蜜蜂不光能产出香甜可口的蜂蜜，在自然界也有着特别重要的作用和地位，它与生物多样性和农业生态系统关系密切，甚至我们吃的牛肉、喝的牛奶也和蜜蜂有关系。为了更好的研究哪种蜜蜂给蓝莓的授粉效率最高，科学家们开展了这些研究…
出品：格致论道讲坛
以下内容为中国农业科学院蜜蜂研究所副研究员姚军演讲实录：
大家好，我叫姚军，来自中国农业科学院蜜蜂研究所。
说到蜜蜂研究所，大家可能首先想到甜美的蜂蜜。其实，除了蜂蜜，我们还研究蜜蜂如何为农作物服务、如何为农作物授粉、如何生产出琳琅满目的瓜果和蔬菜。蜜蜂在我们自然界占有特别重要的作用和地位，它与我们生物多样性、生态系统特别是农业生态系统关系密切，扮演着重要的角色。
▲ 黄胸木蜂（左） 地熊蜂（右）
蜜蜂种类很多，整个蜜蜂总科大概有2万多种。其实我们经常可以见到一些蜜蜂，图中左边的叫黄胸木蜂，在春天的植物园里会经常见到，右边的叫地熊蜂。
▲ 西方蜜蜂（左） 东方蜜蜂（右）
我们研究的蜜蜂主要是「两种一类」。「两种」指的是西方蜜蜂和东方蜜蜂，「一类」就是熊蜂属的一类。左图中的是西方蜜蜂，右图中的是东方蜜蜂，我们经常吃到的蜂蜜几乎都是由它们生产的。这两种蜜蜂有爱储蜜的习性，还非常勤劳，和我们中华民族的传统美德完美契合。我们人类还能大规模地饲养这两种蜜蜂，所以能给我们提供美味的蜂产品。
此外我们还研究熊蜂属的蜜蜂，这类蜜蜂可能不是很常见。电影【变形金刚】里有一个机器人叫大黄蜂，其实它的英文名叫bumblebee，原型就是熊蜂属的熊蜂。
▲ 番茄 蓝莓 制种 果园
为什么我们要研究蜜蜂？往大了说，蜜蜂在生态系统中能够促进生物多样性；往小了说，它能帮助我们人类解决农业生产中遇到的授粉问题，满足我们这些「吃货」的口腹之欲：它们能为番茄授粉，能为草莓授粉，能为很多瓜果蔬菜授粉。
除此之外，我们吃的牛肉、喝的牛奶也和它们有关系。可能有人会问，怎么蜜蜂和牛奶还有关系？大家有所不知，牛在饲养中需要的牧草苜蓿，它的制种就特别依赖蜜蜂的授粉。
从自然授粉到蜜蜂授粉
说到苜蓿，我要先给大家讲一个蜜蜂和苜蓿的故事。
▲ 苜蓿的龙骨瓣会敲打蜜蜂，导致富有经验的蜜蜂受骗后下次采蜜时会从侧面进入采集
大约在1910年左右，那时候人们对蜜蜂授粉的认识还不够充分，很多需要授粉的种植业都没有采用蜜蜂授粉的增产方式，主要依赖于自然的野生昆虫授粉，产量比较低。
直到一天，一位养蜂人向苜蓿农场主提出了建议，他说我可以为你种植的苜蓿提供蜜蜂授粉服务，这会增加苜蓿的产量，你能不能付给我一些授粉的报酬？但是这位农场主并不信任蜜蜂，也不愿意付出授粉的报酬。
养蜂人又想了一个办法，他用另外的方式去找这位农场主，对这位农场主说：我们免费用蜜蜂给你的苜蓿授粉，不收取费用，但是如果你的苜蓿增产了，我们需要得到苜蓿增产以后30%的苜蓿种子作为回报。农场主想这个事情是没有损失的，就欣然答应了。大家可以猜一下结果是什么。
后来这位养蜂人获得了远远大于原来预期的授粉收益。到了第2年、第3年，这位苜蓿农场主主动找到养蜂人，向他们支付授粉报酬，租用蜜蜂用于给苜蓿授粉。
为什么蜜蜂授粉对现代农业非常重要呢？这其中有各种各样的原因。大家现在看到的这张图是我们传统的农业模式：小片种植，会种植各种不同的农作物。这种情况下通常不需要授粉，因为在不同的时节会有不同的花开，野生的传粉昆虫能在里面自由生长、正常繁衍。
但是反观我们现在规模化、现代化的设施农业，都是大规模的连片种植。蜜蜂生在其中，只能在单一的花期获得食物，过了这个花期可能就很难获得食物了。而且单一作物给蜜蜂提供的营养也比较单一，不能完全满足蜜蜂的营养需求。
所以，这些野生蜜蜂不能大规模地繁衍生息，需要我们人为地在固定的时间、固定的地点搬运大量的蜜蜂，给需要授粉的这些作物提供授粉服务。现代规模化农业需要的，恰恰就是前面提到的两种蜜蜂和熊蜂。它们具有非常重要的特点：我们人类能够大规模的饲养，并且方便搬运。
▲ 大杏仁授粉
比如，全世界约80%的大杏仁产自美国加州。大杏仁是一种自花不实的作物，需要异花授粉，必须依赖蜜蜂。每年春季，大约有150万箱的蜜蜂从美国各地搬运到加州，来为大杏仁授粉。授粉的费用节节攀升，每箱蜜蜂的租赁费甚至一度达到200美元一个花期。
高昂的授粉费用导致一些大杏仁的育种专家考虑，是否要培育一些能够自花结实的大杏仁品种，甚至还有一些研究团队要研发小型化的机械蜜蜂，想办法替代蜜蜂授粉，让它们能像真正的蜜蜂一样出去工作。他们提出的口号是「Fire Bee」，炒掉蜜蜂，机器人就能干这个活。
当然这在未来可能实现，但是我们现阶段还非常依赖蜜蜂给我们授粉，为我们这些「吃货」生产琳琅满目的瓜果和蔬菜。
为蓝莓授粉的故事
提到美味的食物，可能大家都吃过蓝莓。2020年和2021年，我们有很大一部分时间都投入到与蓝莓授粉相关的研究工作当中。
蓝莓是一种非常依赖蜜蜂授粉的作物，通过蜜蜂授粉能提高蓝莓的产量，提升蓝莓的品质。不过，这样一对好朋友也会发生摩擦，有一些蓝莓种植户对蜜蜂提出「控诉」，控诉蜜蜂有时候太懒了，比如在低温、阴雨天气，蜜蜂就不愿意出来干活。
很容易理解，蓝莓种植户一年的收成完全依赖这些果实，完全依赖花朵是否完全授粉。我们可以理解他们的心情，但是蜜蜂本身有它的生物学习性，在阴雨天和低温天，蜜蜂确实存在出勤率减少的情况。
▲ 熊蜂为番茄授粉后在花朵上产生的咬痕
农民伯伯们的困惑和不安是什么？实际上就是蜜蜂能否很好地完成授粉工作。大家可能知道，花朵授粉都有窗口期，过了窗口期就没有办法完成授粉了。有些花朵在窗口期内就能知道是否完成了授粉，比如番茄。大家能看到右边的番茄花蕊有深色的咬痕，那是蜜蜂完成授粉以后留下的。我们通过咬痕就能知道番茄是否完成了授粉。
▲ 用摇晃的方式判断蓝莓是否授粉充分
但是蓝莓不同，只有完成授粉以后，蓝莓花冠才会脱落，脱落以后才知道是否完成授粉。群众的智慧是无穷大的，农民伯伯们想出了一个很好的办法，他们会摇晃蓝莓的树枝，通过树枝上落下的「花瓣雨」，凭借自己的经验来判断蓝莓授粉是否充分。但是，仅凭经验还是不能准确地判断蓝莓是否很好地完成了授粉，他们心里也非常的焦虑。
▲ 花粉管的萌发
为了解决这个问题，我们又开展了后续的工作。我们通过标记再采样的方式，把蓝莓的柱头取回来，检测蓝莓花柱头上的花粉沉降情况和花粉管萌发的数量，这样就能够精确地判断蓝莓的授粉到底是好还是不足，从而解决农民伯伯的困惑。
为此我们还把设备工具都搬到田间地头，想尽办法把设备小型化，让工作更容易开展，并满足实际需求。我们还培训了基层的技术人员，通过他们更好地服务基层农户。
蜜蜂授粉效率大PK
接下来，我们在云南的西双版纳又遇到了更大的困难，这个问题非常棘手。一位蓝莓种植户向我们提出了非常尖锐的问题：他说我们经常用这三种蜜蜂（即熊蜂、东方蜜蜂、西方蜜蜂）给蓝莓授粉，到底哪一种授粉效率更高，哪一种经济效益更好，哪种用起来更合算呢？
我们没有现成的答案，于是又开展了新的征程。左边这张图是熊蜂正在为蓝莓授粉，右边是西方蜜蜂。因为熊蜂个头比较大，有人说熊蜂钻不到蓝莓的花冠里（其实熊蜂的头部也能进入），带不走花粉，授粉效率可能就不高。但蜜蜂刚刚能钻进去，而且蜜蜂的种群数量比较大，一箱蜜蜂大概有2万到3万只，一箱熊蜂大概100到200只，它们的数量相差将近100到200倍，显然仅从以上数据看蜜蜂会更好一点。
但是，我们观察和研究发现，熊蜂访问单朵花的时长大约是5秒钟左右，而蜜蜂不一样，它可能是几秒钟，也可能是100秒甚至更长的时间。
此外，熊蜂还有其他技能，比如它更适应低温的环境，在低温天气可能会更早出来；它还有一种声震授粉的技能。所以，最后我们没有办法通过现有的知识得出到底哪种蜂授粉效率更高。
为了解决这一问题，我们必须找到基本的实验素材。基本的实验素材是什么？大致能够在同一时间开花的花朵。通过观察，我们发现在不同的时间阶段，蓝莓花朵的开口大小是不一样的。根据这个特点，我们给蓝莓挂上标牌：通过开口大小，我们就能取得开花时间一致性比较高的花朵作为实验素材。
接着，我们对这些蓝莓进行标记，然后套袋，最后把摄像头放在了实验对象——蓝莓花朵跟前。把不同的蜜蜂，即熊蜂、东方蜜蜂还有西方蜜蜂放进每一个实验棚内，让它们去采集蓝莓的花朵，通过摄像头记录每一朵花上蜜蜂的访花行为。
记录完毕之后，我们统一收集这些蓝莓花朵，在实验室里进行检测。我们观察柱头上花粉的沉降、花粉萌发以后花粉管的数量，再和前面拍到的视频一一对应，最后综合前面提到的其他因素如访花时长等，综合判断蜜蜂的授粉效率，根据蜜蜂的习性决定使用哪种蜜蜂会更好一点。
我们实验中经常会用到一些实验装备，像温湿度记录仪、照度计、摄像头等。我们实验其实是非常简单的，甚至说是非常枯燥的，有的时候我们也觉得难以忍受。
但我们遇到的最大困难不是这些，我们最大的敌人是什么？是时间。为什么，因为很多植物的开花周期都以年为计算单位，一年只开花一次。如果我们错过了今年的实验，可能就会再等一年。
所以实验对我们的挑战很大，尤其是天气对我们的影响非常大。2021年春天，我们在通州进行实验，结果遇到了极端的阴雨天气，直接导致这些蜜蜂出勤的积极性不高。
▲ 杨慧鹏博士在观察、记录
实验的前期工作准备好后，我们发现温度太低。在温度低的情况下，蓝莓的花粉有可能不萌发，所以我们需要等到中午温度上升的时候再开展实验，这个窗口期的时间比较短。等我们开展实验后，发现蜜蜂在花丛中飞舞，但并不愿意访问这些挂好标牌的花朵，我们苦苦地等待也没有办法。经过这些艰苦的磨炼，我也深刻地体会到农民伯伯的那种心理——害怕蜜蜂没有给蓝莓花授上粉的焦虑心理。
除了开展科研工作之外，我也会做一些科普，左边这张是我设计的蜜蜂观察箱。每年5月份，中国农业科学院都会开展「农科开放日」，我们蜜蜂研究所也会开办蜜蜂观察的活动，欢迎大家到蜜蜂研究所和我们一起赏蜂。
每年的5月20号是世界蜜蜂日，蜜蜂不但和我们吃饱、吃好有关，它也是人类和自然和谐共处的重要一环。
谢谢大家！
「格致论道」，原称「SELF格致论道」，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以「格物致知」的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。
