番茄原產于南美西部高原，屬喜溫蔬菜，對溫度比較敏感。研究表明，番茄的整個生長發育過程中，生殖生長時期對溫度最為敏感，這主要是因為花粉發育時期，尤其是減數分裂和配子形成時期是植物生殖過程中高敏感階段。高溫容易造成花粉敗育，從而導致授粉受精不良、座果率下降、畸形果率升高等問題。應對全球變暖這一嚴峻的環境問題，授粉前對花粉活性進行檢測和篩選，則成為番茄產量和品質的重要保障。

本實驗利用Ampha Z32花粉活力分析儀（IFC法）測試了采自多個國家的1000份番茄花粉的活性。圖1為1000份花粉活性的百分比堆積柱狀圖，其中綠色為活性花粉占比，紅色為死亡花粉的占比，紅圈內為Ampha Z32花粉活力分析儀測量得到細胞散點云圖。如圖所示，圖中最左側樣本的花粉活性幾乎達到了100%，最右側樣本的花粉活性幾乎為0%，細胞散點云圖中清晰區分出活性細胞類群和失活細胞類群。對于第900-1000個樣本的花粉活性小于10%，不適用于育種或種子生產，將直接被淘汰。


此外，本實驗還利用體外萌發法驗證了該方法的可靠性，分別采用標準發芽瓊脂培養基和改良的液體發芽緩沖液進行培養。如圖2所示，對于IFC法測量的活力大于80%的花粉，使用標準瓊脂培養基進行培養，花粉的萌發率小于20%，二者差異顯著；而使用改良后的萌發緩沖液，花粉的萌發率明顯增高且與IFC法測量結果一致。由此可見，番茄花粉的萌發受培養基類型的影響差異較大，選擇合適的培養基是準確判斷花粉萌發率的前提，在合適的培養條件下，IFC法與體外萌發法一致性極高，是一種可靠、便捷的測試方法。


標準發芽瓊脂培養基(■)和改良的液體發芽緩沖液(●)。藍色和綠色虛線分別代表相應的相關性方程和相關系數，Y誤差線表示萌發法的標準偏差，X誤差線表示IFC法的標準偏差。

對比1000份番茄花粉的活性散點圖（橫坐標為相對活性，縱坐標為相對大小），我們發現大部分花粉的活性散點圖，失活細胞相較于活性細胞可劃分為兩個部分，一部分細胞的位置與活性細胞一致，而另一部分則明顯低于活性細胞，結合顯微鏡鏡檢，我們發現這部分位置靠下的細胞體積較小且形狀不規則。由此，我們將花粉細胞三個類群：成熟的活花粉，成熟的死花粉以及異常花粉，如圖3所示。


為進一步了解異常花粉對花粉活性的影響，本實驗研究了1000個樣本中，異常花粉在失活花粉中的占比以及異常花粉在整個花粉樣本中的占比。


圖4為異常花粉在失活花粉中的占比排序圖，紅色為成熟的死花粉，藍色為異常花粉。如圖可見，這1000個樣本基本都含有異常花粉，其中有10%的樣本，異常花粉在失活花粉中的占比達到了40%以上。


圖5為異常花粉在整個樣本中的占比，從圖中我們可以看出，對于大多數樣本來說，異常花粉的占比約為5%，而個別樣本的異常花粉卻超過了50%，甚至達到了87.3%。顯然，異常花粉是導致這部分樣本花粉活力降低的主要因素。這些異常花粉主要為花粉發育的過程產生空花粉、不育花粉、退化花粉、損傷花粉或畸形花粉，它們體積較小，形狀皺縮不規則，與花粉發育過程中受到的脅迫，尤其是熱脅迫密切相關，可作為判斷番茄在生長中是否受到脅迫的指標。

最后，本實驗通過對比1000份番茄花粉的活性散點圖，按散點圖類型進行了分類，如圖6，總體可分為四類：1）花粉活性較高，且幾乎沒有異常花粉；2）花粉活性適中，基本沒有異常花粉；3）花粉活性非常低，基本沒有異常花粉；4）花粉活性中等，但含有大量的異常花粉。根據以上結果，我們可以在今后的番茄生產過程中，盡可能的篩選活性高且無異常細胞的優質花粉進行授粉；以異常花粉的占比作為番茄生長是否受到脅迫的重要指示，幫助及時調整生產環境；此外，還可以幫助我們進行耐熱抗旱品系篩選。


本實驗表明Ampha Z32花粉活力分析儀（IFC法）無需染色等預處理，能夠快速、高通量、準確測量花粉活性，并且可以通過對比篩選出優質花粉，是一種可靠的測試方法，可作為番茄產量和品質的重要保障。

本次實驗由瑞士Amphasys公司應用科學家和荷蘭瑞克斯旺種苗集團公司（Rijk Zwaan）的育種團隊共同完成。