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授粉者之战 我国科学家解密本土熊蜂的遗传密码

2020-10-02  来源:  作者:盱眙新闻网

  原标题:授粉者之战 我国科学家解密本土熊蜂的遗传密码

  新京报讯(记者 周怀宗)在自然环境中,风和昆虫承担着植物授粉的工作,那么在人工环境中,如温室大棚,如何为农作物授粉?

  几十年来,温室大棚的授粉,从人工授粉逐渐进化为饲养熊蜂授粉。在温室大棚中使用熊蜂给蔬菜授粉,既降低了农民的劳动强度、减少了人力投入,又提高了授粉的效率和质量。

温室大棚中养殖蜜蜂授粉。新京报记者 王颖 摄温室大棚中养殖蜜蜂授粉。新京报记者 王颖 摄

  然而,直到今天,各国在温室中使用的授粉者,大多是一种来自于荷兰一家公司的熊蜂。高度的进口依赖,使得温室大棚的农业生产成本更高,且过多地引入外来物种,很可能引发物种入侵事件。因此,各国都在大力开发本土授粉熊蜂品种的培育。

  近日,中国农业科学院蜜蜂研究所主导、国内外多家科研单位参与的一项研究,首次为16种我国本土熊蜂绘制了高质量的参考基因组序列。据介绍,这为我国本土熊蜂的遗传改良奠定了基础。

  蜜蜂驯化史,从采蜜到授粉

  蜜蜂是一个大家族,是蜜蜂科昆虫的总称,旗下有蜜蜂属、熊蜂属等重要的传粉昆虫。人类采集野生蜂蜜的历史超过5000年,有文字记载的养殖历史,也超过2000年,我国人工饲养蜜蜂的最早文字记载,可以上溯到东汉时期。

  但在漫长的驯化史中,绝大部分时间,人类养殖蜜蜂的主要目的,都是收获蜂产品,比如蜂蜜、蜂王浆等。

  一直到近代,随着现代农业的规模越来越大,大型农场需要更可靠的授粉者,而不是只把希望寄予不知道何时吹来的风,或者不知道何时会飞来的野生昆虫。

  蜜蜂成为了农场主们的首选。中国农科院蜜蜂研究所研究院孙成介绍,“随着现代农业的发展,养殖蜜蜂目的也在变化,在一些农业发达的国家,养殖蜜蜂的主要目的已经变成给农作物提供授粉服务,蜂产品只是附带的收获。但在中国,目前养殖蜜蜂主要的目的,还是获得蜂产品。这一状况将来会逐步改变,因为我们国家已经越来越重视蜜蜂在授粉服务方面的应用。”

  大棚里的世界,熊蜂更有优势

  为温室大棚等人工场所培育授粉者,是现代设施农业普及之后的事情。和蜜蜂相比,熊蜂个头更大,虎背熊腰,憨态可掬,所以国人称其为熊蜂。人们发现,相比蜜蜂,熊蜂更适合在空间有限的温室大棚里为蔬菜提供授粉服务。

  “熊蜂的一些特征,使它更适合温室大棚,”孙成说,“第一,它耐低温。在冬天,温室大棚里的温度虽然较大棚外更高,可以供农作物生长,但多数时间不利于蜜蜂活动,而熊蜂却可以在温度较低时就从巢中出来给蔬菜授粉。第二,熊蜂的光敏感性不强。一般的蜜蜂会往更亮的地方飞,大棚里最亮的是顶部,所以蜜蜂会撞棚,甚至因此造成蜜蜂死亡。熊蜂则可以在光线较暗的地方活动,基本不会去撞棚。第三,熊蜂对气味的敏感性不像蜜蜂那么强。有些作物会散发特殊的气味,比如茄科植物,包括西红柿、茄子、辣椒等,蜜蜂不喜欢这个味道,因而授粉情况不理想。熊蜂则对这些气味不那么敏感,可以更好地为茄科植物授粉”。

  欧洲地熊蜂,还没打破的垄断

  我国的授粉熊蜂,还处在主要依靠进口的阶段。熊蜂的全球市场中,最主要的品种是一种来自欧洲的熊蜂,俗称“欧洲地熊蜂”,它是一家荷兰的公司在三十多年前培育成功的。

欧洲地熊蜂。中国农科院供图欧洲地熊蜂。中国农科院供图

  “当时基因组选择育种技术仍在萌芽阶段,那家荷兰公司,用的还是传统的、定向选育的方式一代代选育,最终选育出具有理想性状的熊蜂品种。”孙成说。

  选育成功后,那家荷兰公司迅速把他们的熊蜂卖到了全世界,成为授粉市场上最大的供应商。

  但对引进欧洲地熊蜂的其它国家来说,这未必是一件好事。欧洲地熊蜂确实帮助引进地实现了温室大棚授粉的目的,但同时,也在各国造成生物入侵事件。在我国,也已经有多项研究证实,引进的地熊蜂很可能对本地蜂种和蜂群造成不良影响。

  “目前各国都在积极培育本土熊蜂。我国是世界上设施农业种植面积最大的国家,因此对本土授粉熊蜂的培育也非常重视,”孙成说。

  技术的发展,提供了新的方法

  “培育本土熊蜂,我国是有优势的,”孙成说,“我国是全球熊蜂物种资源最丰富的国家,目前世界范围内已鉴定的熊蜂包含15个亚属,约250个种,而我国目前已鉴定出125种熊蜂。此外,研究还发现,我国很可能也是熊蜂起源与演化的中心地带。

  随着技术的发展,尤其是分子生物学和基因组学的发展,人类的育种技术也在飞速提高。目前,基因组选择育种技术在植物育种中已经非常成熟,将培育新品种的时间,从原来的七八年乃至十余年,缩短到一两年。但在动物育种、尤其是熊蜂育种中,新技术的使用还远远不足。

本土火红熊蜂。中国农科院供图本土火红熊蜂。中国农科院供图

  此次绘制出16种本土熊蜂全基因组图谱的研究,开始于5年前。孙成介绍,“我们在100多种本土熊蜂中,挑选了16种代表性的熊蜂,其中包括几种被驯化的可能性非常高的熊蜂。我们对这些熊蜂进行了全基因组测序,并进行了全熊蜂属水平的比较基因组学研究。在这过程中,我们也鉴定出与熊蜂取食偏好、高海拔适应、杀虫剂抗性以及外部形态等性状相关的遗传变异。”

  据孙成介绍,这一研究为使用现代的基因组选择育种技术培育我国本土授粉熊蜂品种奠定了重要的基础。

  “我国当前设施作物所使用的授粉熊蜂高度依赖进口,引进的熊蜂存在生物入侵风险。所以,培育本土授粉熊蜂品种,对促进我国农业绿色可持续发展、维持国家生态环境安全具有重要意义。”他说。

  相关研究成果在线发表在《分子生物学与进化(Molecular Biology and Evolution)》上。

  新京报记者 周怀宗

责任编辑:张玉 SN234

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