意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂為紫花苜蓿授粉訪花行為比較

武敏 張旭鳳 張云毅 宋懷磊 武文卿 宋佳奇 郭媛

（1 山西農業大學/山西省農業科學院園藝研究所；2 山西農業大學動物科學學院）

紫花苜蓿產業發展在農牧業及生態系統恢復中占有重要作用，作為一種優良豆科牧草，含有豐富的蛋白質、膳食纖維、礦物質和維生素等營養成分[1]。生產中一般作奶牛、奶羊及豬的飼料，同時由于花期長、泌蜜量大且蜜質優良，是我國重要的蜜粉源植物[2]。農牧業對高質飼料以及優質蜜源植物的需求日益增大，但目前我國苜蓿產業發展相對落后，市場上優質苜蓿供不應求，嚴重影響我國農牧業發展[3]。

傳粉是種子植物受精的必經階段，開花植物傳粉需要有一定的媒介，而昆蟲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，花粉粘到昆蟲身上，完成授粉實現種子繁育[5-7]。

從生態學角度看，植物與傳粉者之間存在協同進化，研究植物花部特征與其傳粉昆蟲的傳粉行為關系，是維持并提升生物多樣性的重要方向[8-10]。劉紅平等發現苜蓿主要傳粉昆蟲包括蜜蜂科、苜蓿切葉蜂科、地蜂科、熊蜂科和胡蜂科等[11]；嚴林等人在青海地區發現13種紫花苜蓿傳粉昆蟲，優勢傳粉者為苜蓿切葉蜂、意大利蜜蜂和隧蜂[12]；張騫研究發現紫花苜蓿通過蜜蜂授粉后種子產量和質量顯著提升[13]；王文慧等研究表明不同種的蜂類訪花，紫花苜蓿種子產量有顯著差異，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蜂種，結合紫花苜蓿的花部構造，比較兩個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間關系的基礎上，篩選紫花苜蓿優勢傳粉昆蟲，為紫花苜蓿傳粉昆蟲授粉技術提供理論依據。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗植物品種為紫花苜蓿，位于山西省太原市陽曲縣上凌井鄉，東經112°12′～113°09′，北緯37°56′～38°09′，花期6～7月，土壤為壤土。試驗用意大利蜜蜂由蜂產業技術體系蜜蜂授粉示范蜂場益民蜂業合作社提供，苜蓿切葉蜂由寧夏農林科學院植物保護研究所提供。在試驗地陽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 試驗方法

在試驗地選擇200m2的地塊，用紗網隔離成兩塊區域，分別為意大利蜜蜂授粉區和苜蓿切葉蜂授粉區，每個授粉區內分別放置3箱蜂群。

傳粉昆蟲采集高峰期9∶00～10∶00，在意大利蜜蜂和苜蓿切葉蜂授粉區分別用秒表和計數器記錄兩種蜂的單花訪問時間（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）單花訪問時間：傳粉昆蟲在一朵小花上訪問一次所需要的時間。

（2）訪花頻率：傳粉昆蟲1min訪問的小花數目。

（3）柱頭接觸率：打開龍骨瓣接觸到柱頭的傳粉昆蟲數量與總訪花蜂量的比值，用百分數表示。

1.3 數據統計及分析

不同蜂種單花訪問時間和訪花頻率用平均數±標準誤差表示。用SPSS 24.0統計分析軟件進行單因素方差分析，當P＜0.05時，差異顯著。用Microsoft Excel 2016繪圖。

2 結果與分析

2.1 紫花苜蓿花部特征及傳粉昆蟲訪花行為

植物與昆蟲之間的相互選擇是由昆蟲的行為反應和花部特性決定的[15]。紫花苜蓿每個花序有小花15～22朵，有的甚至達28～30朵，每個花序的小花依次由下向上開放。花序的形式和構造不同，必然對傳粉昆蟲的訪花情況產生影響[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始訪花，然后依次向上移動，可以初步認為傳粉昆蟲訪花情況與紫花苜蓿開花次序相協調，花部特征和傳粉功能群之間具有一定的相關性。

紫花苜蓿花朵由旗瓣、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特的彈花現象，龍骨瓣沒有打開就沒有完成授粉，說明花部自身壓力不足以打開龍骨瓣，必須借助傳粉昆蟲的幫助。有的意大利蜜蜂落在小花上訪花10s左右，但龍骨瓣未打開，有的意大利蜜蜂落在小花上20s左右，可以打開龍骨瓣。苜蓿切葉蜂訪花一般在5s打開龍骨瓣。

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，頭部對旗瓣施加向前推力，身體對龍骨瓣施加壓力，龍骨瓣打開釋放雌雄合蕊，完成彈花機制，同時花粉打到蜜蜂頭部，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，采集時主要是前足抱花，由頭部對旗瓣用力彈出雌雄合蕊，花粉經中足和后足全轉移到腹毛刷上，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

傳粉昆蟲的訪花行為與植物花部特征、訪花報酬以及自身特性、能量需求有關[18]。不同蜂種對不同植物的訪花習性存在差異。有研究認為，傳粉蜂的單花訪問時間越短，訪花頻率越高，植物受益越大。同時訪花昆蟲在植物上的柱頭接觸率越高，實現有效異花傳粉效率越高[19-21]。意大利蜜蜂單花訪問時間為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%。由數據可知苜蓿切葉蜂對紫花苜蓿授粉適應性更強，傳粉效率更高，是紫花苜蓿的優勢傳粉昆蟲。

3 討論與結論

農牧業生產中昆蟲授粉不僅可以提質增效，同時能夠提高傳粉昆蟲生物多樣性[22,23]，但在我國農業生產實踐應用中卻并不廣泛。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]。前人研究發現，苜蓿切葉蜂是紫花苜蓿授粉最有效的傳粉昆蟲[25]，但農業現代化發展過程中，由于蜜粉源植物和傳粉昆蟲棲息地減少，植物野生傳粉昆蟲品種和數量不斷降低。同時苜蓿連片種植影響紫花苜蓿傳粉昆蟲的生物多樣性，紫花苜蓿野生傳粉昆蟲數量難以滿足其授粉需求[25]。

圖1 兩種蜂的訪花行為比較

傳粉昆蟲訪花行為與植物花部特征、花蜜和花粉報酬、環境因子相關，也與自身能量需求有關[26]。本試驗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影響不同類型蜂種的訪花行為。紫花苜蓿是異花授粉植物，花由旗瓣、翼瓣和龍骨瓣組成，具有獨特的彈花現象，龍骨瓣未打開是未完成授粉。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龍骨瓣，且兩個蜂種的訪花習性不同，相應的訪花行為也存在差異。苜蓿切葉蜂在小花上停留時能在短時間內主動通過頭部打開龍骨瓣，用腹毛刷粘取花粉，通過多個小花轉移實現有效異花授粉；而意大利蜜蜂在打開龍骨瓣方面既沒有體重優勢、也沒有適應苜蓿花部特征，不易打開龍骨瓣。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業授粉利用價值的重要指標，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，停留時間越短，單位時間內昆蟲采訪的花朵數越多，植物受益越大[27]。本文的研究結果也證明單花訪問時間越短，訪花頻率越高；同時結合柱頭接觸率，認為傳粉蜂接觸到柱頭就實現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時間、訪花頻率、柱頭接觸率，結合紫花苜蓿花部特征及不同蜂種的自身特征，發現兩個蜂種的訪花行為指標存在顯著差異。苜蓿切葉蜂更易打開龍骨瓣，且單花訪問時間短于意大利蜜蜂，訪花頻率高于意大利蜜蜂，柱頭接觸率高于意大利蜜蜂，苜蓿切葉蜂對紫花苜蓿授粉協同適應性更強，兩種蜂均可以實現為紫花苜蓿有效授粉，預計均可以提高種子產量。苜蓿切葉蜂的作用效果優于意大利蜜蜂，是紫花苜蓿的優勢傳粉昆蟲，意大利蜜蜂可以作為紫花苜蓿傳粉昆蟲不足時的補充蜂種，可以為進一步篩選紫花苜蓿優良傳粉昆蟲奠定基礎。