) 的雄
蜂 ,参考 Kaftanalglu Peng[7 ]的方法配制精液稀释液及其
保护液。SP1 代及其对照组进行人工授精所需的处女
蜂王 ,均用意蜂或卡蜂同一个纯度较高的母本蜂群的
幼虫培育。
112 　方法
717　核 农 学 报　2009 ,23 (4) :717～720Journal of Nuclear Agricultural Sciences
11211 　雄蜂精液的采集和保存 　选择纯度较高的意
蜂和卡蜂各一群作为父本蜂群 ,加入雄蜂脾 ,奖励饲
喂 ,促使蜂王产未受精卵 ;待雄蜂出房后 ,采用白色和
红色的指甲油分别对这两种雄蜂的胸部进行标记 ;12
～18d 后 ,在巢门口分别捉取有标记的雄蜂 ,带回实验
室进行精液的采集。两个蜂种各采集 400μl 精液 ,可
供后期 50 只处女王人工授精使用。
将每个蜂种的 400μl 精液平均分装在 5 个 012ml
的 PCR 管中 ,分别加入 80μl 的精液保存缓冲液 ,盖上
盖子混匀并用封口膜封口 ;将这 5 个 PCR 管嵌套在 1
个 115ml Eppendorf 管中 ,往 Eppendorf 管中加入精液保
护液 ,盖上盖子后用封口膜封口 ,并用黑色 Mark 笔将
管壁全部涂黑 ,贴上标签 (蜂种及取精日期) ,再用锡箔
纸包裹后避光常温保存。每个蜂种各保留 2 管精液在
地面保存以作对照 ,其余的 3 管装入 45ml 的塑料螺口
离心管中作航天搭载处理。
11212 　雄蜂精液的航天搭载　利用第 21 颗返回式科
学与技术试验卫星和“实践 8 号”育种卫星 (我国第一
颗专用育种卫星) 搭载保存的雄蜂精液。前者于 2005
年 8 月 2 日升空 ,太空航行 27d ;后者于 2006 年 9 月 9
日升空 ,在轨运行 15d ,近地高度为 180km ,远地高度为
469km ,轨道倾角为 63°, 回收舱内温度 20172 ℃～
7121 ℃[8 ] 。
113 　测定与观察
11311 　精子活力　用生理液将精液稀释 20 倍 ,在 400
倍显微镜下观测。精子活力指在 100 条精子中 ,能够
做直线或圆周运动的精子百分率[9 ] 。
11312 　蜂王死亡率　卫星返回地面前 25d 开始移虫 ,
分别培育 50 只意蜂和卡蜂的处女王 (处理组 30 只 ,对
照组 20 只) ;利用搭载的意蜂及卡蜂的精液并采用 ♀
(意) ×♂(意) 、♀(意) ×♂(卡) 、♀(卡) ×♂(卡)三种
组配方式进行人工授精 ,后续观察发现仅 ♀(意) ×♂
(卡)这一组合中有一只蜂王产卵正常 ,即为 SP1 代蜂
王 ;授精后蜂王被剪翅并贴上背标 ,放回原群饲养 ;所
有的蜂群都采用相同的饲养管理方法 ,并在巢门口安
装防护装置以防止蜂王飞出去自然交尾 ;1 周后记录
处理组及对照组的蜂王死亡率。
11313 　蜂王后代的形态观察 　用航天搭载的精液对
处女王进行人工授精 ,得到 SP1 代蜂王。因为 SP1 代
蜂王孤雌生殖所产的未受精卵未受太空辐射 ,所以无
育种价值 ;但是用 SP1 代蜂王产的受精卵培育出的子
代处女王 ,经过 CO2 处理促其产下的雄蜂具有育种价
值。待雄蜂成熟后 ,采集其精液 ,进行人工授精 (兄妹
交配) ,得到 SP2 代蜂王 ;利用 SP2 代蜂王培育的子代
雄蜂与子代处女王 ,再经过人工授精 ,产下的即为 SP3
代蜂王。
观察各代蜂王后代工蜂的形态学变化 ,若发现形
态或其他变异 ,立即与地面对照及海南中蜂进行比较。
在我国各地野生蜂中 ,海南中蜂个体居小。并以该群
为母本 ,大量移虫培育蜂王 ,并记录变异工蜂的比例。
2 　结果与分析
211 　精子活力和蜂王死亡率
如表 1 所示 ,2005 年和 2006 年 2 次搭载的精液精
子活力分别为 4114 %和 1816 % ,对照组精液的精子存
活率分别为 8415 %和 9117 % ;与对照组相比 ,航天搭
载后存活的精子不活跃 ;人工授精后 ,蜂王 1 周内死亡
率分别为 5010 %和 7819 % ,对照组的死亡率分别为
2418 %和 2214 %。
表 1 　航天搭载组及其对照组的精子活力及蜂王死亡率
Table 1 　Sperm survival rate and mortality rate
of queen of space2boarded group and their control
年份
year
精子活力
sperm survival rate
蜂王死亡率
mortality rate of queen
航天搭载组
space2boarded
group ( %)
对照组
control group
( %)
航天搭载组
space2boarded
group ( %)
对照组
control group
( %)
2005 4114 8415 5010 2418
2006 1816 9117 7819 2214
212 　各代蜂王的培育结果
在 2005 年的搭载试验中 ,利用 SP1 代成活蜂王所
产卵发育而成的幼虫培育蜂王 ,结果王台接受率为
1215 %(对照组王台接受率为 9016 %) ,但王台的发育
仅停留在蛹期 ,不能继续发育成处女王 ;后续观察发
现 ,SP1 代产卵蜂王全部产未受精卵 ,因而无法发育成
蜂王。所育雄蜂无育种价值 ,所以后续实验被迫终止。
2006 年的搭载试验中 ,有 4 只 SP1 代蜂王成活 ,其
中只有 1 只产卵正常 ,2007 年利用该蜂王成功培育出
23 只 SP2 代蜂王 ;2007 年 10 - 12 月 ,利用人工授精技
术成功培育出 36 只 SP3 代蜂王。
213 　各代形态变异的初步观察
SP1 代蜂王后代中未发现形态异常的工蜂 ,但在
SP2 及 SP3 代蜂群中发现了残翅、背板畸形、胸部及腹
部畸形、白眼雄蜂等变异 ,而对照组中未观察到相关性
状变异的存在 ;SP2 及 SP3 代个别蜂群工蜂个体普遍偏
小 (图 1 和图 2) ,其中 ,发现侏儒工蜂的蜂群数占后代
的比例分别为 8170 %和 1111 %。这一现象在 SP3 代中
817 核　农　学　报 23 卷
表现得尤为明显 ,SP3 代中个别蜂群的侏儒工蜂比例
占 15 %～17 %。初步观察发现 ,这些侏儒蜂能正常飞
行 ,但易迷巢 ,寿命也较短 ,30d 后观察发现 ,蜂群中仅
见个别侏儒工蜂存在。采用侏儒工蜂所在群为母本 ,
大量移虫养王 ,培育出 226 只处女王 ,但未发现该变异
能遗传给后代蜂王。
图 1 　SP2 代蜂群后代中出现的侏儒工蜂
(左边是正常的意蜂 ,右边是 SP2 代变异工蜂)
Fig. 1 　Dwarf bee in the SP2 colonies
(left is normal honeybee , right is
the offspring of space breeding)
图 2 　SP3 代蜂群后代中出现的侏儒工蜂
(左边是正常的意蜂、中间是 SP3 代变异工蜂、
右边是海南的中蜂)
Fig. 2 　Dwarf bee in the SP3 colonies (left is
Apis mellirera ligustica , middle is the
offspring of space breeding in SP3 colony ,the
right is Apis cerana from Hainan province)
3 　讨论
雄蜂精液经航天搭载后 ,其精子活力明显低于对
照。利用搭载精液对处女王进行人工授精后 ,蜂王死
亡率也很高 ,表明复杂的太空环境对精子的损伤较大。
因此 ,提高搭载精液的精子活力是保证动物航天育种
地面试验顺利进行的关键。国际上对蜜蜂或其他动物
精子存活率 (或死亡率) 的评价多采用 SYBR214 和碘
化丙啶 ( PI) 相结合的方法[10～12 ] 。采用 SYBR214 和 PI
对精液样品进行染色 ,这种双重荧光染料能与精子头
部的 DNA 结合 ,在显微镜下观察 ,呈绿色的是活精子 ,
呈红色的则为死精子 ,因此 ,利用此种方法能够非常方
便、准确的评价精子的死亡率。本研究中 ,由于当时条
件的限制 ,未能采用上述方法 ,因此 ,在今后的航天精
液保存及搭载的研究中 ,应借鉴其他学科中较为成熟
的精子活力评价体系 ,进一步提高和完善蜜蜂精子保
存的数据准确性 ,也为蜜蜂航天育种技术的发展提供
依据。
SP2 及 SP3 代蜂王的后代工蜂形态特征出现了一
些明显的变异 ,说明航天搭载处理是有效果的。一般
来讲 ,植物种子经航天搭载后长出的 SP1 代植株会表
现出一定程度的生理损伤 ,而在 SP1 代蜂王的后代工
蜂中未发现形态异常 ,说明蜜蜂航天育种具有不同于
植物的特点。
从发现侏儒工蜂的蜂群中培育出的 226 只处女
王 ,虽未发生侏儒症 ,但不能说明这些侏儒性状就不能
遗传。因此 ,还需要加大对处女王的培育数量 ,通过扩
大选育的方法来筛选、固定这种突变。因仅在航天后
代中发现了侏儒症状的工蜂 ,而采用相同近交方法培
育的对照组蜂群中未见一例侏儒工蜂 ,因此可以排除
是连续近交造成的。
蜜蜂的许多经济性状与其形态特征具有相关性 ,
对各代次工蜂形态指标的全面测定也许能提供进一步
的线索。此次搭载试验的结果 ,不利变异产生较多 ,有
利变异及综合性状较好的变异尚未出现。因此 ,还需
要进一步改善蜜蜂精液的搭载条件 ,提高精子的成活
率 ,从而筛选出优良、有利的性状。
作为对农业有益的重要经济昆虫 ,蜜蜂具有世代
周期短、繁殖力强、孤雌生殖及人工易饲养等优点。随
着动植物航天育种的全面实施 ,设计专门用于蜜蜂精
液航天搭载的研究平台 ,将很好地提高蜜蜂精子的成
活率。本试验期望通过蜜蜂航天育种的研究 ,为未来
经济昆虫的育种开辟一条新的道路。如果美国农业部
贝尔兹维里蜜蜂研究所正从事的蜜蜂卵保存研究[13 ]
获得成功 ,并应用于航天育种 ,将会与蜜蜂精液一道 ,
带来蜜蜂育种领域新的革命。
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