蔗糖浓度对高温下大棚早生新水梨花粉活力的影响

王晓庆 , 骆 军*, 施春晖, 张学英 , 蒋 爽, 滕美贞, 张 玲

(1.上海市农业科学院 林木果树研究所/上海市设施园艺技术重点实验室，上海 201403；2.淮阴工学院，江苏 淮安 223003)

蔗糖浓度对高温下大棚早生新水梨花粉活力的影响

王晓庆1, 骆 军1*, 施春晖1, 张学英1, 蒋 爽1, 滕美贞2, 张 玲2

(1.上海市农业科学院 林木果树研究所/上海市设施园艺技术重点实验室，上海 201403；2.淮阴工学院，江苏 淮安 223003)

研究了蔗糖对大棚栽培下早生新水梨花粉耐高温的影响，同时筛选测定了花粉生活力所需的合适蔗糖浓度，为人工辅助授粉提供指导，同时也为应对设施栽培中突遇高温提供理论依据。试验以大棚早生新水白蕾期花枝为试材，通过25、35、40 ℃处理不同时间来模拟温度变化，采用离体萌发法测定花粉的生活力，培养基蔗糖浓度以10%、15%和20%来研究其对花粉耐高温的影响。结果表明：蔗糖浓度为15%的固体培养基更适合花粉离体萌发，而适合花粉管生长的蔗糖浓度则为10%。大棚早生新水白蕾期耐高温35 ℃，且2 h之后花粉萌发率降低；40 ℃高温显著降低花粉萌发率。此外，高温对花粉活力的伤害不可修复，但对花粉管长度的影响较小。可见，蔗糖浓度为15%的固体培养基适合花粉离体萌发；高温明显影响花粉活力，设施栽培中应避免35 ℃以上的高温长时间出现。

蔗糖；大棚；梨；高温；花粉萌发；花粉管

上海是我国砂梨产区之一，砂梨以其味甜多汁深受上海消费者喜爱。随着早生新水、翠冠等一批早熟砂梨品种的推广应用，砂梨的成熟期由原来的8月初提早到7月中旬，但还不能满足市场的需求。为了提早成熟和避免台风危害，梨树的设施栽培在上海和浙江等地逐渐发展起来[1]。但设施内环境与露地不同，大棚内春季易发生高温灾害，温度过高，影响花粉量和花粉活力[2]。花粉生活力的强弱直接影响授粉效果，花粉生活力因花粉发育状况和品种不同而有较大差异。发育良好、生活力强的花粉授粉效果好，发育不良、生活力弱的花粉授粉效果差。有研究表明，在持续的高温天气下，棉花出现花药不开裂、不散粉，花粉数量少，花粉活力低等生殖障碍，授粉受精过程受阻，产量降低[3]。

梨属于配子体型自交不亲和性果树，绝大多数品种自花授粉不能结实并存在异花授粉亲和现象[4]。生产中大多采取人工辅助授粉技术以提高坐果率，确保产量和品质。可见授粉前准确、快速地测定花粉生活力具有重要的意义[5]。

花粉离体萌发的测定，多数使用蔗糖浓度为10%的，但也有用15%的，究竟哪个浓度更适合梨花粉离体萌发？高温过后不同的蔗糖浓度对其花粉生活力又有怎样的影响？为此，笔者通过模拟大棚梨在白蕾期突遇的高温以及持续的不同时间，结合离体萌发法测定花粉生活力所需的合适蔗糖浓度，来真实反映大棚梨白蕾期的耐高温情况以及高温对花粉生活力的影响，为生产上人工辅助授粉前提供测定花粉活力所需的合适蔗糖浓度及白蕾期突遇高温的应对提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

上海松江梨树研究所实验基地，地处黄浦江中上游，北纬31°，东经121°45′，试验点土壤为水稻土，pH值6.02～6.85，有机质含量1.5%。年平均温度15.4～16 ℃，1月份平均温度3 ℃，极端低温-11.2 ℃。≥10 ℃年有效积温5000～5500 d·℃，年降雨量1100～1200 mm，平均相对湿度83%，全年无霜期230 d，年日照时间1947.1 h。

1.2 试验材料

试材为优良早熟砂梨品种早生新水，树龄12 年，株行距为2 m×4 m，自然开心形整形。早生新水梨系上海市农科院园艺所梨树组(现林果所梨树组)从新水梨自然杂交后代选出，糖度高，肉质细嫩，水分多，品质优。

单栋大棚内分别选取5株具代表性的梨树，于白蕾期(3月21日)采集早生新水的花枝。剪取位于树冠外围中部的长、中健壮花枝，当天带回，分成10捆，每个处理3捆。共设25、35、40 ℃ 3个温度处理(生产上花蕾期以35 ℃为大棚通风的临界温度)，每个温度处理3个不同时间(表1)，湿度均为90%；剩下1捆放在室温水里，采集大蕾期的花蕾(图1)作对照(CK)。

将梨花枝放置在水里，在智能人工气候培养箱进行不同温度、不同时间处理后，采集大蕾期的花蕾。之后将所有处理再放置在25 ℃智能光照培养箱中进行4 h修复，再次采集大蕾期的花蕾，进行花粉活力的测定。

将采集好的大蕾期花蕾，取下花药，用透明纸包好后立即埋入硅胶中阴干，待花粉完全散出后，在-20 ℃密闭保存备用。

图1 梨花蕾期不同阶段的花蕾表1 不同温度、不同时间处理

项目温度/℃253540时间/h221442663

1.3 方法

1.3.1 花粉活力测定 采用花粉离体萌发法测定花粉生活力，参照姜雪婷等[5]的方法，略有改动。将花粉均匀播于含不同蔗糖浓度的固体培养基(0.01%的硼酸、10%的蔗糖/15%蔗糖/20%蔗糖和1%的琼脂[6])，25 ℃暗培养3 h后，统计萌发率和花粉管生长长度。花粉管长度大于花粉粒直径视为萌发[7]。每品种观察3个视野，重复3次，每视野≥20粒花粉，统计萌发率；测量花粉管长度，每个品种重复3次，每次测量20根。

1.3.2 数据分析 试验所得数据采用Excel 2003和SPSS 11.0统计软件进行分析，以P<0.05为有显著差异，P<0.01为有极显著差异。

2 结果与分析

2.1 不同蔗糖浓度对高温下大棚早生新水花粉萌发率的影响

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分别处理2、4、6 h，40 ℃处理1、2、3 h后，在不同蔗糖浓度下其花粉萌发率表现不同。从图2可以看出，与对照相比，蔗糖浓度为15%的固体培养基，在不同处理温度与时间下整体表现出高花粉萌发率的优势。高温35 ℃处理6 h，其花粉萌发率在不同蔗糖浓度下都较低，差异显著。而40 ℃处理后，花粉萌发率则在16%以下，严重影响花粉萌发率，差异极显著。可见大棚早生新水白蕾期花蕾耐高温为35 ℃，且不超过4 h；蔗糖浓度为15%的固体培养基更适合花粉萌发。

2.2 不同蔗糖浓度对高温下大棚早生新水花粉管长度的影响

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分别处理2、4、6 h，40 ℃处理1、2、3 h后，在不同蔗糖浓度下其花粉管长度与对照相比(图3)，蔗糖浓度为10%、15%的固体培养基，25、35 ℃处理总体表现出花粉管长度长，差异显著。40 ℃处理后，花粉管长度基本不增加。可见大棚早生新水白蕾期花蕾耐高温不超过40 ℃，在合适蔗糖浓度下花粉管生长加快，蔗糖浓度为10%比15%效果显著，差异显著。

图2 不同蔗糖浓度对高温下大棚 早生新水花粉萌发率的影响

图3 不同蔗糖浓度对高温下大棚 早生新水花粉管长度的影响

2.3 不同蔗糖浓度对大棚早生新水修复后花粉萌发率的影响

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分别处理2、4、6 h，40 ℃处理1、2、3 h后，再放置在25 ℃智能光照培养箱中进行4 h修复，在不同蔗糖浓度下其花粉萌发率与对照相比(图4)，蔗糖浓度为15%的固体培养基，25 ℃处理整体表现出花粉萌发率高。高温35 ℃处理，其花粉萌发率随着处理时间的增加而降低，而40 ℃处理后，花粉萌发率直降为16%以下。可见大棚早生新水白蕾期花蕾遇高温35 ℃且不超过2 h，修复后，花粉萌发率与对照相比受影响小；蔗糖浓度为15%的固体培养基仍然更适合花粉萌发。

2.4 不同蔗糖浓度对大棚早生新水修复后花粉管长度的影响

大棚早生新水白蕾期花枝在25、35 ℃分别处理2、4、6 h，40 ℃处理1、2、3 h后，再放置在25 ℃智能光照培养箱中进行4 h修复，在不同蔗糖浓度下花粉管长与对照相比(图5)，蔗糖浓度为10%、15%的固体培养基，各处理整体表现出花粉管长度不变或增长，蔗糖浓度为10%比15%效果显著。可见大棚早生新水白蕾期花蕾遇高温35、40 ℃时，修复后，对花粉管长度影响小。

图4 不同蔗糖浓度对大棚早生 新水修复后花粉萌发率的影响

图5 不同蔗糖浓度对大棚早生 新水修复后花粉管长的影响

3 结论与讨论

蔗糖是许多植物花粉离体培养所必需的重要营养成分。一般认为蔗糖对花粉的萌发具有两个方面的作用：一是为花粉的萌发和花粉管的生长提供营养；二是维持培养环境的正常渗透压[8]。本研究表明，培养基中蔗糖浓度过高不利于早生新水花粉的离体萌发及花粉管生长，蔗糖浓度为15%的固体培养基更适合花粉离体萌发，蔗糖浓度为20%抑制花粉萌发。这与已报道[9]的“随着蔗糖浓度增加，花粉萌发率和花粉管长度都逐渐增加，但浓度过高时表现出一定的抑制作用”相一致。其原因可能是蔗糖浓度过高会造成花粉细胞质壁分离，从而影响花粉的萌发，而蔗糖浓度适宜时花粉内外的渗透压保持平衡，从而可维持花粉正常的生活力，有利于萌发。研究还得出蔗糖浓度为10%和15%，花粉管生长加快，10%比15%效果显著。可见，最适合花粉萌发的蔗糖浓度与最适合花粉管生长的浓度不同，分别为15%和10%，这与陈迪新的研究相吻合[10]。多数花粉离体萌发和花粉管生长的蔗糖浓度使用10%，可能与品种本身有关，也可能是由于蔗糖浓度为10%，花粉管生长也较好，不影响受精。

植物生殖生长时期对高温胁迫非常敏感，雄性器官受高温的影响更大[11]，通常会引起植物花粉数量减少、结构异常、生活力下降、花粉管畸形、伸长受阻和雄性败育趋势增加等现象[12-13]。有研究发现水稻抽穗开花期的高温等不利环境因素会影响花粉发育和育性,花药开裂和花粉可染率明显下降,从而降低结实率,引起产量下降[14]；新鲜番茄花粉在33 ℃和38 ℃温度下处理，显著降低番茄花粉的萌发率，温度越高、处理时间越长其降低的幅度越大[15]。辣椒在30、35、40 ℃高温处理下，花粉活力下降，直接导致结实率下降[16]。本研究得出大棚早生新水白蕾期花蕾耐高温为35 ℃且不超过2 h，修复后，花粉萌发率与对照相比受影响小，35 ℃高温持续时间越长，花粉萌发率越低，40 ℃高温显著降低花粉萌发率；白蕾期遇高温35、40 ℃时，修复后，花粉管生长加快，因此花粉萌发率比花粉管长度受高温影响大。可见温度对花粉萌发率影响大，对花粉活力起关键作用。李宁等[17]对榛子研究也表明温度是影响花粉活力的主要因子。Delph等[18]也得出温度是影响植物花粉活力的重要因素之一的结论。

高温对花粉活力造成的伤害是无法修复弥补的，且是持续的，即使后期条件变好也不能使它恢复原有的活力。这说明高温对设施栽培作物花药的花粉活力造成的伤害是无法修复的，因此在生产中为了保证坐果率、产量，大棚内花前温度管理非常重要，应及时通风，尽量避免35 ℃高温长时间出现。

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(责任编辑：许晶晶)

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

上海市果业产业技术体系[沪农科产字(2016)第7号]；国家科技部星火计划项目(2012GA680002)。

王晓庆(1981─)，女，助理研究员，主要从事梨树栽培与生理研究。*通讯作者：骆军。

S661.2

A

1001-8581(2017)07-0040-04