蜜蜂不光能產出香甜可口的蜂蜜，在自然界也有著特別重要的作用和地位，它與生物多樣性和農業生態系關系密切，甚至我們吃的牛肉、喝的牛奶也和蜜蜂有關系。為了更好的研究哪種蜜蜂給藍莓的授粉效率最高，科學家們開展了這些研究…
出品：格致論道講壇
以下內容為中國農業科學院蜜蜂研究所副研究員姚軍演講實錄：
大家好，我叫姚軍，來自中國農業科學院蜜蜂研究所。
說到蜜蜂研究所，大家可能首先想到甜美的蜂蜜。其實，除了蜂蜜，我們還研究蜜蜂如何為農作物服務、如何為農作物授粉、如何生產出琳瑯滿目的瓜果和蔬菜。蜜蜂在我們自然界占有特別重要的作用和地位，它與我們生物多樣性、生態系特別是農業生態系關系密切，扮演著重要的角色。
▲ 黃胸木蜂（左） 地熊蜂（右）
蜜蜂種類很多，整個蜜蜂總科大概有2萬多種。其實我們經常可以見到一些蜜蜂，圖中左邊的叫黃胸木蜂，在春天的植物園裏會經常見到，右邊的叫地熊蜂。
▲ 西方蜜蜂（左） 東方蜜蜂（右）
我們研究的蜜蜂主要是「兩種一類」。「兩種」指的是西方蜜蜂和東方蜜蜂，「一類」就是熊蜂屬的一類。左圖中的是西方蜜蜂，右圖中的是東方蜜蜂，我們經常吃到的蜂蜜幾乎都是由它們生產的。這兩種蜜蜂有愛儲蜜的習性，還非常勤勞，和我們中華民族的傳統美德完美契合。我們人類還能大規模地飼養這兩種蜜蜂，所以能給我們提供美味的蜂產品。
此外我們還研究熊蜂屬的蜜蜂，這類蜜蜂可能不是很常見。電影【變形金剛】裏有一個機器人叫大王峰，其實它的英文名叫bumblebee，原型就是熊蜂屬的熊蜂。
▲ 番茄 藍莓 制種 果園
為什麽我們要研究蜜蜂？往大了說，蜜蜂在生態系中能夠促進生物多樣性；往小了說，它能幫助我們人類解決農業生產中遇到的授粉問題，滿足我們這些「吃貨」的口腹之欲：它們能為番茄授粉，能為草莓授粉，能為很多瓜果蔬菜授粉。
除此之外，我們吃的牛肉、喝的牛奶也和它們有關系。可能有人會問，怎麽蜜蜂和牛奶還有關系？大家有所不知，牛在飼養中需要的牧草苜蓿，它的制種就特別依賴蜜蜂的授粉。
從自然授粉到蜜蜂授粉
說到苜蓿，我要先給大家講一個蜜蜂和苜蓿的故事。
▲ 苜蓿的龍骨瓣會敲打蜜蜂，導致富有經驗的蜜蜂受騙後下次采蜜時會從側面進入采集
大約在1910年左右，那時候人們對蜜蜂授粉的認識還不夠充分，很多需要授粉的種植業都沒有采用蜜蜂授粉的增產方式，主要依賴於自然的野生昆蟲授粉，產量比較低。
直到一天，一位養蜂人向苜蓿農場主提出了建議，他說我可以為你種植的苜蓿提供蜜蜂授粉服務，這會增加苜蓿的產量，你能不能付給我一些授粉的報酬？但是這位農場主並不信任蜜蜂，也不願意付出授粉的報酬。
養蜂人又想了一個辦法，他用另外的方式去找這位農場主，對這位農場主說：我們免費用蜜蜂給你的苜蓿授粉，不收取費用，但是如果你的苜蓿增產了，我們需要得到苜蓿增產以後30%的苜蓿種子作為報酬。農場主想這個事情是沒失真失的，就欣然答應了。大家可以猜一下結果是什麽。
後來這位養蜂人獲得了遠遠大於原來預期的授粉收益。到了第2年、第3年，這位苜蓿農場主主動找到養蜂人，向他們支付授粉報酬，租用蜜蜂用於給苜蓿授粉。
為什麽蜜蜂授粉對現代農業非常重要呢？這其中有各種各樣的原因。大家現在看到的這張圖是我們傳統的農業模式：小片種植，會種植各種不同的農作物。這種情況下通常不需要授粉，因為在不同的時節會有不同的花開，野生的傳粉昆蟲能在裏面自由生長、正常繁衍。
但是反觀我們現在規模化、現代化的設施農業，都是大規模的連片種植。蜜蜂生在其中，只能在單一的花期獲得食物，過了這個花期可能就很難獲得食物了。而且單一作物給蜜蜂提供的營養也比較單一，不能完全滿足蜜蜂的營養需求。
所以，這些野生蜜蜂不能大規模地繁衍生息，需要我們人為地在固定的時間、固定的地點搬運大量的蜜蜂，給需要授粉的這些作物提供授粉服務。現代規模化農業需要的，恰恰就是前面提到的兩種蜜蜂和熊蜂。它們具有非常重要的特點：我們人類能夠大規模的飼養，並且方便搬運。
▲ 大杏仁授粉
比如，全世界約80%的大杏仁產自美國加州。大杏仁是一種自花不實的作物，需要異花授粉，必須依賴蜜蜂。每年春季，大約有150萬箱的蜜蜂從美國各地搬運到加州，來為大杏仁授粉。授粉的費用節節攀升，每箱蜜蜂的租賃費甚至一度達到200美元一個花期。
高昂的授粉費用導致一些大杏仁的育種專家考慮，是否要培育一些能夠自花結實的大杏仁品種，甚至還有一些研究團隊要研發小型化的機械蜜蜂，想辦法替代蜜蜂授粉，讓它們能像真正的蜜蜂一樣出去工作。他們提出的口號是「Fire Bee」，炒掉蜜蜂，機器人就能幹這個活。
當然這在未來可能實作，但是我們現階段還非常依賴蜜蜂給我們授粉，為我們這些「吃貨」生產琳瑯滿目的瓜果和蔬菜。
為藍莓授粉的故事
提到美味的食物，可能大家都吃過藍莓。2020年和2021年，我們有很大一部份時間都投入到與藍莓授粉相關的研究工作當中。
藍莓是一種非常依賴蜜蜂授粉的作物，透過蜜蜂授粉能提高藍莓的產量，提升藍莓的品質。不過，這樣一對好朋友也會發生摩擦，有一些藍莓種植戶對蜜蜂提出「控訴」，控訴蜜蜂有時候太懶了，比如在低溫、陰雨天氣，蜜蜂就不願意出來幹活。
很容易理解，藍莓種植戶一年的收成完全依賴這些果實，完全依賴花朵是否完全授粉。我們可以理解他們的心情，但是蜜蜂本身有它的生物學習性，在陰雨天和低溫天，蜜蜂確實存在出勤率減少的情況。
▲ 熊蜂為番茄授粉後在花朵上產生的咬痕
農民伯伯們的困惑和不安是什麽？實際上就是蜜蜂能否很好地完成授粉工作。大家可能知道，花朵授粉都有視窗期，過了視窗期就沒有辦法完成授粉了。有些花朵在視窗期內就能知道是否完成了授粉，比如番茄。大家能看到右邊的番茄花蕊有深色的咬痕，那是蜜蜂完成授粉以後留下的。我們透過咬痕就能知道番茄是否完成了授粉。
▲ 用搖晃的方式判斷藍莓是否授粉充分
但是藍莓不同，只有完成授粉以後，藍莓花冠才會脫落，脫落以後才知道是否完成授粉。群眾的智慧是無窮大的，農民伯伯們想出了一個很好的辦法，他們會搖晃藍莓的樹枝，透過樹枝上落下的「花瓣雨」，憑借自己的經驗來判斷藍莓授粉是否充分。但是，僅憑經驗還是不能準確地判斷藍莓是否很好地完成了授粉，他們心裏也非常的焦慮。
▲ 花粉管的萌發
為了解決這個問題，我們又開展了後續的工作。我們透過標記再采樣的方式，把藍莓的柱頭取回來，檢測藍莓花柱頭上的花粉沈降情況和花粉管萌發的數量，這樣就能夠精確地判斷藍莓的授粉到底是好還是不足，從而解決農民伯伯的困惑。
為此我們還把裝置工具都搬到田間地頭，想盡辦法把裝置小型化，讓工作更容易開展，並滿足實際需求。我們還培訓了基層的技術人員，透過他們更好地服務基層農戶。
蜜蜂授粉效率大PK
接下來，我們在雲南的西雙版納又遇到了更大的困難，這個問題非常棘手。一位藍莓種植戶向我們提出了非常尖銳的問題：他說我們經常用這三種蜜蜂（即熊蜂、東方蜜蜂、西方蜜蜂）給藍莓授粉，到底哪一種授粉效率更高，哪一種經濟效益更好，哪種用起來更合算呢？
我們沒有現成的答案，於是又開展了新的征程。左邊這張圖是熊蜂正在為藍莓授粉，右邊是西方蜜蜂。因為熊蜂個頭比較大，有人說熊蜂鉆不到藍莓的花冠裏（其實熊蜂的頭部也能進入），帶不走花粉，授粉效率可能就不高。但蜜蜂剛剛能鉆進去，而且蜜蜂的族群數量比較大，一箱蜜蜂大概有2萬到3萬只，一箱熊蜂大概100到200只，它們的數量相差將近100到200倍，顯然僅從以上數據看蜜蜂會更好一點。
但是，我們觀察和研究發現，熊蜂存取單朵花的時長大約是5秒鐘左右，而蜜蜂不一樣，它可能是幾秒鐘，也可能是100秒甚至更長的時間。
此外，熊蜂還有其他技能，比如它更適應低溫的環境，在低溫天氣可能會更早出來；它還有一種聲震授粉的技能。所以，最後我們沒有辦法透過現有的知識得出到底哪種蜂授粉效率更高。
為了解決這一問題，我們必須找到基本的實驗素材。基本的實驗素材是什麽？大致能夠在同一時間開花的花朵。透過觀察，我們發現在不同的時間階段，藍莓花朵的開口大小是不一樣的。根據這個特點，我們給藍莓掛上標牌：透過開口大小，我們就能取得開花時間一致性比較高的花朵作為實驗素材。
接著，我們對這些藍莓進行標記，然後套袋，最後把網路攝影機放在了實驗物件——藍莓花朵跟前。把不同的蜜蜂，即熊蜂、東方蜜蜂還有西方蜜蜂放進每一個實驗棚內，讓它們去采集藍莓的花朵，透過網路攝影機記錄每一朵花上蜜蜂的訪花行為。
記錄完畢之後，我們統一收集這些藍莓花朵，在實驗室裏進行檢測。我們觀察柱頭上花粉的沈降、花粉萌發以後花粉管的數量，再和前面拍到的視訊一一對應，最後綜合前面提到的其他因素如訪花時長等，綜合判斷蜜蜂的授粉效率，根據蜜蜂的習性決定使用哪種蜜蜂會更好一點。
我們實驗中經常會用到一些實驗裝備，像溫濕度記錄儀、照度計、網路攝影機等。我們實驗其實是非常簡單的，甚至說是非常枯燥的，有的時候我們也覺得難以忍受。
但我們遇到的最大困難不是這些，我們最大的敵人是什麽？是時間。為什麽，因為很多植物的開花周期都以年為計算單位，一年只開花一次。如果我們錯過了今年的實驗，可能就會再等一年。
所以實驗對我們的挑戰很大，尤其是天氣對我們的影響非常大。2021年春天，我們在通州進行實驗，結果遇到了極端的陰雨天氣，直接導致這些蜜蜂出勤的積極性不高。
▲ 楊慧鵬博士在觀察、記錄
實驗的前期工作準備好後，我們發現溫度太低。在溫度低的情況下，藍莓的花粉有可能不萌發，所以我們需要等到中午溫度上升的時候再開展實驗，這個視窗期的時間比較短。等我們開展實驗後，發現蜜蜂在花叢中飛舞，但並不願意存取這些掛好標牌的花朵，我們苦苦地等待也沒有辦法。經過這些艱苦的磨煉，我也深刻地體會到農民伯伯的那種心理——害怕蜜蜂沒有給藍莓花授上粉的焦慮心理。
除了開展科研工作之外，我也會做一些科普，左邊這張是我設計的蜜蜂觀察箱。每年5月份，中國農業科學院都會開展「農科開放日」，我們蜜蜂研究所也會開辦蜜蜂觀察的活動，歡迎大家到蜜蜂研究所和我們一起賞蜂。
每年的5月20號是世界蜜蜂日，蜜蜂不但和我們吃飽、吃好有關，它也是人類和自然和諧共處的重要一環。
謝謝大家！
「格致論道」，原稱「SELF格致論道」，致力於非凡思想的跨界傳播，旨在以「格物致知」的精神探討科技、教育、生活、未來的發展，由中國科學院電腦網路資訊中心和中國科學院網路安全與資訊化辦公室主辦，中國科普博覽(中國科學院科普雲平台)提供技術支持。
