表型可塑性驱动澳大利亚本土蜜蜂热耐受性的季节性和纬度变异

这篇研究通过大尺度季节性采样和实验驯化，揭示了澳大利亚本土蜜蜂Exoneura robusta种群间热耐受性（CTmax/CTmin）的纬度梯度差异与季节性可塑性。研究发现冷耐受性呈现纬度适应性分化（高纬度种群更耐寒），且春季表型可塑性显著；而热耐受性普遍较高（~47°C）但缺乏可塑性，暗示其应对气候变暖的适应潜力有限。实验证实冷耐受差异由表型可塑性而非遗传变异驱动，为理解传粉昆虫气候适应性提供了关键实证。

　　

引言

气候变化正威胁全球生物多样性和生态系统功能。作为关键传粉者，蜜蜂的种群衰退备受关注，但其气候适应机制研究仍集中于少数人工驯养物种（如蜜蜂Apis mellifera）。本研究以澳大利亚独居性茎巢蜜蜂Exoneura robusta为模型，通过整合纬度梯度采样（覆盖10°纬度/2000公里）与实验驯化，首次系统解析了野生蜜蜂热耐受性的地理变异与表型可塑性机制。

研究方法

样本采集：在8个纬度种群（25.7°S-43.1°S）的24个采集点，分别于夏季（繁殖期）和春季（越冬后）收集雌蜂。采用0.1°C/min的标准化升温/降温速率测定临界热最大值（CT_max）和最小值（CT_min）。

实验设计：选取3个代表性种群（布里斯班、悉尼、巴乌巴乌），在温室中进行24天成虫驯化（26°C模拟夏季 vs 21°C模拟春秋季），评估驯化温度对热耐受性的影响。

统计分析：采用线性混合效应模型解析纬度、海拔、季节的交互作用，并通过比较田间与实验数据区分遗传变异与表型可塑性的贡献。

研究结果

纬度梯度变异：

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  冷耐受性呈现显著纬度格局：高纬度种群平均CT_min比低纬度种群低2.51°C（夏季）和2.02°C（春季），且春季纬度梯度斜率（-0.12°C/度）显著陡于夏季（-0.04°C/度）。

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  热耐受性变异微弱（全梯度仅1.08°C差异），且与纬度无显著相关性，但最北端种群（布里斯班）耐受性最低，暗示其可能处于热适应边缘。

季节性可塑性：

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  冷耐受性在5个种群中表现出季节性转变，但方向异质：高纬度种群如巴乌巴乌CT_min显著降低0.81°C（更耐寒），而中纬度种群反而升高1.11°C。

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  热耐受性无显著季节性变化，6个种群虽出现0.05-0.43°C下降但未达显著性。

驯化实验：

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  实验温度处理未诱导出热或冷耐受性的显著变化，但田间观测到的种群差异在实验室条件下消失（除布里斯班与悉尼的热耐受差异保留），表明冷耐受纬度变异主要由表型可塑性驱动，而热耐受差异可能涉及遗传因素。

讨论

生态适应意义：

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  高且稳定的热耐受性（平均46.7°C）可能缓解气候变暖压力，但北部种群的低耐受性暗示其分布可能受亚致死效应限制。冷耐受的纬度格局符合局部适应预期，而季节性可塑性差异可能反映种群特异性环境阈值或营养等因素的调控。

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  与果蝇等模式生物不同，蜜蜂表现出有限的热耐受可塑性，支持"热耐受性进化僵化"假说，这可能制约其应对极端高温的能力。

方法论启示：

田间-实验室数据的分歧凸显了生态相关性实验的重要性。未观测到预期驯化响应可能因实验温度未达诱导阈值（如<19°C），后续研究需探索更极端温度下的可塑性潜力。越冬选择或遗传漂变等替代机制也需进一步验证。

结论

这项研究首次揭示了野生蜜蜂通过表型可塑性实现冷耐受的快速环境适应，但热耐受的进化潜力有限。研究框架为预测传粉昆虫的气候脆弱性提供了新范式，强调保护政策需兼顾地理种群差异与可塑性阈值。未来研究应拓展至幼体阶段耐受性及基因流对适应格局的影响。