蜜蜂脑结构和功能的研究进展

蜜蜂脑结构和功能的研究进展

蜜蜂有相当复杂的社会行为、导航行为、沟通行为和感知能力，但这些行为和技能仅由由大脑控制的100万神经元素控制。因此，蜜蜂神经网络的大小和复杂性有限，这为研究行为和感知能力之间的关系提供了一个很好的模型。近年来，特别是在认知认知原则的科学研究方面，蜜蜂的研究价值日益突出。蜜蜂脑科学是世界脑科学研究的专家，但相关的蜜蜂脑解剖技术还没有得到充分发展。中国没有关于蜜蜂脑解剖方法的报道，国外也很少关于蜜蜂脑解剖方法的文章。GuyBloch等报道在干冰下进行解剖能够防止脑部组织的降解,解剖的过程中需要除去脑以外的一切腺体、组织、杂质等物质,解剖完后,样品应暂存于-80℃冰箱中,但并没有给出蜜蜂全脑如何解剖的详细步骤。NormanLCarreck等比较详细地介绍了蜜蜂脑(不包括视叶)解剖方法,该方法通过在额唇基沟以上且沿着复眼的内边缘进行切割,以达到除去蜜蜂头部正面部分几丁质的目的,但解剖过程较复杂。我们根据上述文献中的要求及步骤进行了蜜蜂全脑解剖的如下尝试:培养皿装满干冰后,把蜡盘放在干冰上进行蜜蜂脑解剖。但发现不能获得完整或干净的脑,因为干冰会使整个蜜蜂脑与腺体、组织冻结在一起而难以分开,虽能够保证在低温下进行解剖,但解剖时无法除净腺体且很难保证脑的完整性。为了能够很好地解决脑与其周围物质冻结在一起的问题,又能够保证解剖过程在低温下进行,从而减少脑部物质的降解,我们尝试了许多办法,发现当干冰:冰=1:2且把干冰置于冰下方时,既能保证脑与周围物质不冻结在一起,又能保证解剖在较低温度下进行;更为重要的是,我们通过不断改进解剖方法,使得原本复杂的解剖变得简单化,这不仅使得解剖速度明显增快,而且基本每一次解剖都能确保脑的干净及完整性。解剖时间的缩短有利于减少脑部组织的降解;脑的干净及完整性有利于提高实验的精准性;解剖的简单化,使得这种解剖方法能够被更多人所用;因此该方法将为蜜蜂脑科学研究提供有力的技术支撑。1柄界面防波剂剪刀1把、眼科镊子2把、昆虫针1根、长柄锋利小刀1把、蜡台1个、载玻片1个、体视显微镜1台、冷光源仪器1台、塑料管2支、胶头滴管1支、干冰、冰、PBS缓冲液。2气调和冷冻处理用酒精对解剖器材进行清洗和消毒;先把干冰装至直径为15cm左右的培养皿的三分之一高度处,再用冰装满培养皿;把蜡盘放在培养皿的冰上(假如蜡盘易滑动,可在冰和蜡盘间垫张薄纸巾以增大摩擦);开启冷光源,把培养皿放于体视显微镜的载物台上;用液氮对蜜蜂进行快速冷冻处理,以利于解剖(已放在-80℃冰箱中保存的样品可以不进行此步骤);置于管架上的2支塑料管(标记为a管、b管)中分别加入适量的PBS缓冲液;取出蜜蜂置于蜡盘上。3解剖过程3.1基础点固定用剪刀把蜜蜂头剪下后使其反面朝上,用昆虫针插入喙基部周围的非几丁质处,以固定头部;用镊子按住头部,防止切割几丁质时头围绕着昆虫针转;接下来用锋利刀尖切开头部反面最边缘的几丁质(如图1)。3.2由小口穿入抗菌,并在其表面穿入内拔下昆虫针后,用镊子把喙往外拉便露出一“小孔”(如图2),随后镊子A按住头部,镊子B的一个镊瓣从这个小孔的中间穿入并贴着反面几丁质的内壁达到头部顶端正中间(如图3),然后另一个镊瓣与穿入小孔的镊瓣配合夹住反面几丁质(如图4)。3.3与下颌传统区别。天气形势,原理如下旋转拿住镊子B的手,使得夹住头部的镊子B带动头部一起旋转,使头部正面朝上并把头部靠于蜡板上(如图5);镊子A从被切割处掀开正面几丁质并夹住其上边缘往下拉,使其与头部分离(如图6、图7)。整个脑隐藏于腺体、色素下。3.4子a的夹起脑并来上提除去单复眼色素层及腺体(如图7)、用镊子A弄断脑与其他组织的连接处后,拔出镊子B,这时脑部正面便浮现出来(如图8),用镊子B按住头部反面几丁质,镊子A小心地夹起脑并往上提(如图9),使其与几丁质分离(可把镊子伸入装有PBS缓冲液的a管中搅拌来除去镊子上的色素等)。把整个脑放于玻片(反面贴了黑色塑料布)上后,用胶头滴管吸取b管中的PBS缓冲液,然后把该缓冲液滴到脑上进行观察,以便除去毛发及不易看见的腺体残留物等,全脑便浮现在眼前(如图10、图11)。4子解决了正面几丁质的难题实验中发现液氮或-80℃冻过的工蜂头部比常温下的工蜂头部更易解剖;样品置于干冰上进行解剖时,因干冰温度过低,易使脑与头部腺体、组织等冻结在一起而难以分离,但当干冰:冰=1:2(v/v)且干冰置于冰的下方时,不仅能够有效防止蜜蜂脑与其周围物质的冻结,而且可使解剖过程处于较低温度。在用镊子向下拉扯而除去正面几丁质的过程中,需要用到较大拉力,而头部最厚、最结实的几丁质存在于蜜蜂喙的基部周围,这些几丁质能够经得住拉扯而不断裂,因此我们用镊子从“小孔”(见图1)穿入来夹住喙基部周围的几丁质(见图2、图3),从而解决了除去正面几丁质的难题。蜜蜂的头部腺体大多缠绕在脑部正面,上述解剖方法先除去了头部正面的几丁质,使得大部分腺体暴露出来,因此能够快速、干净地除去腺体;由于有镊子牢牢地夹住反面的几丁质,使得整个解剖过程能够有条不紊且不易引入毛发等杂质。几丁质的切割是解剖成败的关键,需确保边缘的几丁质被完全切开;夹起脑前,需确保夹住头部反面几丁质的镊子B已经拔出、与脑相连的组织已被镊子弄断;解剖意大利蜜蜂内勤蜂时,左右脑易分开,但并不影响其脑部组织的完整性,解剖采集蜂时较少出现这种情况,因此行为及日龄上的不同可能会导致左右脑的紧密度存在差异。实验