在自然環(huán)境中,風(fēng)和昆蟲承擔(dān)著植物授粉的工作,那么在人工環(huán)境中,如溫室大棚,如何為農(nóng)作物授粉?
幾十年來,溫室大棚的授粉,從人工授粉逐漸進(jìn)化為飼養(yǎng)熊蜂授粉。在溫室大棚中使用熊蜂給蔬菜授粉,既降低了農(nóng)民的勞動強(qiáng)度、減少了人力投入,又提高了授粉的效率和質(zhì)量。
溫室大棚中養(yǎng)殖蜜蜂授粉。新京報記者 王穎 攝
然而,直到今天,各國在溫室中使用的授粉者,大多是一種來自于荷蘭一家公司的熊蜂。高度的進(jìn)口依賴,使得溫室大棚的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本更高,且過多地引入外來物種,很可能引發(fā)物種入侵事件。因此,各國都在大力開發(fā)本土授粉熊蜂品種的培育。
近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所主導(dǎo)、國內(nèi)外多家科研單位參與的一項研究,首次為16種我國本土熊蜂繪制了高質(zhì)量的參考基因組序列。據(jù)介紹,這為我國本土熊蜂的遺傳改良奠定了基礎(chǔ)。
蜜蜂馴化史,從采蜜到授粉
蜜蜂是一個大家族,是蜜蜂科昆蟲的總稱,旗下有蜜蜂屬、熊蜂屬等重要的傳粉昆蟲。人類采集野生蜂蜜的歷史超過5000年,有文字記載的養(yǎng)殖歷史,也超過2000年,我國人工飼養(yǎng)蜜蜂的最早文字記載,可以上溯到東漢時期。
但在漫長的馴化史中,絕大部分時間,人類養(yǎng)殖蜜蜂的主要目的,都是收獲蜂產(chǎn)品,比如蜂蜜、蜂王漿等。
一直到近代,隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)模越來越大,大型農(nóng)場需要更可靠的授粉者,而不是只把希望寄予不知道何時吹來的風(fēng),或者不知道何時會飛來的野生昆蟲。
蜜蜂成為了農(nóng)場主們的首選。中國農(nóng)科院蜜蜂研究所研究院孫成介紹,“隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展,養(yǎng)殖蜜蜂目的也在變化,在一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家,養(yǎng)殖蜜蜂的主要目的已經(jīng)變成給農(nóng)作物提供授粉服務(wù),蜂產(chǎn)品只是附帶的收獲。但在中國,目前養(yǎng)殖蜜蜂主要的目的,還是獲得蜂產(chǎn)品。這一狀況將來會逐步改變,因為我們國家已經(jīng)越來越重視蜜蜂在授粉服務(wù)方面的應(yīng)用?!?/p>
大棚里的世界,熊蜂更有優(yōu)勢
為溫室大棚等人工場所培育授粉者,是現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)普及之后的事情。和蜜蜂相比,熊蜂個頭更大,虎背熊腰,憨態(tài)可掬,所以國人稱其為熊蜂。人們發(fā)現(xiàn),相比蜜蜂,熊蜂更適合在空間有限的溫室大棚里為蔬菜提供授粉服務(wù)。
“熊蜂的一些特征,使它更適合溫室大棚,”孫成說,“第一,它耐低溫。在冬天,溫室大棚里的溫度雖然較大棚外更高,可以供農(nóng)作物生長,但多數(shù)時間不利于蜜蜂活動,而熊蜂卻可以在溫度較低時就從巢中出來給蔬菜授粉。第二,熊蜂的光敏感性不強(qiáng)。一般的蜜蜂會往更亮的地方飛,大棚里最亮的是頂部,所以蜜蜂會撞棚,甚至因此造成蜜蜂死亡。熊蜂則可以在光線較暗的地方活動,基本不會去撞棚。第三,熊蜂對氣味的敏感性不像蜜蜂那么強(qiáng)。有些作物會散發(fā)特殊的氣味,比如茄科植物,包括西紅柿、茄子、辣椒等,蜜蜂不喜歡這個味道,因而授粉情況不理想。熊蜂則對這些氣味不那么敏感,可以更好地為茄科植物授粉”。
歐洲地熊蜂,還沒打破的壟斷
我國的授粉熊蜂,還處在主要依靠進(jìn)口的階段。熊蜂的全球市場中,最主要的品種是一種來自歐洲的熊蜂,俗稱“歐洲地熊蜂”,它是一家荷蘭的公司在三十多年前培育成功的。
歐洲地熊蜂。中國農(nóng)科院供圖
“當(dāng)時基因組選擇育種技術(shù)仍在萌芽階段,那家荷蘭公司,用的還是傳統(tǒng)的、定向選育的方式一代代選育,最終選育出具有理想性狀的熊蜂品種。”孫成說。
選育成功后,那家荷蘭公司迅速把他們的熊蜂賣到了全世界,成為授粉市場上最大的供應(yīng)商。
但對引進(jìn)歐洲地熊蜂的其它國家來說,這未必是一件好事。歐洲地熊蜂確實幫助引進(jìn)地實現(xiàn)了溫室大棚授粉的目的,但同時,也在各國造成生物入侵事件。在我國,也已經(jīng)有多項研究證實,引進(jìn)的地熊蜂很可能對本地蜂種和蜂群造成不良影響。
“目前各國都在積極培育本土熊蜂。我國是世界上設(shè)施農(nóng)業(yè)種植面積最大的國家,因此對本土授粉熊蜂的培育也非常重視,”孫成說。
技術(shù)的發(fā)展,提供了新的方法
“培育本土熊蜂,我國是有優(yōu)勢的,”孫成說,“我國是全球熊蜂物種資源最豐富的國家,目前世界范圍內(nèi)已鑒定的熊蜂包含15個亞屬,約250個種,而我國目前已鑒定出125種熊蜂。此外,研究還發(fā)現(xiàn),我國很可能也是熊蜂起源與演化的中心地帶。
隨著技術(shù)的發(fā)展,尤其是分子生物學(xué)和基因組學(xué)的發(fā)展,人類的育種技術(shù)也在飛速提高。目前,基因組選擇育種技術(shù)在植物育種中已經(jīng)非常成熟,將培育新品種的時間,從原來的七八年乃至十余年,縮短到一兩年。但在動物育種、尤其是熊蜂育種中,新技術(shù)的使用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。
本土火紅熊蜂。中國農(nóng)科院供圖
此次繪制出16種本土熊蜂全基因組圖譜的研究,開始于5年前。孫成介紹,“我們在100多種本土熊蜂中,挑選了16種代表性的熊蜂,其中包括幾種被馴化的可能性非常高的熊蜂。我們對這些熊蜂進(jìn)行了全基因組測序,并進(jìn)行了全熊蜂屬水平的比較基因組學(xué)研究。在這過程中,我們也鑒定出與熊蜂取食偏好、高海拔適應(yīng)、殺蟲劑抗性以及外部形態(tài)等性狀相關(guān)的遺傳變異。”
據(jù)孫成介紹,這一研究為使用現(xiàn)代的基因組選擇育種技術(shù)培育我國本土授粉熊蜂品種奠定了重要的基礎(chǔ)。
“我國當(dāng)前設(shè)施作物所使用的授粉熊蜂高度依賴進(jìn)口,引進(jìn)的熊蜂存在生物入侵風(fēng)險。所以,培育本土授粉熊蜂品種,對促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展、維持國家生態(tài)環(huán)境安全具有重要意義?!彼f。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《分子生物學(xué)與進(jìn)化(Molecular Biology and Evolution)》上。