鈣源對梨花粉萌發及花粉管生長的影響

戴雨沁　程夢雨　顧佩乾　薄雨心， 陳佳豪　齊開杰　吳巨友　張紹鈴　王鵬

摘要：液體授粉是梨園省力化生產的重要技術，然而授粉液配方中硝酸鈣是易制爆危險化學品，其購買、儲存和應用受到很大限制。為篩選方便易得且可以促進花粉萌發和花粉管生長的鈣源，替換梨樹授粉液中的硝酸鈣，以促進梨樹液體授粉技術的推廣應用，共選取8種不同的鈣源，按照相同鈣濃度配制梨樹授粉液，并從花粉萌發和花粉管生長2個方面分析鈣源對梨花粉發育的影響。結果表明，培養4 h后，以葡萄糖酸鈣為鈣源時花粉萌發率和花粉管長度分別是硝酸鈣為鈣源的1.4倍和1.9倍。檸檬酸鈣作用優于硝酸鈣，乳酸鈣的作用與硝酸鈣相近，磷酸二氫鈣在促進花粉萌發方面作用明顯，但在促進花粉管生長方面作用與硝酸鈣處理相近。以氫氧化鈣、氯化鈣和甘氨酸鈣為鈣源時，梨花粉萌發率和花粉管長度均明顯低于硝酸鈣處理。葡萄糖酸鈣能明顯促進梨花粉萌發和花粉管生長，且方便易得，可以替換梨樹液體授粉配方中的硝酸鈣。

關鍵詞：梨;液體授粉;鈣;花粉萌發;花粉管生長

中圖分類號： S661.201? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）19-0142-03

收稿日期：2020-02-03

基金項目：國家自然科學基金（編號：31501715;31772276）;現代農業產業技術體系專項資金（編號：CARS29）。

作者簡介：戴雨沁（1999—），女，江蘇南通人，主要從事梨授粉技術研究。E-mail：1685575356@qq.com。

通信作者：王 鵬，博士，副研究員，主要從事梨授粉受精調控機理研究。E-mail：wangpeng@njau.edu.cn。

梨是自交不親和植物，自花授粉不能結果，只有經過授粉才能保證應有的產量和品質。梨樹授粉在傳統上多采用配制授粉樹以及昆蟲自然傳粉的方法，雖然省時省力，但是授粉效果不穩定，遇到不利天氣會導致嚴重減產;近年來多采用人工點授花粉，坐果成功率高，但是用工量大，成本很高[1]。液體授粉技術不僅授粉速度快，節約花粉，節省人工，還能夠增加柱頭養分，延長授粉受精時間，較好地解決了梨樹授粉難的產業問題，且對促進坐果、提高梨果實品質具有一定的作用[2-3]。目前該技術已在新疆、甘肅、山西、江蘇等梨產區推廣應用。

梨樹授粉液主成分包括硝酸鈣、硼酸、蔗糖和黃原膠。硝酸鈣主要提供鈣離子（Ca2+），在授粉液中鈣離子濃度約2 mmol/L。Ca2+是花粉萌發和花粉管生長必需的物質成分和信號分子。成熟花粉萌發時在萌發孔附近Ca2+濃度顯著升高，花粉深入柱頭后，與花粉尖端接觸位置的Ca2+濃度顯著升高，以滿足花粉管生長需要。花粉管中鈣離子濃度存在一定梯度，花粉管尖端鈣離子濃度呈現波動變化。授粉液中鈣離子濃度過高或過低都會導致花粉萌發和花粉管生長受到抑制[4-5]。硼是花粉管細胞壁的重要成分，硼酸與細胞壁中鼠李半乳糖醛酸2Ⅱ結合形成結構性果膠網格，調節細胞壁結構和性質，促進花粉管生長[6]。授粉液中的蔗糖可以為花粉管生長提供穩定的滲透壓和豐富的能量來源。黃原膠作為穩定劑，可以使花粉均勻分散在授粉液中，利于實施噴霧，不堵塞噴頭。因此梨樹授粉液的4種主要成分都有重要作用，缺一不可。

然而，因為授粉液配方中的硝酸鈣屬于易制爆化學品，購買、儲存和使用都受到嚴格管制，嚴重限制了梨樹液體授粉技術的實際應用。因此篩選合適的鈣源，替換授粉液中受管制的硝酸鈣，改良梨樹授粉液的配方，有利于推廣省力化栽培技術，降低梨果生產成本，促進梨產業發展。本研究以梨花粉為材料，按照梨樹授粉液配方，分別添加硝酸鈣、氯化鈣、磷酸二氫鈣、氫氧化鈣、葡萄糖酸鈣、乳酸鈣、檸檬酸鈣和甘氨酸鈣等8種不同的鈣源后，對梨花粉萌發和花粉管生長進行了檢測，以研究替換硝酸鈣的最佳方案。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用碭山酥梨花粉采自江蘇省徐州市，采集大蕾期梨花，打碎后篩取花藥留用。花藥在25 ℃干燥24 h，待花藥開裂，花粉散出后，過篩去除花藥殘渣，用硫酸紙包裹花粉，放入硅膠干燥盒中凍存于-20 ℃冰箱。

四水合硝酸鈣、無水氯化鈣、磷酸二氫鈣、氫氧化鈣、葡萄糖酸鈣、乳酸鈣、檸檬酸鈣、甘氨酸鈣、硼酸、蔗糖、黃原膠均使用分析純試劑。

1.2 試驗方法

分別使用四水合硝酸鈣、無水氯化鈣、磷酸二氫鈣、氫氧化鈣、葡萄糖酸鈣、乳酸鈣、檸檬酸鈣、甘氨酸鈣，按照鈣離子濃度0.5 g/L配制成授粉液，硼酸0.1 g/L，蔗糖150 g/L，黃原膠4 g/L。按照田間使用的授粉液配制方法，不需調節pH值。取少量梨精花粉充分分散在授粉液中，放置于恒溫振蕩培養箱中，25 ℃、100 r/min培養，每隔1 h取液體培養的花粉在顯微鏡下拍照，觀察記錄花粉萌發率并測量花粉管長度，每組試驗均重復3次以上。

2 結果與分析

2.1 不同鈣源可以導致授粉液pH值變化

梨花粉萌發和花粉管生長的最適pH值是6.5[7]。正常情況下，用硝酸鈣、硼酸、蔗糖和黃原膠配制的授粉液pH值范圍6～7，雖因所用水質不同而有所差異，但仍可以滿足梨花粉萌發和花粉管生長的需要，通常不需要調節pH值。這一特性便于梨農掌握授粉液配制技術，利于液體授粉技術的推廣應用。因此，在篩選可替代硝酸鈣的鈣源時，不對pH值進行額外調整。本研究中使用不同鈣鹽所配制的授粉液的pH值見表1。可見使用氫氧化鈣和甘氨酸鈣所配制的授粉液的pH值均大于9，明顯偏高;使用磷酸二氫鈣所配制的授粉液的pH值為4.78±0.13，明顯偏酸性。使用硝酸鈣、氯化鈣、葡萄糖酸鈣、乳酸鈣和檸檬酸鈣配制的授粉液的pH值接近中性，均在6～7范圍內。

2.2 授粉液中不同鈣源對梨花粉萌發率和花粉管生長的影響

分別使用硝酸鈣、氯化鈣、磷酸二氫鈣、氫氧化鈣、葡萄糖酸鈣、乳酸鈣、檸檬酸鈣和甘氨酸鈣等8種不同的鈣源，按照相同的鈣離子濃度配制成授粉液。取梨花粉均勻分散在授粉液中，在25 ℃、100 r/min 條件下振蕩培養。每小時取樣進行顯微拍照，統計花粉萌發率和花粉管生長長度（圖1）。

結果發現，在不同鈣源的授粉液中梨花粉萌發率有明顯差異。以硝酸鈣配制的授粉液為基準，磷酸二氫鈣、葡萄糖酸鈣和檸檬酸鈣作為鈣源時，梨花粉萌發率明顯高于硝酸鈣;乳酸鈣作為鈣源時，梨花粉萌發率與硝酸鈣相當;氯化鈣、氫氧化鈣和甘氨酸鈣作為鈣源時，花粉萌發率明顯低于硝酸鈣。其中以磷酸二氫鈣為鈣源時，梨花粉萌發率最高，可以達到62%;其次為葡萄糖酸鈣，花粉萌發率達到56%，均明顯高于硝酸鈣為鈣源時的花粉萌發率（約40%）（圖2-A）。

以不同鈣源配制的授粉液對花粉管生長也有明顯影響（圖2-B）。以硝酸鈣為鈣源時梨花粉管4 h 可以生長136 μm，乳酸鈣和磷酸二氫鈣與硝酸鈣的作用相近，花粉管在4 h后可分別生長153 μm和123 μm。葡萄糖酸鈣為鈣源時授粉液中梨花粉管生長最快，梨花粉管4 h可以生長259 μm，是硝酸鈣為鈣源時的1.9倍。檸檬酸鈣促進花粉管生長的作用也較強，梨花粉管4 h可以生長196 μm。氯化鈣、氫氧化鈣和甘氨酸鈣為鈣源時，花粉在授粉液中不能正常生長，4 h后花粉管平均長度低于40 μm。

綜合花粉萌發率和花粉管生長2個方面，葡萄糖酸鈣配制的授粉液效果最佳，其次為檸檬酸鈣，其促進梨花粉萌發和花粉管生長的效果均優于硝酸鈣。另外，試驗還發現氫氧化鈣、氯化鈣和甘氨酸鈣作為鈣源時，不能促進梨花粉萌發和花粉管的生長，不宜用于授粉液的配制。

3 討論

3.1 pH偏高會抑制梨花粉萌發和花粉管生長

梨花粉萌發和花粉管生長的最適pH值是6.5，授粉液pH值6～7時，促進花粉萌發和花粉管生長的效果最佳，pH值高于8.0，梨花粉萌發率和花粉管生長均受到顯著抑制，會造成液體授粉失敗[7-8]。氫氧化鈣和甘氨酸鈣配制的授粉液pH值均高于9.0，試驗發現以之為鈣源時花粉萌發和花粉管生長均受到明顯抑制。以磷酸二氫鈣配制的授粉液pH值為4.78±0.13，試驗發現磷酸二氫鈣為鈣源時較硝酸鈣對梨花粉萌發率有更明顯的促進作用，但是對梨花粉管生長的促進作用與硝酸鈣差異不明顯。磷酸二氫鈣在水中溶解度較小，僅為18 g/L（20 ℃），不易配制溶液，不推薦用于授粉液配制。

3.2 授粉液中氯離子抑制花粉萌發和花粉管生長

花粉管生長不需要氯離子（Cl-）[9]，Cl-對花粉管生長有抑制作用[10]。在本試驗中，授粉液中Ca2+濃度為2.12 mmol/L，以CaCl2為鈣源時，授粉液中Cl-的濃度為4.24 mmol/L。試驗結果表明，CaCl2為鈣源時花粉管生長受到明顯抑制，培養4 h后，梨花粉管長度為39 μm，僅為硝酸鈣配制授粉液時花粉管長度的28%，因此CaCl2不宜用于授粉液配制。

3.3 葡萄糖酸鈣是一種易得易用的梨樹授粉液鈣源

試驗結果表明，葡萄糖酸鈣和檸檬酸鈣作為鈣源對梨花粉萌發和花粉管生長的促進作用優于硝酸鈣。葡萄糖不僅可以作為能量物質，還是參與花粉管生長調控的信號分子[11]，本試驗中葡萄糖酸鈣促進花粉萌發和花粉管生長的作用明顯，培養4 h后，以葡萄糖酸鈣為鈣源時梨花粉萌發率和花粉管長度分別是硝酸鈣為鈣源時的1.4倍和1.9倍。葡萄糖酸鈣易溶于沸水，溶解度可達200 g/L，梨樹授粉液中Ca2+濃度為2.12 mmol/L，葡萄糖酸鈣用量為9 g/L。葡萄糖酸鈣作為一種食品添加劑易于獲得質量穩定、純度高的產品，價格便宜，容易購買，方便存儲，沒有食品安全隱患[12]，本試驗表明其對梨花粉萌發和花粉管生長有明顯的促進作用，是替換硝酸鈣的優化選擇。

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