蜜蜂與環境，蜜蜂生物學和保護實驗室（法國）

摘要

與蜂王或工蜂相比，雄蜂的生物學特性鮮為人知。關於雄蜂活動的現有資料主要基於在有限時間內和一天中有限時間內的直接觀察。缺乏蜜蜂雄蜂飛行活動的完整記錄。我們通過在蜂巢入口使用一個光學蜜蜂計數器，研究瞭蜜蜂在春季和夏季的整個生活期間的活動。雄蜂在下午活躍，大多數飛行發生在14:00至18:00之間。在出生後6-9天進行短定向飛行，在春季從21天開始進行30分鐘的較長交配飛行，在夏季從13天開始進行交配飛行。我們的記錄顯示，在春季和夏季，分別有50% 和80% 的雄蜂忠於它們的群體(沒有串群)。目前的研究證實瞭現有的信息，但也揭示瞭關於雄蜂生物學的未知方面。

1.簡介

自19世紀以來，蜜蜂一直是社會生物學和行為科學學的一個非常有吸引力的模型。蜜蜂已被廣泛研究，在不同品種的蜂群中，科學傢主要關註蜂王和工蜂，較少關註雄蜂的行為和生物學。盡管雄蜂並不參與食物采集或育蟲，但它們之間存在復雜的交互作用，工蜂通過振動信號刺激雄蜂進行溝通與喂食。此外，雄蜂產生的熱量也參與瞭巢穴的溫度調節。雄蜂之所以受到關註，主要是因為它們在巢外進行的交配行為。成年雄蜂離開巢穴，飛到特定的雄蜂聚集區(雄蜂聚集區)與蜂王交配。在15-40米的高空(魯特涅 1966) ，在 雄蜂聚集區，成千上萬的雄蜂聚集在一起等待蜂王。交配發生在飛行中，雄蜂交配後不久死亡。隻有少數研究描述瞭蜜蜂雄蜂的飛行活動和壽命。年輕的個體在巢周圍進行定向飛行，幾天後達到性成熟。定向飛行是蜜蜂表現出來的一種特殊行為，包括在蜂巢入口處來回盤旋，然後以螺旋式飛行上升。在這些定向飛行中，蜜蜂瞭解瞭使它們能夠返回蜂巢的地貌特征(歸巢) ，飛行經驗提高瞭返回性能。根據 Hellmich 等人(1991)的研究，成熟雄蜂的起飛時間在16:00左右，成熟雄蜂和未成熟雄蜂的起飛時間差別不大。在有利的天氣條件下，雄蜂可以在一個下午進行多次交配飛行，在回到蜂巢進食之前在 雄蜂聚集區 停留長達30分鐘。然而，關於雄蜂飛行行為的現有信息通常是基於直接觀察，在有限的時間內，而且僅在有限的時間間隔內。此外，這些觀察無法單獨識別雄蜂，而且很難確定從蜂巢出發或到達蜂巢的確切雄蜂數量，特別是當數百隻雄蜂同時飛行時。此外，飛行時間可以根據天氣情況而變化。因此，直接觀察雄蜂飛行行為所能獲得的信息是有限的。

雄蜂可以從一個蜂群串群到另一個，而且它們通常在春季很容易被別群接受。雄蜂的串群被認為是養蜂場中的普遍現象，但它們對自己蜂群的忠誠度證明卻不足。為瞭更好地瞭解蜜蜂雄蜂的行為和飛行活動的行為發展，我們使用瞭一個光學蜜蜂計數器，能夠記錄單獨標記的雄蜂的出入口。我們報告飛行頻率和持續時間以及串群。

2.材料和方法

空雄蜂巢框被引入到一個強大的有王蜂群，以獲得相同日齡的新雄蜂。蜂王產下的卵在25天後發育成雄蜂。來自同一群體的100隻新出現的雄蜂(0-12小時)被單獨標記為編號從0到99的獨特標簽，粘在胸部上，數字垂直(朝向頭部)(圖1)。標簽允許記錄每隻雄蜂的活動。在這項研究之前，我們證實瞭標簽不會影響雄蜂在實驗室條件下的生存(數據未顯示)。在法國阿維尼翁的一個 達旦式 蜂巢中，帶有標簽的雄蜂被引入一個西方蜜蜂種群。這個蜂巢由5個脾蜂和大約10,000名工蜂組成。在 伊拉-阿維尼翁 （法國）的養蜂場由大約30個全尺寸的蜂群和大約20個五脾蜂的蜂群組成。實驗蜂巢被放置在離其他蜂群20米的地方，並且在濃密的灌木叢之間，以避免串群。

被標記的雄蜂進出蜂巢的活動是通過基於攝像機識別系統和蜂巢進入或離開蜂巢。該系統連續記錄瞭這些有標記的雄蜂的進出活動。

光學蜜蜂計數器包括一個高分辨率攝像頭，監測蜂巢入口和一個內部圖像分析軟件，檢測和登記標簽。該軟件能夠檢測到標簽的移動方向，並區分出口和入口。數字的識別是通過光學字符識別(OCR)來完成的，它考慮瞭頭部朝上的情況。對於進入的雄蜂，圖像在註冊之前旋轉180 ° 。通道裝置由五個有機玻璃覆蓋的通道組成，照明系統允許攝像機記錄。圖像從兩個檢測區域進行分析，隻有當蜜蜂穿過兩個檢測區域時才進行計數。這就把分析限制在蜜蜂確實離開或返回蜂巢的情況下。

雄蜂飛行被定義為一個特定的雄蜂 ID 的出入口序列。不成對的出口或入口，由於未被發現的通道，沒有考慮(6% 的數據)。同時，光學計數器記錄蜂群中沒有標記的工蜂的全局進出活動。為瞭減少通道的交通量和提高記錄的準確性，本研究選擇瞭一個5脾的蜂群。

在實驗前標記瞭新出現的雄蜂

在90天的時間內，在同一蜂巢上進行瞭兩次重復，都是用100隻雄蜂。第一次實驗在5月-6月（春季）進行，第二次實驗在6月-7月（夏季）進行。在這兩種情況下，數據都收集到最後一隻雄蜂離開蜂巢為止。

天氣數據(溫度、風速、降雨)以及日出和日落的時間是從 天氣記錄網站獲得。由於雄蜂活動在16:00達到峰值(見第3節) ，通過使用 光學字符識別 的相關性測試評估瞭雄蜂活動(在蜂巢外花費的時間)和16:00-17:00的氣象條件之間的相關系數(Pearson’s r)。R 中的測試函數。

為瞭比較春季和夏季試驗期間的雄蜂活動（飛行次數和每天在蜂巢外花費的總時間），我們使用瞭在R中實施的Mann-Whitney U測試。

3.結果

3.1首次和最後一次飛行的日齡

獲得瞭分別用於春季和夏季試飛的90隻和86隻雄蜂的完整飛行記錄。在春季，74% 的個體在出生6天後進行首次飛行，而在夏季，51.7% 的個體在出生7天後進行首次飛行。在春季和夏季實驗中，首次飛行的平均日齡分別為5.6天(± 0.9 SD)和7.2天(± 0.5 SD)。

雄蜂在春季進行最後一次飛行的平均日齡為17.9天(± 4.4 SD)。在夏季，最後一次飛行發生在平均15.2天(± 1.8 SD)(表 I) ，顯著早於春季(U = 3347，N1 = 90，N2 = 86，P = 0.013)。春季和夏季觀察到的最大壽命分別為33天和21天(表 I)。

3.2定向和交配飛行

正如其他作者(Witherell 1971; Currie 1987)所報道的，在我們的實驗中，雄蜂執行瞭兩種類型的飛行。年輕的雄蜂執行的短程飛行(定向)和較長的飛行(當雄蜂訪問 雄蜂聚集區 時被解釋為交配飛行)在以後的生活中執行。在這兩項試驗中，雄蜂在春季試驗期間6-8天(15.2分鐘 ± 10.1 SD)和夏季7-9天(14.8分鐘 ± 11.8 SD)進行約15分鐘的短距離飛行。在春季，從21日齡開始進行31.5分鐘(± 11.4 SD)的較長的交配飛行。在夏季試驗期間，雄蜂從13天開始進行27.4分鐘(± 14.5 SD)的長距離交配飛行。個體飛行時間最長的雄蜂出現在出生28天(2小時51分鐘)的春季和出生16天(1小時45分鐘)的夏季。這兩類情形都發生在他們最後一天的飛行中。

在定向飛行和交配飛行之間，盡管有利的天氣條件，我們觀察到在春季和夏季分別有12天和5天的極低活動期。在此期間，雄蜂很少離開蜂巢。

春季和夏季在 雄蜂聚集區 花費的時間(估計為交配飛行的總時間)平均分別為510.9分鐘(± 268.5 SD)和327.3分鐘(± 252.6 SD)。我們發現執行定向飛行的總時間與在 雄蜂聚集區 花費的總時間之間呈正相關(r = 0.31，P = 0.003和 r = 0.35，P = 0.001，春季和夏季)。

3.3每日飛行數、飛行日數、終身飛行數和總飛行時間

雄蜂在春季和夏季每天分別執行3.3(± 1.4)和2.7(± 1.8)個定向飛行。在雄蜂的一生中，總共有8.8(± 3.3)次和8.1(± 3.1)次定向飛行，之後它們大部分留在蜂巢中，直到春天21天，夏天14天，當它們開始執行更長的飛行(假設是交配飛行，雄蜂訪問 雄蜂聚集區)。在春季，雄蜂平均每天進行4.3 ± 2.6次交配飛行。這些交配飛行平均在5。1 ± 3.非連續5天，春季雄蜂交配飛行總次數為22 ± 14次。在夏季試驗中，雄蜂每天飛行更多次(U = 18,792，N1 = 224，N2 = 212，P = 0.0001) ，但天數較少(U = 2016，N1 = 46，N2 = 70，P = 0.02078; 表 II)。在夏季，它們每天進行5.7次交配飛行，在非連續的3.4 ± 2天中，總共進行瞭20 ± 19次交配飛行(圖4a)。

在交配飛行之間，雄蜂通過吃蜂蜜來給自己充電。在我們的研究中，雄蜂花費瞭10.7 ± 19。1和14.7 ± 24.7 min (平均值 ± 標準差)分別在春季和夏季在蜂巢內交配飛行之間(中位數為3.8及3.3分鐘)(圖4b)。

7b704083dfa851557d333265b431a586雄蜂在蜂巢外的累積時間。A春季試驗。B 夏季實驗。每條彩線代表一個單獨的雄蜂

每隻雄蜂的總飛行次數(定向 + 交配)從1次到106次不等，春季和夏季的平均飛行次數分別為27.3 ± 20.06次和27.4 ± 21.5次。總飛行次數的高度變化部分是由於雄蜂的壽命不足以進行交配飛行的百分比; 在春季和夏季，分別有48% 和19% 的雄蜂沒有進行過一次交配飛行。每隻雄蜂的總飛行次數在兩個評估季節之間沒有差異(U = 3890，N1 = 90，N2 = 86，P = 0.954)。累計飛行時間(U = 4241，N1 = 90，N2 = 86，P = 0.2728)也不是春季平均7小時37分37秒，夏季平均6小時19分27秒(表 III)。

3.4.飛行周期

在這兩個試驗中，性成熟雄蜂最早的飛行記錄是在7:00，盡管這是非常罕見的事件(圖5a，c)。一般來說，雄蜂在下午開始飛行(圖5a，c) ，大多數每日飛行發生在14:00至18:00之間，活動高峰在16:00。在夏天，戶外活動的時間比春天長3小時(U = 4724，N1 = 237，N2 = 240，P = 0.0135) ，這意味著一些雄蜂開始飛得更早，回到蜂巢的時間更晚。

日出與雄蜂飛行的每日開始時間之間觀察到低但顯著的相關性(r = 0.394，P = 0.0335和 r = -0.611，P = 0.0104，分別用於試驗1和試驗2) ，以及一天的長度和雄蜂飛行的開始時間(r = -0.401，P = 0.0303和 r = 0.687，P = 0.0024，分別用於試驗1和試驗2)。

雄蜂在它們的一生中並不總是活躍的。相反，我們觀察到活動的峰值(圖6)。在兩個試驗中，活動的第一個高峰幾乎發生在相同的日齡(6-9天) ，對應於定向飛行。一旦雄蜂達到性成熟的日齡，並且主要與允許交配飛行的有利氣候條件相關(圖6) ，活動的後期反彈就會發生。然而，盡管天氣條件良好，在某些情況下，雄蜂在進行瞭兩天的交配飛行後仍然留在蜂巢內。

3.5天氣狀況對雄蜂飛行的影響

根據我們的觀察，如果風速達到每小時30公裡，或者下雨的時候，雄蜂很少離開蜂巢(春天隻有兩次下雨，夏天一次也沒有)。然而，一些雄蜂能夠在風速達到每小時35公裡的日子裡飛行。這些雄蜂在白天進行瞭幾次短距離飛行(從30秒到7分鐘) ，而大多數雄蜂等到風速降到每小時30公裡以下才開始飛行。16:00的溫度與春季雄蜂的活動有關，但與夏季每日溫度保持在19 °C 以上無關。在夏天，雄蜂在下午比春天晚一個小時進行交配飛行。

3.6. 返回蜂巢，串群

光學計數器的數據被用來估計有多少雄蜂串群到其他蜂群通過評估數量的雄蜂花瞭一個或幾個晚上在其他地方之前返回。這項措施將低估雄蜂串群，因為它不能解釋永久串群到其他蜂群的雄蜂。在春季試驗期間，7隻雄蜂(7.7%)串群到其他蜂群，1-13天後返回，而46隻(50.5%)仍然忠於它們的蜂群。三隻雄蜂死在蜂巢內(最後一次檢測到它們進入蜂巢) ，35隻(38.5%)有可能串群到其他蜂群，再也沒有回來，或者在交配飛行開始前死在蜂巢外面。在夏季試驗期間，三隻雄蜂(3.5%)串群到其他蜂群，並在1-6天後返回，而70隻(80%)在交配飛行開始(14天)之前仍然忠於它們的蜂群。四隻雄蜂在蜂巢內死亡，其中10隻(11.5%)有可能串群到其他蜂群，再也沒有回來，或者在達到性成熟之前死在蜂巢外。

表四。16:00-17:00時，雄蜂活動(在蜂巢外的時間)與氣象條件之間的相關系數(Pearson’s r)

3.7雄蜂和工蜂的飛行

雄蜂的命運。如果雄蜂在蜂巢外停留一天或一天以上並返回蜂巢，它們就被認為是“串群者”。雄蜂在性成熟前離開蜂巢，再也沒有回來。

我們觀察到工蜂和雄蜂飛行的每日活動高峰，但是我們沒有發現雄蜂活動的每日高峰(16:00)和下午的工蜂高峰之間有明確的關系。雖然雄性蜜蜂在16:00的活動高峰期保持不變 ，但蜜蜂工蜂的活動高峰期每天都不同，似乎對天氣條件的變化更為敏感。

4.討論

我們記錄瞭蜜蜂雄蜂的一生飛行活動，證實瞭現有的報告，但也提供瞭有關雄蜂日齡和氣象條件的新信息。雄蜂開始執行定向飛行在6-7天齡以前的報告。最後一隻放棄蜂巢的雄蜂的日齡(21天和33天)也與之前公佈的數據(溫斯頓1987年)一致。

在這項研究中，壽命被估計為最後一次記錄的時間。我們觀察到春天的雄蜂壽命更長，而不是夏天。福田和大谷(1977)還發現瞭秋季和夏季雄蜂壽命的差異，秋季的雄蜂壽命更長。《四季奇譚》(1977)是一部關於雄蜂壽命的影片。在這兩種情況下，雄性蜜蜂在夏季的壽命較短，這可能與較高的溫度和每天進行的交配飛行次數有關。在我們的研究中，春季的平均氣溫比夏季低5.2攝氏度。在夏季，雄蜂活動的時間增加瞭3小時，交配飛行從每天4.3小時增加到5.7小時。Rowell 等人(1986)指出，夏季的高死亡率可能與高水平的飛行活動和極端的氣象條件有關，與蜂群的資源壓力有關。在我們的夏季試驗中，壽命隻有15.2天。這個數值類似於福田和大谷(1977)的結果，他們通過計算返回蜂巢的有標記的雄蜂數量來決定生存。然而，其他研究表明，夏季雄蜂的壽命在21.2到23.5天之間(Witherell 1972)。

在這兩個試驗中，我們觀察到交配飛行的開始與每日溫度的升高有關(圖6)。有趣的是，在這兩個試驗中，在進行瞭兩天的交配飛行後，雄蜂留在蜂巢內，隻在一兩天後繼續飛行，這在圖6中顯示為活動高峰。這種活動的暫停似乎與夏季試驗的氣候條件無關，因為氣候條件有利於飛行。因此，活動中的停頓可能反映瞭生理約束。

我們發現定向飛行的時間和交配飛行的時間之間存在微弱但顯著的正相關關系。花費更多時間定位的雄蜂也花費更多時間在 雄蜂聚集區 (根據交配飛行時間估計)。這種關系可能反映瞭某些個體更大的飛行能力或通過定向飛行學習的重要性。限制雄蜂定位時間的操縱性研究可以闡明學習對雄蜂性能的作用。

風對雄蜂的飛行有重要的影響。雖然我們發現大多數雄蜂在風為> 30 km/h的日子不飛行，與它們的日齡無關，倫斯基和登普特（1985）觀察到當風為> 14 km/h時，皇後和雄蜂飛行延遲。同樣，Duay等人（2002）指出，當風超過15 km/h時，雄性蜜蜂不會飛。在目前的研究中，一些雄蜂在平均風速達到35 km/h時完成瞭幾次短途飛行，這表明蜂王可能比雄蜂對風更敏感，而且表現更健壯的雄蜂在與蜂王交配時更有競爭力。我們還觀察到，在刮風的一天之後，當雄蜂沒有離開蜂巢時，它們會在第二天清晨進行一次短途飛行。在有風的日子裡或清晨乘坐的短途飛行可能是衛生的飛行。

我們發現，雄蜂的活動並不僅僅像早期調查所顯示的那樣，發生在下午。根據天氣條件，一些雄性會在清晨（7-9小時）或夜間（19-22小時）飛行。我們還觀察到，夏季雄蜂開始和完成日常飛行的時間都晚於春季雄蜂。西方蜜蜂蜂王在12點到17點之間進行婚禮飛行，最大的飛行活動在13點到16點之間。Lensky和Demter（1985）觀察到，在15和20°C的溫度下，蜂王飛行的持續時間縮短瞭。Heidinger等人（2014）證實瞭這一點，即與低溫下相比，蜂王在高溫下飛行的頻率更少，但飛行時間更長。理想情況下，生物體應該以適應性最大化的方式安排其活動的時間；因此，雄蜂活動在16點的峰值可以反映這種優化。

當條件有利時（天氣和食物供應）時，雄蜂可以進入不同群體的蜂箱，雄蜂數量可以達到蜂巢內總數的10%。這個值與我們的觀察結果一致，因為7%和4%的雄蜂被確認是串群者（在蜂巢外呆瞭一個或多個晚上後返回的雄蜂）。此外，一小部分離開蜂巢但再也沒有回來的雄蜂可能會串群到其他蜂群。在我們的研究中，分別有50%和77%的春季和夏季雄蜂在交配飛行開始之前仍然忠於它們的群體。

正如 Woyke 等人(2001)對背蜜蜂的報道，我們也發現瞭日出時間和雄蜂飛行開始之間的負相關性。然而，在我們的研究中，相關程度較低可能是由於日出時間的變化幅度較小。雖然作者觀察到他們研究的第一天和最後一天之間有一個小時的差異，但在本研究中，這種差異在夏季試驗中隻有39分鐘。

據報道，雄蜂的飛行速度為9-11.5公裡/小時。據報道，雄蜂聚集區 發生在離養蜂場很近的地方，最遠距離為7公裡。考慮到我們記錄的平均飛行時間為30分鐘，大多數雄蜂肯定是在距離蜂巢2-4公裡的聚集區飛行。很少有飛行超過60分鐘，我們記錄的最長飛行時間是171分鐘。這些罕見的長距離飛行可能與雄蜂長距離訪問 雄蜂聚集區，在 雄蜂聚集區 停留更長時間，或者在兩次交配飛行之間前往另一個群體有關。

“光學計數器”是有用的工具，可以研究數百隻蜜蜂的個體行為。我們提供瞭關於雄蜂飛行行為和戶外活動的詳細資料，包括其活動時間以及飛行次數和持續時間。我們觀察到，大多數雄蜂在交配飛行開始之前一直忠於它們的群體。

雄蜂是社會性的生物的成員，它們的交配活動應該考慮與群體的關系(魯特涅 1966)。在這項研究中，我們使用瞭一個小的5脾蜂箱，蜂群的小尺寸可以對雄蜂的活動產生影響。為瞭證實我們的發現，未來的研究使用全尺寸蜂箱群體是必要的。

2022年12月8日