海南不同生态区百香果传粉昆虫调查、访花行为及自然授粉效果评估

韩文素，任承才 ，钟义海 ，李 健 ，刘俊峰，高景林

(1 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海口，571101；2 中国热带农业科学院蜂业技术研究中心，海口，571101；3 海南博士威农用化学有限公司，海南澄迈，571900)

百香果即西番莲，属西番莲科(Passifloraceae)西番莲属(Passiflora)多年生常绿藤本植物，栽培品种主要有紫果西番莲PassifloraedulisSims和黄果西番莲Passifloraedulisvar.flavicarpaDegenerer。紫果原产于南美洲的巴西至阿根廷一带，而黄果被认为是紫果的突变体或紫果与相关品种的自然杂交种[1]。百香果是一种芳香可口的水果，有“果汁之王”的美誉，具有较高营养价值和药用价值[2]。我国百香果主要分布在海南、广东、广西、云南、福建、贵州等地，截至2019年全国种植面积约3万hm2[3]。2018年海南将百香果产业作为海南特色农产品调优增效产业之一[4]，农户在政策利好下，不断扩大百香果的种植规模；但随着百香果产业的推进，一些障碍因素也逐渐显现，如自然授粉效果不佳，着果率低，严重影响了果实产量，种植户收益不高。

百香果是典型的异花虫媒植物，尤其是黄果百香果具有自交不育的特性[5]，自然授粉率低[6]。百香果开花期长，花朵大，直径约7 cm，颜色明亮，气味浓郁，花粉和花蜜丰富，对传粉昆虫吸引力强[7]。昆虫授粉能显著提高作物的产量、品质和市场价值[8]。但近年来，农业集约化种植规模不断扩大，持续使用杀虫剂，增加了传粉昆虫的死亡率[9]和降低了其传粉效率[10]。人工授粉虽然可以提高百香果着果率，但高温季节难以实施[6]；此外人工授粉增加了生产成本(约12%～15%)[11-12]和潜在的损失[5，7]。因此，对于百香果授粉优势昆虫的调查十分必要。目前对于百香果授粉的研究主要集中在人工授粉[6，13]、气象因子[14]、优势着果枝蔓和节位[15]等方面，鲜见对百香果优势传粉昆虫调查及其访花行为、授粉效果评估的研究。笔者调查海南省2种不同生态区的百香果园传粉昆虫，旨在明确不同生态环境对百香果传粉昆虫以及着果的影响，为资源昆虫的利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 调查区概况

分别对海南省农业集约化种植的沿海平原地带和分散种植的低山丘陵地带随机选取百香果种植园进行调查。

农业集约化种植的沿海平原地带调查点设在海南省乐东黎族自治县佛罗镇溪子园乐东春暖花开生态农业有限公司百香果种植基地，北纬18°37′28″，东经108°45′6″，海拔3 m，百香果面积13.33 hm2，主栽品种“小黄金”，自然授粉；周围为哈密瓜、火龙果、豇豆种植基地。该镇耕地面积2 403.33 hm2，热带季风气候，年平均温度24 ℃，年降雨量1 600 mm，光照充足，热量丰富，干季雨季分明，是海南重要的热带水果生产基地，尤其大棚哈密瓜种植远近闻名。

分散种植的低山丘陵地带调查点设在海南省屯昌县枫木镇新村坡的百香果种植基地，北纬19°13′59″，东经110°2′17″，海拔111 m，百香果面积约6.67 hm2，主栽品种“小黄金”，自然授粉。基地远处有山丘，近处紧挨河流，河流两岸树木茂盛，分布竹林、橡胶林和一些矮木丛。该镇属热带季风气候，年平均温度23 ℃，年降雨量1 900 mm，光照充足，热量丰富，高温多雨，干湿季分明，境内有枫木鹿场、木色湖等省级旅游景点。

1.2 传粉昆虫种类调查

百香果一年中多批次开花结果，“小黄金”成熟花苞一般在晴天下午13：00 —17：00开放。2020年9—11月百香果花期，每月选取2个不相连的晴天在百香果开花时间内对访花昆虫种类与数量进行调查，并将访花昆虫用捕虫网捕捉带回室内鉴定。调查时，每个基地选择观察样点3个，每样点标记约30朵盛开花，记录花朵上的传粉昆虫，若同只昆虫在标记花朵上飞来飞去，只标记1次，1 h为1个时间段，全天记录3 h。分析不同生态区传粉昆虫丰富度和物种多样性。

1.3 传粉昆虫访花行为观察

于晴天百香果盛花期在低山丘陵区的百香果样地对中华蜜蜂、大蜜蜂、木蜂的访花方式进行观测。用秒表记录访花昆虫单花停留时间、身体与柱头接触次数，以及单头蜂的访花频率。单花停留时间指1头蜂从采访1朵花开始到离开该花所用时间。身体与柱头接触次数指1 min内每头蜜蜂采集花粉或花蜜时身体触碰柱头的次数。访花频率指从1头蜂降落花朵上活动开始记时，记录其5 min内访花数量。同时用华为Mate 30手机拍摄访花过程，中华蜜蜂、大蜜蜂均观测30头。整个调查期间观测到木蜂4头，仅统计4头平均值。

1.4 不同生态区着果率调查

于晴天百香果盛花期，将每个百香果调查基地随机划分为5个区，每区随机标记盛开花朵20朵，共100朵并挂牌，根据授粉后果实发育进度，挂牌后7 d统计着果数量，计算着果率，分别在9月、10月、11月各调查1次。着果率(%)=着果数/花朵数×100。

1.5 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 传粉昆虫种类和数量

从表1可以看出，海南省两地百香果的访花昆虫共有14种，隶属于4目9科，其中膜翅目Hymenoptera种类最多，共有3科8种。其中，低山丘陵区观察到的传粉昆虫12种，377头，近海平原区观察到传粉昆虫5种，52头。膜翅目和双翅目昆虫是自然界植物主要的授粉昆虫，而意大利蜜蜂、金翅木蜂、绿条无垫蜂、点马蜂、墨体胸蜾蠃、黑带食蚜蝇在农业集约化种植的近海平原区均未发现。

表1 海南省两地百香果访花昆虫种类和数量

2.2 不同生态区传粉昆虫丰富度

试验结果看出，低山丘陵区的百香果园传粉昆虫丰富度指数DMA为2.02，多样性指数H′为0.49；农业集约化种植的近海平原区百香果园传粉昆虫丰富度指数DMA为1.26，多样性指数H′为0.58；丘陵区丰富度指数高于平原区。在物种数相同的条件下，丰富度指数与个体总数成反比，而多样性指数与各物种个体数量的平均程度成正比[16]。低山丘陵区中华蜜蜂占当地传粉昆虫总数比例为49.60%、大蜜蜂占比为28.38%，两者所占比例为77.98%；平原区中华蜜蜂占当地传粉昆虫总数比例为44.23%，大蜜蜂占比为25%，两者占比为69.23%；在低山丘陵区，金翅木蜂占比为1.06%，而平原区未发现金翅木蜂。说明中华蜜蜂和大蜜蜂为海南百香果园的优势传粉昆虫。

2.3 不同传粉昆虫访花行为

黄果百香果于晴天13：00—14：00开放，刚开放时雌雄蕊相距3～4 cm，雌蕊直立，雄蕊下垂，朝向地面；43～46 min后，雌蕊下弯到与雄蕊同一平面上。花粉囊在开花时已炸开，而花开放46 min后，柱头基部、雄蕊着生处才有花蜜泌出，此时柱头与蜜腺约相距1 cm[17]。由于百香果花的结构和开花过程对传粉昆虫有一定的限制，并不是所有访花昆虫都具有传粉效应。

2.3.1 不同传粉昆虫访花方式 中华蜜蜂工蜂体长约10 mm，全身被灰色短绒毛。观察发现，采粉蜂先在雄蕊周边1～2 cm处盘旋，找准时机攀附在雄蕊上，此时采粉蜂腹面朝上，用前足采集花粉，3～6 s后，振翅飞起，空中用喙、前足不停地向后拍打，将头部、身体黏附的花粉粒刷集到后足花粉筐；振翅飞行十几秒后再次停留在雄蕊上采集几秒，此过程重复几个回合后飞走。采粉蜂在雌雄蕊上空盘旋的时候，花粉有机会降落下来沉落到雌蕊上，完成异化授粉；若雌蕊在采粉蜂采粉后才成熟，将无法完成授粉。采粉蜂很少空中盘旋，由于体形小，可以直接飞到花柱底部泌蜜处采集花蜜，围绕花柱采蜜的过程中，触碰不到雄蕊和柱头，因此采蜜蜂基本无授粉作用。

大蜜蜂工蜂体长约17 mm，胸部背板、侧板被黄褐色长毛，全身被黑褐色短毛。观察发现，采集花粉的大蜜蜂访花时，先飞落在花瓣上，爬至低垂的雄蕊下面，转过头部，用前足或口器采集花粉；有的也直接攀附在雄蕊上，采集完1片雄蕊飞起，振翅飞行几秒后再飞回采集另外的雄蕊。此过程与中华蜜蜂类似。采集花蜜的大蜜蜂访花时，直接飞落在已完全开放的花冠上，膜翅伸展并向上翘起，爬至花柱底部使身体呈倾斜状，边吮吸花蜜边围绕花柱旋转1周，在此过程中翅、腹部末端滑落雄蕊花粉，使花粉黏附在翅及胸腹部背面浓毛上；采集约1 min后，迅速飞到另朵花上采集，翅膀的高频振动以及采蜜时翅翘起、腹部末端与柱头接触，可使花粉黏附到柱头上，完成授粉。

金翅木蜂为大型昆虫，体长约40 mm，腹部宽约10 mm，翅黑色泛蓝色光泽，全身被黑色短毛。观察发现，金翅木蜂访花时，降落到花瓣上，胸部背板和翅可轻易触碰到低垂在同一水平面上的雄蕊和雌蕊；在钻入花柱底部吸蜜时，其胸部背板、翅刮刷片状雄蕊，致使胸腹背面、翅携带大量花粉，在不同花朵上绕花柱采蜜时，可把花粉传给柱头，完成异花授粉(见图1)。

图1 百香果传粉昆虫

2.3.2 优势传粉昆虫访花频率 从表2可以看出，大蜜蜂的平均访花频率显著高于中华蜜蜂(p<0.001)，单花停留时间显著低于中华蜜蜂(p<0.001)，身体与柱头接触次数显著高于中华蜜蜂(p<0.001)。说明体积较大的大蜜蜂相对于中华蜜蜂而言，对百香果的传粉效率优于中华蜜蜂。此外，金翅木蜂的访花频率为(6.65 ± 0.65)朵/5 min，单花停留时间为(9.25 ± 0.85) s，身体与柱头接触次数为(6.50 ± 0.64)次/min，高于大蜜蜂和中华蜜蜂，应为百香果最为有效的传粉昆虫。但由于观测到的金翅木蜂的数量(n = 4)远远低于大蜜蜂和中华蜜蜂，因此未做显著性分析。

2.4 不同生态区着果情况

从表2可以看出，低山丘陵区9月、10月、11月百香果的着果率可达到60.0%～75.0%，而沿海平原区9月、10月、11月百香果的着果率仅为32%～42%，低山丘陵区的百香果园着果率显著高于沿海平原区(p<0.05)。

表2 海南低山丘陵区百香果主要传粉蜂访花行为和不同地区百香果着果率比较

3 结论与讨论

我们调查发现，农作物分散种植，自然生态环境保护较好的低山丘陵区野生传粉昆虫丰富度指数为2.02，高于远离自然生态环境，农业集约化种植，农事操作频繁的沿海平原区，与其他蜜源植物传粉昆虫调查研究的结果类似[18]。不同生境内物种的丰富度指数与物种的数量呈正相关[16]。说明农业集约化种植已严重影响野生传粉昆虫的生存环境，致使其种群数量大幅降低。

百香果是典型的虫媒植物，大部分品种授粉需要借助媒介昆虫完成。调查发现，黄果百香果在没有适宜传粉昆虫访花情况下，自然授粉受精率非常低。由于百香果花朵大，雄蕊片状，小型昆虫在采集花粉的过程中，很难将花粉传到柱头上，也一定程度上限定了自然授粉受精。本调查结果显示，百香果野生传粉昆虫主要有金翅木蜂、大蜜蜂、中华蜜蜂、绿条无垫蜂，其中中华蜜蜂种群数量最大，金翅木蜂和绿条无垫蜂数量极少。但中华蜜蜂是否为百香果的有效传粉昆虫，目前存在很大争议。中华蜜蜂体形较小，在采蜜过程中，很难接触到花粉和柱头；在采粉时，只有在柱头上空振翅飞行时，偶尔会有花粉降落到柱头上，但这种方式柱头着粉量非常低。中华蜜蜂单花停留时间远远大于金翅木蜂、大蜜蜂，会将雄蕊上的花粉全部采走，以致于雌蕊成熟后，很难再吸引其他访花昆虫。有学者将蜜蜂视为百香果花蜜花粉的“盗贼”[11，19]。大蜜蜂体形较中华蜜蜂大，飞行能力强，单花停留时间低于中华蜜蜂。据报道，单花停留时间直接影响传粉昆虫的传粉效率，滞留时间越短，单位时间内昆虫采访的花朵越多，植物收益越大[18]。本研究中，大蜜蜂采蜜时身体可触及柱头，具有一定的传粉作用。金翅木蜂体形较大，采粉采蜜过程中，均能触及柱头，从昆虫与柱头接触的频率可以推断金翅木蜂是百香果最有效的传粉者。多项研究也表明，木蜂是百香果最为有效的传粉昆虫[11-12，19-20]，巴西百香果产量主要依赖于木蜂授粉，依赖度为0.95[21]。

本研究中，沿海平原区的百香果园面积大，周边设施农业发达，自然植被遭到严重破坏，百香果盛花期自然授粉受精率不佳，着果率与低山丘陵区存在显著性差异。推断重要原因为自然授粉昆虫少，尤其是大型访花昆虫木蜂从未出现。据报道，美国黄果百香果产量低的主要原因为自然界传粉昆虫特别是本地木蜂种群数量严重缺乏[3]。农业集约化种植过程中，农药的频繁施用降低了传粉昆虫种群数量。传粉昆虫的丰富度和多样性逐渐下降是影响作物产量和品质的重要原因[22]，因此需加强对传粉昆虫的保护。当前我国对百香果授粉昆虫的研究相对较少，尤其是大型访花昆虫在自然生态系统和农业生态系统中的重要性认知程度较低，今后需加强大型访花昆虫(木蜂、大蜜蜂)对百香果授粉效率评价的研究，为传粉昆虫的开发利用奠定基础。