6月3日,中国农业大学动物科学技术学院金晓露高级实验师与中国农业科学院蜜蜂研究所等国内外多家科研机构合作在《自然》(Nature)上发表了题为《蜜蜂王台建筑结构塑造蜂王发育》(Queen cell architecture shapes honey bee queen development)的研究长文。该研究以全新视角首次揭示工蜂主动营造的特异性理化微环境(即“蜂王王台”)在蜜蜂蜂王发育中的关键作用,该文也是我国蜜蜂研究领域的首篇《Nature》正刊论文,实现了历史性的突破。中国农业大学动物科学技术学院畜禽营养与饲养全国重点实验室金晓露高级实验师为该论文的共同第一作者。同期Nature杂志配发了由美国奥本大学生物科学系Michael L. Smith教授的评论文章,他高度评价这项工作,评价认为“By studying the specifics of queen cells, the authors open questions about nests overall, and the active roles that invertebrates take in shaping their environment.”
蜂王王台与工蜂巢房外观比较
在人类数千年的养蜂史与近现代的蜜蜂生物学研究中,“蜂王浆决定蜂王命运”的观念早已根深蒂固,传统养蜂繁育实践也往往将核心精力集中于营养物质的供给。然而,对于发育中的蜂王而言,蜂王王台这种明显有别于标准六边形工蜂巢房、呈圆锥形且垂直向下悬挂的特殊蜜蜂巢房,真的仅仅是一个被动的物理容器吗?针对这个问题,该研究给出了颠覆性答案:王台是工蜂经过高度加工特化形成的蜂王摇篮。该结论刷新了科学界对蜜蜂级型分化的认知,标志着蜂王发育研究正式从单一的蜂王浆营养驱动迈向多维生物物理系统协同调控的新纪元。
蜂王王台的角色诠释:物理与化学精妙协同的特制空间
为探究王台蜂蜡是否具备特殊理化性质,该研究首先对比分析了蜂王王台与工蜂巢房的蜂蜡理化特征。结果发现,工蜂在建造这两种巢房时,采用的材料配方截然不同:在物理特性上,王台蜂蜡的抗压强度、硬度等指标均显著低于工蜂巢房蜂蜡,熔点更高。在化学组成方面,王台蜂蜡较工蜂巢房蜂蜡中的长链正构烷烃与蜡酯显著降低,王台蜡中油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量明显增高,且挥发性有机化合物组成更为丰富。特殊的化学组成让王台物理基质较工蜂巢房更加疏松、开放且更具延展性。这种特有的理化微环境特征,为蜂王幼虫的健康发育提供了至关重要的生理信号。
蜜蜂蜂巢建造存在“亚分工”现象:多维呈现王台建造蜂的职业特征
为了揭示蜂王王台这一特殊蜂巢结构的具体建造过程,研究团队多维度刻画了蜂王王台建造蜂的职业画像。借助自主研发的观测系统与示踪技术,研究发现处于活跃泌蜡期的青年工蜂是建造王台的主力,它们在工作时胸部会维持在39℃以上的高温状态,以此克服材料的高熔点难题,对王台蜂蜡进行深度加工与精密改性。同时,转录组测序证实这些工蜂体内发生了生理重编程,脂质代谢等关键基因被显著激活。这种从年龄分工、物理发热到微观分子表达的重塑,完整揭示了工蜂构筑蜂王王台时,作为“皇家工程师”所特有的生物学特征。
因果实证与演化启示:仿制“蜂王摇篮”的致命后果
为进一步证实这种理化条件的决定性作用,研究团队设计了一项极其精巧的人工换盖实验。团队将发育至即将封盖的蜂王幼虫天然王台蜡盖,替换为由工蜂蜂蜡重塑、几何形状完全相同的“仿制蜡盖”。实验结果给出了极其明确有力的证据:在排除空间形态干扰且蜂王浆营养绝对充足的同等发育条件下,处于工蜂蜡盖条件下的蜂王幼虫发育严重受挫,蜂蛹死亡率大幅上升,蛹重显著下降,该现象在东方蜜蜂中也得到复现。该颠覆性的因果结论直接表明,即便使用外形高度还原的人造王台,工蜂蜂蜡仍无法满足蜂王发育的生物物理条件。
在本项目中,我校动科学院金晓露高级实验师作为该研究项目的核心骨干与论文的共同第一作者,全程参与了该项目的构思与实验,深度参与了蜂蜡理化性质测定和工蜂行为分析实验,还主导了全文实验数据的深度分析与核心图表的绘制工作,并直接参与论文初稿的撰写及多轮高标准的返修定稿工作,为揭示这一复杂的生物学交叉现象提供了强有力的支撑。
这项突破不仅彻底更新了学界对蜜蜂蜂王发育这一神奇生命现象的传统认知,更启示我们在畜牧与农业动物饲养中,需精准调控胚胎或幼崽早期发育理化微环境,以最大程度激发动物的生产潜能。该研究也为利用表观遗传实现精准动物育种、研发新型智能仿生繁育装备提供了极具前瞻性的科学范式。
中国农业科学院蜜蜂研究所为该论文的第一完成单位,中国农业大学动物科学技术学院畜禽营养与饲养全国重点实验室为第二完成单位。蜜蜂所房宇研究员、马贝贝(蜜蜂所在读博士)和中国农业大学动物科学技术学院金晓露高级实验师为论文的共同第一作者。中国农业科学院蜜蜂研究所王凯研究员、薛晓锋研究员及美国加州大学河滨分校Boris Baer教授为论文的共同通讯作者。
Nature专题评论链接:
https://www.nature.com/articles/d41586-026-01580-y