溫度對櫻桃番茄花粉活力及萌發率的影響

羅艷 于琴芝 王先裕 陳鵬 汪茜 唐振權 黃慶島

摘要 為探究外界環境溫度對番茄花粉活力及萌發率的影響，以櫻桃番茄西大櫻粉1號父本YA-4-3-1-8花粉為研究對象，利用紅墨水染色法、液體培養基離體萌發法檢測花粉活力及萌發率。采用相關分析和回歸分析法，分析了最高溫度、最低溫度、溫差對番茄花粉活力及萌發率的影響。結果表明，櫻桃番茄花粉的萌發率與最高溫度、最低溫度和溫差均存在極顯著的相關性，而活力則與最高溫度、溫差呈現出極顯著相關。花盛開前第2天的最高溫度、最低溫度和溫差對番茄花粉萌發率的影響最大，具有顯著的負相關關系;花盛開當天的最高溫度、盛開前第2天的最低溫度和溫差對花粉活力的影響最大。同時，活力與最高溫度、溫差存在顯著負相關性，與最低溫度具有顯著正相關關系。可見，環境溫度的變化會對花粉活力及萌發率受產生不同程度的影響，高溫條件下，極易使花粉活力及萌發率下降。此外，花朵盛放前和當天的溫度變化，與花粉活力及萌發率的相關性也存在一定的差異。其中，開放前的溫度對花粉萌發率的影響更加突出。花粉活力及萌發率不僅只受當天溫度的影響，開放前的溫度變化也會對其造成顯著的影響溫度過高或過低都會影響花粉的發育，最終導致番茄產量下降。

關鍵詞 櫻桃番茄;溫度;花粉;活力;萌發率

中圖分類號 S641.2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）22-0053-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.22.013

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Temperature on Pollen Viability and Germination of Cherry Tomato

LUO Yan YU Qin-zhi WANG Xian-yu3 et al （1.College of Agronomy，Guangxi University，Nanning，Guangxi? 530004;2.Guilin Economic Crops Technology Extending Station，Guilin，Guangxi 541100;3.Agriculture and Animal Husbandry Industry Development Institute，Guangxi University，Nanning，Guangxi? 530004）

Abstract? In order to explore the effects of environmental temperature on pollen vitality and germination rate of tomato，the pollen of male parent YA-4-3-1-8 of cherry tomato Xidayingfen No.1 was taken as the research object，and the pollen vitality and germination rate were detected by red ink staining and in vitro germination of liquid medium.Correlation analysis and regression analysis were used to analyze the effects of maximum temperature，minimum temperature and temperature difference on pollen vitality and germination rate of tomato.The results showed that the germination rate of cherry tomato pollen was significantly correlated with the maximum temperature，minimum temperature and temperature difference，while the vitality was significantly correlated with the maximum temperature and temperature difference.The highest temperature，the lowest temperature and the temperature difference on the second day before blooming had the greatest influence on the germination rate of tomato pollen，and had a significant negative correlation;The highest temperature on the day of flower blooming，the lowest temperature and temperature difference on the first two days had the greatest influence on pollen vitality.Meanwhile，pollen vitality had a significant negative correlation with the highest temperature and temperature difference，and a significant positive correlation with the lowest temperature.It can be concluded that the change of environmental temperature could affect the pollen vitality and germination rate in different degrees.Under high temperature，the pollen vitality and germination rate were easy to decline.In addition，there were some differences in the correlation between the temperature changes before and on the day of flower blooming and the pollen vitality and germination rate.Among them，the effects of temperature before opening on pollen germination rate was more prominent.Pollen viability and germination rate not only affected by the temperature of the day，but also by the temperature change before opening.Too high or too low temperature affected the development of pollen，and eventually lead to the decline of tomato yield.

Key words Cherry tomato;Temperature;Pollen;Vitality;Germination rate

番茄（Solarium lycopersicum）原產于南美安第斯山脈地區，屬喜溫性蔬菜[1]。番茄是世界上消費最為廣泛的蔬菜，不僅是重要的經濟作物，而且也是用于研究的模式植物[2]。實際上，花粉是有花植物系統發育中較為保守的器官，對周圍環境溫度變化的反應非常敏感[3]。因此，研究分析最高溫、最低溫及溫差對番茄花粉生活力的影響，對于制定合理的栽培技術方案和制種方案、控制落花落果、增加番茄產量有著重要作用。

植物本身對溫度的耐受范圍存在一定的差異，不同物種的花粉對溫度脅迫的敏感程度也不一樣[4]。其中，起源于熱帶和亞熱帶的植物對溫度反應更加突出，如番茄、黃瓜、甜椒和水稻等[5-6]。大量研究結果顯示，番茄、小麥、甜椒等開花植物在生殖生長階段對溫度脅迫高度敏感[7-9]，而花粉發育是生殖生長過程中對溫度脅迫最敏感的時期[10]，花粉比雌蕊對溫度更敏感[7，11]。在以擬南芥、水稻等模式植物為主的眾多研究結果表明，溫度脅迫影響絨氈層降解，進而影響糖代謝，導致花粉壁發育的異常，最終致使花粉活力及萌發率的降低[12-14]。研究表明，水稻在抽穗開花期對高溫特別敏感，是受高溫危害最嚴重的時期[15];處于開花期的水稻，連續3 d 以上置于35 ℃的高溫條件下，會嚴重影響花粉管的伸長[16-17];同時發現處于小孢子時期（開花前3～5 d）和成熟花粉時期的花粉對低溫處理最敏感[18-19]。

溫度脅迫對植物的影響非常復雜，對植物的損傷程度取決于溫度改變的程度、持久性和速率等[20-21]。前人對于溫度對番茄花粉的影響研究多集中在花粉的貯藏條件、花粉萌發培養最適的培養條件及溫度影響花粉的生理機制等方面，且溫度與花粉活力及萌發率多是人工控制環境溫度條件下進行的研究試驗。而對于室外自然環境溫度下櫻桃番茄花朵盛開放前的溫度對花粉活力及萌發率的影響研究尚少。鑒于此，筆者采用SPSS 軟件對可能影響番茄花粉活力及萌發率的3個溫度效應因子進行相關性分析和回歸分析，以期進一步了解其對花粉活力及萌發率的影響程度，為番茄制種育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為廣西大學農學院番茄課題組培育的優良番茄雜交一代新品種西大櫻粉1號的父本YA-4-3-1-8。試驗于2020年夏季在廣西桂林資源番茄試驗基地開展。采用最高最低寒暑表記錄田間的最高溫度和最低溫度，最高、最低溫度寒暑表距地面1.5 m。用顯微鏡（XW-002）觀察花粉活力及萌發率。

1.2 試驗方法

1.2.1 花粉采集。

在盛花期的晴天09：00—10：00，采集當天開放的花朵，帶回實驗室后剝離花瓣，做好標記記錄，放在培養皿中備用。

1.2.2 番茄花粉生活力的測定。

采用紅墨水染色法進行番茄花粉生活力的測定。取少許花粉放在干凈整潔的載玻片上，加1～2滴10%紅墨水溶液，攪勻后蓋上蓋玻片，靜置10～15 min后置于顯微鏡（10×10）下鏡檢，被染為紅色的花粉為已失去活力，無色為有活力花粉。花粉活力（%）=（染色花粉粒數/花粉粒總數）×100%。

采用液體培養基進行花粉離體培養。培養基主要成分是蔗糖溶液、硼酸，濃度分別為15%、0.01%。將配好的培養液加入帶凹槽的載玻片上，撒播花粉后置于放有濕潤濾紙的培養皿中，常溫下（25 ℃）暗培養4 h后置于顯微鏡（10×10）下，觀察統計花粉萌發率。每個處理設置5個重復，每個重復觀察3個不重疊視野，且每個視野花粉總數大于50粒，萌發標準以花粉管長度大于花粉粒直徑的一半為準。花粉萌發率（%）=（萌發花粉數/總花粉數）×100%。

1.2.3 數據分析。

采用Excel進行試驗數據統計分析及作圖;采用SPSS軟件進行Pearson相關性分析和回歸分析。

2 結果與分析

2.1 番茄花粉活力及萌發率的測定

圖1中a、b、c所顯示的分別是7月10、15、20日測定的當日完全開放的新鮮花粉，花粉活力分別為87.84%、47.86%、70.59%。圖2中a、b、c分別顯示的是7月10、15、20日測定的當日完全開放的離體培養的新鮮花粉，萌發率分別為88.24%、36.03%、52.22%。

由圖3溫度變化情況可知，7月10日當天及其前3 d的最高溫度均小于30 ℃，最低溫度大于20 ℃小于25 ℃，溫差較小;7月15日當天及前3 d最高溫度均大于30 ℃，其中14日的溫度甚至超過了35? ℃，最低溫度大于20 ℃小于25 ℃，其中當天和前2天小于或等于20 ℃，溫差相對大一些;7月20日當天及前3 d的溫度大于30 ℃而小于35 ℃，最低溫度維持在20～25 ℃，溫差小。結合圖3、 可以直觀地看出花盛放前的溫度、溫差對花粉活力及萌發率存在一定的程度的影響。

2.2 各效應因子的變異分析 影響花粉的各溫度因子基本統計結果見表 變異系數范圍在9.88%～35.44%，其中變異系數最大的是溫差，高達35.44%，其次是最低溫度，為10.57%，最高溫度的變異系數最低，為9.88%。較高的變異系數表明其每天變化較大且不穩定。

2.3 相關性分析

2.3.1 最高溫度、最低溫度、溫差與花粉萌發率間的相關性分析。采用Pearson相關系數來分析各變量與相關指標之間的相關關系，結果如表2所示。由表2可知，萌發率與最高溫度、最低溫度和溫差均存在極顯著相關。萌發率與最高溫度呈顯著負相關;萌發率與最低溫度呈顯著正相關;萌發率與溫差呈顯著負相關性。結合溫度變化情況（圖3），可初步推測24.9～25.5 ℃更適合花粉萌發。

2.3.2 最高溫度、最低溫度、溫差與花粉活力間的相關性分析。對最高溫度、最低溫度和溫差進行相關性分析，得出活力與最高溫度、最低溫度、溫差的相關系數，結果如表3所示。活力與最高溫度、溫差呈極顯著負相關，這2個因素對活力都有顯著的協同關系，而花粉活力與最低溫度無顯著的相關性。

2.3.3 開花前3 d的溫度與花粉萌發率間的相關性分析。

通過對開花當天和前3 d的最高溫度進行相關性分析比較，結果如表4所示，可以發現開花當天和前2 d的最高溫度對花粉萌發率的影響較大，呈顯著的負相關關系，其中花粉萌發率與開花前第2天的最高溫度的相關系數最大。

相關性分析比較結果見表 由表5可以發現開花當天和前3 d的最低溫度與花粉萌發率有極顯著的正相關性，與前第2天的最低溫度的相關系數為0.602。

由表6可知，花完全開放當天與前3 d的最低溫度與花粉萌發率有極顯著的負相關性，與開花前第2天的溫差的相關系數為-0.687。

綜上所述，花朵完全開放前第2天的最高溫度、最低溫度和溫差對萌發率的影響最大。

2.3.4 開花前3天的溫度與花粉活力間的相關性分析。對開花當天和前3 d的最高溫度進行相關性分析比較，結果如表7所示。由表7可知，花粉的活力與花朵完全開放當天和前1 d的最高溫度呈極顯著的負相關關系，其中當天的最高溫度對花粉活力的影響最大。

對開花當天和前3 d的最低溫度進行相關性分析比較，結果如表8所示。由表8可知，活力與開花前第2天的最低溫度有顯著的正相關關系，與開花前第2天最低溫度的相關系數為0.296。

對開花當天和前3 d的溫差進行相關性分析比較，結果如表9所示。由表9可知，花粉的活力與花朵完全開放當天和前3 d的溫差呈極顯著的負相關關系，其中開花第2天的溫差對萌發率的影響最大，這與萌發率是一致的。

綜上所述，當天的最高溫度對花粉活力的影響最大，開花前2天的最低溫度和溫差對活力的影響最大。與萌發率不同，活力沒有明顯的規律。

2.4 回歸分析

2.4.1 溫度對花粉萌發率的影響。進一步回歸分析結果如表10所示。最高溫度的回歸系數值小于0，且P=0.005<0.0 因此最高溫度會對花粉萌發率產生顯著的負向影響。而最低溫度的回歸系數值為0.02 P=0.00<0. 因此最低溫度會對花粉萌發率產生顯著的正向影響。

由表10可知，溫差的回歸系數為-0.023小于0，且P=0.000<0.0 意味著溫差會對花粉萌發率產生極顯著的負向影響。溫差越小，萌發率越高，這與相關性分析結果一致。

由表10可知，溫差的回歸系數值為-0.01 小于0，且P=0.005<0.0 因此溫差對花粉萌發率產生極顯著的負向影響。溫差越小，萌發率越高，這與相關性分析結果一致。

2.4.2 溫度對花粉活力的影響。

回歸分析結果如表11所示。由表11可知，最高溫度的回歸系數為-0.017，小于0且P=0.000<0.0 因此最高溫度會對花粉活力產生極顯著的負向影響。最高溫度越低，活力越高，這與相關性分析結果一致。

3 討論

溫度過高或過低都會使番茄及其花粉生理活動出現異常，如內源生長調節物質含量變化、糖代謝減慢等，從而阻礙花粉的發育和萌發。正常溫度下，碳水化合物以淀粉的形式儲存于花粉中，因此溫度脅迫下番茄花粉粒中是否貯藏有足夠多的淀粉以及淀粉能否有效水解是花粉保持生活力的關鍵[22]。該研究發現番茄開花前遇高溫，其花粉活力及萌發率會顯著下降，這可能是由于高溫阻礙了淀粉在花粉粒中貯藏的一系列生理生化反應，影響了花粉的發育及萌發過程。Sato等[23]認為，中度的高溫脅迫并不會影響蔗糖從番茄葉片到花藥的運輸，中度高溫脅迫會通過降低轉化酶的活性而抑制蔗糖的水解，從而阻礙花藥和花粉的正常發育，花粉生活力降低。前人研究發現，高溫降低了辣椒成熟花粉中酶的活性，影響了糖代謝，阻礙了花粉的萌發和花粉管的伸長[24-25]。植物開花期溫度過高或過低都會破壞絨氈層中的糖代謝過程，使碳水化合物無法在花粉粒中積累[10]，導致花粉萌發率顯著降低[26]。溫度脅迫也會導致花器官中生長激素缺乏，花粉活力下降，萌發率降低。另外，響應溫度脅迫的相關基因沒有在花粉粒中積累也會使溫度脅迫下番茄花粉活力及萌發率下降[27]。

溫差有利于養分積累。番茄相對生長速度加快，干物質積累量增多。在適溫范圍內，當日平均溫度一致時，晝夜溫差對番茄生長有顯著影響[28]。因此，番茄生產中需要控制在合理的晝夜溫差。

許霞[29]研究發現，不同溫度環境下花粉萌發率差異顯著，25 ℃條件下花粉萌發率比其他溫度條件下高得多。該研究結果與許霞的研究結果類似，發現24.9 ℃條件下是更適宜花粉萌發的溫度。焦和平[30]研究發現，花粉萌發的最佳溫度為21 ℃，溫度過高或過低都會造成生理失調。番茄的最適日均溫在21～24 ℃，具體溫度取決于其所處的發育階段[31]。番茄在開花期，28 ℃下持續12 h就會使花粉萌發率顯著降低[32]。該研究發現，當溫度高于30 ℃時，番茄花粉的活力顯著下降。此外，番茄花粉萌發時的溫度高于34 ℃時花粉的活力及萌發率會顯著降低，而且花粉粒脫離母體時，高溫對其傷害更大[8，33]。

溫度是影響番茄花粉萌發的重要氣象因素之一，生長發育階段遭受溫度的起伏變化會對植物體內生理代謝造成極大的變化。對于番茄而言，不同品種對溫度的應答存在差異，不同高溫或低溫持續時間對同一品種的影響也完全不同。該研究反映了各效應因子與花粉活力及萌發率的相互關系。花粉萌發率與本身的基因遺傳、激素水平的變化、可溶性糖和淀粉含量的變化、外界環境中的空氣相對濕度等有關，因此還需進行更加嚴密的進一步試驗，使結論更可靠。

4 結論

環境溫度的變化會對櫻桃番茄花粉活力及萌發率產生不同程度的影響。花粉發育過程對溫度反應非常敏感。番茄花粉活力經過低溫之后遇到適溫是可以恢復的，高溫條件下，極易使花粉活力及萌發率下降。同時，花盛放前和當天的溫度變化，與花粉活力及萌發率的相關性也存在一定的差異。花粉活力及萌發率不僅只受當天溫度的影響，開放前的溫度變化也會對其造成顯著的影響，其中開放前的溫度對花粉萌發率的影響更加突出。溫度過高或過低都不利于授粉座果，最終影響番茄產量，因此生產上應設法避免。

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