竇飛越，李紅英，宋海濤，寇若玫，周澤揚，羅阿蓉，黃敦元*

(1. 重慶師范大學重慶市媒介昆蟲重點實驗室，重慶 401331；2. 中國科學院動物研究所動物進化和系統學重點實驗室，北京 100101；3. 煙臺必豐農業(yè)科技有限公司，山東棲霞 265300)

植物依賴動物傳粉是一種重要的生態(tài)系統服務，全球約87.5%的開花植物需要動物授粉，全球75%的主要糧食作物也需要動物授粉(賈翔宇等, 2018; Bentrupetal., 2019)，其中昆蟲授粉功能占據非常重要的地位(徐環(huán)李等, 2009)。據統計，2015年，僅在中國的農業(yè)系統內，昆蟲對22類主要農作物的授粉服務價值就達8 860.5億元(歐陽芳等, 2019)。近年來，由于棲息地喪失、農藥過度使用以及愈加規(guī)?；图s化的農業(yè)發(fā)展，傳粉昆蟲面臨多種風險因素，從而導致全球授粉功能的嚴重下降(Pottsetal., 2010; De Palmaetal., 2017; Boyleetal., 2020)。為了維持經濟作物的授粉需求，研究者開始尋找并開發(fā)具有商業(yè)化潛力的其它傳粉昆蟲(Ryderetal., 2020)。20世紀中期，日本和美國等多個國家開始利用壁蜂為蘋果、梨等果樹授粉(Parker, 1981; Torchioetal., 1987; 魏樞閣等, 1991; 徐環(huán)李等, 1994)。上個世紀90年代中期，我國也開始廣泛利用熊蜂為茄子、番茄、桃和梨等多種作物授粉(吳杰等, 2006)，并嘗試從國外引進苜蓿切葉蜂Megachilerotundata幫助苜蓿授粉(徐環(huán)李等, 2009)，均取得了良好的效果。

壁蜂屬Osmia隸屬于昆蟲綱Insecta膜翅目Hymenoptera蜜蜂總科Apoidea切葉蜂科Megachilidae(徐環(huán)李等, 1994)，全世界有80余種(閆卓等, 2018)。該屬多數類群喜在土壁、石洞、墻壁等洞穴中筑巢，以采集花粉(蜜)為食并完成世代繁育(袁鋒等, 1992)。諸多研究表明：壁蜂屬多數物種因具有易管理、低成本和高傳粉效率等特點，所以常作為人工放養(yǎng)野生蜜蜂被廣泛應用于蘋果、櫻桃、梨等果樹的授粉(魏樞閣和趙蘭英, 1995; 魏永平等, 2000; 逮彥果, 2004)。

凹唇壁蜂OsmiaexcavataAlfken隸屬于壁蜂屬，廣泛分布于我國山東、陜西、山西、河南、河北、新疆、遼寧、江蘇等地區(qū)(魏永平等, 2001)。根據劉麗等(2019)在山東煙臺對凹唇壁蜂的授粉價值的研究顯示，該蜂對櫻桃、蘋果和梨的授粉經濟服務價值分別超過180、600和50億元。另外，相比其它授粉蜜蜂，凹唇壁蜂具有耐低溫、日活動時間長、訪花效率高、授粉范圍集中及管理簡單等優(yōu)點(魏永平和袁鋒, 1997)，因此，該蜂被認為是一種優(yōu)良且可以規(guī)模化放養(yǎng)的野生傳粉昆蟲，在未來農業(yè)領域具有較大的應用前景(何偉志和周偉儒, 2009)。

人工巢穴技術(Trap-nesting)是根據誘集對象(包括野生蜜蜂和胡蜂類群)的筑巢習性，人為利用木頭、竹子、紙筒或塑料管等中空材料來收集獨棲性蜂類的一種方法(黃敦元等, 2012)。該技術可用于獨棲性蜂的標本采集和生物學特性觀察(黃敦元等, 2013)，也常用于生物多樣性的分析(郭鵬飛等, 2018)及子代性別分配和親本投資機制的研究(Staabetal., 2018; Gon?alves & da Costa, 2019)。本文利用人工巢穴技術在山東煙臺、江西贛州和重慶沙坪壩地區(qū)收集放養(yǎng)的凹唇壁蜂，并對其營巢生物學進行系統的研究，旨在進一步明確其巢穴結構和營巢習性，為該蜂的科學管理和規(guī)?；米鳛橐罁?/p>

1 材料與方法

1.1 研究地點

本研究野外試驗于2020年3月至5月在山東煙臺棲霞市(37°17′12″N，120°49′53″E；海拔180 m)、江西省贛州市贛縣五云鎮(zhèn)(25°59′36″N，114°49′41″E；海拔142 m)和重慶市沙坪壩區(qū)(29°36′56″N，106°17′46″E；海拔292 m)進行，其中該蜂的生活史研究主要在重慶市沙坪壩樣地完成。

1.2 研究材料

本試驗所用凹唇壁蜂蜂繭由煙臺必豐農業(yè)科技有限公司提供。于2019年6月購買并存放在重慶師范大學媒介昆蟲重點實驗室冰箱中低溫保存(4℃)。在野外試驗開始前1周從冰箱中取出常溫保存。

1.3 研究方法

1.3.1凹唇壁蜂釋放和巢管安裝

2020年3月至5月，分別在3個試驗樣地人工放養(yǎng)2 000頭凹唇壁蜂滯育成蟲，同時在每個樣地內各安置3個人工巢箱(每個巢箱1 500根巢管)，人工巢箱的制作和安裝參考Staab等(2014)。

1.3.2巢室分析

從3個試驗樣地收集凹唇壁蜂的筑巢巢管并帶回實驗室，使用解剖刀剖開約1/3的巢管，觀察巢管內部結構，記錄蟲室數量，同時使用電子游標卡尺測量蟲室長度、前庭長度、空室長度、間室長度及巢管內徑(圖1)。

1.3.3筑巢和訪花行為的觀察

野外對重慶沙坪壩樣地內的凹唇壁蜂巢管進行不同顏色標記(n=10)，采取目測、追蹤和攝像相結合的方法對剛開始筑巢的雌性個體進行連續(xù)4 d的野外觀察，每天觀察時間段為7 ∶00-18 ∶00，主要觀察以及記錄的數據有：環(huán)境的溫度、雌蜂清理巢管的時間、采集筑巢材料的時間、攜(粉)蜜回巢的時間及巢管內滯留的時間。另外，記錄雌蜂到訪(粉)蜜源植物的種類，同時攝像記錄該蜂訪花行為。

1.3.4幼蟲發(fā)育觀察

將已解剖的重慶沙坪壩樣地內的凹唇壁蜂巢管置于試管內，用脫脂棉堵塞試管口，對巢管內的各蟲態(tài)發(fā)育過程及行為習性進行記錄，包括卵期、幼蟲期和蛹期的發(fā)育時間以及各個階段的形態(tài)特征等。

1.4 數據統計分析

實驗數據儲存和圖形制作采用Excel 2016軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 生活史

凹唇壁蜂營獨棲生活，在重慶沙坪壩地區(qū)1年發(fā)生1代，以成蟲在繭內越冬。翌年的3月下旬，成蟲陸續(xù)破繭出巢(雄蜂一般早于雌蜂1～2 d出巢)，在巢穴附近尋找(粉)蜜源植物，吸食花(粉)蜜補充營養(yǎng)并完成巡飛婚配。交配完成的部分雌蜂會飛回最初被釋放的地點，選擇并標記適合的巢管進行筑巢，采集花(粉)蜜制作蜂糧并完成產卵繁殖后代。重慶沙坪壩地區(qū)的雌蜂成蟲活動期為30～45 d，卵期3～4 d、幼蟲期20～25 d、蛹期25～30 d。幼蟲取食完花粉團后便結繭化蛹進入前蛹期，8月到9月開始在繭內羽化成蟲并開始越冬(表1)。

表1 凹唇壁蜂的生活史(重慶沙坪壩)

卵(圖2-A)：呈乳白色半透明，月牙狀形，微彎曲，表面光滑，長3.47±0.11 mm(n=10)，伏在蜂糧表面。隨著日齡的增加，卵內卵黃蛋白等物質清晰可見，體表逐漸褶皺。3～4 d后，幼蟲的形態(tài)基本形成，頭部先破殼而出，并通過身體不斷蠕動使卵殼逐漸脫落至尾端，等到幼蟲發(fā)育至2齡時卵殼完全脫離。

幼蟲(圖2-A)：初孵幼蟲體型跟卵粒一般大小，乳白色，咀嚼式口器，基本無移動能力，依靠深入蜂糧內的口器取食。隨著日齡增大，幼蟲體表呈淡黃色，部分為磚紅色或淡灰色。到了3齡左右，幼蟲圍繞蜂糧呈“C”字形，后腸內的蟲糞清晰可見，此時幼蟲的進食行為和排泄行為可以同步進行。歷經20～25 d取食完蜂糧后，幼蟲通過身體運動將蟲糞清理至蟲室一端開始結繭進入前蛹期，并在之后的發(fā)育過程中始終保持頭部朝向巢管出口。

蛹期(圖2-B)：被蛹，結繭過程需2～3 d。初繭為白色后漸變?yōu)榧t褐色，外被一層具有固定作用的白色絲質膜粘附在管壁上，繭前端有一突起為繭封閉處。繭形狀為橢圓形，長度8.06±0.10 mm(n=10)，繭直徑與巢管內徑基本一致。繭內初蛹呈乳白色，體粗肥，然后漸變?yōu)榈S色再到黑褐色并進入前蛹期。8～9月幼蟲陸續(xù)羽化，成蟲在繭內以專性滯育狀態(tài)越冬，翌年3月下旬成蟲陸續(xù)破繭出巢。

2.2 雌蜂筑巢行為

2.2.1巢管選擇及巢室結構

交配后的雌蜂一般回到羽化附近選擇巢箱筑巢，通過多次進出巢管的方式，選擇合適的巢管進行筑巢并繁殖后代。根據室內對筑巢巢管的解剖和測量發(fā)現，雌蜂偏好選擇的巢管長度為25.66～209.69 mm，平均長度為121.86±48.44 mm(n=110)，選擇的巢管內徑范圍為5.06～11.88 mm，平均內徑為8.01±1.42 mm(n=110)。該蜂巢管內的巢室結構主要包括前庭(Vestibular cell)、蟲室(Brood cells/provisioned cells)、間室(Intercalary cells)和空室(Empty cell)四個部分(圖1)，長度范圍分別為8.26～31.71 mm，6.13～23.85 mm，11.36～37.61 mm，5.28～21.47 mm，平均長度分別為18.24±7.24 mm(n=62)，12.84±2.72 mm(n=565)，20.92±8.88 mm(n=18)，11.64±5.39 mm(n=20)(表2)。

表2 凹唇壁蜂巢管的相關特性

2.2.2巢管清理

筑巢巢管確定后，雌蜂開始對巢內的蘆葦芯等雜物進行清理，清理行為主要有3種：蘆葦芯較小時，雌蜂會直接用上顎將其咬碎帶出巢外；蘆葦芯較大時，雌蜂會用前足將其抱住再帶出巢外；蘆葦芯較多時，雌蜂會將其先聚集到巢口，最后用腹部推出。整個清理過程需要20～35次完成，收集雜物時間范圍在5～106 s，平均時間為38.73±19.75 s(n=92)(圖3-A)，出巢處理雜物時間范圍為2～54 s，平均時間為10.58±6.05 s(n=92)(圖3-B)。

圖3 凹唇壁蜂收集雜物時間(A)和出巢處理雜物時間(B)Fig.3 Time spent in collecting debris(A)and dealing with debris(B)of Osmia excavata

2.2.3筑巢材料采集

清理巢管結束后，雌蜂開始出巢挖掘附近新鮮的泥土并帶回巢穴中構建巢室。首先雌蜂用上顎挖取泥團，然后帶回巢穴，為避免材料凝固，雌蜂會立即開始筑巢。筑巢時雌蜂先構建巢管底部的隔板，通過上顎不斷咬合沿巢管內壁向中心塑形(圖2-D)。一塊完整的隔板需要泥團數量為12～27個，雌蜂外出采集筑巢材料的單次時間為33～179 s，平均時間67.33±21.32 s(n=68)(圖4-A)，巢內的滯留時間為22～211 s，平均時間58.08±18.90 s(n=68)(圖4-B)。

圖4 凹唇壁蜂采集筑巢材料時間(A)和攜筑巢材料回巢滯留時間(B)Fig.4 Time spent in collecting nesting material(A)and duration of staying in the nest per material(B)of Osmia excavata

2.2.4蜂糧制作及產卵

當蟲室隔板構筑完成后，雌蜂出巢采集花粉和花蜜?；爻埠蟠品鋾⒚勰抑械幕弁鲁?，用后足卸下腹部的花粉，將花粉和花蜜混合一起制作蜂糧(圖2-E)，一枚完整的蜂糧需要收集15～29次。蜂糧制作完成后，雌蜂在蜂糧表面產卵后用泥塊封閉蟲室并進入下一個蟲室的構筑。雌蜂單次采集花粉和花蜜時間為125～1 234 s，平均為371.00±152.06 s(n=78)(圖5-A)，處理花粉的時間為36～446 s，平均時間為104.39±37.58 s(n=78)(圖5-B)。

圖5 凹唇壁蜂采集(粉)蜜時間(A)和攜(粉)蜜回巢滯留時間(B)Fig.5 Time spent in the pollen and nectar(A)and duration of staying in the nest each pollen and nectar(B)of Osmia excavata

2.3 訪花習性與寄生天敵

凹唇壁蜂訪花方式為頂采式，即訪花時直接落在花朵雄蕊上，腹毛刷緊貼雄蕊并通過腹部運動采集花粉，或是用頭部吸取花蜜(圖2-F，G)。經過野外調查，發(fā)現凹唇壁蜂訪問的野生(粉)蜜源植物主要有風輪菜Clinopodiumchinens、女貞Ligustrumlucidume、酢漿草Oxaliscorniculata，經濟作物主要有蘋果MaluspumilaMill、梨Pyursspp.、櫻桃Cerasuspseudocerasus等。

通過野外觀察和室內解剖發(fā)現，在雌蜂出巢收集花粉時，叉唇寡毛土蜂Sapygacoma會潛入已筑巢的巢管內部，并在蜂糧上產下自己卵(圖2-H)。

2.4 雌蜂日采(粉)蜜活動規(guī)律

為探究雌蜂的訪花規(guī)律，在重慶沙坪壩地區(qū)，對同一根已筑巢的巢管進行標記，跟蹤該巢管內雌蜂的訪花行為，記錄其在不同天氣下每2 h出巢采集粉(蜜)的次數，同時每2 h記錄環(huán)境的溫度。結果如圖5顯示，雌蜂采集花(粉)蜜的活動時間段為7 ∶00-19 ∶00，全天活動時間達到12 h，其中11 ∶00-15 ∶00期間為活動高峰期，17 ∶00-19 ∶00期間雌蜂隨著氣溫下降以及傍晚的臨近其活動頻率驟然下降，在18 ∶00之后，雌蜂一般回巢準備過夜。在不同天氣下(晴天和陰天)都顯示出，雌蜂在7 ∶00-13 ∶00期間的活動頻率隨著氣溫的上升而在加快，但在晴天時的活動頻率明顯比在陰天時的活動頻率高，當氣溫超過35℃時(13 ∶00)，雌蜂活動頻率顯示出下降趨勢。

圖6 雌蜂的日采(粉)蜜活動規(guī)律Fig.6 Daily pollen and nectar collection activities of the female注：A，晴天；B，陰天。Note: A, sunshine; B, cloudy.

3 結論與討論

叉壁蜂OsmiapedicornisCockerell、角額壁蜂OsmiacornifronsRadoszkowski和紫壁蜂Osmiaexcanata等壁蜂屬物種在我國均1年1代，成蜂在春季果樹開花前后破繭出巢(袁鋒等, 1992)。本研究發(fā)現凹唇壁蜂在重慶沙坪壩地區(qū)也是1年1代，3月下旬成蜂出巢活動，選擇合適的巢管筑巢，采集花粉(蜜)制作蜂糧并繁殖后代。研究發(fā)現凹唇壁蜂在黑龍江地區(qū)的卵期通常為6～10 d，幼蟲期15～20 d，蛹期25～30 d(劉暢等, 2015)，而該蜂在重慶沙坪壩地區(qū)的卵期只有3～4 d、幼蟲期延長為20～25 d、蛹期為25～30 d，這一差異的結果可能與兩地氣候因素有關。溫度在昆蟲的生長和發(fā)育中起著重要作用，具體體現在溫度對幼蟲發(fā)育速度、神經發(fā)育及免疫系統的影響(McKinneyetal., 2017)。在早春的同一時期，南方的溫度通常比北方高，更適合凹唇壁蜂發(fā)育，促進了卵期的發(fā)育過程，隨著時間往后，南方的溫度不斷上升，超過了凹唇壁蜂發(fā)育的最適溫度，延長了幼蟲期的發(fā)育過程。

地上筑巢的獨居蜂依賴于自然界現存的孔穴筑巢如石縫、枯木中的蟲洞甚至蝸牛殼等(Seidelmannetal., 2016)，對這類獨居性蜂而言，選擇適宜的筑巢空穴對其后代的生存和發(fā)育至關重要。研究表明，巢管內徑大小可以影響獨居蜂后代性比及體型，通常在內徑較小的巢管中，其后代性比偏向雄性且體型較小，而在內徑較大的巢管中，其后代性比偏向雌性且體型較大(Polidorietal., 2011; 王麗娜等, 2018)。凹唇壁蜂也是典型的利用自然界現存空穴筑巢的物種，在人工提供的蘆葦管下，凹唇壁蜂會在巢管內筑巢并且其行為會受到選擇的巢管大小影響，該蜂選擇的巢管內徑與其體型一般大小時，會限制該蜂在巢管內的活動范圍，特別是在攜花粉回巢時，雌蜂需要多次進出巢管以便將身上的花粉完全卸掉，而該蜂選擇的巢管內徑過大時，又會增加修筑單個隔板所花費的時間。

獨居性蜂的巢室由空室(Empty cell)、蟲室(Brood cells/provisioned cells)、間室(Intercalary cell)、前庭(Vestibular cell)共4部分組成(Gon?alves and da Costa, 2019)。室內解剖巢管發(fā)現，凹唇壁蜂的巢內也具有這類結構(圖2-I)，但其中間室、空室及前庭部分并非所有的筑巢巢管都具有。在Natalie等(2019)對另一種壁蜂屬Osmialignari的研究中，該蜂的巢管結構與凹唇壁蜂一致。有趣的是，凹唇壁蜂和Osmialignari都表現出減少甚至去除間室、前庭和空室部分，以獲得更多的空間而用于蟲室的構建。這種營巢策略相比其它蜾蠃類群的獨居蜂有很大的差異。在關于蜾蠃類群的相關研究中可以發(fā)現，這類蜂的筑巢巢管內具有多個間室和蟲室，通常一個蟲室緊連著一個間室(黃敦元等, 2013; Gon?alves and da Costa, 2019)。但對于凹唇壁蜂而言，其間室僅有一個甚至沒有，研究表明，在(粉)蜜源充足、天氣較好的晴天，凹唇壁蜂單個巢管內可建8～12個巢室(徐環(huán)李等, 1994)。

蜜蜂的營養(yǎng)需要花粉、花蜜和水來提供，(粉)蜜源植物多樣性和數量影響蜜蜂的抗病性和壽命(Brodschneider & Crailsheim, 2010; Degrandi-Hoffman & Chen, 2015)。本研究觀察到凹唇壁蜂授粉的經濟作物有蘋果、梨和櫻桃等果樹，而授粉的野生植物有風輪菜、女貞和酢漿草等。為了更多的掌握凹唇壁蜂的覓食偏好，還需要后續(xù)進一步的研究。