不同溫濕度處理對(duì)山核桃授粉期雌雄花發(fā)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(huán)境因子對(duì)雌雄花發(fā)育的影響，以離體水培的授粉期山核桃?guī)Щㄖl為試驗(yàn)材料，設(shè)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(gè)處理，連續(xù)觀察、拍照、記錄不同溫濕度條件下雌雄花的發(fā)育狀況，并測(cè)定模擬雨天環(huán)境的清水浸泡下花粉活力。研究結(jié)果表明，山核桃授粉期溫濕度會(huì)明顯影響雌雄花的發(fā)育成熟時(shí)間和花粉活力，高溫環(huán)境可以促進(jìn)山核桃花器快速發(fā)育成熟，縮短發(fā)育成熟時(shí)間;高濕度環(huán)境則會(huì)推遲花器的發(fā)育成熟，延長發(fā)育成熟時(shí)間;高溫高濕條件下會(huì)出現(xiàn)明顯的落花現(xiàn)象，花粉活力會(huì)隨著浸泡時(shí)間的延長快速下降。

關(guān)鍵詞：山核桃;溫度;濕度;發(fā)育狀態(tài);花粉活力

中圖分類號(hào)： S664.101 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：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(yǎng)價(jià)值高和獨(dú)特的芳香等眾多特點(diǎn)而享譽(yù)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(qū)，是當(dāng)?shù)厣絽^(qū)農(nóng)民主要的經(jīng)濟(jì)收入來源[1]。自20世紀(jì)80年代以來，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，栽培面積已達(dá)11.4萬hm2以上，并成為當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興的支柱產(chǎn)業(yè)。影響山核桃生長發(fā)育和產(chǎn)量的因素除自身的生物學(xué)特性和土壤肥力外，主要是氣象因子。國內(nèi)外都有不同的學(xué)者研究了氣象因子對(duì)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(chǎn)量，花期多雨會(huì)影響授粉，能使大年變?yōu)樾∧闧2];陳國瑞等就氣候條件對(duì)山核桃產(chǎn)量的影響作了相關(guān)分析[3];Kotwaliwale等研究了薄殼山核桃栽培變種、相對(duì)濕度與產(chǎn)量的關(guān)系[4];金志鳳等提出了影響山核桃產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃訛榛ㄆ诮邓亢颓缣鞌?shù)等[5]。以上研究均表明，氣象因子對(duì)山核桃的生長發(fā)育和產(chǎn)量有著非常大的作用，但有關(guān)山核桃授粉期溫度、濕度對(duì)雌雄花生長發(fā)育、成熟、授粉等作用機(jī)制的研究至今尚未見報(bào)道。為更好地揭示山核桃授粉期氣象環(huán)境因子對(duì)雌雄花發(fā)育成熟過程的影響，本試驗(yàn)針對(duì)山核桃進(jìn)行不同溫度、濕度處理方式的離體水培和模擬雨天環(huán)境對(duì)雌花花期和對(duì)雄花散粉及其花粉活力影響的研究，通過連續(xù)觀察、拍照、記錄及統(tǒng)計(jì)，分析得出山核桃授粉期內(nèi)溫度、濕度與雌雄花生長發(fā)育狀態(tài)及落花關(guān)系以及清水浸泡時(shí)間對(duì)花粉活力的影響，以期為山核桃產(chǎn)業(yè)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論指導(dǎo)，以及提高氣象災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力，對(duì)減少極端天氣帶來的損失具有實(shí)際意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

在浙江省杭州市臨安區(qū)山核桃重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)湍口鎮(zhèn)選擇1株處于結(jié)果盛期，生長情況較好且穩(wěn)定投產(chǎn)20年以上的健康山核桃植株，按不同方向采集粗細(xì)相近的標(biāo)準(zhǔn)枝條共計(jì)112個(gè)，每個(gè)枝條上帶有未到開花散粉及授粉狀態(tài)的健康無病蟲害的雄花序（10±2）個(gè)、雌花（15±2）朵。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 溫濕度影響山核桃雌雄花的生長發(fā)育 將所采集來的標(biāo)準(zhǔn)枝條分成24份，每4份（即4個(gè)重復(fù)）為一組作為一個(gè)處理樣品放入同一型號(hào)的人工智能光照培養(yǎng)箱中，每份4個(gè)枝條，共計(jì)6個(gè)處理組。以份為單位斜剪去基部少許露出新茬進(jìn)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(tǒng)計(jì)雌雄花生長發(fā)育狀態(tài)及落花情況。雌雄花發(fā)育成熟狀態(tài)劃分參照夏國華對(duì)山核桃生殖生物學(xué)的研究[6]，根據(jù)雄花藥的顏色分為青綠、半黑（花藥由綠轉(zhuǎn)黃且部分發(fā)黑）、全黑等3個(gè)發(fā)育階段，依次表示散粉前期、散粉盛期和散粉末期;雌花發(fā)育狀態(tài)依據(jù)柱頭顏色劃分為青綠、微紅、鮮紅、紫紅、紫黑等5個(gè)發(fā)育階段。具體每組處理方法如表1所示。

1.2.2 清水浸泡對(duì)花粉活力的影響 采集試驗(yàn)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(huán)境對(duì)花粉活力的影響，分別于處理0、2、4、24、48 h時(shí)測(cè)定花粉活力。花粉活力采用氟鉻反應(yīng)（FCR）熒光染色法[7]測(cè)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(gè)處理3次重復(fù)，每次重復(fù)觀察5個(gè)視野，統(tǒng)計(jì)每個(gè)視野內(nèi)花粉顆?？倲?shù)和被染色花粉顆粒總數(shù)?；ǚ刍盍τ?jì)算方法：

花粉活力=視野內(nèi)變綠花粉顆粒數(shù)量/視野內(nèi)花粉顆粒總數(shù)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003計(jì)算和分析，對(duì)百分率數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換，其獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)和方差分析處理均采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析處理，多重比較采用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫濕度對(duì)花藥成熟發(fā)育的影響

正常生長情況下，山核桃花藥成熟過程中，在形態(tài)上呈現(xiàn)由青綠色向綠黃色轉(zhuǎn)變，隨之花粉囊裂開花粉撒出后呈灰黑色，最后花藥全部轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，花序脫?而當(dāng)遇到不利的氣候條件或病害時(shí)，雄花序會(huì)出現(xiàn)霉變而發(fā)黑。由圖1可知，溫濕度條件明顯影響了山核桃雄花的發(fā)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(fā)育成熟速度最快，雄花序花藥青綠狀態(tài)所占的比例快速下降，至5月6日全部轉(zhuǎn)變成半黑或全黑狀態(tài)，在處理的第2天出現(xiàn)半黑和全黑狀態(tài)的雄花序，半黑狀態(tài)所占比例最高出現(xiàn)在5月4日，為41.30%，至5月7日雄花全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿跔顟B(tài)。雄花發(fā)育成熟速度最慢的是處于低溫高濕環(huán)境下的處理3（圖1-C），至處理結(jié)束的5月13日，還有48.78%的雄花處于青綠狀態(tài)，全黑狀態(tài)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(huán)境下，雄花處于半黑狀態(tài)所占的比例較高，且持續(xù)時(shí)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(fā)育成熟規(guī)律則介于低溫處理和高溫處理之間。

溫濕度環(huán)境的差異對(duì)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(xiàn)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(jié)果表明，溫濕度環(huán)境明顯影響了山核桃雄花的發(fā)育進(jìn)程，高溫環(huán)境促進(jìn)雄花快速發(fā)育成熟，縮短雄花發(fā)育成熟時(shí)間;高濕度環(huán)境則會(huì)推遲雄花的發(fā)育成熟，延長雄花發(fā)育成熟時(shí)間;同時(shí)，高溫高濕環(huán)境會(huì)明顯增加落花比例，不利于雄花散粉。

2.2 不同溫濕度對(duì)雌花發(fā)育的影響

山核桃雌花發(fā)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(dāng)雌花柱頭為鮮紅色時(shí)接受花粉能力最強(qiáng)，授粉后坐果率最高。對(duì)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(yàn)結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)樽霞t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(tài)，其余為微紅（21.95%）和鮮紅（12.2%）。從圖中還可以看出，低溫環(huán)境下的處理1和處理3雌花鮮紅狀態(tài)所占的比例隨著處理時(shí)間的延長逐步升高;而高溫環(huán)境下的處理2和處理4均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，其雌花鮮紅狀態(tài)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(tài)所占比例快速降低，至5月9日和5月11日雌花鮮紅狀態(tài)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(fā)育成熟規(guī)律則介于低溫處理和高溫處理之間。

溫濕度環(huán)境對(duì)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(dá)到了90%，落果率最低的則是處于低溫環(huán)境的處理1和處理3，落果率分別為4.92%、4.88%。

上述結(jié)果表明，溫濕度環(huán)境明顯影響了山核桃雌花的發(fā)育進(jìn)程，高溫環(huán)境促進(jìn)雌花快速發(fā)育成熟，縮短雌花發(fā)育成熟時(shí)間;高濕度環(huán)境則會(huì)推遲雌花的發(fā)育成熟，延長雌花發(fā)育成熟時(shí)間;同時(shí)，高溫高濕環(huán)境會(huì)明顯增加落花比例，不利于雌花授粉。

2.3 清水浸泡對(duì)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(duì)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(shí)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(jié)果表明，模擬連續(xù)降雨環(huán)境的清水浸泡會(huì)導(dǎo)致山核桃雄花花粉失活，從而影響山核桃雌花的授粉結(jié)果。

3 結(jié)論與討論

有研究表明，山核桃花器發(fā)育階段的不同，其雄花花粉質(zhì)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(tài)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(shí)，接受花粉能力最強(qiáng)，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(shí)間越長，越有利于雌花的授粉結(jié)果[9-10]。本研究結(jié)果顯示，溫濕度環(huán)境明顯影響了山核桃授粉期雌雄花的發(fā)育進(jìn)程，高溫低濕環(huán)境下山核桃雄花發(fā)育速度最快，散粉盛期時(shí)間最短，所有雄花序在7 d時(shí)間內(nèi)已全部發(fā)育成熟，進(jìn)入散粉后期，而低溫高濕環(huán)境下雄花發(fā)育速度最慢，至試驗(yàn)結(jié)束的5月13日，完成發(fā)育成熟進(jìn)入散粉后期的雄花序占比僅為7.32%。山核桃雌花發(fā)育狀態(tài)對(duì)環(huán)境溫濕度的響應(yīng)與雄花一致，也表現(xiàn)出高溫低濕環(huán)境下發(fā)育速度最快，發(fā)育成熟時(shí)間最短。試驗(yàn)結(jié)果表明高溫環(huán)境可以促進(jìn)山核桃花器快速發(fā)育成熟，縮短發(fā)育成熟時(shí)間;高濕度環(huán)境則會(huì)推遲花器的發(fā)育成熟，延長發(fā)育成熟時(shí)間，這與王開良等研究余甘子（Phyllanthus emblica L.）開花物候特性的結(jié)果[11]相似，花期內(nèi)溫度越高、濕度越低花期持續(xù)時(shí)間越短，反之，若花期內(nèi)連續(xù)降雨，溫度越低，濕度越大，花期持續(xù)時(shí)間越長。同時(shí)由于山核桃雌雄花發(fā)育對(duì)溫濕度的響應(yīng)規(guī)律一致，授粉期內(nèi)溫濕度氣象因子不會(huì)造成雌雄花花期不遇的現(xiàn)象，因此當(dāng)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(duì)當(dāng)年山核桃的產(chǎn)量影響不大。

植物花粉活力受相對(duì)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(duì)濕度成顯著負(fù)相關(guān)[14]。本試驗(yàn)采用FCR熒光染色法測(cè)定不同蒸餾水浸泡時(shí)間下的山核桃花粉活力，模擬連續(xù)降雨對(duì)山核桃花粉活力的影響，結(jié)果顯示，隨著浸泡時(shí)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(shí)，無論是雌花還是雄花，在高溫高濕環(huán)境下，落花比例顯著增加，這說明高溫高濕不利于雌雄花的?；ㄗ?，當(dāng)連續(xù)高溫高濕時(shí)，山核桃雌雄花不管處在哪一發(fā)育階段都極易掉落，尤其是雄花序，高溫高濕容易導(dǎo)致雄花序發(fā)霉，進(jìn)而影響雄花序后期的散粉。本研究還發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)期內(nèi)部分高濕度處理的雄花花粉囊不能正常裂開，而后發(fā)霉變黑，這可能是因?yàn)楦邼穸拳h(huán)境下花粉囊不能正常裂開導(dǎo)致花粉粒發(fā)育成熟后無法正常散出，進(jìn)而發(fā)生霉變變黑現(xiàn)象。上述結(jié)果說明山核桃花期出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣會(huì)造成產(chǎn)量顯著降低[15]，其原因可能是高濕度環(huán)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(chǎn)量下降。

山核桃花期溫濕度會(huì)明顯影響雌雄花的發(fā)育成熟和花粉活力，高溫環(huán)境可以促進(jìn)山核桃花器快速發(fā)育成熟，縮短發(fā)育成熟時(shí)間;高濕度環(huán)境則會(huì)推遲花器的發(fā)育成熟，延長發(fā)育成熟時(shí)間;高溫高濕條件下會(huì)出現(xiàn)明顯的落花現(xiàn)象，花粉活力會(huì)隨著浸泡時(shí)間的延長快速下降。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)山核桃花期出現(xiàn)連續(xù)高溫陰雨天氣時(shí)，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(dāng)年山核桃的產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]高宇列. 天目山區(qū)山核桃產(chǎn)業(yè)成長研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2011：26-47.

[2]黎章矩. 關(guān)于山核桃大小年問題的探討[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，1964（8）：415-420.

[3]陳國瑞，黃必恒. 影響山核桃產(chǎn)量的主導(dǎo)氣象因子分析[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，9（2）：144-150.

[4]Kotwaliwale N，Brusewitz G H，Weckler P R. Physical characteristics of pecan components：effect of cultivar and relative humidity[J]. Transactions of the ASABE，2004，47（1）：227-231.

[5]金志鳳，袁德輝，李紹進(jìn)，等. 基于氣候因子的山核桃產(chǎn)量模擬[C]//中國氣象學(xué)會(huì)2005年年會(huì)論文集. 蘇州：中國氣象學(xué)會(huì)，2005：4088-4092.

[6]夏國華. 山核桃生殖生物學(xué)研究[D]. 南京：南京林業(yè)大學(xué)，2006：17-27.

[7]周英彪，彭卓倫，蔣雄輝，等. 白掌花粉活力檢測(cè)及其超低溫保存研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（1）：113-117.

[8]張 毅，裘銀偉，郭永偉，等. 山核桃離體花粉活力初步研究[J]. 江蘇林業(yè)科技，2007，34（6）：12-14，17.

[9]張 斌，夏國華，王正加，等. 山核桃開花生物學(xué)特性與雌花可授期[J]. 西南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，28（6）：1-4.

[10]黃有軍，王正加，鄭炳松，等. 山核桃雄蕊發(fā)育的解剖學(xué)研究[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，23（1）：56-60.

[11]王開良，姚小華，任華東，等. 余甘子開花物候特性研究[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究，2003，21（4）：17-20.

[12]王欽麗，盧龍斗，吳小琴，等. 花粉的保存及其生活力測(cè)定[J]. 植物學(xué)通報(bào)，2002，19（3）：365-173.

[13]辛董董，朱自果，候行行，等. 不同葡萄品種花粉生活力、花粉量及柱頭可授性的測(cè)定[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（4）：121-124.

[14]Boyle T H. Environmental control of moisture content and viability in Schlumbergera truncata （Cactaceae） pollen[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，2001，126（5）：625-630.

[15]朱蘭娟，李紹進(jìn). 氣候變化對(duì)山核桃產(chǎn)量的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，59（5）：808-810.