在全球範圍內，氣候變遷 、授粉媒介族群下降以及對授粉服務需求的增加預計將對藍莓等依賴授粉媒介的作物的產量產生負面影響。
為了緩解這些問題，正在探索一種稱為孤雌 果實的現象，即無籽果實是在沒有施肥的情況下產生的，以減少對授粉的依賴。
孤雌草已被記錄在幾個物種中，包括藍莓、番茄、柑橘、葡萄 和黃瓜。雖然這種特性通常用於生產無籽果實並提高果醬和醬汁等加工產品的效率，但它也被證明有利於在沒有授粉的情況下確保產量，特別是在受控農業系統和坐果率低的作物中。
除了透過激素套用誘導孤雌果外，一些藍莓基因型自然表現出兼性孤雌果，允許同一株植物根據受精的發生同時產生無籽和有籽果實。
然而，盡管孤雌果具有潛在的經濟優勢，但人們對其對坐果、發育和質素的影響知之甚少，所有這些都決定了水果的適銷性。只有一項研究證實，與異花授粉的水果相比，天然無授粉的藍莓更小，需要更多的時間才能成熟。
其他重要的果實品質參數未被評估。此外，這些性狀在南部高叢藍莓基因型之間的變異性仍未得到探索。本研究旨在比較孤雌雄果藍莓的發育、產量和果實品質性狀，這些性狀是由傳粉媒介排除產生的，與開放授粉的漿果。
此外，我們試圖從南部高叢藍莓育種計劃中探索這些性狀在基因型中的孤雌潛力和變異性。該實驗的結果將有助於確定孤雌雄藐的市場潛力，並將進一步促進該性狀的遺傳改良，以改善與授粉相關的產量損失。
1.材料與方法
1.1. 植物材料及實驗設計
在 2018 年 6 月藍莓季節結束時，在佛羅裏達州沃爾多的佛羅裏達大學育種專案的後期選擇中進行了初步篩選，以評估晚熟果實的種子水平。該評估是在預計授粉活動減少時從田間移除蜂箱 之後進行的。
在每年的這個時候，共有 73 個高級階段的選擇仍然有漿果。評估了每個基因型約20個漿果，並將基因型分類為孤雌果、種子或混合。此外，還評估了這些水果的硬度和大小。
選擇具有良好果實品質性狀的孤雌果 皮潛力的對比基因型，並透過莖插 繁殖。其中，13種基因型具有足夠的生根成功率進行復制，並用於下述實驗設計。
2019 年秋季，將每種基因型的 6 個分株移植到含有珍珠巖 與椰殼纖維比例為 1：1 的 7 加侖盆中，並移入佛羅裏達州沃爾多的施肥 高隧道貨櫃化生產系統。
試驗設計采用分田布置和隨機完全區組設計，以授粉處理為主地塊因子。治療包括：開放授粉，其中植物暴露於蜂蜜、大黃蜂和其他天然傳粉媒介 ;和傳粉媒介排除，其中植物被封閉在一個19×2.5米的籠子裏，籠子由PVC管和網狀防蟲網構成。
基因型在亞圖水平上隨機化，並在三個區塊中復制。該實驗連續兩年重復進行，包括 2021 年和 2022 年的春季生長季節 。
1.2. 坐果率、產量和發育性狀
選擇每個灌木的兩個分支，每周跟蹤坐果和發育。在開花期間，對每枝上新開的花朵進行計數，並用紅色油漆標記，以防止在隨後的措施中重復計數。隨著果實的發育，成熟的果實被計數並從每個樹枝上收獲。
坐果率計算為成熟果實總數除以每枝開花數。然後對兩個樹枝進行平均，以表示每個灌木的坐果率。果實發育期計算為每株植物從開花 高峰到收獲高峰之間的周數。
為了測量產量，每周從每個灌木叢中收獲所有成熟的果實，並記錄成熟果實的數量和收獲的果實總重量。峰值產量 周被記錄為每年植物收獲最重的一周。此外，在2021年和2022年春季生長季節，每天記錄2 m的平均溫度和累積生長期度日 ，以及隨後對南方高叢藍莓的計算。
1.3. 水果品質評估
測定了6個果實品質性狀，包括種子度、果實直徑、硬度、pH值、可溶性固形物含量和可滴定酸度。還計算了SSC與TTA的比率，因為它是消費者接受度的重要參數。
每當能夠收獲十多個成熟漿果時，都會從每個灌木叢中采集果實質素樣本。每個樣品最多含有 26 個漿果。使用FruitFirm 1000測量果實硬度和果實直徑數據。
然後，對漿果進行切片以確定是否存在種子結實 。使用數碼袖珍折光儀從 300 μL 果汁中測量 SSC，分別使用梅特勒-托利多 G10S 滴定儀和 pH 計測量 TTA 和 pH 值。
2. 統計分析
對於所有果實品質和發育性狀，進行變方分析，將基因型、處理、年份及其各自的相互作用視為固定效應。在適當的情況下，對數據進行對數變換，以滿足變異數和正態性的同質性假設。
透過 Tukey 事後檢驗比較均值，考慮 α = 0.05 的最小顯著性水平。對於坐果，即使在轉換後，變方分析的假設也未得到滿足。因此，采用非參數統計方法Wilcoxon秩和檢驗來比較兩種授粉處理。所有統計分析均在 R 版本 4.2.1 中進行。
3. 結果
3.1. 授粉對果實品質的影響
排除傳粉媒介的處理模擬了沒有昆蟲傳粉媒介的環境。因此，在這些條件下觀察到的無籽果實被認為是孤雌果的。
在果實質素處理之前，對所有收獲的漿果進行橫截面並檢查種子的存在，以確保在排除傳粉媒介的處理中沒有發生汙染物授粉。雖然在排除傳粉媒介的條件下沒有發現成熟的種子，但不同基因型的孤雌果實在內部漿果結構上存在差異。
一些基因型在房腔內有空隙。相比之下，其他人用中果皮 組織填充了這個空間，而開放授粉處理的所有樣品在每個果實中都顯示出完全成熟的種子。
3.2. 授粉對生產相關性狀的影響
兩個季節之間的生長期日數或平均溫度沒有顯著差異。關於授粉對生產相關性狀的影響，所有基因型的果實發育期和峰值產量周均受到影響。
在排除傳粉媒介的條件下，孤雌莖漿果的FDP稍長，峰值產量視窗延遲。多年來，FDP也存在顯著差異。2021 年，FDP 的平均持續時間比 2022 年縮短了三周。
4. 討論
單子果皮，無論是天然的還是誘導的，都可以在商業生產中沒有授粉的情況下產生更高的坐果率。然而，孤雌果對授粉依賴性作物物種的果實品質和生產相關性狀的影響尚不清楚，特別是考慮到不同基因型的潛力。
因此，在這項研究中，我們報告了天然存在的孤雌草對各種南方高叢藍莓基因型的果實質素、產量和發育的影響。
我們使用傳粉媒介排除網來觀察不同基因型的孤雌果皮潛力。雖然在這種條件下，發育的漿果中沒有發現成熟的種子，但不同基因型的孤雌果實在內部漿果結構上存在差異。
應進行進一步的研究，以了解這些差異是否可能是由於不同的遺傳機制賦予了族群孤雌果，以及它們是否意味著消費者感知到的質地變化。
在排除傳粉媒介的情況下，可溶性固形物含量顯著且略有增加。在其他作物中也報告了類似的結果。與野生型相比，番茄中天然存在的孤雌生殖突變體顯示SSC增加。
在露天試驗中，轉基因孤雌生殖品系也比商業F1番茄雜交種更甜。一些研究表明，糖作為能量來源或訊號分子，可以增強未受精卵巢的代謝活動，並作為孤雌果實形成的驅動因素。
我們還研究了糖和酸的平衡，這被認為對消費者對藍莓水果的接受度影響更大。盡管 SSC 顯著增加，但酸度增加雖然沒有統計學意義，但導致 SSC 與 TTA 比率保持不變。這些結果表明，孤雌果實可能獲得與授粉果實相似的質素水平糊消費者接受度。
在所有研究的性狀中，產量和坐果率仍然是受傳粉媒介排除影響最大的。在整個實驗中觀察到低坐果率，排除傳粉媒介的坐果率為22%±2%，開放授粉的坐果率為38±3%。
在該實驗中也觀察到了相同的變異，其中特定的高效能基因型在傳粉媒介排除條件下的坐果率高於開放授粉 的平均值。
對於希望透過開發具有孤雌果能力的品種進行遺傳改良的育種者來說，該實驗中觀察到的基因型之間的差異是有希望的，該品種對授粉的依賴程度較低，無法獲得足夠的坐果。
5. 結論
由於開花期間可能出現的許多環境因素，孤雌草可以補充授粉不足。盡管排除傳粉媒介的孤雌雄藜往往比種子藍莓的果實更小、更不堅硬，但大多數基因型的果實質素仍然高於市場和消費者接受閾值。
雖然在排除傳粉媒介的條件下產量和坐果率顯著降低，但這項研究的結果表明，某些基因型可能產生與開放授粉果實相當的產量。
本研究中觀察到的效能基因型差異強調了植物育種 在開發高質素和高產的孤雌草藍莓品種中的重要性。孤雌栽培品種開發可以作為遇到授粉問題和支持未來氣候變遷適應的生產者的潛在解決方案。
