意大利蜜蜂和苜蓿切叶蜂为紫花苜蓿授粉访花行为比较

武敏 张旭凤 张云毅 宋怀磊 武文卿 宋佳奇 郭媛

（1 山西农业大学/山西省农业科学院园艺研究所；2 山西农业大学动物科学学院）

紫花苜蓿产业发展在农牧业及生态系统恢复中占有重要作用，作为一种优良豆科牧草，含有丰富的蛋白质、膳食纤维、矿物质和维生素等营养成分[1]。生产中一般作奶牛、奶羊及猪的饲料，同时由于花期长、泌蜜量大且蜜质优良，是我国重要的蜜粉源植物[2]。农牧业对高质饲料以及优质蜜源植物的需求日益增大，但目前我国苜蓿产业发展相对落后，市场上优质苜蓿供不应求，严重影响我国农牧业发展[3]。

传粉是种子植物受精的必经阶段，开花植物传粉需要有一定的媒介，而昆虫传粉是最重要的传粉媒介[4]。紫花苜蓿是雌雄同花植物，但因其花器特殊，必须借助昆虫等外力作用有效弹花使雌雄合蕊柱从龙骨瓣释放，反向打到旗瓣，柱头膜破裂，花粉粘到昆虫身上，完成授粉实现种子繁育[5-7]。

从生态学角度看，植物与传粉者之间存在协同进化，研究植物花部特征与其传粉昆虫的传粉行为关系，是维持并提升生物多样性的重要方向[8-10]。刘红平等发现苜蓿主要传粉昆虫包括蜜蜂科、苜蓿切叶蜂科、地蜂科、熊蜂科和胡蜂科等[11]；严林等人在青海地区发现13种紫花苜蓿传粉昆虫，优势传粉者为苜蓿切叶蜂、意大利蜜蜂和隧蜂[12]；张骞研究发现紫花苜蓿通过蜜蜂授粉后种子产量和质量显著提升[13]；王文慧等研究表明不同种的蜂类访花，紫花苜蓿种子产量有显著差异，其中驯化蜂的作用更加显著[14]。

本文以意大利蜜蜂和苜蓿切叶蜂为试验蜂种，结合紫花苜蓿的花部构造，比较两个蜂种在紫花苜蓿上访花及授粉行为差异，在研究苜蓿花部特征与传粉昆虫间关系的基础上，筛选紫花苜蓿优势传粉昆虫，为紫花苜蓿传粉昆虫授粉技术提供理论依据。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验植物品种为紫花苜蓿，位于山西省太原市阳曲县上凌井乡，东经112°12′～113°09′，北纬37°56′～38°09′，花期6～7月，土壤为壤土。试验用意大利蜜蜂由蜂产业技术体系蜜蜂授粉示范蜂场益民蜂业合作社提供，苜蓿切叶蜂由宁夏农林科学院植物保护研究所提供。在试验地阳光不能直射的位置悬挂ZDR-20b温湿度记录仪，记录温湿度。

1.2 试验方法

在试验地选择200m2的地块，用纱网隔离成两块区域，分别为意大利蜜蜂授粉区和苜蓿切叶蜂授粉区，每个授粉区内分别放置3箱蜂群。

传粉昆虫采集高峰期9∶00～10∶00，在意大利蜜蜂和苜蓿切叶蜂授粉区分别用秒表和计数器记录两种蜂的单花访问时间（两种蜂各100只）、访花频率（两种蜂各60只）、柱头接触率（两种蜂各200只）。

（1）单花访问时间：传粉昆虫在一朵小花上访问一次所需要的时间。

（2）访花频率：传粉昆虫1min访问的小花数目。

（3）柱头接触率：打开龙骨瓣接触到柱头的传粉昆虫数量与总访花蜂量的比值，用百分数表示。

1.3 数据统计及分析

不同蜂种单花访问时间和访花频率用平均数±标准误差表示。用SPSS 24.0统计分析软件进行单因素方差分析，当P＜0.05时，差异显著。用Microsoft Excel 2016绘图。

2 结果与分析

2.1 紫花苜蓿花部特征及传粉昆虫访花行为

植物与昆虫之间的相互选择是由昆虫的行为反应和花部特性决定的[15]。紫花苜蓿每个花序有小花15～22朵，有的甚至达28～30朵，每个花序的小花依次由下向上开放。花序的形式和构造不同，必然对传粉昆虫的访花情况产生影响[16]。苜蓿为垂直型花序，意大利蜜蜂和苜蓿切叶蜂一般从花序下部开始访花，然后依次向上移动，可以初步认为传粉昆虫访花情况与紫花苜蓿开花次序相协调，花部特征和传粉功能群之间具有一定的相关性。

紫花苜蓿花朵由旗瓣、翼瓣和龙骨瓣组成，龙骨瓣边缘成钩状抱合在一起，龙骨瓣内雄蕊和雌蕊合抱，雌蕊位于雄蕊中央[17]。柱头球状被绒毛，花粉黄色。这样的花部特征使得紫花苜蓿具有独特的弹花现象，龙骨瓣没有打开就没有完成授粉，说明花部自身压力不足以打开龙骨瓣，必须借助传粉昆虫的帮助。有的意大利蜜蜂落在小花上访花10s左右，但龙骨瓣未打开，有的意大利蜜蜂落在小花上20s左右，可以打开龙骨瓣。苜蓿切叶蜂访花一般在5s打开龙骨瓣。

意大利蜜蜂访花主要以吸蜜为主，一部分工蜂采集花粉，采集时中后足踏翼瓣，头部顶旗瓣，吻插入苜蓿小花基部吸蜜，头部对旗瓣施加向前推力，身体对龙骨瓣施加压力，龙骨瓣打开释放雌雄合蕊，完成弹花机制，同时花粉打到蜜蜂头部，蜜蜂用后足将花粉集中于花粉框，之后蜜蜂飞到另一花序上落于柱头完成异花授粉。苜蓿切叶蜂以采集花粉为主，采集时主要是前足抱花，由头部对旗瓣用力弹出雌雄合蕊，花粉经中足和后足全转移到腹毛刷上，使腹部携带花粉，携带到另一花序，完成异花授粉。

2.2 意大利蜜蜂和苜蓿切叶蜂的访花行为比较

传粉昆虫的访花行为与植物花部特征、访花报酬以及自身特性、能量需求有关[18]。不同蜂种对不同植物的访花习性存在差异。有研究认为，传粉蜂的单花访问时间越短，访花频率越高，植物受益越大。同时访花昆虫在植物上的柱头接触率越高，实现有效异花传粉效率越高[19-21]。意大利蜜蜂单花访问时间为24.54±0.23s，显著高于苜蓿切叶蜂的4.89±0.07s；意大利蜜蜂访花频率为3.35±0.32朵/min，显著低于苜蓿切叶蜂的10.95±0.35朵/min；意大利蜜蜂柱头接触率为42.7%，显著低于苜蓿切叶蜂的90.5%。由数据可知苜蓿切叶蜂对紫花苜蓿授粉适应性更强，传粉效率更高，是紫花苜蓿的优势传粉昆虫。

3 讨论与结论

农牧业生产中昆虫授粉不仅可以提质增效，同时能够提高传粉昆虫生物多样性[22,23]，但在我国农业生产实践应用中却并不广泛。苜蓿授粉的影响因素包括授粉蜂种、蜂种对苜蓿的访花频率、柱头接触率、携粉回巢率等采集行为[24]。前人研究发现，苜蓿切叶蜂是紫花苜蓿授粉最有效的传粉昆虫[25]，但农业现代化发展过程中，由于蜜粉源植物和传粉昆虫栖息地减少，植物野生传粉昆虫品种和数量不断降低。同时苜蓿连片种植影响紫花苜蓿传粉昆虫的生物多样性，紫花苜蓿野生传粉昆虫数量难以满足其授粉需求[25]。

图1 两种蜂的访花行为比较

传粉昆虫访花行为与植物花部特征、花蜜和花粉报酬、环境因子相关，也与自身能量需求有关[26]。本试验中的两种蜂在紫花苜蓿上的访花行为存在显著差异：首先，紫花苜蓿的花部特征会影响不同类型蜂种的访花行为。紫花苜蓿是异花授粉植物，花由旗瓣、翼瓣和龙骨瓣组成，具有独特的弹花现象，龙骨瓣未打开是未完成授粉。并不是所有意大利蜜蜂和苜蓿切叶蜂落在小花上访花就能打开龙骨瓣，且两个蜂种的访花习性不同，相应的访花行为也存在差异。苜蓿切叶蜂在小花上停留时能在短时间内主动通过头部打开龙骨瓣，用腹毛刷粘取花粉，通过多个小花转移实现有效异花授粉；而意大利蜜蜂在打开龙骨瓣方面既没有体重优势、也没有适应苜蓿花部特征，不易打开龙骨瓣。其次，不同蜂种的访花行为和本身特性也影响紫花苜蓿的授粉效果，紫花苜蓿授粉蜂的访花频率高低是决定其农业授粉利用价值的重要指标，苜蓿切叶蜂的访花频率较高，有利于紫花苜蓿完成异花授粉。研究表明，停留时间越短，单位时间内昆虫采访的花朵数越多，植物受益越大[27]。本文的研究结果也证明单花访问时间越短，访花频率越高；同时结合柱头接触率，认为传粉蜂接触到柱头就实现了紫花苜蓿有效传粉。

综合意大利蜜蜂和苜蓿切叶蜂的单花访问时间、访花频率、柱头接触率，结合紫花苜蓿花部特征及不同蜂种的自身特征，发现两个蜂种的访花行为指标存在显著差异。苜蓿切叶蜂更易打开龙骨瓣，且单花访问时间短于意大利蜜蜂，访花频率高于意大利蜜蜂，柱头接触率高于意大利蜜蜂，苜蓿切叶蜂对紫花苜蓿授粉协同适应性更强，两种蜂均可以实现为紫花苜蓿有效授粉，预计均可以提高种子产量。苜蓿切叶蜂的作用效果优于意大利蜜蜂，是紫花苜蓿的优势传粉昆虫，意大利蜜蜂可以作为紫花苜蓿传粉昆虫不足时的补充蜂种，可以为进一步筛选紫花苜蓿优良传粉昆虫奠定基础。