蔗糖濃度對(duì)高溫下大棚早生新水梨花粉活力的影響

王曉慶 , 駱 軍*, 施春暉, 張學(xué)英 , 蔣 爽, 滕美貞, 張 玲

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 林木果樹研究所/上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201403；2.淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

蔗糖濃度對(duì)高溫下大棚早生新水梨花粉活力的影響

王曉慶1, 駱 軍1*, 施春暉1, 張學(xué)英1, 蔣 爽1, 滕美貞2, 張 玲2

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 林木果樹研究所/上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201403；2.淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

研究了蔗糖對(duì)大棚栽培下早生新水梨花粉耐高溫的影響，同時(shí)篩選測定了花粉生活力所需的合適蔗糖濃度，為人工輔助授粉提供指導(dǎo)，同時(shí)也為應(yīng)對(duì)設(shè)施栽培中突遇高溫提供理論依據(jù)。試驗(yàn)以大棚早生新水白蕾期花枝為試材，通過25、35、40 ℃處理不同時(shí)間來模擬溫度變化，采用離體萌發(fā)法測定花粉的生活力，培養(yǎng)基蔗糖濃度以10%、15%和20%來研究其對(duì)花粉耐高溫的影響。結(jié)果表明：蔗糖濃度為15%的固體培養(yǎng)基更適合花粉離體萌發(fā)，而適合花粉管生長的蔗糖濃度則為10%。大棚早生新水白蕾期耐高溫35 ℃，且2 h之后花粉萌發(fā)率降低；40 ℃高溫顯著降低花粉萌發(fā)率。此外，高溫對(duì)花粉活力的傷害不可修復(fù)，但對(duì)花粉管長度的影響較小?？梢姡崽菨舛葹?5%的固體培養(yǎng)基適合花粉離體萌發(fā)；高溫明顯影響花粉活力，設(shè)施栽培中應(yīng)避免35 ℃以上的高溫長時(shí)間出現(xiàn)。

蔗糖；大棚；梨；高溫；花粉萌發(fā)；花粉管

上海是我國砂梨產(chǎn)區(qū)之一，砂梨以其味甜多汁深受上海消費(fèi)者喜愛。隨著早生新水、翠冠等一批早熟砂梨品種的推廣應(yīng)用，砂梨的成熟期由原來的8月初提早到7月中旬，但還不能滿足市場的需求。為了提早成熟和避免臺(tái)風(fēng)危害，梨樹的設(shè)施栽培在上海和浙江等地逐漸發(fā)展起來[1]。但設(shè)施內(nèi)環(huán)境與露地不同，大棚內(nèi)春季易發(fā)生高溫災(zāi)害，溫度過高，影響花粉量和花粉活力[2]?；ǚ凵盍Φ膹?qiáng)弱直接影響授粉效果，花粉生活力因花粉發(fā)育狀況和品種不同而有較大差異。發(fā)育良好、生活力強(qiáng)的花粉授粉效果好，發(fā)育不良、生活力弱的花粉授粉效果差。有研究表明，在持續(xù)的高溫天氣下，棉花出現(xiàn)花藥不開裂、不散粉，花粉數(shù)量少，花粉活力低等生殖障礙，授粉受精過程受阻，產(chǎn)量降低[3]。

梨屬于配子體型自交不親和性果樹，絕大多數(shù)品種自花授粉不能結(jié)實(shí)并存在異花授粉親和現(xiàn)象[4]。生產(chǎn)中大多采取人工輔助授粉技術(shù)以提高坐果率，確保產(chǎn)量和品質(zhì)。可見授粉前準(zhǔn)確、快速地測定花粉生活力具有重要的意義[5]。

花粉離體萌發(fā)的測定，多數(shù)使用蔗糖濃度為10%的，但也有用15%的，究竟哪個(gè)濃度更適合梨花粉離體萌發(fā)？高溫過后不同的蔗糖濃度對(duì)其花粉生活力又有怎樣的影響？為此，筆者通過模擬大棚梨在白蕾期突遇的高溫以及持續(xù)的不同時(shí)間，結(jié)合離體萌發(fā)法測定花粉生活力所需的合適蔗糖濃度，來真實(shí)反映大棚梨白蕾期的耐高溫情況以及高溫對(duì)花粉生活力的影響，為生產(chǎn)上人工輔助授粉前提供測定花粉活力所需的合適蔗糖濃度及白蕾期突遇高溫的應(yīng)對(duì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

上海松江梨樹研究所實(shí)驗(yàn)基地，地處黃浦江中上游，北緯31°，東經(jīng)121°45′，試驗(yàn)點(diǎn)土壤為水稻土，pH值6.02～6.85，有機(jī)質(zhì)含量1.5%。年平均溫度15.4～16 ℃，1月份平均溫度3 ℃，極端低溫-11.2 ℃?！?0 ℃年有效積溫5000～5500 d·℃，年降雨量1100～1200 mm，平均相對(duì)濕度83%，全年無霜期230 d，年日照時(shí)間1947.1 h。

1.2 試驗(yàn)材料

試材為優(yōu)良早熟砂梨品種早生新水，樹齡12 年，株行距為2 m×4 m，自然開心形整形。早生新水梨系上海市農(nóng)科院園藝所梨樹組(現(xiàn)林果所梨樹組)從新水梨自然雜交后代選出，糖度高，肉質(zhì)細(xì)嫩，水分多，品質(zhì)優(yōu)。

單棟大棚內(nèi)分別選取5株具代表性的梨樹，于白蕾期(3月21日)采集早生新水的花枝。剪取位于樹冠外圍中部的長、中健壯花枝，當(dāng)天帶回，分成10捆，每個(gè)處理3捆。共設(shè)25、35、40 ℃ 3個(gè)溫度處理(生產(chǎn)上花蕾期以35 ℃為大棚通風(fēng)的臨界溫度)，每個(gè)溫度處理3個(gè)不同時(shí)間(表1)，濕度均為90%；剩下1捆放在室溫水里，采集大蕾期的花蕾(圖1)作對(duì)照(CK)。

將梨花枝放置在水里，在智能人工氣候培養(yǎng)箱進(jìn)行不同溫度、不同時(shí)間處理后，采集大蕾期的花蕾。之后將所有處理再放置在25 ℃智能光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行4 h修復(fù)，再次采集大蕾期的花蕾，進(jìn)行花粉活力的測定。

將采集好的大蕾期花蕾，取下花藥，用透明紙包好后立即埋入硅膠中陰干，待花粉完全散出后，在-20 ℃密閉保存?zhèn)溆谩?/p>

圖1 梨花蕾期不同階段的花蕾表1 不同溫度、不同時(shí)間處理

項(xiàng)目溫度/℃253540時(shí)間/h221442663

1.3 方法

1.3.1 花粉活力測定 采用花粉離體萌發(fā)法測定花粉生活力，參照姜雪婷等[5]的方法，略有改動(dòng)。將花粉均勻播于含不同蔗糖濃度的固體培養(yǎng)基(0.01%的硼酸、10%的蔗糖/15%蔗糖/20%蔗糖和1%的瓊脂[6])，25 ℃暗培養(yǎng)3 h后，統(tǒng)計(jì)萌發(fā)率和花粉管生長長度?；ǚ酃荛L度大于花粉粒直徑視為萌發(fā)[7]。每品種觀察3個(gè)視野，重復(fù)3次，每視野≥20?；ǚ郏y(tǒng)計(jì)萌發(fā)率；測量花粉管長度，每個(gè)品種重復(fù)3次，每次測量20根。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，以P<0.05為有顯著差異，P<0.01為有極顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蔗糖濃度對(duì)高溫下大棚早生新水花粉萌發(fā)率的影響

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分別處理2、4、6 h，40 ℃處理1、2、3 h后，在不同蔗糖濃度下其花粉萌發(fā)率表現(xiàn)不同。從圖2可以看出，與對(duì)照相比，蔗糖濃度為15%的固體培養(yǎng)基，在不同處理溫度與時(shí)間下整體表現(xiàn)出高花粉萌發(fā)率的優(yōu)勢。高溫35 ℃處理6 h，其花粉萌發(fā)率在不同蔗糖濃度下都較低，差異顯著。而40 ℃處理后，花粉萌發(fā)率則在16%以下，嚴(yán)重影響花粉萌發(fā)率，差異極顯著?？梢姶笈镌缟滤桌倨诨ɡ倌透邷貫?5 ℃，且不超過4 h；蔗糖濃度為15%的固體培養(yǎng)基更適合花粉萌發(fā)。

2.2 不同蔗糖濃度對(duì)高溫下大棚早生新水花粉管長度的影響

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分別處理2、4、6 h，40 ℃處理1、2、3 h后，在不同蔗糖濃度下其花粉管長度與對(duì)照相比(圖3)，蔗糖濃度為10%、15%的固體培養(yǎng)基，25、35 ℃處理總體表現(xiàn)出花粉管長度長，差異顯著。40 ℃處理后，花粉管長度基本不增加。可見大棚早生新水白蕾期花蕾耐高溫不超過40 ℃，在合適蔗糖濃度下花粉管生長加快，蔗糖濃度為10%比15%效果顯著，差異顯著。

圖2 不同蔗糖濃度對(duì)高溫下大棚 早生新水花粉萌發(fā)率的影響

圖3 不同蔗糖濃度對(duì)高溫下大棚 早生新水花粉管長度的影響

2.3 不同蔗糖濃度對(duì)大棚早生新水修復(fù)后花粉萌發(fā)率的影響

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分別處理2、4、6 h，40 ℃處理1、2、3 h后，再放置在25 ℃智能光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行4 h修復(fù)，在不同蔗糖濃度下其花粉萌發(fā)率與對(duì)照相比(圖4)，蔗糖濃度為15%的固體培養(yǎng)基，25 ℃處理整體表現(xiàn)出花粉萌發(fā)率高。高溫35 ℃處理，其花粉萌發(fā)率隨著處理時(shí)間的增加而降低，而40 ℃處理后，花粉萌發(fā)率直降為16%以下?？梢姶笈镌缟滤桌倨诨ɡ儆龈邷?5 ℃且不超過2 h，修復(fù)后，花粉萌發(fā)率與對(duì)照相比受影響??；蔗糖濃度為15%的固體培養(yǎng)基仍然更適合花粉萌發(fā)。

2.4 不同蔗糖濃度對(duì)大棚早生新水修復(fù)后花粉管長度的影響

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分別處理2、4、6 h，40 ℃處理1、2、3 h后，再放置在25 ℃智能光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行4 h修復(fù)，在不同蔗糖濃度下花粉管長與對(duì)照相比(圖5)，蔗糖濃度為10%、15%的固體培養(yǎng)基，各處理整體表現(xiàn)出花粉管長度不變或增長，蔗糖濃度為10%比15%效果顯著?？梢姶笈镌缟滤桌倨诨ɡ儆龈邷?5、40 ℃時(shí)，修復(fù)后，對(duì)花粉管長度影響小。

圖4 不同蔗糖濃度對(duì)大棚早生 新水修復(fù)后花粉萌發(fā)率的影響

圖5 不同蔗糖濃度對(duì)大棚早生 新水修復(fù)后花粉管長的影響

3 結(jié)論與討論

蔗糖是許多植物花粉離體培養(yǎng)所必需的重要營養(yǎng)成分。一般認(rèn)為蔗糖對(duì)花粉的萌發(fā)具有兩個(gè)方面的作用：一是為花粉的萌發(fā)和花粉管的生長提供營養(yǎng)；二是維持培養(yǎng)環(huán)境的正常滲透壓[8]。本研究表明，培養(yǎng)基中蔗糖濃度過高不利于早生新水花粉的離體萌發(fā)及花粉管生長，蔗糖濃度為15%的固體培養(yǎng)基更適合花粉離體萌發(fā)，蔗糖濃度為20%抑制花粉萌發(fā)。這與已報(bào)道[9]的“隨著蔗糖濃度增加，花粉萌發(fā)率和花粉管長度都逐漸增加，但濃度過高時(shí)表現(xiàn)出一定的抑制作用”相一致。其原因可能是蔗糖濃度過高會(huì)造成花粉細(xì)胞質(zhì)壁分離，從而影響花粉的萌發(fā)，而蔗糖濃度適宜時(shí)花粉內(nèi)外的滲透壓保持平衡，從而可維持花粉正常的生活力，有利于萌發(fā)。研究還得出蔗糖濃度為10%和15%，花粉管生長加快，10%比15%效果顯著。可見，最適合花粉萌發(fā)的蔗糖濃度與最適合花粉管生長的濃度不同，分別為15%和10%，這與陳迪新的研究相吻合[10]。多數(shù)花粉離體萌發(fā)和花粉管生長的蔗糖濃度使用10%，可能與品種本身有關(guān)，也可能是由于蔗糖濃度為10%，花粉管生長也較好，不影響受精。

植物生殖生長時(shí)期對(duì)高溫脅迫非常敏感，雄性器官受高溫的影響更大[11]，通常會(huì)引起植物花粉數(shù)量減少、結(jié)構(gòu)異常、生活力下降、花粉管畸形、伸長受阻和雄性敗育趨勢增加等現(xiàn)象[12-13]。有研究發(fā)現(xiàn)水稻抽穗開花期的高溫等不利環(huán)境因素會(huì)影響花粉發(fā)育和育性,花藥開裂和花粉可染率明顯下降,從而降低結(jié)實(shí)率,引起產(chǎn)量下降[14]；新鮮番茄花粉在33 ℃和38 ℃溫度下處理，顯著降低番茄花粉的萌發(fā)率，溫度越高、處理時(shí)間越長其降低的幅度越大[15]。辣椒在30、35、40 ℃高溫處理下，花粉活力下降，直接導(dǎo)致結(jié)實(shí)率下降[16]。本研究得出大棚早生新水白蕾期花蕾耐高溫為35 ℃且不超過2 h，修復(fù)后，花粉萌發(fā)率與對(duì)照相比受影響小，35 ℃高溫持續(xù)時(shí)間越長，花粉萌發(fā)率越低，40 ℃高溫顯著降低花粉萌發(fā)率；白蕾期遇高溫35、40 ℃時(shí)，修復(fù)后，花粉管生長加快，因此花粉萌發(fā)率比花粉管長度受高溫影響大?？梢姕囟葘?duì)花粉萌發(fā)率影響大，對(duì)花粉活力起關(guān)鍵作用。李寧等[17]對(duì)榛子研究也表明溫度是影響花粉活力的主要因子。Delph等[18]也得出溫度是影響植物花粉活力的重要因素之一的結(jié)論。

高溫對(duì)花粉活力造成的傷害是無法修復(fù)彌補(bǔ)的，且是持續(xù)的，即使后期條件變好也不能使它恢復(fù)原有的活力。這說明高溫對(duì)設(shè)施栽培作物花藥的花粉活力造成的傷害是無法修復(fù)的，因此在生產(chǎn)中為了保證坐果率、產(chǎn)量，大棚內(nèi)花前溫度管理非常重要，應(yīng)及時(shí)通風(fēng)，盡量避免35 ℃高溫長時(shí)間出現(xiàn)。

[1] 沈根華,王曉慶,駱軍,等.大棚栽培對(duì)梨花粉量及花粉生活力的影響[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2008,24(3):54-57.

[2] Carme J, Maria H, Javier R. Flower bud differentiation and development in fruiting and non-fruiting shoot in relation to fruit set in apricot (PrunusarmeniacaL.)[J]. Trees, 2010(24): 833-841.

[3] 王苗苗,唐燦明.高溫脅迫后的棉花花粉活力測定方法[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,26(2):236-239.

[4] 徐國華,吳華清,張紹鈴.中國梨品種S基因型鑒定的初步研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2004,24(10):1861-1865.

[5] 姜雪婷,杜玉虎,張紹鈴,等.梨43個(gè)品種花粉生活力及4種測定方法的比較[J].果樹學(xué)報(bào),2006,23(2):178-181.

[6] 張紹鈴,謝文暖,陳迪新,等.8種果樹花粉量及花粉萌發(fā)與生長的差異[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2003,19(3):67-69.

[7] Rodriguez-riano T, Dafni A. A new procedure to assess pollen viability[J]. Sex Plant Rep, 2000(12): 242-244.

[8] 王欽麗,盧龍斗,吳小琴,等.花粉的保存及其生活力測定[J].植物學(xué)通報(bào),2002,19(3):365-373.

[9] 楊谷良,秦仲麒,陳娟.蔗糖和聚乙二醇對(duì)黃金梨花粉離體萌發(fā)生長的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,50(2):294-296.

[10] 陳迪新.梨花粉萌發(fā)、生長及花柱S基因表達(dá)特性[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.

[11] Monterroso V A, Chris W H. Flower and pod abscission due to heat stress in beans[J]. Amer Soc Sci， 1990, 115(4): 631-634.

[12] 韓笑冰,利容千,王建波.熱脅迫下蘿卜不同耐熱性品種細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)比較[J].武漢植物學(xué)研究,1997,15(2):173-178.

[13] Wahid A, Close T J. Expression of dehydrins under heat stress and their relationship with water relations of sugarcane leaves[J]. Biol Plant， 2007, 51(1): 104-109.

[14] 李訓(xùn)貞,梁滿中,周廣洽,等.水稻開花時(shí)的環(huán)境條件對(duì)花粉活力和結(jié)實(shí)的影響[J].作物學(xué)報(bào),2002,28(3):417-420.

[15] 馬彥如.高溫脅迫對(duì)耐熱性不同番茄花粉活力、多胺代謝和逆境相關(guān)基因的影響[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2013.

[16] 嚴(yán)崢.影響辣椒花粉活力和結(jié)實(shí)率的光溫條件研究[D].長沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.

[17] 李寧,蘇淑釵,靳利軍,等.榛子花粉生長發(fā)育適宜溫濕度研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2008,24(3):116-120.

[18] Delph L F, Johansson M H, Stephenson A G. Environmental factors affect pollen performance: ecological and evolutionary perspectives[J]. Ecology, 1997, 78(6): 1632-1639.

(責(zé)任編輯：許晶晶)

Effect of Sucrose Concentration on Pollen Viability of“Zaoshengxinshui” Pear in Greenhouse at High Temperature

WANG Xiao-qing1, LUO Jun1*, SHI Chun-hui1, ZHANG Xue-ying1,JIANG Shuang1, TENG Mei-zhen2, ZHANG Ling2

(1. Forestry and Pomology Research Institute, Shanghai Academy of Agricultural Sciences / Shanghai Key Lab of Protected Horticultural Technology, Shanghai 201403, China; 2. Huaiyin Institute of Technology, Huaian 223003, China)

The author measured the pollen viability of “Zaoshengxinshui” pear at flower bud stage in greenhouse at different high temperatures (25, 35 and 40 ℃) by adopting the isolated germination method, and studied the effects of different sucrose concentrations (10%, 15% and 20%) in culture medium on the tolerance of pollens to high temperature, in order to screen out the optimum sucrose concentration for pollen viability assay, and to provide a guidance for artificial supplementary pollination and theoretical basis for high temperature control in facility cultivation. The results showed that the solid culture medium containing 15% sucrose was more suitable for pollen germination in vitro, but the optimum sucrose concentration for pollen tube growth was 10%. “Zaoshengxinshui” pear at flower bud stage in greenhouse could resist to the high temperature of 35 ℃, but its pollen germination rate began to decrease when the temperature kept at 35 ℃ for 2 h. At 40 ℃ high temperature, the pollen germination rate was significantly reduced. In addition, the damage of high temperature to the pollen viability could not be repaired, while high temperature had little influence on the length of pollen tube. So, 15% sucrose in solid culture medium was the best for pollen germination assay in vitro. High temperature could obviously reduce the pollen vitality, and the long-time high temperature above 35 ℃ should be avoided in the facility cultivation of pear.

Sucrose; Greenhouse; Pear; High temperature; Pollen germination; Pollen tube

2017-03-16

上海市果業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系[滬農(nóng)科產(chǎn)字(2016)第7號(hào)]；國家科技部星火計(jì)劃項(xiàng)目(2012GA680002)。

王曉慶(1981─)，女，助理研究員，主要從事梨樹栽培與生理研究。*通訊作者：駱軍。

S661.2

A

1001-8581(2017)07-0040-04