海南不同生態(tài)區(qū)百香果傳粉昆蟲調查、訪花行為及自然授粉效果評估

韓文素，任承才 ，鐘義海 ，李 健 ，劉俊峰，高景林

(1 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所，海口，571101；2 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院蜂業(yè)技術研究中心，海口，571101；3 海南博士威農(nóng)用化學有限公司，海南澄邁，571900)

百香果即西番蓮，屬西番蓮科(Passifloraceae)西番蓮屬(Passiflora)多年生常綠藤本植物，栽培品種主要有紫果西番蓮PassifloraedulisSims和黃果西番蓮Passifloraedulisvar.flavicarpaDegenerer。紫果原產(chǎn)于南美洲的巴西至阿根廷一帶，而黃果被認為是紫果的突變體或紫果與相關品種的自然雜交種[1]。百香果是一種芳香可口的水果，有“果汁之王”的美譽，具有較高營養(yǎng)價值和藥用價值[2]。我國百香果主要分布在海南、廣東、廣西、云南、福建、貴州等地，截至2019年全國種植面積約3萬hm2[3]。2018年海南將百香果產(chǎn)業(yè)作為海南特色農(nóng)產(chǎn)品調優(yōu)增效產(chǎn)業(yè)之一[4]，農(nóng)戶在政策利好下，不斷擴大百香果的種植規(guī)模；但隨著百香果產(chǎn)業(yè)的推進，一些障礙因素也逐漸顯現(xiàn)，如自然授粉效果不佳，著果率低，嚴重影響了果實產(chǎn)量，種植戶收益不高。

百香果是典型的異花蟲媒植物，尤其是黃果百香果具有自交不育的特性[5]，自然授粉率低[6]。百香果開花期長，花朵大，直徑約7 cm，顏色明亮，氣味濃郁，花粉和花蜜豐富，對傳粉昆蟲吸引力強[7]。昆蟲授粉能顯著提高作物的產(chǎn)量、品質和市場價值[8]。但近年來，農(nóng)業(yè)集約化種植規(guī)模不斷擴大，持續(xù)使用殺蟲劑，增加了傳粉昆蟲的死亡率[9]和降低了其傳粉效率[10]。人工授粉雖然可以提高百香果著果率，但高溫季節(jié)難以實施[6]；此外人工授粉增加了生產(chǎn)成本(約12%～15%)[11-12]和潛在的損失[5，7]。因此，對于百香果授粉優(yōu)勢昆蟲的調查十分必要。目前對于百香果授粉的研究主要集中在人工授粉[6，13]、氣象因子[14]、優(yōu)勢著果枝蔓和節(jié)位[15]等方面，鮮見對百香果優(yōu)勢傳粉昆蟲調查及其訪花行為、授粉效果評估的研究。筆者調查海南省2種不同生態(tài)區(qū)的百香果園傳粉昆蟲，旨在明確不同生態(tài)環(huán)境對百香果傳粉昆蟲以及著果的影響，為資源昆蟲的利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 調查區(qū)概況

分別對海南省農(nóng)業(yè)集約化種植的沿海平原地帶和分散種植的低山丘陵地帶隨機選取百香果種植園進行調查。

農(nóng)業(yè)集約化種植的沿海平原地帶調查點設在海南省樂東黎族自治縣佛羅鎮(zhèn)溪子園樂東春暖花開生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司百香果種植基地，北緯18°37′28″，東經(jīng)108°45′6″，海拔3 m，百香果面積13.33 hm2，主栽品種“小黃金”，自然授粉；周圍為哈密瓜、火龍果、豇豆種植基地。該鎮(zhèn)耕地面積2 403.33 hm2，熱帶季風氣候，年平均溫度24 ℃，年降雨量1 600 mm，光照充足，熱量豐富，干季雨季分明，是海南重要的熱帶水果生產(chǎn)基地，尤其大棚哈密瓜種植遠近聞名。

分散種植的低山丘陵地帶調查點設在海南省屯昌縣楓木鎮(zhèn)新村坡的百香果種植基地，北緯19°13′59″，東經(jīng)110°2′17″，海拔111 m，百香果面積約6.67 hm2，主栽品種“小黃金”，自然授粉?；剡h處有山丘，近處緊挨河流，河流兩岸樹木茂盛，分布竹林、橡膠林和一些矮木叢。該鎮(zhèn)屬熱帶季風氣候，年平均溫度23 ℃，年降雨量1 900 mm，光照充足，熱量豐富，高溫多雨，干濕季分明，境內(nèi)有楓木鹿場、木色湖等省級旅游景點。

1.2 傳粉昆蟲種類調查

百香果一年中多批次開花結果，“小黃金”成熟花苞一般在晴天下午13：00 —17：00開放。2020年9—11月百香果花期，每月選取2個不相連的晴天在百香果開花時間內(nèi)對訪花昆蟲種類與數(shù)量進行調查，并將訪花昆蟲用捕蟲網(wǎng)捕捉帶回室內(nèi)鑒定。調查時，每個基地選擇觀察樣點3個，每樣點標記約30朵盛開花，記錄花朵上的傳粉昆蟲，若同只昆蟲在標記花朵上飛來飛去，只標記1次，1 h為1個時間段，全天記錄3 h。分析不同生態(tài)區(qū)傳粉昆蟲豐富度和物種多樣性。

1.3 傳粉昆蟲訪花行為觀察

于晴天百香果盛花期在低山丘陵區(qū)的百香果樣地對中華蜜蜂、大蜜蜂、木蜂的訪花方式進行觀測。用秒表記錄訪花昆蟲單花停留時間、身體與柱頭接觸次數(shù)，以及單頭蜂的訪花頻率。單花停留時間指1頭蜂從采訪1朵花開始到離開該花所用時間。身體與柱頭接觸次數(shù)指1 min內(nèi)每頭蜜蜂采集花粉或花蜜時身體觸碰柱頭的次數(shù)。訪花頻率指從1頭蜂降落花朵上活動開始記時，記錄其5 min內(nèi)訪花數(shù)量。同時用華為Mate 30手機拍攝訪花過程，中華蜜蜂、大蜜蜂均觀測30頭。整個調查期間觀測到木蜂4頭，僅統(tǒng)計4頭平均值。

1.4 不同生態(tài)區(qū)著果率調查

于晴天百香果盛花期，將每個百香果調查基地隨機劃分為5個區(qū)，每區(qū)隨機標記盛開花朵20朵，共100朵并掛牌，根據(jù)授粉后果實發(fā)育進度，掛牌后7 d統(tǒng)計著果數(shù)量，計算著果率，分別在9月、10月、11月各調查1次。著果率(%)=著果數(shù)/花朵數(shù)×100。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

2 結果與分析

2.1 傳粉昆蟲種類和數(shù)量

從表1可以看出，海南省兩地百香果的訪花昆蟲共有14種，隸屬于4目9科，其中膜翅目Hymenoptera種類最多，共有3科8種。其中，低山丘陵區(qū)觀察到的傳粉昆蟲12種，377頭，近海平原區(qū)觀察到傳粉昆蟲5種，52頭。膜翅目和雙翅目昆蟲是自然界植物主要的授粉昆蟲，而意大利蜜蜂、金翅木蜂、綠條無墊蜂、點馬蜂、墨體胸蜾蠃、黑帶食蚜蠅在農(nóng)業(yè)集約化種植的近海平原區(qū)均未發(fā)現(xiàn)。

表1 海南省兩地百香果訪花昆蟲種類和數(shù)量

2.2 不同生態(tài)區(qū)傳粉昆蟲豐富度

試驗結果看出，低山丘陵區(qū)的百香果園傳粉昆蟲豐富度指數(shù)DMA為2.02，多樣性指數(shù)H′為0.49；農(nóng)業(yè)集約化種植的近海平原區(qū)百香果園傳粉昆蟲豐富度指數(shù)DMA為1.26，多樣性指數(shù)H′為0.58；丘陵區(qū)豐富度指數(shù)高于平原區(qū)。在物種數(shù)相同的條件下，豐富度指數(shù)與個體總數(shù)成反比，而多樣性指數(shù)與各物種個體數(shù)量的平均程度成正比[16]。低山丘陵區(qū)中華蜜蜂占當?shù)貍鞣劾ハx總數(shù)比例為49.60%、大蜜蜂占比為28.38%，兩者所占比例為77.98%；平原區(qū)中華蜜蜂占當?shù)貍鞣劾ハx總數(shù)比例為44.23%，大蜜蜂占比為25%，兩者占比為69.23%；在低山丘陵區(qū)，金翅木蜂占比為1.06%，而平原區(qū)未發(fā)現(xiàn)金翅木蜂。說明中華蜜蜂和大蜜蜂為海南百香果園的優(yōu)勢傳粉昆蟲。

2.3 不同傳粉昆蟲訪花行為

黃果百香果于晴天13：00—14：00開放，剛開放時雌雄蕊相距3～4 cm，雌蕊直立，雄蕊下垂，朝向地面；43～46 min后，雌蕊下彎到與雄蕊同一平面上。花粉囊在開花時已炸開，而花開放46 min后，柱頭基部、雄蕊著生處才有花蜜泌出，此時柱頭與蜜腺約相距1 cm[17]。由于百香果花的結構和開花過程對傳粉昆蟲有一定的限制，并不是所有訪花昆蟲都具有傳粉效應。

2.3.1 不同傳粉昆蟲訪花方式 中華蜜蜂工蜂體長約10 mm，全身被灰色短絨毛。觀察發(fā)現(xiàn)，采粉蜂先在雄蕊周邊1～2 cm處盤旋，找準時機攀附在雄蕊上，此時采粉蜂腹面朝上，用前足采集花粉，3～6 s后，振翅飛起，空中用喙、前足不停地向后拍打，將頭部、身體黏附的花粉粒刷集到后足花粉筐；振翅飛行十幾秒后再次停留在雄蕊上采集幾秒，此過程重復幾個回合后飛走。采粉蜂在雌雄蕊上空盤旋的時候，花粉有機會降落下來沉落到雌蕊上，完成異化授粉；若雌蕊在采粉蜂采粉后才成熟，將無法完成授粉。采粉蜂很少空中盤旋，由于體形小，可以直接飛到花柱底部泌蜜處采集花蜜，圍繞花柱采蜜的過程中，觸碰不到雄蕊和柱頭，因此采蜜蜂基本無授粉作用。

大蜜蜂工蜂體長約17 mm，胸部背板、側板被黃褐色長毛，全身被黑褐色短毛。觀察發(fā)現(xiàn)，采集花粉的大蜜蜂訪花時，先飛落在花瓣上，爬至低垂的雄蕊下面，轉過頭部，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片雄蕊飛起，振翅飛行幾秒后再飛回采集另外的雄蕊。此過程與中華蜜蜂類似。采集花蜜的大蜜蜂訪花時，直接飛落在已完全開放的花冠上，膜翅伸展并向上翹起，爬至花柱底部使身體呈傾斜狀，邊吮吸花蜜邊圍繞花柱旋轉1周，在此過程中翅、腹部末端滑落雄蕊花粉，使花粉黏附在翅及胸腹部背面濃毛上；采集約1 min后，迅速飛到另朵花上采集，翅膀的高頻振動以及采蜜時翅翹起、腹部末端與柱頭接觸，可使花粉黏附到柱頭上，完成授粉。

金翅木蜂為大型昆蟲，體長約40 mm，腹部寬約10 mm，翅黑色泛藍色光澤，全身被黑色短毛。觀察發(fā)現(xiàn)，金翅木蜂訪花時，降落到花瓣上，胸部背板和翅可輕易觸碰到低垂在同一水平面上的雄蕊和雌蕊；在鉆入花柱底部吸蜜時，其胸部背板、翅刮刷片狀雄蕊，致使胸腹背面、翅攜帶大量花粉，在不同花朵上繞花柱采蜜時，可把花粉傳給柱頭，完成異花授粉(見圖1)。

圖1 百香果傳粉昆蟲

2.3.2 優(yōu)勢傳粉昆蟲訪花頻率 從表2可以看出，大蜜蜂的平均訪花頻率顯著高于中華蜜蜂(p<0.001)，單花停留時間顯著低于中華蜜蜂(p<0.001)，身體與柱頭接觸次數(shù)顯著高于中華蜜蜂(p<0.001)。說明體積較大的大蜜蜂相對于中華蜜蜂而言，對百香果的傳粉效率優(yōu)于中華蜜蜂。此外，金翅木蜂的訪花頻率為(6.65 ± 0.65)朵/5 min，單花停留時間為(9.25 ± 0.85) s，身體與柱頭接觸次數(shù)為(6.50 ± 0.64)次/min，高于大蜜蜂和中華蜜蜂，應為百香果最為有效的傳粉昆蟲。但由于觀測到的金翅木蜂的數(shù)量(n = 4)遠遠低于大蜜蜂和中華蜜蜂，因此未做顯著性分析。

2.4 不同生態(tài)區(qū)著果情況

從表2可以看出，低山丘陵區(qū)9月、10月、11月百香果的著果率可達到60.0%～75.0%，而沿海平原區(qū)9月、10月、11月百香果的著果率僅為32%～42%，低山丘陵區(qū)的百香果園著果率顯著高于沿海平原區(qū)(p<0.05)。

表2 海南低山丘陵區(qū)百香果主要傳粉蜂訪花行為和不同地區(qū)百香果著果率比較

3 結論與討論

我們調查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)作物分散種植，自然生態(tài)環(huán)境保護較好的低山丘陵區(qū)野生傳粉昆蟲豐富度指數(shù)為2.02，高于遠離自然生態(tài)環(huán)境，農(nóng)業(yè)集約化種植，農(nóng)事操作頻繁的沿海平原區(qū)，與其他蜜源植物傳粉昆蟲調查研究的結果類似[18]。不同生境內(nèi)物種的豐富度指數(shù)與物種的數(shù)量呈正相關[16]。說明農(nóng)業(yè)集約化種植已嚴重影響野生傳粉昆蟲的生存環(huán)境，致使其種群數(shù)量大幅降低。

百香果是典型的蟲媒植物，大部分品種授粉需要借助媒介昆蟲完成。調查發(fā)現(xiàn)，黃果百香果在沒有適宜傳粉昆蟲訪花情況下，自然授粉受精率非常低。由于百香果花朵大，雄蕊片狀，小型昆蟲在采集花粉的過程中，很難將花粉傳到柱頭上，也一定程度上限定了自然授粉受精。本調查結果顯示，百香果野生傳粉昆蟲主要有金翅木蜂、大蜜蜂、中華蜜蜂、綠條無墊蜂，其中中華蜜蜂種群數(shù)量最大，金翅木蜂和綠條無墊蜂數(shù)量極少。但中華蜜蜂是否為百香果的有效傳粉昆蟲，目前存在很大爭議。中華蜜蜂體形較小，在采蜜過程中，很難接觸到花粉和柱頭；在采粉時，只有在柱頭上空振翅飛行時，偶爾會有花粉降落到柱頭上，但這種方式柱頭著粉量非常低。中華蜜蜂單花停留時間遠遠大于金翅木蜂、大蜜蜂，會將雄蕊上的花粉全部采走，以致于雌蕊成熟后，很難再吸引其他訪花昆蟲。有學者將蜜蜂視為百香果花蜜花粉的“盜賊”[11，19]。大蜜蜂體形較中華蜜蜂大，飛行能力強，單花停留時間低于中華蜜蜂。據(jù)報道，單花停留時間直接影響傳粉昆蟲的傳粉效率，滯留時間越短，單位時間內(nèi)昆蟲采訪的花朵越多，植物收益越大[18]。本研究中，大蜜蜂采蜜時身體可觸及柱頭，具有一定的傳粉作用。金翅木蜂體形較大，采粉采蜜過程中，均能觸及柱頭，從昆蟲與柱頭接觸的頻率可以推斷金翅木蜂是百香果最有效的傳粉者。多項研究也表明，木蜂是百香果最為有效的傳粉昆蟲[11-12，19-20]，巴西百香果產(chǎn)量主要依賴于木蜂授粉，依賴度為0.95[21]。

本研究中，沿海平原區(qū)的百香果園面積大，周邊設施農(nóng)業(yè)發(fā)達，自然植被遭到嚴重破壞，百香果盛花期自然授粉受精率不佳，著果率與低山丘陵區(qū)存在顯著性差異。推斷重要原因為自然授粉昆蟲少，尤其是大型訪花昆蟲木蜂從未出現(xiàn)。據(jù)報道，美國黃果百香果產(chǎn)量低的主要原因為自然界傳粉昆蟲特別是本地木蜂種群數(shù)量嚴重缺乏[3]。農(nóng)業(yè)集約化種植過程中，農(nóng)藥的頻繁施用降低了傳粉昆蟲種群數(shù)量。傳粉昆蟲的豐富度和多樣性逐漸下降是影響作物產(chǎn)量和品質的重要原因[22]，因此需加強對傳粉昆蟲的保護。當前我國對百香果授粉昆蟲的研究相對較少，尤其是大型訪花昆蟲在自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要性認知程度較低，今后需加強大型訪花昆蟲(木蜂、大蜜蜂)對百香果授粉效率評價的研究，為傳粉昆蟲的開發(fā)利用奠定基礎。