不同溫濕度處理對山核桃授粉期雌雄花發育的影響

葉立前 袁紫倩 胡俊靖 趙偉明 董建華 李皓 鄭國良

摘要：為更好地揭示山核桃授粉期氣象環境因子對雌雄花發育的影響，以離體水培的授粉期山核桃帶花枝條為試驗材料，設置低溫低濕、高溫低濕、低溫高濕、高溫高濕、變溫低濕、變溫高濕等6個處理，連續觀察、拍照、記錄不同溫濕度條件下雌雄花的發育狀況，并測定模擬雨天環境的清水浸泡下花粉活力。研究結果表明，山核桃授粉期溫濕度會明顯影響雌雄花的發育成熟時間和花粉活力，高溫環境可以促進山核桃花器快速發育成熟，縮短發育成熟時間;高濕度環境則會推遲花器的發育成熟，延長發育成熟時間;高溫高濕條件下會出現明顯的落花現象，花粉活力會隨著浸泡時間的延長快速下降。

關鍵詞：山核桃;溫度;濕度;發育狀態;花粉活力

中圖分類號： S664.101 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）17-0161-05

山核桃（Carya cathayensis Sarg.）為胡桃科山核桃屬植物。由于其干果殼薄、果仁飽滿，營養價值高和獨特的芳香等眾多特點而享譽盛名，被人們廣泛種植利用。主要分布在浙江、安徽2省交界的天目山地區，是當地山區農民主要的經濟收入來源[1]。自20世紀80年代以來，歷經數十年的發展，栽培面積已達11.4萬hm2以上，并成為當地鄉村振興的支柱產業。影響山核桃生長發育和產量的因素除自身的生物學特性和土壤肥力外，主要是氣象因子。國內外都有不同的學者研究了氣象因子對山核桃的影響，黎章矩提出了氣候條件可以影響山核桃的產量，花期多雨會影響授粉，能使大年變為小年[2];陳國瑞等就氣候條件對山核桃產量的影響作了相關分析[3];Kotwaliwale等研究了薄殼山核桃栽培變種、相對濕度與產量的關系[4];金志鳳等提出了影響山核桃產量的主要氣候因子為花期降水量和晴天數等[5]。以上研究均表明，氣象因子對山核桃的生長發育和產量有著非常大的作用，但有關山核桃授粉期溫度、濕度對雌雄花生長發育、成熟、授粉等作用機制的研究至今尚未見報道。為更好地揭示山核桃授粉期氣象環境因子對雌雄花發育成熟過程的影響，本試驗針對山核桃進行不同溫度、濕度處理方式的離體水培和模擬雨天環境對雌花花期和對雄花散粉及其花粉活力影響的研究，通過連續觀察、拍照、記錄及統計，分析得出山核桃授粉期內溫度、濕度與雌雄花生長發育狀態及落花關系以及清水浸泡時間對花粉活力的影響，以期為山核桃產業的高產穩產提供理論指導，以及提高氣象災害預測預報能力，對減少極端天氣帶來的損失具有實際意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在浙江省杭州市臨安區山核桃重點產區湍口鎮選擇1株處于結果盛期，生長情況較好且穩定投產20年以上的健康山核桃植株，按不同方向采集粗細相近的標準枝條共計112個，每個枝條上帶有未到開花散粉及授粉狀態的健康無病蟲害的雄花序（10±2）個、雌花（15±2）朵。

1.2 試驗方法

1.2.1 溫濕度影響山核桃雌雄花的生長發育 將所采集來的標準枝條分成24份，每4份（即4個重復）為一組作為一個處理樣品放入同一型號的人工智能光照培養箱中，每份4個枝條，共計6個處理組。以份為單位斜剪去基部少許露出新茬進行離體水培，每2 d換1次清水并斜剪去基部少許。從2014年5月1日至5月13日每天觀察、拍照、記錄并統計雌雄花生長發育狀態及落花情況。雌雄花發育成熟狀態劃分參照夏國華對山核桃生殖生物學的研究[6]，根據雄花藥的顏色分為青綠、半黑（花藥由綠轉黃且部分發黑）、全黑等3個發育階段，依次表示散粉前期、散粉盛期和散粉末期;雌花發育狀態依據柱頭顏色劃分為青綠、微紅、鮮紅、紫紅、紫黑等5個發育階段。具體每組處理方法如表1所示。

1.2.2 清水浸泡對花粉活力的影響 采集試驗期間雄花散粉盛期自然散出的花粉，采用蒸餾水浸泡的方式模擬雨天環境對花粉活力的影響，分別于處理0、2、4、24、48 h時測定花粉活力。花粉活力采用氟鉻反應（FCR）熒光染色法[7]測定：取少許花粉于載玻片上，加2～3滴工作液，蓋上蓋玻片，2 min后置于熒光顯微鏡下觀察。每個處理3次重復，每次重復觀察5個視野，統計每個視野內花粉顆粒總數和被染色花粉顆粒總數。花粉活力計算方法：

花粉活力=視野內變綠花粉顆粒數量/視野內花粉顆粒總數×100%。

1.3 數據處理方法

試驗數據采用Excel 2003計算和分析，對百分率數據進行反正弦平方根轉換，其獨立樣本t檢驗和方差分析處理均采用SPSS 18.0統計軟件進行統計學分析處理，多重比較采用Duncan's新復極差法進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同溫濕度對花藥成熟發育的影響

正常生長情況下，山核桃花藥成熟過程中，在形態上呈現由青綠色向綠黃色轉變，隨之花粉囊裂開花粉撒出后呈灰黑色，最后花藥全部轉變為黑色，花序脫落;而當遇到不利的氣候條件或病害時，雄花序會出現霉變而發黑。由圖1可知，溫濕度條件明顯影響了山核桃雄花的發育狀況，雄花藥各顏色所占比例在不同處理下差異明顯。從圖中可以看出，高溫低濕的處理2（圖1-B）雄花發育成熟速度最快，雄花序花藥青綠狀態所占的比例快速下降，至5月6日全部轉變成半黑或全黑狀態，在處理的第2天出現半黑和全黑狀態的雄花序，半黑狀態所占比例最高出現在5月4日，為41.30%，至5月7日雄花全部轉變為全黑狀態。雄花發育成熟速度最慢的是處于低溫高濕環境下的處理3（圖1-C），至處理結束的5月13日，還有48.78%的雄花處于青綠狀態，全黑狀態的雄花僅占7.32%。從圖中還可以看在低溫低濕（處理1）、低溫高濕（處理3）環境下，雄花處于半黑狀態所占的比例較高，且持續時間較長。變溫處理的處理5（圖1-E）和處理6（圖1-F），其雄花發育成熟規律則介于低溫處理和高溫處理之間。

溫濕度環境的差異對山核桃雄花落花率也有明顯的影響，處理濕度越大溫度越高，雄花落花率越高，各處理間的落花率表現為處理4（98.08%）>處理6（96.82%）>處理5（23.81%）>處理2（13.04%）>處理3（9.76%）>處理1（8.16%）。

上述結果表明，溫濕度環境明顯影響了山核桃雄花的發育進程，高溫環境促進雄花快速發育成熟，縮短雄花發育成熟時間;高濕度環境則會推遲雄花的發育成熟，延長雄花發育成熟時間;同時，高溫高濕環境會明顯增加落花比例，不利于雄花散粉。

2.2 不同溫濕度對雌花發育的影響

山核桃雌花發育成熟過程中，柱頭顏色變化依次為青綠色→微紅色→鮮紅色→紫紅色→紫黑色，其中當雌花柱頭為鮮紅色時接受花粉能力最強，授粉后坐果率最高。對比不同處理下雌蕊成熟前后柱頭顏色比例變化可以看出，至試驗結束的5月13日，各處理雌花為青綠色所占的比例依次為34.43%（處理1）、0（處理2）、60.98%（處理3）、6.00%（處理4）、 20.34%（處理5）、 22.86%（處理6），其中高溫低濕的處理2在5月10日，全部雌花都轉變為紫紅色和紫黑色，而低溫高濕的處理3還有60.98%的雌花為青綠色狀態，其余為微紅（21.95%）和鮮紅（12.2%）。從圖中還可以看出，低溫環境下的處理1和處理3雌花鮮紅狀態所占的比例隨著處理時間的延長逐步升高;而高溫環境下的處理2和處理4均呈現先升高后降低的變化趨勢，其雌花鮮紅狀態占比最高的日期分別為5月7日和5月6日，之后雌花鮮紅狀態所占比例快速降低，至5月9日和5月11日雌花鮮紅狀態所占的比例降為0。變溫處理的處理5（圖2-E）和處理6（圖2-F），其雄花發育成熟規律則介于低溫處理和高溫處理之間。

溫濕度環境對山核桃雌花落花率具有明顯影響，高溫高濕的處理4落果率最高，達到了90%，落果率最低的則是處于低溫環境的處理1和處理3，落果率分別為4.92%、4.88%。

上述結果表明，溫濕度環境明顯影響了山核桃雌花的發育進程，高溫環境促進雌花快速發育成熟，縮短雌花發育成熟時間;高濕度環境則會推遲雌花的發育成熟，延長雌花發育成熟時間;同時，高溫高濕環境會明顯增加落花比例，不利于雌花授粉。

2.3 清水浸泡對雄花花粉活力的影響

從表2可以看出，清水浸泡雄花花粉后對花粉活力具有顯著影響，各處理間差異顯著（P<0.05）。未浸泡的山核桃雄花花粉活力為68.62%，隨著浸泡時間的延長，雄花花粉活力快速下降，浸泡2 h后，花粉活力降為43.56%，浸泡4 h后，花粉活力僅為7.77%，浸泡 48 h 后，所有的花粉全部失去活力。

上述結果表明，模擬連續降雨環境的清水浸泡會導致山核桃雄花花粉失活，從而影響山核桃雌花的授粉結果。

3 結論與討論

有研究表明，山核桃花器發育階段的不同，其雄花花粉質量和和雌花接受花粉的能力有顯著差異，散粉周期中花粉生活力變化平均值呈正態分布，散粉盛期花粉具最高生活力[8]。山核桃柱頭為鮮紅色時，接受花粉能力最強，其授粉后坐果率最高，因此，山核桃雌花顯花期柱頭保持鮮紅色的比例越高、時間越長，越有利于雌花的授粉結果[9-10]。本研究結果顯示，溫濕度環境明顯影響了山核桃授粉期雌雄花的發育進程，高溫低濕環境下山核桃雄花發育速度最快，散粉盛期時間最短，所有雄花序在7 d時間內已全部發育成熟，進入散粉后期，而低溫高濕環境下雄花發育速度最慢，至試驗結束的5月13日，完成發育成熟進入散粉后期的雄花序占比僅為7.32%。山核桃雌花發育狀態對環境溫濕度的響應與雄花一致，也表現出高溫低濕環境下發育速度最快，發育成熟時間最短。試驗結果表明高溫環境可以促進山核桃花器快速發育成熟，縮短發育成熟時間;高濕度環境則會推遲花器的發育成熟，延長發育成熟時間，這與王開良等研究余甘子（Phyllanthus emblica L.）開花物候特性的結果[11]相似，花期內溫度越高、濕度越低花期持續時間越短，反之，若花期內連續降雨，溫度越低，濕度越大，花期持續時間越長。同時由于山核桃雌雄花發育對溫濕度的響應規律一致，授粉期內溫濕度氣象因子不會造成雌雄花花期不遇的現象，因此當山核桃授粉期遭遇短暫的高溫降雨后放晴，雌雄花還能正常散粉授粉，對當年山核桃的產量影響不大。

植物花粉活力受相對濕度、溫度、大氣成分和大氣壓力等氣象因素的影響[12-13]。仙人掌花粉生活力與貯藏相對濕度成顯著負相關[14]。本試驗采用FCR熒光染色法測定不同蒸餾水浸泡時間下的山核桃花粉活力，模擬連續降雨對山核桃花粉活力的影響，結果顯示，隨著浸泡時間的延長，花粉活力快速下降，浸泡2 h后，花粉活力為43.56%，浸泡 4 h 后，花粉活力僅為7.77%，浸泡48 h后，所有的花粉全部失去活力。同時，無論是雌花還是雄花，在高溫高濕環境下，落花比例顯著增加，這說明高溫高濕不利于雌雄花的保花坐果，當連續高溫高濕時，山核桃雌雄花不管處在哪一發育階段都極易掉落，尤其是雄花序，高溫高濕容易導致雄花序發霉，進而影響雄花序后期的散粉。本研究還發現試驗期內部分高濕度處理的雄花花粉囊不能正常裂開，而后發霉變黑，這可能是因為高濕度環境下花粉囊不能正常裂開導致花粉粒發育成熟后無法正常散出，進而發生霉變變黑現象。上述結果說明山核桃花期出現連續陰雨天氣會造成產量顯著降低[15]，其原因可能是高濕度環境下，山核桃落花率日顯著增加，且雄花花粉囊不能正常開裂，花粉活力明顯降低，致使雄花不能正常散粉，雌花受精不良，從而造成產量下降。

山核桃花期溫濕度會明顯影響雌雄花的發育成熟和花粉活力，高溫環境可以促進山核桃花器快速發育成熟，縮短發育成熟時間;高濕度環境則會推遲花器的發育成熟，延長發育成熟時間;高溫高濕條件下會出現明顯的落花現象，花粉活力會隨著浸泡時間的延長快速下降。因此，在實際生產過程中，當山核桃花期出現連續高溫陰雨天氣時，須要提前采摘雄花序，通過陰干或烘干等其他處理方式得到花粉，并通過人工授粉的方式來保證當年山核桃的產量。

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