武敏 張旭鳳 張?jiān)埔?宋懷磊 武文卿 宋佳奇 郭媛

（1 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)/山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所；2 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院）

紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展在農(nóng)牧業(yè)及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中占有重要作用，作為一種優(yōu)良豆科牧草，含有豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分[1]。生產(chǎn)中一般作奶牛、奶羊及豬的飼料，同時(shí)由于花期長(zhǎng)、泌蜜量大且蜜質(zhì)優(yōu)良，是我國(guó)重要的蜜粉源植物[2]。農(nóng)牧業(yè)對(duì)高質(zhì)飼料以及優(yōu)質(zhì)蜜源植物的需求日益增大，但目前我國(guó)苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)落后，市場(chǎng)上優(yōu)質(zhì)苜蓿供不應(yīng)求，嚴(yán)重影響我國(guó)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展[3]。

傳粉是種子植物受精的必經(jīng)階段，開(kāi)花植物傳粉需要有一定的媒介，而昆蟲(chóng)傳粉是最重要的傳粉媒介[4]。紫花苜蓿是雌雄同花植物，但因其花器特殊，必須借助昆蟲(chóng)等外力作用有效彈花使雌雄合蕊柱從龍骨瓣釋放，反向打到旗瓣，柱頭膜破裂，花粉粘到昆蟲(chóng)身上，完成授粉實(shí)現(xiàn)種子繁育[5-7]。

從生態(tài)學(xué)角度看，植物與傳粉者之間存在協(xié)同進(jìn)化，研究植物花部特征與其傳粉昆蟲(chóng)的傳粉行為關(guān)系，是維持并提升生物多樣性的重要方向[8-10]。劉紅平等發(fā)現(xiàn)苜蓿主要傳粉昆蟲(chóng)包括蜜蜂科、苜蓿切葉蜂科、地蜂科、熊蜂科和胡蜂科等[11]；嚴(yán)林等人在青海地區(qū)發(fā)現(xiàn)13種紫花苜蓿傳粉昆蟲(chóng)，優(yōu)勢(shì)傳粉者為苜蓿切葉蜂、意大利蜜蜂和隧蜂[12]；張騫研究發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿通過(guò)蜜蜂授粉后種子產(chǎn)量和質(zhì)量顯著提升[13]；王文慧等研究表明不同種的蜂類(lèi)訪花，紫花苜蓿種子產(chǎn)量有顯著差異，其中馴化蜂的作用更加顯著[14]。

本文以意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂為試驗(yàn)蜂種，結(jié)合紫花苜蓿的花部構(gòu)造，比較兩個(gè)蜂種在紫花苜蓿上訪花及授粉行為差異，在研究苜蓿花部特征與傳粉昆蟲(chóng)間關(guān)系的基礎(chǔ)上，篩選紫花苜蓿優(yōu)勢(shì)傳粉昆蟲(chóng)，為紫花苜蓿傳粉昆蟲(chóng)授粉技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)植物品種為紫花苜蓿，位于山西省太原市陽(yáng)曲縣上凌井鄉(xiāng)，東經(jīng)112°12′～113°09′，北緯37°56′～38°09′，花期6～7月，土壤為壤土。試驗(yàn)用意大利蜜蜂由蜂產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蜜蜂授粉示范蜂場(chǎng)益民蜂業(yè)合作社提供，苜蓿切葉蜂由寧夏農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。在試驗(yàn)地陽(yáng)光不能直射的位置懸掛ZDR-20b溫濕度記錄儀，記錄溫濕度。

1.2 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)地選擇200m2的地塊，用紗網(wǎng)隔離成兩塊區(qū)域，分別為意大利蜜蜂授粉區(qū)和苜蓿切葉蜂授粉區(qū)，每個(gè)授粉區(qū)內(nèi)分別放置3箱蜂群。

傳粉昆蟲(chóng)采集高峰期9∶00～10∶00，在意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂授粉區(qū)分別用秒表和計(jì)數(shù)器記錄兩種蜂的單花訪問(wèn)時(shí)間（兩種蜂各100只）、訪花頻率（兩種蜂各60只）、柱頭接觸率（兩種蜂各200只）。

（1）單花訪問(wèn)時(shí)間：傳粉昆蟲(chóng)在一朵小花上訪問(wèn)一次所需要的時(shí)間。

（2）訪花頻率：傳粉昆蟲(chóng)1min訪問(wèn)的小花數(shù)目。

（3）柱頭接觸率：打開(kāi)龍骨瓣接觸到柱頭的傳粉昆蟲(chóng)數(shù)量與總訪花蜂量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

不同蜂種單花訪問(wèn)時(shí)間和訪花頻率用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析，當(dāng)P＜0.05時(shí)，差異顯著。用Microsoft Excel 2016繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫花苜?；ú刻卣骷皞鞣劾ハx(chóng)訪花行為

植物與昆蟲(chóng)之間的相互選擇是由昆蟲(chóng)的行為反應(yīng)和花部特性決定的[15]。紫花苜蓿每個(gè)花序有小花15～22朵，有的甚至達(dá)28～30朵，每個(gè)花序的小花依次由下向上開(kāi)放?；ㄐ虻男问胶蜆?gòu)造不同，必然對(duì)傳粉昆蟲(chóng)的訪花情況產(chǎn)生影響[16]。苜蓿為垂直型花序，意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂一般從花序下部開(kāi)始訪花，然后依次向上移動(dòng)，可以初步認(rèn)為傳粉昆蟲(chóng)訪花情況與紫花苜蓿開(kāi)花次序相協(xié)調(diào)，花部特征和傳粉功能群之間具有一定的相關(guān)性。

紫花苜?；ǘ溆善彀?、翼瓣和龍骨瓣組成，龍骨瓣邊緣成鉤狀抱合在一起，龍骨瓣內(nèi)雄蕊和雌蕊合抱，雌蕊位于雄蕊中央[17]。柱頭球狀被絨毛，花粉黃色。這樣的花部特征使得紫花苜蓿具有獨(dú)特的彈花現(xiàn)象，龍骨瓣沒(méi)有打開(kāi)就沒(méi)有完成授粉，說(shuō)明花部自身壓力不足以打開(kāi)龍骨瓣，必須借助傳粉昆蟲(chóng)的幫助。有的意大利蜜蜂落在小花上訪花10s左右，但龍骨瓣未打開(kāi)，有的意大利蜜蜂落在小花上20s左右，可以打開(kāi)龍骨瓣。苜蓿切葉蜂訪花一般在5s打開(kāi)龍骨瓣。

意大利蜜蜂訪花主要以吸蜜為主，一部分工蜂采集花粉，采集時(shí)中后足踏翼瓣，頭部頂旗瓣，吻插入苜蓿小花基部吸蜜，頭部對(duì)旗瓣施加向前推力，身體對(duì)龍骨瓣施加壓力，龍骨瓣打開(kāi)釋放雌雄合蕊，完成彈花機(jī)制，同時(shí)花粉打到蜜蜂頭部，蜜蜂用后足將花粉集中于花粉框，之后蜜蜂飛到另一花序上落于柱頭完成異花授粉。苜蓿切葉蜂以采集花粉為主，采集時(shí)主要是前足抱花，由頭部對(duì)旗瓣用力彈出雌雄合蕊，花粉經(jīng)中足和后足全轉(zhuǎn)移到腹毛刷上，使腹部攜帶花粉，攜帶到另一花序，完成異花授粉。

2.2 意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂的訪花行為比較

傳粉昆蟲(chóng)的訪花行為與植物花部特征、訪花報(bào)酬以及自身特性、能量需求有關(guān)[18]。不同蜂種對(duì)不同植物的訪花習(xí)性存在差異。有研究認(rèn)為，傳粉蜂的單花訪問(wèn)時(shí)間越短，訪花頻率越高，植物受益越大。同時(shí)訪花昆蟲(chóng)在植物上的柱頭接觸率越高，實(shí)現(xiàn)有效異花傳粉效率越高[19-21]。意大利蜜蜂單花訪問(wèn)時(shí)間為24.54±0.23s，顯著高于苜蓿切葉蜂的4.89±0.07s；意大利蜜蜂訪花頻率為3.35±0.32朵/min，顯著低于苜蓿切葉蜂的10.95±0.35朵/min；意大利蜜蜂柱頭接觸率為42.7%，顯著低于苜蓿切葉蜂的90.5%。由數(shù)據(jù)可知苜蓿切葉蜂對(duì)紫花苜蓿授粉適應(yīng)性更強(qiáng)，傳粉效率更高，是紫花苜蓿的優(yōu)勢(shì)傳粉昆蟲(chóng)。

3 討論與結(jié)論

農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中昆蟲(chóng)授粉不僅可以提質(zhì)增效，同時(shí)能夠提高傳粉昆蟲(chóng)生物多樣性[22,23]，但在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用中卻并不廣泛。苜蓿授粉的影響因素包括授粉蜂種、蜂種對(duì)苜蓿的訪花頻率、柱頭接觸率、攜粉回巢率等采集行為[24]。前人研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿切葉蜂是紫花苜蓿授粉最有效的傳粉昆蟲(chóng)[25]，但農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中，由于蜜粉源植物和傳粉昆蟲(chóng)棲息地減少，植物野生傳粉昆蟲(chóng)品種和數(shù)量不斷降低。同時(shí)苜蓿連片種植影響紫花苜蓿傳粉昆蟲(chóng)的生物多樣性，紫花苜蓿野生傳粉昆蟲(chóng)數(shù)量難以滿(mǎn)足其授粉需求[25]。

圖1 兩種蜂的訪花行為比較

傳粉昆蟲(chóng)訪花行為與植物花部特征、花蜜和花粉報(bào)酬、環(huán)境因子相關(guān)，也與自身能量需求有關(guān)[26]。本試驗(yàn)中的兩種蜂在紫花苜蓿上的訪花行為存在顯著差異：首先，紫花苜蓿的花部特征會(huì)影響不同類(lèi)型蜂種的訪花行為。紫花苜蓿是異花授粉植物，花由旗瓣、翼瓣和龍骨瓣組成，具有獨(dú)特的彈花現(xiàn)象，龍骨瓣未打開(kāi)是未完成授粉。并不是所有意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂落在小花上訪花就能打開(kāi)龍骨瓣，且兩個(gè)蜂種的訪花習(xí)性不同，相應(yīng)的訪花行為也存在差異。苜蓿切葉蜂在小花上停留時(shí)能在短時(shí)間內(nèi)主動(dòng)通過(guò)頭部打開(kāi)龍骨瓣，用腹毛刷粘取花粉，通過(guò)多個(gè)小花轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)有效異花授粉；而意大利蜜蜂在打開(kāi)龍骨瓣方面既沒(méi)有體重優(yōu)勢(shì)、也沒(méi)有適應(yīng)苜?；ú刻卣?，不易打開(kāi)龍骨瓣。其次，不同蜂種的訪花行為和本身特性也影響紫花苜蓿的授粉效果，紫花苜蓿授粉蜂的訪花頻率高低是決定其農(nóng)業(yè)授粉利用價(jià)值的重要指標(biāo)，苜蓿切葉蜂的訪花頻率較高，有利于紫花苜蓿完成異花授粉。研究表明，停留時(shí)間越短，單位時(shí)間內(nèi)昆蟲(chóng)采訪的花朵數(shù)越多，植物受益越大[27]。本文的研究結(jié)果也證明單花訪問(wèn)時(shí)間越短，訪花頻率越高；同時(shí)結(jié)合柱頭接觸率，認(rèn)為傳粉蜂接觸到柱頭就實(shí)現(xiàn)了紫花苜蓿有效傳粉。

綜合意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂的單花訪問(wèn)時(shí)間、訪花頻率、柱頭接觸率，結(jié)合紫花苜?；ú刻卣骷安煌浞N的自身特征，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)蜂種的訪花行為指標(biāo)存在顯著差異。苜蓿切葉蜂更易打開(kāi)龍骨瓣，且單花訪問(wèn)時(shí)間短于意大利蜜蜂，訪花頻率高于意大利蜜蜂，柱頭接觸率高于意大利蜜蜂，苜蓿切葉蜂對(duì)紫花苜蓿授粉協(xié)同適應(yīng)性更強(qiáng)，兩種蜂均可以實(shí)現(xiàn)為紫花苜蓿有效授粉，預(yù)計(jì)均可以提高種子產(chǎn)量。苜蓿切葉蜂的作用效果優(yōu)于意大利蜜蜂，是紫花苜蓿的優(yōu)勢(shì)傳粉昆蟲(chóng)，意大利蜜蜂可以作為紫花苜蓿傳粉昆蟲(chóng)不足時(shí)的補(bǔ)充蜂種，可以為進(jìn)一步篩選紫花苜蓿優(yōu)良傳粉昆蟲(chóng)奠定基礎(chǔ)。