油菜花蜜体积和糖浓度的研究

论文总字数：15443字

摘 要

油菜是世界四大油料作物之一，也是重要的蜜源植物；油菜花提供花蜜和花粉吸引传粉者为其授粉。本论文以甘蓝型油菜“中双11号”为研究材料，观察盛花期花器官的变化规律，利用毛细管和手持糖量计，分别测定油菜盛花期不同时段花蜜的体积和糖浓度。结果表明，在油菜盛花期的不同时期，油菜花的雌蕊持续增长，花瓣、花冠筒、雄蕊呈现先增后减的趋势；侧蜜腺花蜜体积（0.906±0.055ul）大于中蜜腺花蜜体积（0.041±0.007ul），从盛花Ⅰ期至盛花Ⅵ期，花蜜体积呈上升趋势，其中侧蜜腺体积盛花Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ期差异不显著，中蜜腺体积盛花Ⅲ期明显高于其它时期；侧蜜腺花蜜糖浓度（59.45±0.93%）盛花Ⅰ期最低，盛花Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ期糖浓度增加，但差异不显著。我们的研究工作将为进一步深入探讨蜜蜂为油菜授粉的机理提供研究基础，也为蜜源地油菜品种的选择提供理论数据。

关键词：甘蓝型油菜；花器官；花蜜体积；糖浓度

Abstract:Rape is one of the four major oil crops in the world and is also an important nectar source plant. Rape flower provides nectar and pollen to attract pollinators for its pollination. In this paper, "Zhongshuang 11" of Brassica napus L. was used as the research material to observe the changes of flower organs in flowering period. The volume and sugar concentration of nectar in different periods of flowering period of rape were measured by capillary tube and hand-held sugar meter. The results showed that at different flowering stages of rape, the pistil of cauliflower continued to increase, the petal, Corolla tube and stamen increased first and then decreased, and the nectar volume of lateral nectar gland was 0.906 ±0.055ul) more than that of middle nectar (0.041 ±0.041). The nectar volume increased from stage Ⅰ to Ⅵ, and there was no significant difference in the volume of nectaries between stage Ⅲ, Ⅳ and Ⅴ, and the volume of nectaries in stage Ⅲ was significantly higher than that in other stages, and the concentration of honey in floral stage Ⅰ was 59.45 ±0.93.The volume of nectaries in floral stage Ⅰ was the lowest. The sugar concentration increased at the stage of Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, but the difference was not significant. Our work will provide the basis for further study on the mechanism of bee pollination for rape, and also provide theoretical data for the selection of rapeseed varieties in honey field.

Key words: Brassica napus L.; floral organ; nectar volume; nectar sugar concentration

目录

1 前言 4

1.1油菜花的形态结构 4

1.2油菜花蜜腺特征 4

1.3花蜜组分及其功能 5

1.4花蜜采集方法 6

1.5花蜜含糖量测定方法 6

1.6研究内容和意义 7

2 材料与方法 7

2.1材料和实验器材 7

2.2花器测量 7

2.3花蜜体积、糖浓度测量 8

2.4统计分析 8

3 结果与分析 8

3.1花器的形态特征 8

3.2花蜜体积与糖浓度 10

4 小结 12

致 谢 17

1 前言

油菜是世界四大油料作物之一, 同时也是重要的蜜源植物，具有很高的经济价值。油菜属于双子叶植物、十字花科(Brassicaceae)、芸薹属(Brassica)。目前油菜的主要栽培类型为：白菜型油菜（Brassica rapa L.），芥菜型油菜（Brassica juncea L.），甘蓝型油菜（Brassica napus L.）。中国是世界油菜生产大国，油菜在我国播种面积最大，分布最广。白菜型油菜，花瓣中等大小，相互重叠，生育期较短；青海的门源油菜、苏州藏菜、兴化油菜属这个类型。荠菜型油菜，株型高大，分枝纤细且部位高，基生叶有明显叶柄；贵州安顺地区种植的油菜多为芥菜类型。甘蓝型油菜，叶形和株型与甘蓝相似，植株较大，发育中等，生育期较长；胜利油菜、奥罗油菜和欧洲油菜均属这个类型。淮安地处江淮平原，主要种植冬油菜类型为甘蓝型油菜。

1.1油菜花的形态结构

油菜花为两性，呈辐射对称，三、四月间，茎梢着花，总状花序。基生叶旋叠状，茎生叶，一般是互生，没有托叶。花柄着生于花轴上，结实期称为果柄；花萼位于花的最外层，有四枚，花蕾期为鲜绿色，花期渐转淡黄绿色；花冠由四枚花瓣组成，开花时呈十字状展开，颜色多为黄色，也有白色的花瓣；雄蕊有6枚，4长2短，称为“四强雄蕊”，雄蕊由花丝和花药两部分组成，盛花期含有很丰富的花粉；雌蕊由子房、花柱、柱头组成，花期过后柱头和花柱均不脱落，继续发育为果喙；蜜腺位于子房基部，有四枚，呈绿色颗粒状，负责分泌蜜汁。

1.2油菜花蜜腺特征

花蜜的含量，粘度和组分很大程度上决定了访花者的类型^[1]，然而花蜜的质量又与蜜腺的形态之间存在一定的相关性^[2-4]。根据着生部位可以将蜜腺分为花托/雄蕊型蜜腺、子房型蜜腺、花柱型蜜腺、总苞型蜜腺。油菜蜜腺属于花托蜜腺，是在花器官的各原基都形成之后,由花托表面层细胞经反分化形成蜜腺原基而发育形成的。两枚呈肾形，着生在外轮两个短雄蕊内侧基部的花托上，称为侧蜜腺；另一对为乳头状，着生在内轮四个长雄蕊之间外侧基部的花托上，称为中蜜腺。总结前人对于蜜腺的研究，油菜侧蜜腺与中蜜腺都由分泌表皮、产蜜组织和维管束(仅含韧皮部)组成。其中，侧蜜腺维管束的数量大于中蜜腺^[5]。侧蜜腺泌蜜量远大于中蜜腺。此外，郝苏玉等人通过对甘蓝型油菜花蜜腺发育的研究发现，油菜花蜜腺薄壁组织中含有叶绿体，可以通过自身光合作用合成糖类^[6]。油菜花授粉完成之后蜜腺依然存在，能将未被访花者取食的花蜜再吸收，运输到最近的胚珠或子房中，促进后继种子的生产。

1.3花蜜组分及其功能

花蜜是植物为了吸引和奖励授粉者而分泌的，在植物功能生态学中起着关键作用^{[7, 8]}。花蜜总体上可以看作是糖类的水溶液，其中还含有少量的其他物质如油类、氨基酸、有机酸、生物碱、金属离子、维生素、萜烯类^[9]、黄酮类^[10]、酚类物质^[10]、蛋白质^[11]、配糖体和游离脂肪酸^[12]。花蜜中的非糖类物质功能各异，有的使花蜜难吃，抵御生物侵袭；有的使花蜜好吃，促进传粉者访花辅助授粉^[13]，次级化合物可以改变花蜜的色素沉淀^{[14, 15]} 和味道^{[16, 17]} 。一般来说，糖和氨基酸被认为是花蜜中最吸引人的成分^[8]。

不同花的花蜜其含糖量和含糖种类不同，包括单糖(葡萄糖、果糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖等)、二糖(蔗糖、麦芽糖、蜜二糖等)、寡糖(棉子糖、松三糖、水苏糖等)，但主要是蔗糖、葡萄糖和果糖，其余都只有微量。这3种主要糖类的相对含量取决于泌蜜时蜜腺中蔗糖酶将蔗糖水解为葡萄糖和果糖的量^[18]，其中葡萄糖和果糖的比例在种内是一致的，但在种间却存在着很大的差异^[19]。花蜜糖浓度一般在8%～80%不等，在有些特殊情况下甚至会更高^[20]。同一种花蜜在一天内的不同时间段里，其糖含量和含糖的浓度等都会有显著的变化，这是由植物的生理状况、外界温湿度变化、花蜜水分的挥发和蜂类采集等多种因素造成的。所以在整个花期过程中，花蜜含糖量的变化大致呈现出一种先上升，再稳定，最后下降的趋势。花蜜中各种糖的含量和比例对访花者的采集偏好性可能也具有一定的影响。

花蜜中的氨基酸对食蜜传粉者具有重要的营养价值，其中最常见的氨基酸有甘氨酸、丙氨酸、精氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸。花蜜中的氨基酸的种类和浓度可能参与花蜜口感的调节，从而影响传粉者的取食偏好。如蝴蝶、蛾类、鸟类采集氨基酸浓度较高的花^[21]；蜜蜂^[22]，蝇类采集氨基酸浓度较低的花^[21]。此外，在所有已发现的花蜜氨基酸中，昆虫能够识别脯氨酸并倾向于将脯氨酸作为起飞时的能量物质。

植物花蜜中的金属离子组成模式可能与植物的系统发育(亲缘关系)有关。花蜜中金属离子可能来源于植物韧皮部汁液，但其进入蜜腺组织的方式不同，这取决于不同植物蜜腺组织基于韧皮部汁液是否对某些离子进行了选择性吸收。花蜜中无机离子相对浓度的差异也可能是不同植物为了满足各自传粉者对离子需要而协同进化的结果^[21]。丰富的脂类能够为传粉者提供充足的能量，在一定程度上能够替代花蜜中的糖类物质作为能源物质。高纬度地区的植物花蜜中通常都含有大量脂类物质，可能是为满足传粉者的能量需求，这些植物进化出这一特化的性状来保障自身的繁殖利益^[21]。酚类物质使花蜜呈现一定的颜色，也是大多数花蜜的气味物质^[23]。这些气味化合物既可以吸引传粉昆虫、天敌或者驱避盗蜜者，同时又具有一定的防御功能(抗菌作用或作为捕食者或寄生者的信号分子)^[24]。生物碱通常被认为对访花昆虫有害^[16]。自然界植物花蜜中生物碱的浓度对蜜蜂没有驱避作用，低浓度的尼古丁和咖啡因对蜜蜂有吸引作用^[25]。生物碱的存在可能起到了特化传粉者的作用。花蜜中高浓度的生物碱会减少蜜蜂访花时单花停留时间，增加了蜜蜂访花频率和植物异花授粉概率^[26]。许多植物花蜜中都含有能够诱导昆虫为其传粉的挥发性的萜类化合物^[21]。萜类物质的气味通常与花蜜报酬结合起来，形成一种关联式记忆方式，吸引访花昆虫，发挥其生物学功能^[27]——过滤掉一些泛化的访花者，吸引特有的传粉者，实现传粉者的特化^[21]。

植物授粉系统中，花蜜有着不可或缺的重要地位，传粉者的访问情况和传粉效率都与花蜜质量有着明显的相关性^[28-30]。研究花蜜的组分及其相应的生态功能具有很高的理论意义和应用价值。

1.4花蜜采集方法

国内描述植物花蜜采集方法：毛细管法，注射器法，滤纸条法，离心法，换洗法^[31]。本实验主要使用毛细管法吸取花蜜，测量体积；用注射器法转移花蜜，测量糖浓度。

毛细管法是一种适用性强，操作简便的方法。花蜜比较集中的花都可以采用毛细管法进行花蜜采集。毛细管法能满足绝大多数花的花蜜采集需要，但是不适用于一些特别小的花，对于蜜腺过于开放，花蜜无法凝聚成滴的花，采集的效果不佳，花蜜残留较多。每次采集花蜜时使用新的毛细管，以此来保证毛细管法测量的准确性。

注射器法比较适合花朵较大且花蜜凝聚成滴的花，如鹅掌楸^[32]。注射器法区别于毛细管法的主要优点是可以更容易地插到花的深部，还可以从花瓣上刺入并且对花的伤害很小(使用微量加样器)。但是限制条件较多，缺点明显，非常容易吸上气泡造成花蜜体积测量的不准确，适用性也较差。注射器法简便性在于可以直接从管壁上读出体积。也可以将采集的蜜转移到其他的量具中测量，对于不进行精准体积测量，只做成分分析的实验实用性非常强，操作也比较简便。

1.5花蜜含糖量测定方法

在一般的野外工作中，李左栋等^[33]建议使用便携式折光仪。其设备简单，操作方便，但仅能测出花蜜糖浓度，无法对糖的种类进行区分。

实验室花蜜糖含量的测定方法主要有：苯酚-硫酸法,蒽酮-硫酸法,色谱分析，高效毛细管电泳等。这些方法一般是对花蜜中糖类进行定量定性分析。苯酚-硫酸法和蒽酮-硫酸法通常用于多糖的含量测定。但苯酚-硫酸法中苯酚易氧化，需对试剂进行纯化，否则导致测定结果的不准确。蒽酮-硫酸法中蒽酮试剂也同样不稳定，使用前所需的溶液要临时配制^[34]。色谱分析能够分离、不破坏样品并且能较为精确、快速的分析糖成分。薄层色谱技术对仪器设备要求不高，操作方法简便快捷，能够很好的分离鉴定单糖、双糖、寡糖、多糖及其衍生物。气相色谱是多糖分析中最重要的手段之一。它具有良好的选择性，样品的用量很少，高分辨率，高灵敏度等优点。凝胶色谱法常用于大分子多糖的分析，其设备简单、操作方便, 无需有机溶剂，高分子物质很高分离效果。离子交换色谱法利用树脂对不同种类糖的吸附差异，将混合物中的各种糖进行分离^[34]。高效毛细管电泳（HPCE）法具有快速、高效、灵敏度高、低样品消耗和强烈的抗污染等优点，主要应用于单糖和寡糖的分离检测方面^[34]。

1.6研究内容和意义

昆虫访花行为与植物花朵大小、花粉量、花冠颜色、花蜜分泌量等因素密切相关。油菜是我国重要的油料作物、蜜源植物。蜜蜂为油菜授粉可以增加油菜籽的产量和品质，同时油菜花也为蜜蜂提供了花蜜、花粉作为食物，油菜蜂花粉和油菜蜜是我国出口的主要蜂产品。本论文主要对油菜盛花期花器官变化和油菜花蜜分泌规律进行研究，我们的研究工作将为进一步深入探讨蜜蜂为油菜授粉的机制提供研究基础，也为蜜源地油菜品种的选择提供理论数据。

2 材料与方法

2.1材料和实验器材

实验材料：甘蓝型油菜（中双11号），种植于江苏淮安淮阴师范学院生物科技园试验田。淮安（33°63ˊN，119°03ˊE）位于江苏省中北部，江淮平原东部/地处长江三角洲地区。平均海拔15米，年平均气温为14.1℃—14.8℃，年降水量多年平均在906毫米-1007毫米之间，土壤有机质含量低，一般不足0.2%，PH值在7～8之间。实验时间为2018年3月至4月（油菜盛花期）。

实验器材：毛细管（德国Hirschmann Minicaps微量毛细管0.5，1，2,3，4，5ul）；平头微量注射器（上海高鸽牌0.5,1ul）；手持糖量计（品牌/型号：泰华/WYT-4/WYT（0-80%），测量范围：0-80%，最小量度：1%，准确度：±1%)。

2.2花器测量

研究观察油菜花盛开时间为36h^[6],将油菜盛花期分为6个时期：盛花Ⅰ期（9点）、盛花Ⅱ期（13点）、盛花Ⅲ期（17点）、盛花Ⅳ期（次日9点）、盛花Ⅴ期（次日13点），盛花Ⅵ期（次日17点）。在油菜盛花期，随机选取5个主花序，标记每个花序早上8点刚刚盛开的花朵6朵，依据盛花期分期，利用游标卡尺分别测量在6个时期每朵花花瓣的长度、宽度，雄蕊的长度，雌蕊及柱头的长度。以上试验重复3次。

2.3花蜜体积、糖浓度测量

油菜盛花期，随机选取3棵油菜，在每棵油菜主花序上选取早上8点刚刚盛开的花朵12朵进行标记（待检测的花序在前一天傍晚，套网袋，防止昆虫采蜜）。在盛花期的6个时期（时期同上），对油菜花进行花蜜体积和糖浓度的检测，侧蜜腺和中蜜腺分泌的花蜜分别检测。毛细管法测量花蜜体积（毛细管测量体积的计算公式为:花蜜体积=(毛细管中液柱长/毛细管总长)*毛细管的总体积）；WYT（0-80%）手持糖量计测量花蜜糖浓度。中蜜腺花蜜体积过小，未做糖浓度测定。以上实验重复5次。

2.4统计分析

采用Microsoft Excel 2013软件进行数据整理， IBM SPSS Statistics 19软件One Way ANOVA的LSD法进行统计分析。

3 结果与分析

3.1花器的形态特征

测量结果显示（表1），雌蕊与柱头随花生长发育而持续增长，其余花器生长模式大致相同（先增后减）；此外，花冠筒长度变化在盛花期的不同阶段无显著差异，其余花器在盛花期的不同阶段有显著变化。花瓣长、宽在盛花Ⅰ期最小（8.418±0.284mm、8.742±0.273mm），盛花Ⅱ期显著增长，之后变化不显著，在盛花Ⅴ期达到最大值（10.249±0.313mm、10.409±0.306mm），二者在盛花Ⅵ期均减小，变化不显著；花冠筒在盛花Ⅰ期最短（6.531±0.106mm），盛花Ⅲ期最长（7.118±0.117mm），盛花Ⅲ期增长后开始变短，变化不显著；强、弱雄蕊在盛花Ⅰ期最短（8.239±0.123mm、10.065±0.815mm），相邻时段变化不显著，强雄蕊在盛花Ⅵ期最长（10.656±0.169mm），弱雄蕊在盛花Ⅳ期最长（9.101±0.258mm）；雌蕊与柱头随花期增大而持续增长，盛花Ⅰ期最短（7.993±0.149mm、2.867±0.062mm），盛花Ⅴ期显著生长，盛花Ⅵ期达到测量最大值（10.094±0.383、3.857±0.113）。值得注意的是，强雄蕊长度在盛花Ⅱ期、盛花Ⅴ期存在下降的趋势。推测可能原因是这两个时期都在13点左右，太阳直射强，地表温度高，引起的植物应激反应^[35]。但为何仅有雄蕊在这个时间表现出应激反应的具体原因尚未知晓。

表1 油菜花器性状测量（M±SE）							l/mm
时期	花瓣长	花瓣宽	花冠筒	弱雄蕊	强雄蕊	雌蕊	花柱头
盛花Ⅰ期	8.418±0.284a	8.742±0.273a	6.531±0.106a	8.239±0.123a	10.065±0.815a	7.993±0.149a	2.867±0.062a
盛花Ⅱ期	9.570±0.289b	9.871±0.250b	6.786±0.117ab	8.657±0.162ab	9.968±0.149a	8.705±0.221ab	3.117±0.068ab
盛花Ⅲ期	9.827±0.300bc	10.083±0.363b	7.118±0.117b	8.927±0.182b	10.451±0.119ab	9.171±0.225bc	3.293±0.108bc
盛花Ⅳ期	10.249±0.313bc	10.409±0.306b	6.963±0.104b	9.101±0.258b	10.643±0.281b	9.641±0.169cd	3.470±0.046c
盛花Ⅴ期	10.711±0.332c	10.528±0.417b	6.926±0.151ab	8.880±0.152b	10.312±0.178ab	10.133±0.368d	3.753±0.116d
盛花Ⅵ期	9.807±0.305bc	9.609±0.330ab	6.933±0.184ab	8.781±0.212ab	10.656±0.169b	10.094±0.383d	3.857±0.113d

注：利用LSD法进行分析，不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。

3.2花蜜体积与糖浓度

实验结果显示（图1,2），盛花期油菜花的侧蜜腺与中蜜腺的花蜜体积变化趋势大致相同。侧蜜腺蜜量为0.906±0.055ul，中蜜腺蜜量为0.041±0.007ul。侧蜜腺花蜜体积在盛花期的不同阶段有所差异，中蜜腺花蜜体积在盛花期的不同阶段也存在差异。盛花Ⅰ期，侧蜜腺、中蜜腺的蜜量测量值均为最小值，分别为0.393±0.086ul、0.009±0.006ul；盛花Ⅱ期，侧蜜腺蜜量大量增长，与赵星楠等人研究结果一致，花朵进入盛花期时，花蜜量与花蜜糖浓度都会大量增加，以此吸引访花者，增加单花访花时间与访花频率^[36]；盛花Ⅲ期、Ⅵ期、Ⅴ期、Ⅵ期，两者花蜜量较前一时期变化不显著，其中盛花Ⅵ期，侧蜜腺蜜量最大（1.181±0.144ul），盛花Ⅲ期，中蜜腺蜜量最大（0.068±0.036ul）。值得注意的是，侧蜜腺与中蜜腺泌蜜都有一段下降后上升的过程，发生在盛花Ⅳ期。

盛花期油菜花的侧蜜腺花蜜糖浓度为59.45±0.93%。在盛花期不同阶段有显著差异。盛花Ⅰ期，糖浓度为测量最小值（51.58±4.14%）；盛花Ⅱ期，糖浓度有所增加，盛花Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅵ期、Ⅴ期、Ⅵ期之间变化不显著，变化趋势不明显（图3）。在盛花Ⅵ期有下降趋势，此时期糖浓度下降可能是由于雌蕊已受粉，蜜腺重吸收花蜜导致^[36]，但花蜜体积此时仍然为上升趋势，可能还存在其他原因尚未明确。

温度、湿度也是影响油菜花器结构和花蜜体积、浓度的重要因素，整个盛花期环境的温度和湿度发生着明显的变化（图4），相互间的影响关系还有待进一步的研究。

图1 侧蜜腺花蜜体积。不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），误差线表示均值±标准误。

图2 中蜜腺花蜜体积。不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），误差线表示均值±标准误。

图3 侧蜜腺花蜜糖浓度。不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），误差线表示均值±标准误。

图4 温湿度。误差线表示均值±标准误。

4 小结

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