工蜂密度對地熊蜂采集不同品種番茄訪花偏好的影響

劉 冬，何曉慶，方美娟，宋 凱，趙 穎，王玉波

（河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北省農(nóng)作物抗旱研究重點實驗室，河北 衡水 053000）

昆蟲是被子植物的主要授粉者[1]，其中，蜜蜂總科（屬膜翅目） 的蜂類是最重要的授粉昆蟲[2]。研究表明，農(nóng)作物可通過蜂類授粉提高產(chǎn)量和質(zhì)量[3～5]。熊蜂（Bombus spp.）屬膜翅目（Hymenoptera）蜜蜂總科（Apoidea），能夠為多種農(nóng)作物授粉[6～14]。由于熊蜂為設(shè)施番茄授粉的提質(zhì)增產(chǎn)效果十分顯著[15～21]，因此，眾多國家在設(shè)施栽培番茄中授粉主要依靠熊蜂來完成[22]。

在番茄品種培育過程中，人工選擇（如抗病性選擇）可能無意去掉或減少了植物吸引授粉者的某些特征[23]。所以，在多個番茄品種共存的設(shè)施內(nèi)，熊蜂可能拒絕（或減少） 采集吸引特征減弱（或丟失） 的品種。而未授粉的番茄花坐果率較低，并產(chǎn)生畸形果[16，21]。因此，在實際應(yīng)用熊蜂授粉技術(shù)時，應(yīng)對熊蜂的訪花偏好行為引起足夠重視。

我國的一些研究結(jié)果也表明了熊蜂具有訪花偏好性。李繼蓮等[13]觀察發(fā)現(xiàn)，明亮熊蜂（B.lucorum）偏好訪問草莓的早期花；施海燕等[24]研究顯示，小峰熊蜂（B.hypocrita）偏好訪問花瓣較大、紫色的人工花朵；周志勇等[14]研究發(fā)現(xiàn)，蘭州熊蜂（B.lantschouensis）偏好訪問溫室桃花的中期花朵。但截至目前，國內(nèi)有關(guān)熊蜂對不同品種番茄的訪花偏好性研究還鮮見報道。

地熊蜂（B.terrestris） 是我國乃至全球設(shè)施番茄授粉的優(yōu)勢蜂種[22]。Lamore[23]研究表明，在室內(nèi)地熊蜂的單頭工蜂對不同品種的番茄趨性不同。但是，授粉昆蟲的密度會影響其對不同植物的訪花偏好[25]。而Lamore[23]的研究結(jié)果未能揭示工蜂密度對地熊蜂采集多個品種番茄時偏好行為的影響。選擇生產(chǎn)中常用的5個番茄品種作為供試植物，在設(shè)施環(huán)境條件下初步研究了工蜂密度對地熊蜂訪花偏好的影響，旨為進(jìn)一步完善我國的熊蜂授粉技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試番茄品種為瑞粉882、貝利、瑞緹娜、綠亨206和優(yōu)樂美。

供試熊蜂群有2種。其中，蜂群A有建群蜂王1頭，工蜂70頭，以及若干卵、幼蟲和蛹；蜂群B有建群峰王1頭、工蜂15頭，卵、幼蟲和蛹的數(shù)量少于蜂群A。蜂箱內(nèi)提供質(zhì)量濃度50%的糖液供蜂群自由取食。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2017年在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所生物防治研究中心的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。選擇相鄰的2個小區(qū)，均于3月28日栽種5個參試番茄品種，小區(qū)面積97 m2。每小區(qū)內(nèi)所有品種均重復(fù)栽種3次，每次種植22株，每次重復(fù)中各品種的栽種順序隨機(jī)而定。試驗前用孔徑0.4 cm2的紗網(wǎng)搭建成網(wǎng)室將2個試驗小區(qū)罩起，同時利用紗網(wǎng)把2個試驗小區(qū)隔開，用以限定熊蜂的活動范圍并防止其他授粉昆蟲進(jìn)入。1個小區(qū)內(nèi)放置1種蜂群，即：試驗設(shè)蜂群A和蜂群B計2個處理。將蜂群放置于小區(qū)的中間位置，距離地面約20 cm；放置30 min后，將蜂箱巢門打開，讓工蜂自由出入。試驗時間為5月19～23 日，總計 5 d。

試驗期間，在每個網(wǎng)室中部均放置1個溫濕度自動記錄儀，探頭高度距地面約1.5 m（與番茄花序高度相同），記錄2個試驗區(qū)的溫度和濕度。一天當(dāng)中，溫度呈先升高后降低變化趨勢，且變化幅度較大，其中，6：00最低（蜂群A試驗區(qū)15.86℃，蜂群B試驗區(qū) 16.64℃），12：00最高 （蜂群A試驗區(qū)34.72℃，蜂群B試驗區(qū)30.90℃） （圖1）；濕度隨溫度的升高基本呈逐漸下降趨勢，其中，6：00最高（蜂群A試驗區(qū)91.10%，蜂群B試驗區(qū)86.68%），12：00降至較低水平，隨后保持平穩(wěn)狀態(tài)（圖2）。試驗期間，2個試驗區(qū)的日間各點溫度和濕度差異均不顯著 （P＞0.05）。

圖1 試驗期間蜂群A和蜂群B所處環(huán)境的溫度比較Fig.1 Comparison of ambient temperature between colony A and colony B during the experiment

圖2 試驗期間蜂群A和蜂群B所處環(huán)境的濕度比較Fig.2 Comparison of ambient humidity between colony A and colony B during the experiment

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 番茄花朵形態(tài)特征。為了明確不同番茄品種的花朵形態(tài)特征差別，釋放熊蜂前按東西走向?qū)Ω髌贩N的花朵進(jìn)行隨機(jī)取樣。將當(dāng)日完全開放的番茄花取下后放置于10℃的冷藏箱中保存，利用游標(biāo)卡尺逐一測量花朵的花瓣長度以及花藥的長度和最大直徑。

花瓣長度的測量。利用解剖剪將2個花瓣連接處縱向剪開，用尖嘴鑷子將花瓣與萼片分離。將花瓣正面向上置于一塊潔凈的玻璃板上，取少量蒸餾水滴于花瓣與玻璃板之間，使被水浸濕的花瓣平展于玻璃板上，花瓣最頂端至花瓣與萼片交匯處之間的距離即為花瓣長度。

花藥指標(biāo)的測量。將花藥由最基部剪下，其最頂端至與花瓣交匯處的距離為花藥錐長度（花藥長度）；花藥錐基部的直徑為最大直徑。

1.2.2.2 訪花率。為了保證開花時間的一致性，在調(diào)查的前一天17：00～18：00為所有將要在第2天開放的花朵進(jìn)行編號，并將寫有標(biāo)號的塑料標(biāo)簽懸掛于花柄上。調(diào)查當(dāng)日，分別在9：00、12：00、15：00和18：00，調(diào)查各番茄品種標(biāo)記花朵的訪花數(shù)量（根據(jù)花藥錐上是否存在褐色或棕色斑點[16，26]區(qū)分已訪花朵和未訪花朵）；并在18：00，同時統(tǒng)計試驗區(qū)域內(nèi)的開花總量。已編號但并未開放的花朵不計入調(diào)查范圍。其中，蜂群A試驗區(qū)共調(diào)查番茄花朵1 479朵，瑞粉882、綠亨206、貝利、瑞緹娜、優(yōu)樂美的調(diào)查數(shù)量分別為243、252、351、303和330朵；蜂群B試驗區(qū)共調(diào)查番茄花朵1 506朵，瑞粉882、綠亨206、貝利、瑞緹娜、優(yōu)樂美的調(diào)查數(shù)量分別為339、318、264、267和318朵。

根據(jù)公式，計算訪花率：

將每日18：00的訪花率作為當(dāng)天的最終訪花率。

1.2.2.3 單花采集時間。每日10：00調(diào)查。熊蜂到達(dá)花朵上后開始振翅并發(fā)出“嗡嗡”聲為采集的開始，至此動作停止為1個采集動作的結(jié)束。熊蜂開始采集至離開花朵的用時，計為單花采集時間。共記錄了594朵番茄花被熊蜂采集的時間，其中，瑞粉882品種103朵（蜂群A試驗區(qū)38朵，蜂群B試驗區(qū)65朵），綠亨206品種118朵（蜂群A試驗區(qū)54朵，蜂群B試驗區(qū)64朵），貝利120朵（蜂群A試驗區(qū)54朵，蜂群B試驗區(qū)66朵），瑞緹娜81朵（蜂群A試驗區(qū)42朵，蜂群B試驗區(qū)39朵），優(yōu)樂美172朵（蜂群A試驗區(qū)93朵，蜂群B試驗區(qū)79朵）。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 將參試番茄品種的花朵形態(tài)特征、2個試驗中各番茄品種的單花采集時間先進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA，P＜0.05），然后，再利用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性比較。2個試驗期間的溫度和濕度，以及同一參試品種在各試驗中單花采集時間的差異，采用獨立樣本t檢驗（P＜0.05） 進(jìn)行比較。訪花率采用2×5卡方測驗進(jìn)行比較。利用SPSS 19.0和 Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試番茄品種的花朵形態(tài)特征比較

參試番茄品種的花朵各形態(tài)指標(biāo)差異均達(dá)到了極顯著水平（花瓣長度：F=39.31，df=4，P＜0.01；花藥長度：F=5.01，df=4，P＜0.01；花藥直徑：F=29.35，df=4，P＜0.01）。瑞粉882的花朵3項指標(biāo)值均為最大，其中，花瓣長度和花藥直徑與其他4個品種差異均達(dá)到了極顯著水平，花藥長度與貝利除外的其他3個品種差異也均達(dá)到了極顯著水平；花瓣長度、花藥長度、花藥直徑最短品種分別是瑞提娜、綠亨206、貝利（表1）。瑞緹娜與優(yōu)樂美的花朵各項形態(tài)指標(biāo)差異均不顯著。

表1 不同番茄品種的花朵形態(tài)特征Table 1 The morphological characteristics of flowers of different tomato varieties

2.2 不同蜂群的訪花偏好性比較

2.2.1 訪花率 蜂群A與蜂群B各調(diào)查時間的訪花率差異均達(dá)到了極顯著水平（9：00：χ2=822.48，df=1，P＜0.01；12：00：χ2=1330.81，df=1，P＜0.01；14：00：χ2=816.05，df=1，P＜0.01；18：00：χ2=456.24，df=1，P＜0.01）。9：00～18：00蜂群 A 的訪花率始終高于蜂群B，其中，9：00的訪花率為78.2%，12：00時即達(dá)到100%，之后均保持在100%；蜂群B的訪花率隨訪花時間的延長而逐漸升高，9：00、12：00、15：00、18：00的訪花率分別為25.7%、38.1%、56.8%和73.4% （圖 3）。

圖3 9：00～18：00不同蜂群的總訪花率變化Fig.3 Changes of total visitation rate of different colonies at 9：00-18：00

從參試番茄品種18：00的最終訪花率看，蜂群A試驗的各品種訪花率均為100%，且與蜂群B試驗相應(yīng)品種的訪花率差異均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01）。蜂群B試驗中，不同番茄品種的訪花率差異達(dá)到了極顯著水平（χ2=62.50，df=4，P＜0.01），其中，優(yōu)樂美的訪花率最高（89.3%），且與其他4個品種差異均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01）；其他4個品種的訪花率差異達(dá)到了顯著水平 （χ2=8.93，df=3，P＜0.05），其中，瑞粉882與瑞緹娜和貝利、綠亨206與貝利差異顯著 （P＜0.05），而瑞粉 882與綠亨 206、綠亨206與瑞緹娜、瑞緹娜與貝利差異均未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）。可以看出，蜂群B對5個番茄品種的訪花偏好性順序為優(yōu)樂美、貝利、瑞緹娜、綠亨206和瑞粉882。

圖4 18：00蜂群B對不同番茄品種的訪花率Fig.4 Visitation rate of colony B on different tomato varieties at 18：00

2.2.2 單花采集時間 同一蜂群的試驗中，不同番茄品種的單花采集時間差異均不顯著（蜂群A：F=0.95，df=4，P=0.43；蜂群 B：F=0.78；df=4，P=0.54）（圖 5）。

同一品種上，不同蜂群的單花采集時間差異均達(dá)到了極顯著水平〔瑞粉882：蜂群A、B的單花采集時間分別為 （6.14±0.38） s 和 （15.38±1.09） s，t=8.01，df=78.15，P＜0.01；綠亨206：蜂群A、B的單花采集時間分別為 （5.84±0.31） s和 （17.11±1.08） s，t=10.06，df=73.41，P＜0.01；貝利：蜂群A、B的單花采集時間分別為 （5.83±0.25） s和 （14.86±0.92） s，t=9.49，df=74.39，P＜0.01；瑞緹娜：蜂群A、B的單花采集時間分別為 （5.67±0.28） s和 （14.67±1.06） s，t=8.17，df=43.37，P＜0.01；優(yōu)樂美：蜂群A、B的單花采集時間分別為 （5.43±0.20） s和 （15.35±1.07） s，t=9.07，df=83.56，P＜0.01〕。蜂群 A、蜂群 B在各品種上的單花采集時間平均為5.8 s和15.5 s，可以看出，蜂群A的單花采集速度明顯快于蜂群B。

圖 5 不同蜂群在各番茄品種上的單花采集時間Fig.5 Average visiting time on single flower of different colonies on different tomato varieties

3 結(jié)論與討論

地熊蜂在溫室中的采集活動受到環(huán)境條件的影響[27]。本研究中蜂群A和蜂群B所處的環(huán)境條件差異不顯著，說明試驗蜂群受到的環(huán)境影響基本處于同一水平。因此，本試驗結(jié)果具有可比較性，在一定程度上能夠反映出工蜂密度的影響結(jié)果。

所有參試番茄品種中，瑞粉882花朵的各項形態(tài)指標(biāo)均最高且普遍與其他品種差異達(dá)到了極顯著水平（僅花藥長度與貝利差異不顯著），但在蜂群B的試驗中訪花率卻處于最低水平，表明地熊蜂未對其產(chǎn)生訪花偏好。該研究結(jié)果支持了“地熊蜂采集番茄花不受花朵大小影響”[28]的理論。此外，優(yōu)樂美和瑞緹娜2個品種雖然花朵形態(tài)無顯著差異，但訪花率差異達(dá)到了極顯著水平，這也能夠說明番茄花朵形態(tài)（大小）并不是地熊蜂形成訪花偏好的主要原因。蜂類所需的蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)主要來源于花粉[29]，因此，花粉質(zhì)量對于地熊蜂工蜂的存活和幼蟲發(fā)育起到至關(guān)重要的作用[30，31]。熊蜂偏好于采集蛋白含量更高的花粉[32～38]，而且，花粉中不同營養(yǎng)成分（蛋白質(zhì)和脂類）的比例亦會影響熊蜂對植物的訪花偏好[39]。花粉是番茄花吸引熊蜂訪花的唯一資源，同時也是熊蜂唯一的訪花回報，所以，不同品種番茄花粉的某個特征（如蛋白質(zhì)含量，微量元素種類或含量）存在差異就有可能造成熊蜂的訪花偏好。因此推測，在蜂群B試驗中，花粉可能是造成地熊蜂形成訪花偏好的主要因素。但在本研究中并未對不同番茄品種的花粉成分差別進(jìn)行測試，所以，形成訪花偏好的原因還有待進(jìn)一步研究。

本試驗中單花采集時間的調(diào)查時間為10：00～11：00，但是調(diào)查前我們發(fā)現(xiàn)蜂群A試驗中的大部分花朵已被多次采集，而熊蜂的采集會減少番茄花上的花粉量[40]，由此推斷，蜂群A試驗中番茄花朵上的花粉量少于蜂群B試驗。蜂群A在各番茄品種上的單花采集時間約為蜂群B的1/3，說明地熊蜂能夠根據(jù)番茄花上的花粉量來確定采集時間的長短。地熊蜂的這種行為與熊蜂（B.impatiens）在番茄花上的采集行為[40]一致。

Colin Fontaine等[41]研究結(jié)果表明，在植株、花朵形態(tài)及采集報酬（回報）差異較大的異種植物共存時，地熊蜂采集植物種類的范圍隨工蜂密度的增加而擴(kuò)大。雖然番茄品種間吸引授粉昆蟲的特征（氣味、為授粉昆蟲提供的采集報酬等）差異應(yīng)遠(yuǎn)小于異種植物，但是在試驗中工蜂密度對于地熊蜂采集不同品種番茄選擇行為的影響與Colin Fontaine等[41]的研究結(jié)果一致，因為授粉昆蟲的密度增加時，個體間對最具吸引力花朵的競爭會迫使它們?nèi)ゲ杉鄙傥Φ幕ǘ鋄25]。此外，蜂群A與蜂群B相比有著較多的工蜂和幼蟲，導(dǎo)致蜂群A有更大的花粉需求。由于每個供試品種能夠提供的花粉數(shù)量有限，當(dāng)品種優(yōu)樂美提供的花粉不足以滿足蜂群對花粉的需求時，工蜂就會采集優(yōu)樂美以外的品種。因此認(rèn)為，較大的花粉需求是蜂群A對不同品種采集偏好差異不顯著的原因之一。

本研究結(jié)果表明，為設(shè)施內(nèi)多個品種番茄授粉時，工蜂密度影響地熊蜂的訪花偏好。較高的工蜂密度不僅能有效提高蜂群的授粉效率，還能擴(kuò)大地熊蜂對于不同品種番茄的采集范圍。因此，在實際應(yīng)用中，增加工蜂密度可以作為一項有效措施來應(yīng)對地熊蜂為不同品種番茄授粉時出現(xiàn)的訪花偏好行為。