工蜂密度对地熊蜂采集不同品种番茄访花偏好的影响

刘 冬，何晓庆，方美娟，宋 凯，赵 颖，王玉波

（河北省农林科学院旱作农业研究所，河北省农作物抗旱研究重点实验室，河北 衡水 053000）

昆虫是被子植物的主要授粉者[1]，其中，蜜蜂总科（属膜翅目） 的蜂类是最重要的授粉昆虫[2]。研究表明，农作物可通过蜂类授粉提高产量和质量[3～5]。熊蜂（Bombus spp.）属膜翅目（Hymenoptera）蜜蜂总科（Apoidea），能够为多种农作物授粉[6～14]。由于熊蜂为设施番茄授粉的提质增产效果十分显著[15～21]，因此，众多国家在设施栽培番茄中授粉主要依靠熊蜂来完成[22]。

在番茄品种培育过程中，人工选择（如抗病性选择）可能无意去掉或减少了植物吸引授粉者的某些特征[23]。所以，在多个番茄品种共存的设施内，熊蜂可能拒绝（或减少） 采集吸引特征减弱（或丢失） 的品种。而未授粉的番茄花坐果率较低，并产生畸形果[16，21]。因此，在实际应用熊蜂授粉技术时，应对熊蜂的访花偏好行为引起足够重视。

我国的一些研究结果也表明了熊蜂具有访花偏好性。李继莲等[13]观察发现，明亮熊蜂（B.lucorum）偏好访问草莓的早期花；施海燕等[24]研究显示，小峰熊蜂（B.hypocrita）偏好访问花瓣较大、紫色的人工花朵；周志勇等[14]研究发现，兰州熊蜂（B.lantschouensis）偏好访问温室桃花的中期花朵。但截至目前，国内有关熊蜂对不同品种番茄的访花偏好性研究还鲜见报道。

地熊蜂（B.terrestris） 是我国乃至全球设施番茄授粉的优势蜂种[22]。Lamore[23]研究表明，在室内地熊蜂的单头工蜂对不同品种的番茄趋性不同。但是，授粉昆虫的密度会影响其对不同植物的访花偏好[25]。而Lamore[23]的研究结果未能揭示工蜂密度对地熊蜂采集多个品种番茄时偏好行为的影响。选择生产中常用的5个番茄品种作为供试植物，在设施环境条件下初步研究了工蜂密度对地熊蜂访花偏好的影响，旨为进一步完善我国的熊蜂授粉技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试番茄品种为瑞粉882、贝利、瑞缇娜、绿亨206和优乐美。

供试熊蜂群有2种。其中，蜂群A有建群蜂王1头，工蜂70头，以及若干卵、幼虫和蛹；蜂群B有建群峰王1头、工蜂15头，卵、幼虫和蛹的数量少于蜂群A。蜂箱内提供质量浓度50%的糖液供蜂群自由取食。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2017年在河北省农林科学院旱作农业研究所生物防治研究中心的塑料大棚内进行。选择相邻的2个小区，均于3月28日栽种5个参试番茄品种，小区面积97 m2。每小区内所有品种均重复栽种3次，每次种植22株，每次重复中各品种的栽种顺序随机而定。试验前用孔径0.4 cm2的纱网搭建成网室将2个试验小区罩起，同时利用纱网把2个试验小区隔开，用以限定熊蜂的活动范围并防止其他授粉昆虫进入。1个小区内放置1种蜂群，即：试验设蜂群A和蜂群B计2个处理。将蜂群放置于小区的中间位置，距离地面约20 cm；放置30 min后，将蜂箱巢门打开，让工蜂自由出入。试验时间为5月19～23 日，总计 5 d。

试验期间，在每个网室中部均放置1个温湿度自动记录仪，探头高度距地面约1.5 m（与番茄花序高度相同），记录2个试验区的温度和湿度。一天当中，温度呈先升高后降低变化趋势，且变化幅度较大，其中，6：00最低（蜂群A试验区15.86℃，蜂群B试验区 16.64℃），12：00最高 （蜂群A试验区34.72℃，蜂群B试验区30.90℃） （图1）；湿度随温度的升高基本呈逐渐下降趋势，其中，6：00最高（蜂群A试验区91.10%，蜂群B试验区86.68%），12：00降至较低水平，随后保持平稳状态（图2）。试验期间，2个试验区的日间各点温度和湿度差异均不显著 （P＞0.05）。

图1 试验期间蜂群A和蜂群B所处环境的温度比较Fig.1 Comparison of ambient temperature between colony A and colony B during the experiment

图2 试验期间蜂群A和蜂群B所处环境的湿度比较Fig.2 Comparison of ambient humidity between colony A and colony B during the experiment

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 番茄花朵形态特征。为了明确不同番茄品种的花朵形态特征差别，释放熊蜂前按东西走向对各品种的花朵进行随机取样。将当日完全开放的番茄花取下后放置于10℃的冷藏箱中保存，利用游标卡尺逐一测量花朵的花瓣长度以及花药的长度和最大直径。

花瓣长度的测量。利用解剖剪将2个花瓣连接处纵向剪开，用尖嘴镊子将花瓣与萼片分离。将花瓣正面向上置于一块洁净的玻璃板上，取少量蒸馏水滴于花瓣与玻璃板之间，使被水浸湿的花瓣平展于玻璃板上，花瓣最顶端至花瓣与萼片交汇处之间的距离即为花瓣长度。

花药指标的测量。将花药由最基部剪下，其最顶端至与花瓣交汇处的距离为花药锥长度（花药长度）；花药锥基部的直径为最大直径。

1.2.2.2 访花率。为了保证开花时间的一致性，在调查的前一天17：00～18：00为所有将要在第2天开放的花朵进行编号，并将写有标号的塑料标签悬挂于花柄上。调查当日，分别在9：00、12：00、15：00和18：00，调查各番茄品种标记花朵的访花数量（根据花药锥上是否存在褐色或棕色斑点[16，26]区分已访花朵和未访花朵）；并在18：00，同时统计试验区域内的开花总量。已编号但并未开放的花朵不计入调查范围。其中，蜂群A试验区共调查番茄花朵1 479朵，瑞粉882、绿亨206、贝利、瑞缇娜、优乐美的调查数量分别为243、252、351、303和330朵；蜂群B试验区共调查番茄花朵1 506朵，瑞粉882、绿亨206、贝利、瑞缇娜、优乐美的调查数量分别为339、318、264、267和318朵。

根据公式，计算访花率：

将每日18：00的访花率作为当天的最终访花率。

1.2.2.3 单花采集时间。每日10：00调查。熊蜂到达花朵上后开始振翅并发出“嗡嗡”声为采集的开始，至此动作停止为1个采集动作的结束。熊蜂开始采集至离开花朵的用时，计为单花采集时间。共记录了594朵番茄花被熊蜂采集的时间，其中，瑞粉882品种103朵（蜂群A试验区38朵，蜂群B试验区65朵），绿亨206品种118朵（蜂群A试验区54朵，蜂群B试验区64朵），贝利120朵（蜂群A试验区54朵，蜂群B试验区66朵），瑞缇娜81朵（蜂群A试验区42朵，蜂群B试验区39朵），优乐美172朵（蜂群A试验区93朵，蜂群B试验区79朵）。

1.2.3 数据统计与分析 将参试番茄品种的花朵形态特征、2个试验中各番茄品种的单花采集时间先进行单因素方差分析（One-way ANOVA，P＜0.05），然后，再利用Duncan氏新复极差法进行差异显著性比较。2个试验期间的温度和湿度，以及同一参试品种在各试验中单花采集时间的差异，采用独立样本t检验（P＜0.05） 进行比较。访花率采用2×5卡方测验进行比较。利用SPSS 19.0和 Microsoft Excel 2003软件进行数据统计分析和绘制图表。

2 结果与分析

2.1 参试番茄品种的花朵形态特征比较

参试番茄品种的花朵各形态指标差异均达到了极显著水平（花瓣长度：F=39.31，df=4，P＜0.01；花药长度：F=5.01，df=4，P＜0.01；花药直径：F=29.35，df=4，P＜0.01）。瑞粉882的花朵3项指标值均为最大，其中，花瓣长度和花药直径与其他4个品种差异均达到了极显著水平，花药长度与贝利除外的其他3个品种差异也均达到了极显著水平；花瓣长度、花药长度、花药直径最短品种分别是瑞提娜、绿亨206、贝利（表1）。瑞缇娜与优乐美的花朵各项形态指标差异均不显著。

表1 不同番茄品种的花朵形态特征Table 1 The morphological characteristics of flowers of different tomato varieties

2.2 不同蜂群的访花偏好性比较

2.2.1 访花率 蜂群A与蜂群B各调查时间的访花率差异均达到了极显著水平（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 的访花率始终高于蜂群B，其中，9：00的访花率为78.2%，12：00时即达到100%，之后均保持在100%；蜂群B的访花率随访花时间的延长而逐渐升高，9：00、12：00、15：00、18：00的访花率分别为25.7%、38.1%、56.8%和73.4% （图 3）。

图3 9：00～18：00不同蜂群的总访花率变化Fig.3 Changes of total visitation rate of different colonies at 9：00-18：00

从参试番茄品种18：00的最终访花率看，蜂群A试验的各品种访花率均为100%，且与蜂群B试验相应品种的访花率差异均达到了极显著水平（P＜0.01）。蜂群B试验中，不同番茄品种的访花率差异达到了极显著水平（χ2=62.50，df=4，P＜0.01），其中，优乐美的访花率最高（89.3%），且与其他4个品种差异均达到了极显著水平（P＜0.01）；其他4个品种的访花率差异达到了显著水平 （χ2=8.93，df=3，P＜0.05），其中，瑞粉882与瑞缇娜和贝利、绿亨206与贝利差异显著 （P＜0.05），而瑞粉 882与绿亨 206、绿亨206与瑞缇娜、瑞缇娜与贝利差异均未达到显著水平（P＞0.05）。可以看出，蜂群B对5个番茄品种的访花偏好性顺序为优乐美、贝利、瑞缇娜、绿亨206和瑞粉882。

图4 18：00蜂群B对不同番茄品种的访花率Fig.4 Visitation rate of colony B on different tomato varieties at 18：00

2.2.2 单花采集时间 同一蜂群的试验中，不同番茄品种的单花采集时间差异均不显著（蜂群A：F=0.95，df=4，P=0.43；蜂群 B：F=0.78；df=4，P=0.54）（图 5）。

同一品种上，不同蜂群的单花采集时间差异均达到了极显著水平〔瑞粉882：蜂群A、B的单花采集时间分别为 （6.14±0.38） s 和 （15.38±1.09） s，t=8.01，df=78.15，P＜0.01；绿亨206：蜂群A、B的单花采集时间分别为 （5.84±0.31） s和 （17.11±1.08） s，t=10.06，df=73.41，P＜0.01；贝利：蜂群A、B的单花采集时间分别为 （5.83±0.25） s和 （14.86±0.92） s，t=9.49，df=74.39，P＜0.01；瑞缇娜：蜂群A、B的单花采集时间分别为 （5.67±0.28） s和 （14.67±1.06） s，t=8.17，df=43.37，P＜0.01；优乐美：蜂群A、B的单花采集时间分别为 （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在各品种上的单花采集时间平均为5.8 s和15.5 s，可以看出，蜂群A的单花采集速度明显快于蜂群B。

图 5 不同蜂群在各番茄品种上的单花采集时间Fig.5 Average visiting time on single flower of different colonies on different tomato varieties

3 结论与讨论

地熊蜂在温室中的采集活动受到环境条件的影响[27]。本研究中蜂群A和蜂群B所处的环境条件差异不显著，说明试验蜂群受到的环境影响基本处于同一水平。因此，本试验结果具有可比较性，在一定程度上能够反映出工蜂密度的影响结果。

所有参试番茄品种中，瑞粉882花朵的各项形态指标均最高且普遍与其他品种差异达到了极显著水平（仅花药长度与贝利差异不显著），但在蜂群B的试验中访花率却处于最低水平，表明地熊蜂未对其产生访花偏好。该研究结果支持了“地熊蜂采集番茄花不受花朵大小影响”[28]的理论。此外，优乐美和瑞缇娜2个品种虽然花朵形态无显著差异，但访花率差异达到了极显著水平，这也能够说明番茄花朵形态（大小）并不是地熊蜂形成访花偏好的主要原因。蜂类所需的蛋白质和脂类物质主要来源于花粉[29]，因此，花粉质量对于地熊蜂工蜂的存活和幼虫发育起到至关重要的作用[30，31]。熊蜂偏好于采集蛋白含量更高的花粉[32～38]，而且，花粉中不同营养成分（蛋白质和脂类）的比例亦会影响熊蜂对植物的访花偏好[39]。花粉是番茄花吸引熊蜂访花的唯一资源，同时也是熊蜂唯一的访花回报，所以，不同品种番茄花粉的某个特征（如蛋白质含量，微量元素种类或含量）存在差异就有可能造成熊蜂的访花偏好。因此推测，在蜂群B试验中，花粉可能是造成地熊蜂形成访花偏好的主要因素。但在本研究中并未对不同番茄品种的花粉成分差别进行测试，所以，形成访花偏好的原因还有待进一步研究。

本试验中单花采集时间的调查时间为10：00～11：00，但是调查前我们发现蜂群A试验中的大部分花朵已被多次采集，而熊蜂的采集会减少番茄花上的花粉量[40]，由此推断，蜂群A试验中番茄花朵上的花粉量少于蜂群B试验。蜂群A在各番茄品种上的单花采集时间约为蜂群B的1/3，说明地熊蜂能够根据番茄花上的花粉量来确定采集时间的长短。地熊蜂的这种行为与熊蜂（B.impatiens）在番茄花上的采集行为[40]一致。

Colin Fontaine等[41]研究结果表明，在植株、花朵形态及采集报酬（回报）差异较大的异种植物共存时，地熊蜂采集植物种类的范围随工蜂密度的增加而扩大。虽然番茄品种间吸引授粉昆虫的特征（气味、为授粉昆虫提供的采集报酬等）差异应远小于异种植物，但是在试验中工蜂密度对于地熊蜂采集不同品种番茄选择行为的影响与Colin Fontaine等[41]的研究结果一致，因为授粉昆虫的密度增加时，个体间对最具吸引力花朵的竞争会迫使它们去采集缺少吸引力的花朵[25]。此外，蜂群A与蜂群B相比有着较多的工蜂和幼虫，导致蜂群A有更大的花粉需求。由于每个供试品种能够提供的花粉数量有限，当品种优乐美提供的花粉不足以满足蜂群对花粉的需求时，工蜂就会采集优乐美以外的品种。因此认为，较大的花粉需求是蜂群A对不同品种采集偏好差异不显著的原因之一。

本研究结果表明，为设施内多个品种番茄授粉时，工蜂密度影响地熊蜂的访花偏好。较高的工蜂密度不仅能有效提高蜂群的授粉效率，还能扩大地熊蜂对于不同品种番茄的采集范围。因此，在实际应用中，增加工蜂密度可以作为一项有效措施来应对地熊蜂为不同品种番茄授粉时出现的访花偏好行为。