葫蘆砧木苗期低溫弱光耐性鑒定指標(biāo)分析

邢乃林,張慧波,王迎兒,黃蕓萍,王毓洪

(浙江省寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 寧波市瓜菜育種重點(diǎn)實驗室,浙江 寧波 315040)

葫蘆砧木苗期低溫弱光耐性鑒定指標(biāo)分析

邢乃林,張慧波,王迎兒,黃蕓萍,王毓洪*

(浙江省寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 寧波市瓜菜育種重點(diǎn)實驗室,浙江 寧波 315040)

為了鑒定葫蘆砧木苗期的低溫弱光耐性,對28份葫蘆砧木材料的8個苗期性狀進(jìn)行了考察。對考察結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,將28份材料聚為3類。結(jié)合各性狀間的相關(guān)性及R型因子聚類分析,從8個性狀中選出株高、莖粗和葉片相對電導(dǎo)率作為低溫弱光耐性的鑒定指標(biāo)。通過對這3個性狀在低溫弱光處理前后的變化程度進(jìn)行聚類分析,將28份材料分為2類。

葫蘆；砧木；苗期；低溫弱光；耐性；鑒定

西瓜是世界五大水果之一,2014年我國西瓜種植面積為186萬hm2,居世界首位。目前西瓜栽培主要為冬春設(shè)施栽培,由于受連作障礙及低溫等影響,西瓜栽培大面積采用嫁接栽培。西瓜嫁接主要采用葫蘆、南瓜及野生西瓜等類型的砧木,其中葫蘆砧木因低溫耐性及對西瓜品質(zhì)影響方面的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用[1-2]。在南方地區(qū)，冬春連續(xù)的低溫陰雨天氣嚴(yán)重影響了西瓜種植及嫁接集約化育苗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。因此篩選耐低溫弱光的葫蘆類型西瓜砧木對優(yōu)良砧木品種選育及西瓜生產(chǎn)的健康發(fā)展具有重要作用。

目前已有大量有關(guān)植物耐低溫及耐弱光機(jī)理方面的研究。西瓜等作物面對低溫脅迫時,會產(chǎn)生一系列的變化進(jìn)行應(yīng)對,主要有生長速度變緩、降低營養(yǎng)吸收、細(xì)胞膜通透性改變、葉片開展度降低、地上和地下部比重降低、花期提前或延后、果實中部分成分改變、種子休眠等[4-5]。弱光則對作物株高、莖粗、光合作用效率、產(chǎn)量、種子及果實發(fā)育等均有影響[6-7]。

對冷水硅藻進(jìn)行溫度、光照、營養(yǎng)的單一及綜合處理，研究結(jié)果表明,溫度、光照和營養(yǎng)對冷水硅藻具有一定的相互作用[8]。因此,低溫、弱光作為一個綜合環(huán)境因素影響著作物的生長發(fā)育。在葫蘆科黃瓜、南瓜、西瓜、瓠瓜等作物中均有低溫、弱光影響方面的研究,瓠瓜等作物的生長速度及光合作用均受低溫、弱光一定程度的抑制,抗氧化酶活性均顯著升高[9-13]。但是目前尚未有針對葫蘆砧木種質(zhì)資源低溫弱光耐性鑒定指標(biāo)的研究報道。低溫弱光對作物的許多生長性狀均有影響,若考察鑒定全部生長性狀則工作量會很大,因此應(yīng)選擇合適的性狀對葫蘆砧木的低溫弱光耐性進(jìn)行鑒定。

本研究對28份葫蘆砧木種質(zhì)資源材料進(jìn)行苗期的低溫弱光處理,考察了株高、莖粗、葉片大小、相對葉綠素含量等性狀；采用R型因子聚類分析和相關(guān)分析方法,選擇有代表性的性狀,考察、分析了各葫蘆砧木種質(zhì)資源的低溫弱光耐性。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

28份用于瓜類砧木育種的葫蘆材料均由寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。材料編號及來源等信息見表1。實驗于2017年1～2月在寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院瓜菜育種重點(diǎn)實驗室進(jìn)行。

1.2 實驗方法

選擇成熟、飽滿、完整的各材料的種子進(jìn)行浸種,選用溫湯浸種方法,55 ℃浸種10 min,然后常溫浸種24 h。撈出后用濕毛巾包裹,置于28 ℃培養(yǎng)箱進(jìn)行催芽,4 d后種子發(fā)芽,進(jìn)行播種。實驗設(shè)對照及處理,各3次重復(fù),每個重復(fù)播種8株。播種采用32孔穴盤,基質(zhì)為杭州康成農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的瓜菜育苗基質(zhì)。材料培養(yǎng)及處理在寧波東邦電器有限公司生產(chǎn)的RDN-1000型智能人工氣候箱中進(jìn)行。白天溫度24 ℃,時長16 h,光照強(qiáng)度24000 lx,相對濕度60%;夜晚溫度16 ℃,時長8 h,相對濕度70%。待幼苗生長至1葉1心期時,選擇其中3次重復(fù)進(jìn)行低溫弱光處理，處理條件為白天溫度8 ℃,時長16 h,光照強(qiáng)度6000 lx,相對濕度60%;夜晚溫度6 ℃,時長8 h,相對濕度70%。對照條件不變。在處理7 d后，考察株高、莖粗、葉長、葉寬、葉厚、子葉相對葉綠素含量、真葉相對葉綠素含量、葉片相對電導(dǎo)率。

葉片相對電導(dǎo)率測定方法：用直徑1 cm的打孔器對材料真葉取樣,每份材料取樣5株。將葉片樣品放入10 mL離心管中,向離心管加5 mL ddH2O,放置15 min,利用電導(dǎo)率儀測定液體電導(dǎo)率。然后置于100 ℃水浴鍋中,煮15 min。取出后置于室溫,待液體溫度降至室溫后,利用電導(dǎo)率儀測定煮沸后的液體電導(dǎo)率。煮沸后的電導(dǎo)率減去煮沸前的電導(dǎo)率即為該樣品的相對電導(dǎo)率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL 2010對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析及基礎(chǔ)處理,應(yīng)用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)V16.05進(jìn)行R型因子聚類分析(類平均法)和系統(tǒng)聚類分析(離差平方和法)[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 性狀表現(xiàn)

對28份葫蘆砧木材料的株高等性狀表現(xiàn)進(jìn)行分析,結(jié)果(表2)顯示：變異系數(shù)最大的性狀為相對電導(dǎo)率,為82.55%,其變異范圍為0.13%～10.80%；最小的為子葉相對葉綠素含量,為6.12%,其變異范圍為67.06%～84.18%；除相對電導(dǎo)率外,各性狀的變異幅度均低于20%,其中僅有株高與葉寬的變異系數(shù)超過10%。

表1 28份葫蘆材料的信息

表2 28份葫蘆砧木材料的性狀表現(xiàn)

2.2 相關(guān)分析結(jié)果

對各性狀間的相關(guān)性進(jìn)行分析,結(jié)果表明：葉寬與葉長和莖粗之間均呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.47和0.46；莖粗與子葉和真葉的相對葉綠素含量間均呈極顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.49和0.50；子葉相對葉綠素含量與葉厚和真葉相對葉綠素含量之間均呈極顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.63和0.55；相對電導(dǎo)率與子葉和真葉的相對葉綠素含量則分別呈極顯著和顯著的負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.51和-0.45；其余性狀間的相關(guān)性均不顯著(表3)。

表3 葫蘆砧木材料各性狀間的相關(guān)性

2.3 聚類分析結(jié)果

利用系統(tǒng)聚類方法,對28份材料的8個性狀表現(xiàn)進(jìn)行聚類分析,可以將這些材料分為3個大類：第一類有6份材料,包括2、26、28、31、33與34,果形主要為棒形、牛腿形、梨形；第二類有4份材料,包括8、9、27與30,果形主要為梨形與牛腿形；第三類又分為2個亞類,其中第一亞類有10份材料,包括3、4、7、11、13、15、17、18、24與32,果形主要為棒形和梨形，第二亞類有8份材料,包括1、6、10、12、14、15、25與29,果形主要為梨形與牛腿形(圖1)。

圖1 基于8個性狀的28份葫蘆材料的系統(tǒng)聚類分析結(jié)果

因考察的性狀較多,不便于進(jìn)行低溫弱光耐性鑒定,所以利用R型因子聚類方法對8個性狀進(jìn)行降維,以選擇較少的代表性性狀進(jìn)行低溫弱光耐性鑒定。利用各葫蘆種質(zhì)材料8個性狀的表現(xiàn),采用R型因子聚類法進(jìn)行聚類分析,結(jié)果將8個性狀分為2類：第一類包括相對電導(dǎo)率、子葉相對葉綠素含量、葉厚、真葉相對葉綠素含量、莖粗共5個性狀；第二類包括葉寬、葉長和株高3個性狀。其中第一類又可分為兩個亞類,相對電導(dǎo)率、子葉相對葉綠素含量和葉厚為一個亞類,真葉相對葉綠素含量和莖粗為另一個亞類(圖2)。綜合上述各性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果,選擇相對電導(dǎo)率、莖粗和株高進(jìn)行低溫弱光耐性鑒定。

對28份材料低溫弱光處理前后,相對電導(dǎo)率、莖粗和株高這3個性狀的變化程度進(jìn)行分析,結(jié)果3個性狀在低溫弱光處理前后的變化程度方差P值為0.008,達(dá)到統(tǒng)計學(xué)上的極顯著水平,表明材料間低溫弱光耐性差異顯著。經(jīng)低溫弱光處理后，11、31、34這3份材料的3個性狀均表現(xiàn)為下降；1、6、10、14、15、18、25、27、28、29這10份材料的3個性狀均表現(xiàn)為上升；2、5、8和12這4份材料的株高和莖粗表現(xiàn)為上升,相對電導(dǎo)率表現(xiàn)為下降；9號材料的株高和相對電導(dǎo)率上升,莖粗下降；3、4、13和30這4份材料表現(xiàn)為莖粗和相對電導(dǎo)率上升,株高下降；7、17、24、26、32、33這6份材料則表現(xiàn)為株高和莖粗下降,相對電導(dǎo)率上升。株高變化程度最高為18號材料的23.01%,最低為24號材料的-22.43%,平均為0.94%。莖粗變化程度最高為18號材料的10.91%,最低為31號材料的-29.71%,平均為0.36%。相對電導(dǎo)率變化程度最高為13號材料的19.22%,最低為-0.92%,平均為2.59%(圖3)。

圖2 對8個性狀的R型因子聚類分析結(jié)果

圖3 低溫弱光對28份材料的株高等3個性狀的影響

通過對3個性狀在低溫弱光處理前后的變化程度進(jìn)行聚類分析,可以將28份材料分為2個大類：第一類包含4、7、11、17等10份材料,主要為3個性狀均降低或株高和莖粗2個性狀降低的材料,表現(xiàn)為低溫弱光耐性較差；第二類包含1、3、9、14等18份材料,主要為3個性狀均上升或3個性狀中2個上升的材料,表現(xiàn)為低溫弱光耐性較好(圖4)。

圖4 基于3個性狀的葫蘆材料低溫弱光耐性的聚類分析結(jié)果

3 討論

低溫弱光是南方地區(qū)早春設(shè)施栽培嫁接西瓜的葫蘆砧木育苗期間的重要問題,對植株整體生長均有影響。低溫使株高降低,莖粗增大；弱光則使株高上升,莖粗減小[15]。在本研究中，經(jīng)低溫弱光處理后,耐性較好的葫蘆砧木材料總體表現(xiàn)為株高、莖粗及相對電導(dǎo)率上升,而耐性較差的材料總體表現(xiàn)為下降。這與前人的研究結(jié)果[10-11]相似。表明低溫弱光對植物苗期的影響與低溫或弱光單一因素的影響不同。

低溫弱光對苗期株高、莖粗、干物質(zhì)產(chǎn)量等生物學(xué)性狀,以及葉片電導(dǎo)率、光合作用強(qiáng)度、MDA含量、有關(guān)酶活性等生理指標(biāo)均有影響[8-10,15]。而考察大量性狀對材料需求量大,較為耗時耗力,且易產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余,對分析結(jié)果影響較大[16]。提高指標(biāo)鑒定體系的簡明有效性,同時保持鑒定指標(biāo)信息的代表性十分重要。本研究結(jié)合材料間性狀表現(xiàn)的相關(guān)性,通過R型因子聚類分析方法,將8個考察性狀簡化為3個性狀，進(jìn)而對28份材料的低溫弱光耐性進(jìn)行分析,所得分析結(jié)果與各材料的實際表現(xiàn)基本一致。表明可通過此方法簡化植物的逆境脅迫抗性鑒定指標(biāo),提高鑒定效率。

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(責(zé)任編輯:黃榮華)

Analysis of Indexes for Identification of Tolerance of Bottle Gourd Rootstock Seedlings to Low Temperature and Poor Light

XING Nai-lin, ZHANG Hui-bo, WANG Ying-er, HUANG Yun-ping, WANG Yu-hong*

(Ningbo Key Laboratory of Melon and Vegetable Breeding, Ningbo Academy of Agricultural Sciences in Zhejiang Province, Ningbo 315040, China)

In order to identify the tolerance of bottle gourd rootstock to low temperature and poor light at seedling stage, the author investigated the 8 seedling traits of 28 bottle gourd materials. Through the systematic clustering analysis of the investigation results, these 28 materials were divided into 3 types. According to the correlations among various traits and the results of R-type-factor clustering analysis, plant height, stem diameter and leaf relative electric conductivity were screened out from 8 traits as the identification indexes for tolerance of bottle gourd rootstock seedlings to low temperature and poor light. Through the clustering analysis of the performance of these 3 traits before and after low temperature and poor light treatment, these 28 bottle gourd materials were divided into two types.

Bottle gourd; Rootstock; Seedling stage; Low temperature and poor light; Tolerance; Identification

2017-04-17

寧波市瓜類砧木育種創(chuàng)新團(tuán)隊(2014B81002);國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-26)。

邢乃林(1985─),男,河南封丘人,助理研究員,博士,主要從事瓜類砧木分子輔助育種研究。*通訊作者:王毓洪。

S642.6

A

1001-8581(2017)09-0022-05