苦瓜芽期耐冷性鑒定與評價(jià)

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(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所， 南寧 530007；2.廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530007)

苦瓜芽期耐冷性鑒定與評價(jià)

陳小鳳1,2，黃如葵1,2，馮誠誠1,2，黃熊娟1，黃玉輝1,2，陳振東1,2，梁家作1，劉杏連1，秦健1,2

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所， 南寧 530007；2.廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530007)

目的：探討苦瓜芽期耐冷性鑒定與評價(jià)方法，以期為苦瓜耐冷性材料的篩選提供參考。方法：在低溫條件下，對54份苦瓜材料進(jìn)行發(fā)芽勢、發(fā)芽率、種子活力指數(shù)、下胚軸長等指標(biāo)測定，采用主成分分析結(jié)合聚類分析進(jìn)行科學(xué)綜合評價(jià)。結(jié)果：發(fā)芽率和種子活力指數(shù)對苦瓜芽期耐冷性具有較高的載荷，其系數(shù)分別為0.865和0.959，可作為苦瓜芽期耐冷性鑒定的重要指標(biāo)；單一指標(biāo)不能可靠而準(zhǔn)確地對苦瓜芽期耐冷性進(jìn)行鑒定與評價(jià)；聚類分類可將供試材料分為4種類型，第1類為高度低溫敏感型，第2類為低溫敏感型，第3類為高度耐冷型，第4類為耐冷型。結(jié)論：該套方法適用于多數(shù)苦瓜資源芽期耐冷性的鑒定與評價(jià)。

苦瓜； 耐冷； 種子活力指數(shù)； 主成分分析； 聚類分析

苦瓜(MomordicacharantiaL.)屬于冷敏性蔬菜，發(fā)芽適溫為30 ℃左右，在20 ℃以下發(fā)芽緩慢，13 ℃以下發(fā)芽困難。在春提早栽培中，可以人工加溫進(jìn)行催芽育苗，但在貧困地區(qū)，育苗設(shè)施簡易，掌握不好催芽溫度，造成種子萌發(fā)率低，降低種子利用率，增加生產(chǎn)成本，要從實(shí)質(zhì)上解決冷害問題首要是進(jìn)行耐冷育種。因此，建立一套可靠而準(zhǔn)確的苦瓜芽期耐冷性鑒定與評價(jià)方法，是篩選耐低溫的苦瓜資源，進(jìn)行苦瓜育種的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在作物的生長發(fā)育進(jìn)程中，發(fā)芽期是受逆境脅迫的第一個時(shí)期，是決定生產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，近年來，對于作物芽期的耐冷性鑒定與評價(jià)研究多集中在水稻[1-2]、玉米[3]等主要農(nóng)作物上，有關(guān)蔬菜的芽期耐冷性研究多見于甜瓜[4]、黃瓜[5]等研究中。在苦瓜方面，黃玉輝等[6]利用20 ℃下發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)對苦瓜芽期的耐冷性進(jìn)行研究，認(rèn)為發(fā)芽指數(shù)可以作為苦瓜耐冷性的鑒定指標(biāo)。但選用的指標(biāo)均以露胚根2 mm種子為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用發(fā)芽方法形成的指標(biāo)不能體現(xiàn)種子具有形成正常苗的能力，且對苦瓜芽期耐冷性鑒定采用單一指標(biāo)法，因而不能從客觀上反映資源的芽期耐冷性。在低溫條件下，利用GB/T 3543.4—1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)》中沙埋方法形成的指標(biāo)具備形成正常苗的指標(biāo)，能從客觀上反映作物從萌芽期到苗期的耐冷性，但利用此方法進(jìn)行苦瓜芽期耐冷性鑒定未見報(bào)道；利用綜合模糊評價(jià)方法對苦瓜芽期耐冷性進(jìn)行鑒定與評價(jià)也未見報(bào)道。因此，通過測定20 ℃條件下材料的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、種子活力指數(shù)、下胚軸長等與芽期密切相關(guān)的指標(biāo)，采用主成分分析結(jié)合聚類分析進(jìn)行科學(xué)綜合評價(jià)，建立一套苦瓜芽期耐冷性鑒定與評價(jià)方法，以提高鑒定的可靠性和準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料均來自于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所。

1.2 發(fā)芽勢、發(fā)芽率、下胚軸長與活力指數(shù)測定

按GB/T 3543.4—1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)》中沙埋方法進(jìn)行，略有改動。將參試材料種子用3%漂白水(有效成分為5%次氯酸鈉水溶液)浸泡10 min進(jìn)行種子消毒，然后用清水沖洗干凈，水平置于20 ℃條件下的發(fā)芽盒中，覆上1層薄沙，第6天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，以露胚根2 mm以上的種子百分?jǐn)?shù)計(jì)；此后每天將露胚根的種子點(diǎn)入盒子另一端并覆蓋1 cm厚沙子，至第10天時(shí)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并測量正常苗的下胚軸長度，計(jì)算種子活力指數(shù)。

種子活力指數(shù)=發(fā)芽率×下胚軸長度。4次重復(fù)，每重復(fù)100粒。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 19.0進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦瓜芽期耐冷性的相關(guān)性分析

表1顯示，各指標(biāo)的數(shù)值越大，表示相關(guān)性越顯著。發(fā)芽率與活力指數(shù)間、活力指數(shù)與下胚軸長間存在顯著關(guān)系，經(jīng)KMO 和 Bartlett 的檢驗(yàn)，四項(xiàng)指標(biāo)兩兩相關(guān)性即取樣足夠度的 Kaiser-Meyer-Olkin 度量為0.502，說明本試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)值適合進(jìn)行主成分分析。

表1 芽期耐冷指標(biāo)的相關(guān)性

X1X2X3X4相關(guān)X110．4310．4030．296X20．43110．8530．441X30．4030．85310．764X40．2960．4410．7641

注：X1為發(fā)芽勢；X2為發(fā)芽率；X3為活力指數(shù)；X4為下胚軸長。

2.2 不同苦瓜資源芽期耐冷性的主成分分析

表2顯示，通過主成分分析，主成分1和主成分2的累積貢獻(xiàn)率為85.338%，能夠描述原來所有信息的85%左右，可以由這2個新變量代替原來的4個變量。由表3主成分的載荷矩陣可知，第1主成分各指標(biāo)都有較高的載荷，主要為發(fā)芽率(X2)和活力指數(shù)(X3)，載荷系數(shù)分別為0.865和0.959，都是有關(guān)苗生長的指標(biāo)，可定為“苗生長因子”；第2主成分主要為發(fā)芽勢(X1)，可定為“萌芽因子”。因此認(rèn)為發(fā)芽率和活力指數(shù)可作為苦瓜芽期耐冷性鑒定的重要指標(biāo)。再根據(jù)表2和表4，可以得各主成分的計(jì)算公式和芽期冷害公式：F=0.662 F1+0.192 F2，其中第1主成分公式F1=0.37X1+0.532X2+0.589X3+0.482X4；第2主成分公式F2=0.871X1+0.038X2-0.237X3-0.433X4。

表2 主成分特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率

表3 主成分的載荷矩陣

表5 苦瓜材料原始測定值與耐冷性排序

材料X1(%)X2(%)X3X4(cm)主成分值排名材料X1(%)X2(%)X3X4(cm)主成分值排名MC191753．044．050．15228MC33?152472．815．97-0．74343MC1?①92908．479．411．7252MC36?252832．823．42-0．57839MC4?228231．124．86-1．82749MC3871532．364．49-0．61540MC5?226170．321．8-2．4454MC40?194884．863．860．49518MC10?243915．836．410．20626MC42?290847．619．061．4024MC11?153934．174．51-0．09333MC4398815．426．690．90812MC12?215190．814．24-2．20952MC4584865．15．930．61315MC13?142964．524．71-0．14836MC4890955．245．520．75814MC14?226150．422．78-2．23953MC50?186966．286．541．02910MC15?286832．93．52-0．02230MC5182814．385．410．34423MC19?245150．493．25-1．96451MC5346210．522．46-1．96250MC20?188653．996．140．25725MC5447623．044．91-0．70742MC20?262684．116．09-0．09935MC5612927．147．76-0．09734MC21?296936．647．181．2786MC60?B45855．136．04-0．00729MC2214422．375．57-1．5247MC6865735．397．440．37323MC22?238362．296．35-1．1445MC7274785．467．040．54216MC23?178553．035．51-0．25537MC75D16794．475．66-0．6841MC25?295987．477．661．5123MC7972936．737．240．91811MC25?393855．26．120．7813MC8389877．428．531．3725MC25?4100976．066．251．1929MC8448854．325．08-1．51346MC26?184804．675．840．45821MC85481004．364．36-0．06832MC2882857．158．821．2318MC9244936．837．380．51717MC30?356918．759．621．2417MC9339907．458．280．48519MC31?176402．0910．27-0．03331MC10032897．388．290．47120MC32?141100．555．53-1．848MC10135863．664．25-0．57638MC32?268331．885．77-0．84344MC10531836．397．750．16227MC3368895．185．820．40122MC108100978．438．431．8151

表4 主成分的向量矩陣

主成分X1X2X3X410．3700．5320．5890．48220．8710．038-0．237-0．433

2.3 苦瓜資源芽期耐冷性排序

通過主成分耐冷公式計(jì)算，得出各材料的耐冷性排名，從表5可看出，MC 108排第1名，可歸為耐冷資源；MC 5-2排最后，為第54名，可歸為冷敏資源；其它資源分類可依據(jù)表5做出耐冷性排名。但從各材料的耐冷性指標(biāo)原始測定值看，如果是用單一指標(biāo)對參試材料進(jìn)行耐冷性鑒定與評價(jià)，同一材料的耐冷性評價(jià)結(jié)果差異較大。比如MC 56的發(fā)芽勢為12，為各參試資源中最低的，排第44名，但其發(fā)芽率可達(dá)92%，耐冷排第7名，活力指數(shù)和下胚軸長也是較高的，其它資源用單一指標(biāo)進(jìn)行耐冷排名可依據(jù)表5數(shù)據(jù)得出。因此，在低溫條件下，單一指標(biāo)不能可靠而準(zhǔn)確地對苦瓜芽期進(jìn)行耐冷性鑒定與評價(jià)。

2.4 不同苦瓜資源芽期耐冷性的聚類分析

將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，依據(jù)綜合耐冷分值的排序?qū)垲惤Y(jié)果進(jìn)行分類，最終對苦瓜芽期耐冷性作出評價(jià)。圖1顯示，在平方歐氏距離為5處，可將供試材料分為4種類型，第1類為高度低溫敏感型，第2類為低溫敏感型，第3類為高度耐冷型，第4類為耐冷型。

3 討 論

在低溫條件下，利用種子活力等與芽期相關(guān)指標(biāo)鑒定與評價(jià)作物的耐冷性，具有方法簡便易行、重復(fù)性好、試驗(yàn)周期短的優(yōu)點(diǎn)，目前已成功地應(yīng)用于多種蔬菜作物的耐冷性鑒定，但鑒定的指標(biāo)多以露胚根2 mm種子為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，沒有利用成苗的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定與評價(jià)，也有一定局限性。本研究利用GB/T 3543.4—1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)》中沙埋方法形成的指標(biāo)發(fā)芽勢、發(fā)芽率、種子活力指數(shù)、下胚軸長的原始測定值進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明，在低溫條件下，第6天的發(fā)芽勢是以露胚根2 mm以上的種子百分?jǐn)?shù)計(jì)，露胚根2 mm以上的種子并不一定具備形成正常苗的能力；第10天的發(fā)芽率是以形成正常苗比率統(tǒng)計(jì)，說明種子具備發(fā)芽形成正常苗能力；但在逆境條件下，具備高發(fā)芽能力的種子不一定具備高的種子活力，而高活力種子具有明顯的生長優(yōu)勢和生產(chǎn)潛力，種子活力指數(shù)是發(fā)芽率與下胚軸長的乘積，可以表現(xiàn)種子活力的高低。因此，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、種子活力指數(shù)、下胚軸長等與芽期相關(guān)的指標(biāo)是既緊密相連又有所獨(dú)立，利用任何一個單一性指標(biāo)鑒定苦瓜材料芽期耐冷性均具有一定的局限性，降低鑒定與評價(jià)的可靠性和準(zhǔn)確性，不能客觀反映材料的耐冷性實(shí)質(zhì)。

圖1 苦瓜耐冷性的聚類分析結(jié)果

主成分分析、聚類分析等多指標(biāo)的綜合評價(jià)方法已成功應(yīng)用于作物耐逆性鑒定中，如高粱耐旱性[7]、茶樹抗寒性[8]等。在20 ℃條件下，本研究利用發(fā)芽勢、發(fā)芽率、種子活力指數(shù)、下胚軸長等指標(biāo)，采用主成分分析結(jié)合聚類分析進(jìn)行苦瓜芽期耐冷性的綜合評價(jià)，雖然具有簡單、可靠，鑒定周期短的優(yōu)點(diǎn)，但是也會受種子成熟度、種子年齡、處理過程、種子生產(chǎn)環(huán)境和貯藏條件等因素影響。因此，為了提高鑒定的準(zhǔn)確性，盡量選擇同一批次的種子用于試驗(yàn)，并做好與常溫下的對照試驗(yàn)，選用測定的相對值進(jìn)行鑒定與評價(jià)，因?yàn)橄鄬χ当冉^對值能更好地反映作物的耐逆性[9]。

4 結(jié) 論

本研究選用的材料在耐冷性上存在較大差異，可以代表不同苦瓜資源的耐冷性。本研究建立的苦瓜芽期耐冷性鑒定與評價(jià)方法適用于多數(shù)苦瓜資源耐冷性的鑒定與評價(jià)。

[1]韓龍植,曹桂蘭,安永平,等.水稻種質(zhì)資源芽期耐冷性的鑒定與評價(jià)[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào),2004,5(4):346-350.

[2]肖宇龍,鐘家有,胡啟鋒,等.江西省早稻主栽品種可控條件下芽期耐冷性鑒定[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(2):243-248.

[3]馬延華,王慶祥,孫德全,等.玉米自交系芽期耐寒性的鑒定與評價(jià)[J].玉米科學(xué),2013,21(2):88-92.

[4]苗永美,高青海,戈應(yīng)祥,等.甜瓜耐低溫鑒定指標(biāo)的研究[J].安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào),2013,27(1):39-44.

[5]王紅飛,李錫香,王海平,等.黃瓜低溫耐受性鑒定方法的初步研究[J].中國蔬菜,2015(3):17-25.

[6]黃玉輝,羅海玲,張曼.不同苦瓜品種種子發(fā)芽和苗期耐冷性差異的研究[J].長江蔬菜(學(xué)術(shù)版),2008(10):11-13.

[7]王藝陶,周宇飛,李豐先,等.基于主成分和SOM 聚類分析的高粱品種萌發(fā)期抗旱性鑒定與分類[J].作物學(xué)報(bào),2014,40(1):110-121.

[8]洪永聰,王玉,丁兆堂,等. 越冬期茶樹葉片生理指數(shù)分析及抗寒種質(zhì)材料的篩選[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,25(16):215-218.

[9]孫璐,周宇飛,汪澈,等.高粱品種萌發(fā)期耐鹽性篩選與鑒定[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(9):1 714-1 722.

Identification and Evaluation of Bitter Gourd for Chilling-toleranceDuring Germination Stage

CHENXiaofeng1,2，HUANGRukui1,2，F(xiàn)ENGChengcheng1,2，HUANGXiongjuan1，HUANGYuhui1,2，CHENZhendong1,2，LIANGJiazuo1，LIUXinglian1，QINJian1,2

(1.Vegetable Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 530007，China；2.Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Laboratory，Nanning 530007，China)

Objective：During germination stage,the method on identification and evaluation of bitter gourd for chilling-tolerance was studied in order to providing references for the selection of cold resistant materials.Method：Under low temperature conditions,the germination potential,the germination rate,the seed vigor index and the hypocotyls’ length of fifty-four bitter gourd materials were studied.The chilling-tolerance of bitter gourd during germination stage were identified and evaluated combined with the principal components analysis and cluster analysis.Result：The results showed that the germination rate and the seed vigor index for chilling-tolerance of bitter gourd were 0.865 and 0.959,and were higher than others,so they had important values for identification chilling-tolerance of bitter gourd.A single index cannot reliably and accurately identify and evaluate the cold resistance of bitter gourd under low temperature.The chilling-tolerances of fifty-four bitter gourd were classified four types with cluster analysis. The first was highly sensitive to low temperature, the second was the low temperature sensitive,the third was the high chilling-tolerance type, the fourth was the chilling-tolerance type.Conclusion：The method of identification and evaluation was suitable for evaluating chilling-tolerance of bitter gourd during germination stage.

bitter gourd; chilling-tolerance; seed vigor index; principal components analysis; cluster analysis

2016-09-27

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科合14125008-2-19) ；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014 GXNSFAA 118091)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)項(xiàng)目(桂農(nóng)科2014 YQ 17)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-25)。

陳小鳳(1975—)，女，廣西鹿寨人；碩士，副研究員，研究方向：蔬菜遺傳育種；E-mail：cxf@gxaas.net。

黃如葵(1969—)，博士，研究員，主要從事蔬菜遺傳育種及種子學(xué)研究工作；E-mail：rkhuang@gxaas.net。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.01.036

S 642.5

A

1001-4705(2017)01-0036-04