第七讲 授粉昆虫.doc

第七讲 授粉昆虫有人这样比喻，“地球上如果没有植物，昆虫就不复存在；如果没有昆虫，植物也不会繁衍生存”。这话一点不假。昆虫是植物的主要传粉媒介。现在已知显花植物中，有85%是由昆虫传媒授粉的，只有10%是风媒传粉，5%是自花授粉。超过一半的世界食物脂肪和油来源于油籽椰子，棉花，油棕榈，橄榄树，花生，油菜，大豆和向日葵，这些食物许多依赖或受益于昆虫授粉，我们可以得出这样的结论：我们日常生活食物的1/3是直接或间接来自于昆虫授粉。一、传粉昆虫（植物媒婆）的效能自花授粉的植物会将外来花粉拒之门外，仅仅依靠自己就能完成受精。在植物的进化长河中，由于交配中的精卵细胞来自同一植物，会降低族群中基因的变异，在面对环境的变动或竞争时，这类植物就可能丧失其优势局面。为了增加基因变异，提高对环境、竞争的适应，植物总是朝着异花授粉的方向发展，这时相望而不能及的雌蕊和雄蕊要想完成交配，就得寻找一个“媒婆”，自己不能亲临，找人代劳也是不错的选择，这些“媒婆”就是生活在植物周围的昆虫、雀鸟、蝙蝠等生物，甚至还有风和水。“媒婆”需要做的，就是把一朵花上的花粉带到另一朵花的柱头上以便它们完成交配，当然，请人帮忙总归要付一些酬劳，所以这些花往往有着艳丽的色泽，特殊的香味，或者可口的花蜜。不过，并非所有昆虫都喜欢香味，因此对于苍蝇这样口味独特的“媒婆”，也会有植物散发臭味投其所好。在植物与传粉昆虫这一共生系统中，经过漫长的进化过程，植物与传粉昆虫为了实现各自的自身利益，形成了多样的吸引和利用对方的生存战略。 1.招蜂引蝶，“媒婆”成人之美“蝶恋花”往往被人们作为美的象征加以描述，也常被用来比喻英俊男儿追求美丽姑娘的行为。然而在自然界，“蝶恋花”仅是植物与昆虫相互依赖，共生共存这一生命现象的一个侧面。事实上，与蝴蝶喜欢花一样，植物也同样喜欢昆虫，并想方设法为自己的花涂脂抹粉，乔装打扮，以招引更多的昆虫。图：雀鸟和蜜蜂的传粉工作进行中，对于服务对象和“媒婆”，这是一种“我出花蜜，你传粉”的双赢行为。“媒婆”们快活的进食完后，花粉也就落在了柱头。 虫媒植物为了让更多的昆虫为自己服务，首先要将昆虫吸引到花上来，所以植物的花一般都色泽鲜艳芬芳。然而只靠色彩、香气等广告手段，大多数的情况下，是很难长期诱引传粉昆虫的。因此，大部分虫媒花都以某种形式为服务者提供一定的报酬。有些以分泌花蜜的形式来招引食客；有些则生产大量的花粉；也有些则向传粉昆虫提供-些能成为昆虫信息素材料的气味性物质，或向昆虫提供一些树脂等营巢材料。“媒婆”们受到色泽、气味的吸引，来到花朵前，食用或带走自己的酬劳-花蜜（花粉），这个时候花朵就会把花粉悄悄撒落在它们身上，当它们前往另一朵花时，在忙碌的进食过程中，它们携带的花粉就会自然而然的落到柱头上，这样一次互赢的交易就正式完成。除了吸引较多的传粉昆虫为己授粉外，为了实现异花授粉的目的，最好希望访花者接下来的去处为同种异株植物。因此，植物还必须控制报酬量，若分泌的花蜜量太少，来访者不足的话，授粉效果当然不会好。但如果花蜜量分泌过多，一朵花的蜜量已经满足访花者要求的话，来访者就不会继续它的服务，导致授粉效果下降。2.植物的世界：诱惑，欺骗，交易虽然大多数植物的花冠距里都带有花蜜，但也有一些会耍心眼。当见到这种带有无花蜜花距的花时，昆虫也会误以为有花蜜而来拜访，当其发现无花蜜时却已经帮植物完成了授粉。在这种赤裸裸的欺骗领域里，大名最为远扬的就是兰花家族，它们往往是请人干活不付钱的家伙，蕙兰、兔耳兰就会通过模仿百合花瓣斑点来对昆虫进行食源性欺骗。兰科家族中那些性的诱惑往往更加让昆虫们不能自拔。角蜂眉兰的花像极了一只雌性的胡蜂，同时它还会模仿雌性胡蜂特有的气味，这对雄性胡蜂有极强的吸引力，雄性胡蜂以为是雌性胡蜂上前交尾时就帮其完成了授粉。角蜂眉兰的这种色诱手段真可谓登峰造极。如左图：花瓣上的斑点，在蜜蜂等昆虫吃货看来，就代表有花蜜可食，蕙兰等兰科植物就这样吸引昆虫义务劳动。右图：角蜂眉兰将花朵伪装成雌性胡蜂，甚至连胡蜂身上的根根绒毛都在花瓣上伪装了出来。研究表明，利用蜜蜂授粉可使棉花增产12%-15% 、油菜增产18% 、向日葵增产 30%-50% 、果树增产50% 以上、温室大棚的果蔬增产30%-70% 等。传粉动物对于全球传粉作物的贡献价值每年估计超过540亿美元。二、昆虫与花的协同进化不过，“媒婆”们又不会去分门别类花粉的来源，植物们怎么知道这些花粉是来自他人还是自己，如果沾染上自己的花粉完成受精，岂不是又成了自花授粉，增加变异机会的意义不就荡然无存了吗？其实，植物进化至此，我们想到的它也已经想到，为了避免和自己的花粉结合，它们可着实下了功夫，包括让雌雄蕊成熟时间不同，长度不等，有些植物还会识别自己的花粉，更有甚者花粉对自身有毒。1.植物的花形构造植物的花形构造是在长期进化过程中获得的一种重要性状。对于传粉者来说，取得花蜜的容易程度取决于花形，尤其是蜜腺的位置。不同的昆虫会有不同长度的口器，植物为了适应传粉者，会长出一个特殊的结构-花距，花蜜就储存在其中。花距同时还起到了选择的作用，一般花距都有特定长度，如果花距很长，那些口器很短的家伙就只能各自退散了，这样就会建立特定传粉者为特定植物传粉的机制，这种机制对稳定性起了重要作用（图）。有的植物则具有皿状花，蜜腺露于外面，因而即使口吻短的昆虫也能利用。具有此类花的植物有时为了限制利用花蜜的昆虫种类，只在特定的时间带分泌花蜜。正是这样，植物使用各种手段来选择自己意中的媒人。2.昆虫适应花朵形状(口器变化)短角亚目中最特化的传粉昆虫为蜂虻科昆虫，它们的喙管极长，可吸食筒形花基部的蜜汁；对花蜜需要量不大的鳞翅目、双翅目的昆虫则往往随机地访问多种花，因此作为传粉昆虫效果相对较差。在植物和传粉者的组合中，最有名的一对当属大彗星风兰和非洲长喙天蛾（图）。1862年，达尔文在其兰花的传粉一书中，推测应该有一种口器也是20cm的昆虫为这种距长足达20cm的兰花传粉，当时无人相信，直到1903年，人们才发现并观察到这种为其传粉的天蛾，印证了达尔文的推测。既然可以有那么多传粉者代劳，为什么有些植物非得进化成只让一种传粉者授粉呢？其实，很多授粉的植物虽然能被昆虫将更多的花粉拿走，但大部分都会丢失，不是落在地上，就是落在错误的兰花品种上，而采用欺骗手段的兰花就能得到专业的授粉，使相同品种的兰花之间更直接地授粉，减少运输过程中的花粉损失，效率反而更高。三、常见授粉昆虫种类1.最古老授粉事件：琥珀中神秘的恐龙时代昆虫据国外媒体报道，科学家发现一只被保留在史前树脂琥珀中的小昆虫，真实记录了在一亿年前的地球上，一只依靠植物汁液为生的蓟马昆虫在一株大树上停留着，此时它的周围已经被数以百计的银杏树花粉颗粒所包围，正当蓟马昆虫汲取树木汁液时，树脂将这只昆虫永远包裹起来，经过数千万年的地下埋藏，形成了今天科学家发现的藏有蓟马昆虫树脂化石。但科学家进一步研究后察觉到树脂化石中的花粉是一个非常有意义的发现，这是目前已知最古老的昆虫授粉的真实记录。2.常见授粉昆虫种类常见授粉昆虫种类有：蜂类、蝇类、蝶类、蛾类、甲虫类等访花昆虫是虫媒植物授粉的必要媒介；膜翅目占全部传粉昆虫的43.7%，双翅目占28.4%，鞘翅目占14.1%，半翅目、鳞翅目、缨翅目和直翅目所占比例极小。3.授粉昆虫优势种蜜蜂农业之翼大量资料证明：蜜蜂授粉在授粉昆虫中占85%以上。同时对昆虫的传粉行为和访花活动的次数统计分析表明，蜜蜂科是最佳传粉者。mms://edu/kxjsjy/103.wmv1）经济意义由于现代化、集约化农业的发展，大量使用杀虫剂和除草剂，对控制害虫保护农作物正常生长起到积极作用。但是，也造成了自然界有些昆虫的大量死亡，致使授粉昆虫数量急剧下降，所以需要授粉的虫媒花作物对引入授粉昆虫的依赖性更大。要想提高作物的坐果率、产量和质量，目前除了植物界积极研究生防技术，研究新型的高效低毒农药，保护昆虫的生态平衡外，同时还必须通过发展蜜蜂来弥补昆虫的不足。发达国家十分重视蜜蜂为农作物授粉，以改善农田的生态环境，保证粮食、油料、瓜果、牧草等作物的高产和优质。如美国每年有200万群的蜜蜂出租授粉，蜜蜂授粉所获得的效益达100多亿美元，是蜂产品自身价值的60多倍。在发达国家蜜蜂被誉为“农业之翼”，尤其在果蔬生产方面，人们评价“生物（昆虫）授粉是园艺栽培业上的一场革命”。蔬菜制种和温室栽培黄瓜、西葫芦、番茄、果树，以前都是采用人工授粉的方法来提高坐果率、结籽率和产量，但是近年来由于劳务工资提高，生产成本大幅度上升，特别是十字花科蔬菜制种。此外，人工授粉不均匀，授粉时间不恰当，常常造成结荚少，每荚籽数少，产量低。而蜜蜂授粉的应用不尽降低了制种成本，而且提高了产量和质量。不论是增加肥料、增加灌溉，还是改进耕作措施，都不能代替蜜蜂授粉的作用，蜜蜂授粉还能使这些增产措施发挥更大的作用。由于蜜蜂授粉更及时、更完全和更充分，对提高坐果率、结实率效果突出，所以，可以更有效地协调植物的生殖生长和营养生长，在提高产量和品质方面，特别是绿色食品和有机食品的开发生产中，具有不可替代的作用。2）突出的优点：形态结构的特殊性蜜蜂为了生存，在长期的进化过程中也逐渐向有利于携带花粉的方向进化。因此，形成了容易黏附花粉的绒毛和花粉筐等特殊器官。蜜蜂的绒毛，尤其是头、胸部的绒毛，有的呈分支或羽状，容易黏附大量微小。蓬散的花粉粒，这对花粉和促进花粉结实具有特殊的意义。授粉活动的专一性蜂群到了一个新的地方，以及每天清晨首先出巢的采集蜂，都是将采集到的花蜜及花粉的地方和离蜂箱的距离都用跳舞的方式告诉同伴，以致全群采集蜂都是到同一地点采集同一种植物，直到将这一信息周围全部花朵的花粉和花蜜都采收完后才会接受新的信息，然后转移到另一作物上，因此保证了同一植物的授粉效果。蜜蜂生活是群居性蜜蜂属于社会性昆虫，在各种昆虫中，蜜蜂是群体最大、数量最多的一种昆虫，群体越大生命力越大，生产力越大。蜜蜂的可转移性蜜蜂在经过一天的辛勤采集后，到傍晚都要归巢休息，这表明蜜蜂的念巢性。当要转移蜂群为第二种植物授粉时，只需要在前一天晚上关闭巢门就可以转移了。蜜蜂授粉的可训练性第一只蜜蜂到外界采到某种的花蜜回巢后，会用跳舞的方式告诉同伴此种花蜜和花粉的大概距离。根据这一特点，可以人为的利用有某种花香的糖浆诱导训练蜜蜂为目标作物授粉。四、我国昆虫的授粉前景1.设施农业的飞速发展为我国的昆虫授粉产业化发展铺设了良好的发展平台设施农业中的玻璃温室，朔料大棚种植果蔬菜，形式上是与外界隔离的，四周设有防虫网，一些虫媒或风媒授粉的作物授粉收到影响，坐果率很低。为了帮助授粉，各地采用的方法往往是激素点花，竹竿打花，电动授粉器等，这些做法虽有一定效果，但是存在很多的弊端。2.蜜蜂为作物授粉可以增加产量、改善品质、提高效益已为人们所知蜜蜂授粉可以节省很多的人力物力，并且是对作物无污染。可以减少作物果实的畸形等，提高作物的品质。3.生态农业与绿色农业的需求呼唤实现蜜蜂授粉的产业化大力发展蜜蜂授粉业是一项低成本、高效益、无污染，又能获取综合效益的重要的现代生态农业措施和有效的优质高档果蔬生产配套技术。4.现代科学技术的发展为实现昆虫授粉业产业化提供了条件我国的昆虫授粉研究人员对授粉昆虫的研究取得了很大的进展。切叶蜂、壁蜂人工饲养取得了很大的成功，为我国的昆虫授粉业提供了新的品种。5.昆虫授粉的产业化发展具有良好的市场前景我国的熊蜂授粉在大棚蔬菜中已广泛应用，每年课创造约30亿元的社会经济效益，市场前进和十分广阔。五、授粉昆虫的生存危机伦敦的学者最近进行了一项耗资 230 万美金的研究，召集了包括生态学家、计算机专家、分子生物学家和数学家等专门人士，查证是否充满各种农药的环境干扰了蜜蜂等授粉昆虫的大脑及神经系统，并且造成族群数量骤减。 三、四十年以来，地球上的地貌已经有了大幅的转变，从鸟类、植被到昆虫等生物族群身上，我们看到了证据充分的变化；现在更令人担忧的是，身为授粉者的蜜蜂、大黄蜂、蝴蝶、食蚜蝇等昆虫族群的数量也正在递减之。研究人员将具有神经毒素的农药