硝酸銀和赤霉素對(duì)西瓜雌性系誘雄效果的影響

史建廷 ，張 潔 ，張海英 ，宮國(guó)義 ，周 明 ，許 勇

（1.北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 北京 102206； 2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心·農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·北京蔬菜種質(zhì)改良實(shí)驗(yàn)室 北京 100097）

在葫蘆科作物中利用雌性系育種具有重要的價(jià)值，利用雌性系制種可以免除人工去雄或人工雜交、降低育種人工成本并有效提高種子品質(zhì)，一直備受育種家關(guān)注[1]。雌性系本身無雄花，致使雌性系的自身繁殖非常困難，獲得后代的方法之一是利用化學(xué)藥劑進(jìn)行苗期誘雄[2-3]。前人在誘雄劑種類、用量、處理時(shí)期等對(duì)誘雄效果的影響方面進(jìn)行過大量研究，但主要在黃瓜上。由于西瓜雌性系材料發(fā)現(xiàn)較晚，在生產(chǎn)中的應(yīng)用還相對(duì)較少?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)上所用黃瓜誘雄劑主要是赤霉素、硝酸銀和硫代硫酸銀[4-7]。丁小濤等[8]在黃瓜1、2、3片真葉時(shí)期以質(zhì)量濃度的250 mg·L-1的硝酸銀和500 mg·L-1的赤霉素處理，誘雄效果相對(duì)較好且對(duì)黃瓜植株傷害較小。姜躍文等[9]采用硝酸銀、赤霉素和硫代硫酸銀進(jìn)行誘雄效果的試驗(yàn)，結(jié)果顯示，在黃瓜上，硝酸銀最佳處理質(zhì)量濃度為300 mg·L-1，赤霉素最佳處理質(zhì)量濃度為500 mg·L-1，硫代硫酸銀最佳處理質(zhì)量濃度為996 mg·L-1。張春平等[10]采用不同質(zhì)量濃度的硝酸銀對(duì)處于不同時(shí)期的黃瓜幼苗進(jìn)行誘雄試驗(yàn)，結(jié)果表明，在黃瓜幼苗2葉期，連續(xù)2次對(duì)其噴施質(zhì)量濃度300 mg·L-1的硝酸銀溶液，誘雄效果最好。硝酸銀和赤霉素在黃瓜雌性系育種中均已得到廣泛應(yīng)用，但對(duì)西瓜的誘雄效果至今仍缺乏系統(tǒng)研究。另外，環(huán)境因素在葫蘆科性別分化過程中具有重要的作用，性別分化易被環(huán)境因子所改變，包括光照強(qiáng)度、光周期和溫度等。短日照、低光照強(qiáng)度和低溫促進(jìn)雌花的產(chǎn)生；相反條件下，促進(jìn)雄花的產(chǎn)生[11-12]。本研究選用血緣基礎(chǔ)相同的2對(duì)雌性系和雌雄異花同株西瓜材料，在春秋2個(gè)季節(jié)，苗期分別噴施不同質(zhì)量濃度的硝酸銀、赤霉素，觀察不同處理后西瓜植株的性型及生長(zhǎng)變化情況，探索生產(chǎn)上可用的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類與合適質(zhì)量濃度，以期為西瓜雌性系的繁殖和制種工作提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雌雄異花同株材料：‘XHB’和‘TS409’，同一植株上著生雄花和雌花，雌花節(jié)率大約25%。

雌性系材料：‘XHBGM’和‘TGS409’，分別是對(duì)應(yīng)于‘XHB’和‘TS409’的自然突變體的雌性系，同一植株上20節(jié)內(nèi)全部著生雌花，在秋季或者20節(jié)以外會(huì)少量出現(xiàn)兩性花和畸形花。

上述材料均來源于北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心。

春季試驗(yàn)：2015年5—7月種植于北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心延慶農(nóng)場(chǎng)露地。

秋季試驗(yàn)：2015年8—10月種植于北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心四季青農(nóng)場(chǎng)塑料大棚。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 硝酸銀和赤霉素的處理方法及質(zhì)量濃度設(shè)置 硝酸銀處理：用蒸餾水分別配成100、300、500 mg·L-1的溶液，配好的硝酸銀溶液用錫箔紙包裹避光；赤霉素處理：用少量無水乙醇溶解，然后用蒸餾水稀釋成 500、1 000、1 500 mg·L-1的溶液；對(duì)照組：噴施等量蒸餾水。所有溶液均現(xiàn)配現(xiàn)用，在傍晚17：00—19：00進(jìn)行噴施處理，用普通手握噴壺對(duì)植株進(jìn)行噴霧，待液珠布滿葉片為止，噴施時(shí)間分別為西瓜幼苗第1、2、3片真葉展開時(shí)，共3次。

1.2.2 不同處理對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育影響指標(biāo)的調(diào)查植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理3 d后用游標(biāo)卡尺對(duì)西瓜植株高度、莖粗度、一二節(jié)節(jié)間長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定。用便攜式葉綠素測(cè)定儀SPAD-502對(duì)不同處理葉片的葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定，以上指標(biāo)重復(fù)測(cè)定5次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。統(tǒng)計(jì)各處理后西瓜植株死株率，每處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15株，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。應(yīng)用SPSS 21.0數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行差異顯著性分析。

1.2.3 植株田間花型調(diào)查 調(diào)查每個(gè)單株30節(jié)內(nèi)的開花情況，各處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15株。統(tǒng)計(jì)春、秋2個(gè)季節(jié)4份西瓜材料在各處理后雄花、雌花和兩性花的數(shù)量，并應(yīng)用SPSS 21.0數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度硝酸銀和赤霉素處理對(duì)西瓜植株生長(zhǎng)發(fā)育的影響

以‘XHBGM’為試材，研究不同濃度硝酸銀和赤霉素處理對(duì)西瓜植株生長(zhǎng)發(fā)育情況的影響。結(jié)果表明（表1），各處理對(duì)西瓜植株生長(zhǎng)發(fā)育均有一定的影響，500 mg·L-1硝酸銀處理后，植株高度、節(jié)間長(zhǎng)度、莖粗度和葉片葉綠素含量均顯著降低，抑制了西瓜植株的正常生長(zhǎng)，且死株率偏高，達(dá)到28.89%；100、300 mg·L-1的硝酸銀處理對(duì)植株傷害相對(duì)較小。500、1 000、1 500 mg·L-1的赤霉素處理后，植株均出現(xiàn)徒長(zhǎng)趨勢(shì)，植株高度，節(jié)間長(zhǎng)度均顯著增加，莖粗度和葉綠素含量顯著降低，未出現(xiàn)死株現(xiàn)象（表1）。

表1 不同濃度硝酸銀和赤霉素處理對(duì)西瓜植株生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.2 硝酸銀和赤霉素處理濃度及季節(jié)對(duì)西瓜植株誘雄效果的影響

2.2.1 硝酸銀和赤霉素對(duì)雌性系材料誘雄效果的影響 對(duì)于雌性系材料‘XHBGM’（表2），對(duì)照組中，春季產(chǎn)生兩性花1.33朵，秋季產(chǎn)生兩性花3.17朵，秋季比春季產(chǎn)生更多兩性花，且差異顯著，表明秋季條件更有利于兩性花的出現(xiàn)；處理組中，硝酸銀可誘導(dǎo)植株產(chǎn)生更多的兩性花，且相同質(zhì)量濃度下，秋季比春季誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的兩性花，且差異顯著。100 mg·L-1的硝酸銀處理，春季產(chǎn)生兩性花6.27朵，秋季產(chǎn)生兩性花11.00朵；300 mg·L-1的處理，春季兩性花數(shù)量為12.13朵，秋季兩性花數(shù)量為16.47朵；500 mg·L-1的處理，春季兩性花數(shù)量為12.23朵，秋季兩性花數(shù)量為16.70朵。春、秋兩季300、500 mg·L-1的處理下兩性花數(shù)量顯著高于100 mg·L-1的處理，300 mg·L-1與 500 mg·L-1處理之間無明顯差異，各質(zhì)量濃度處理均未誘導(dǎo)出雄花。赤霉素處理，沒有誘導(dǎo)出更多的雄花和兩性花，產(chǎn)生更多非正常發(fā)育的畸形花。雌性系材料‘TGS409’的處理結(jié)果與‘XHBGM’相似（表3）。

表2 硝酸銀和赤霉素對(duì)雌性系材料‘XHBGM’誘雄效果的影響

表3 硝酸銀和赤霉素對(duì)雌性系材料‘TGS409’誘雄效果的影響

2.2.2 硝酸銀和赤霉素對(duì)雌雄異花同株材料誘雄效果的影響 對(duì)于雌雄異花同株材料‘XHB’（表4），對(duì)照組和處理組結(jié)果均顯示秋季比春季產(chǎn)生更多的雄花，且差異顯著。硝酸銀和赤霉素均有誘雄效果，但效果存在差異。春、秋兩季，硝酸銀處理后，雄花數(shù)量無顯著變化，誘導(dǎo)雌花中雄蕊發(fā)育，促使部分雌花轉(zhuǎn)變?yōu)閮尚曰ā?00 mg·L-1的硝酸銀處理后，春季產(chǎn)生兩性花1.13朵，秋季產(chǎn)生兩性花1.20朵；300 mg·L-1的硝酸銀處理后，春季兩性花數(shù)量為1.73朵，秋季兩性花數(shù)量為2.33朵；500mg·L-1的硝酸銀處理后，春季兩性花數(shù)量為1.74朵，秋季兩性花數(shù)量為2.37朵。100 mg·L-1硝酸銀誘導(dǎo)在春、秋兩季未出現(xiàn)顯著差異，300 mg·L-1和500 mg·L-1的硝酸銀處理后，秋季與春季相比，雖然整株雌花數(shù)量整體下降，但誘導(dǎo)出的兩性花數(shù)量卻顯著增多，表明秋季比春季更容易誘導(dǎo)出兩性花。無論春季還是秋季，300 mg·L-1和 500 mg·L-1的硝酸銀處理誘導(dǎo)兩性花數(shù)量均顯著高于100 mg·L-1的處理，300 mg·L-1和 500 mg·L-1的處理之間無顯著差異。春、秋兩季，赤霉素均可誘導(dǎo)植株產(chǎn)生更多的雄花，降低雌花比例，并沒有兩性花出現(xiàn)。隨處理濃度升高，雄花數(shù)量隨之增多，但 500、1 000、1 500 mg·L-1處理之間差異不顯著。雌雄異花同株材料‘TS409’的結(jié)果與‘XHB’相似（表 5）。

表4 硝酸銀和赤霉素對(duì)雌雄異花同株材料‘XHB’誘雄效果的影響

表5 硝酸銀和赤霉素對(duì)雌雄異花同株材料‘TS409’誘雄效果的影響

3 結(jié)論和討論

3.1 硝酸銀和赤霉素對(duì)西瓜雌性系與雌雄異花同株系的誘雄效果的差異

本研究結(jié)果表明，對(duì)于西瓜雌性系材料，硝酸銀處理可以成功誘導(dǎo)兩性花的出現(xiàn)，而各濃度赤霉素處理均未在雌性系材料中誘導(dǎo)出雄花或兩性花；對(duì)于西瓜雌雄異花同株材料，硝酸銀和赤霉素處理均有誘雄效果，但誘雄效果存在差異：硝酸銀可誘導(dǎo)部分雌花中雄蕊的發(fā)育從而產(chǎn)生兩性花，赤霉素可誘導(dǎo)其產(chǎn)生更多雄花。據(jù)前人報(bào)道，在黃瓜雌性系和雌雄異花同株材料上，硝酸銀可誘導(dǎo)黃瓜產(chǎn)生兩性花和更多的雄花[4-5，13]，赤霉素促進(jìn)雄花的發(fā)育，誘導(dǎo)植株產(chǎn)生更多雄花，同樣具有明顯的促雄作用[14-16]。在甜瓜上，硝酸銀可誘導(dǎo)雌雄異花同株材料產(chǎn)生兩性花[17]，赤霉素促使雌雄異花同株材料產(chǎn)生更多雄花，但在雌性系材料上無明顯作用[18-19]。西瓜上，誘導(dǎo)劑只誘導(dǎo)雌花轉(zhuǎn)變?yōu)閮尚曰?，未出現(xiàn)更多雄花，此結(jié)果與甜瓜結(jié)果相同。西瓜和甜瓜與黃瓜不同的原因可能在于控制雌性系基因的遺傳基礎(chǔ)不同，西瓜和甜瓜雌性系為隱性遺傳[12，20]，而黃瓜雌性系為顯性遺傳[21]，有可能導(dǎo)致西瓜與黃瓜對(duì)硝酸銀和赤霉素的敏感程度不同。前人的研究表明，ACC合成酶是乙烯合成的關(guān)鍵酶，在葫蘆科作物性別決定過程中起重要作用[22-24]。西瓜CitACS4基因的表達(dá)抑制雌花中雄蕊的發(fā)育，其基因功能的喪失導(dǎo)致了雌花向兩性花的轉(zhuǎn)變，與甜瓜中CmACS7基因、黃瓜中CsACS2基因具有類似的作用[24]，硝酸銀作為乙烯的抑制劑，抑制乙烯合成及作用相關(guān)過程[25]，推測(cè)硝酸銀處理可能抑制了CitACS4基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致了兩性花的出現(xiàn)。

3.2 不同季節(jié)對(duì)誘雄效果的影響

本研究選擇春、秋兩季試驗(yàn)，探討季節(jié)對(duì)誘雄劑誘雄效果的影響。結(jié)果表明，對(duì)于雌性系材料，同濃度硝酸銀處理，秋季比春季誘導(dǎo)出更多的兩性花，西瓜在秋季更容易出現(xiàn)兩性花；對(duì)于雌雄異花同株材料，同濃度硝酸銀和赤霉素，秋季與春季相比會(huì)產(chǎn)生更多的兩性花或雄花，雌花數(shù)量隨之減少，誘雄效果更加明顯。前人的報(bào)道指出，環(huán)境因素在葫蘆科性別分化過程中具有重要的作用，性別分化易被環(huán)境因子所改變，包括光照強(qiáng)度、光周期和溫度等。短日照、低光照強(qiáng)度和低溫促進(jìn)雌花的產(chǎn)生；相反條件下，促進(jìn)雄花的產(chǎn)生。同一誘雄濃度，秋季處理產(chǎn)生的雄花或兩性花數(shù)量多于春季的，這主要與秋季的氣候情況有關(guān)。秋季栽培時(shí)，植株花芽分化期的日照時(shí)間長(zhǎng)、溫度高等因素促進(jìn)了雄蕊的發(fā)育。

3.3 不同西瓜材料間誘雄效果的差異

硝酸銀處理后，兩組雌雄異花同株材料及其血緣相同的雌性系突變體均被誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的兩性花，且差異顯著。赤霉素處理后，兩組雌雄異花同株材料均被誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的雄花，雌花比例減少，未出現(xiàn)兩性花；而對(duì)雌性系突變體無明顯誘雄效果。試驗(yàn)所選兩組雌雄異花同株材料及其血緣相同的雌性系突變體均屬于東亞栽培類型，兩組材料對(duì)硝酸銀和赤霉素處理的反應(yīng)趨于一致，無顯著性差異，說明兩組材料試驗(yàn)結(jié)果得到了很好的相互驗(yàn)證。

綜合全部試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：在西瓜幼苗第1、2、3片真葉展開時(shí)3次噴施300 mg·L-1的硝酸銀，可以有效地將西瓜的雌花轉(zhuǎn)變?yōu)閮尚曰ǎ仪锛拘Ч鼮槊黠@，雖與黃瓜雌性系誘雄效果不同，不能誘導(dǎo)出單獨(dú)的雄花，但兩性花產(chǎn)生的雄蕊與花粉可以解決雌性系自交繁殖，適用于西瓜雌性系的生產(chǎn)應(yīng)用。