西瓜種子萌發(fā)期的耐冷性和耐熱性

周 丹，王吉明，李 娜，尚建立，馬雙武

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所 鄭州 450009）

西瓜（Citrullus lanatusvar.lanatus）的栽培種植范圍廣泛，味甘多汁，不僅是消熱解暑的最佳水果，還對(duì)某些疾病具有輔助治療的功效，是夏季的常見(jiàn)水果。隨著人們消費(fèi)水平的提高，西瓜的跨季節(jié)栽培也越來(lái)越普遍。而溫度是限制西瓜跨季節(jié)栽培的主要因素，不論是早春栽培時(shí)的低溫還是秋延栽培時(shí)的高溫，都會(huì)給西瓜的栽培種植帶來(lái)巨大影響。研究表明，西瓜種子發(fā)芽適宜溫度為25～35℃,最適溫度為30℃左右[1]。因而在栽培時(shí)通常采用30℃左右作為種子催芽溫度，過(guò)高或過(guò)低的溫度都可能延長(zhǎng)西瓜種子的發(fā)芽時(shí)間。關(guān)于西瓜的耐冷性和耐熱性研究多以幼苗為試驗(yàn)材料[2-3]，且大多是以西瓜砧木品種為研究對(duì)象[4-6]，針對(duì)西瓜種子萌發(fā)時(shí)期以及種質(zhì)資源的耐冷性和耐熱性篩選的研究相對(duì)較少。目前我國(guó)西瓜種質(zhì)資源規(guī)模迅速擴(kuò)大，種質(zhì)類(lèi)型呈現(xiàn)多樣化[7]，其中不乏耐冷耐熱資源品種。筆者用普通栽培品種西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜、藥西瓜和四倍體西瓜各3～5份種子進(jìn)行了不同溫度萌發(fā)試驗(yàn)，探究西瓜種子萌發(fā)期的耐冷性和耐熱性，以期為低溫或高溫耐受力較強(qiáng)的西瓜品種篩選與利用提供方法依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用西瓜材料共20份，編號(hào)X1～X20，均選自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所國(guó)家西瓜甜瓜中期庫(kù)（National mid-term genebank for watermelon and melon）。其中X1～X5為隨機(jī)選擇的普通栽培二倍體西瓜（以下稱為普通西瓜），X6～X9為黏籽西瓜，X10～X13 為野生西瓜，X14～X16 為藥西瓜，X17～X20為四倍體西瓜。

1.2 方法

試驗(yàn)于2017年春季在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所國(guó)家西瓜甜瓜中期庫(kù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。為了確定合適的低溫和高溫處理溫度，根據(jù)前人研究西瓜、甜瓜種子在不同溫度下的萌發(fā)情況[8-9]，在預(yù)備試驗(yàn)基礎(chǔ)上并結(jié)合實(shí)際工作需要，選用33℃為最適發(fā)芽溫度，20℃為低溫處理溫度，40℃為高溫處理溫度。

將每份西瓜種子分成3組，每組試驗(yàn)種子數(shù)為30粒。種子統(tǒng)一在20℃浸種24 h，甩干水分后，分別放入設(shè)定好溫度的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行催芽。從處理的第2天開(kāi)始每天統(tǒng)計(jì)各溫度下不同西瓜材料種子萌發(fā)數(shù)，至第8天各處理發(fā)芽種子數(shù)均不再增加視為完全發(fā)芽。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算西瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)，分析比較不同類(lèi)型西瓜種子萌發(fā)過(guò)程的耐冷性和耐熱性。

1.3.1 發(fā)芽勢(shì)與最大萌發(fā)狀態(tài)的統(tǒng)計(jì) 在不同溫度培養(yǎng)條件下，統(tǒng)計(jì)西瓜種子發(fā)芽勢(shì)，確定最佳萌發(fā)狀態(tài)時(shí)間。發(fā)芽勢(shì)=（當(dāng)天發(fā)芽種子總數(shù)/試驗(yàn)種子總數(shù)）。最佳萌發(fā)狀態(tài)：西瓜種子的發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值的狀態(tài)為最佳萌發(fā)狀態(tài)。

1.3.2 發(fā)芽率的和發(fā)芽指數(shù)的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算 計(jì)算不同溫度培養(yǎng)條件下西瓜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

發(fā)芽率/%=（種子達(dá)到完全發(fā)芽時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/試驗(yàn)種子總數(shù)）×100。

發(fā)芽指數(shù)= ∑（Gt/Dt）；Dt指不同發(fā)芽時(shí)間；Gt指不同發(fā)芽時(shí)間時(shí)的發(fā)芽總數(shù)。通過(guò)計(jì)算發(fā)芽指數(shù)的下降比例推斷低溫和高溫對(duì)種子萌發(fā)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類(lèi)型西瓜種子發(fā)芽勢(shì)比較分析

2.1.1 對(duì)照（33℃）條件下不同類(lèi)型西瓜種子的發(fā)芽勢(shì) 在33℃條件下（表1），所有西瓜種子均在1 d內(nèi)啟動(dòng)萌發(fā)，甚至有部分品種（普通西瓜X3，野生西瓜 X11、X13，四倍體西瓜 X18、X19）已達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)。絕大部分西瓜（除藥西瓜X15外）均在第3天能夠達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)，此后種子發(fā)芽勢(shì)不再增長(zhǎng)。

表1 對(duì)照組（33℃）條件下不同類(lèi)型西瓜種子0～8 d發(fā)芽勢(shì)

2.1.2 低溫（20℃）條件下不同類(lèi)型西瓜種子的發(fā)芽勢(shì) 在20℃低溫條件下（表2），第1天全部試驗(yàn)材料的種子發(fā)芽勢(shì)為0，表明此時(shí)種子尚未萌發(fā)，培養(yǎng)第3天，大部分野生西瓜和全部四倍體西瓜均已達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)。而普通西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜、藥西瓜則在第5天基本能夠達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)。表明在種子萌發(fā)期，野生西瓜和四倍體西瓜較其他類(lèi)型的西瓜可能具有更好的耐冷性。

表2 低溫（20℃）條件下不同類(lèi)型西瓜種子0～8 d發(fā)芽勢(shì)

2.1.3 高溫（40℃）條件下不同類(lèi)型西瓜種子的發(fā)芽勢(shì) 高溫（40℃）條件下（表3），除普通西瓜和藥西瓜的個(gè)別品種，其余西瓜均于1 d啟動(dòng)萌發(fā)。除個(gè)別品種（普通西瓜X5），絕大部分西瓜均在1～4 d達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)，其中四倍體西瓜和野生西瓜分別在第2天和第3天全部達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)，早于大部分普通西瓜、黏籽西瓜、藥西瓜，表明四倍體西瓜和野生西瓜在高溫培養(yǎng)條件下較其他類(lèi)型西瓜萌發(fā)速度更快，四倍體西瓜和野生西瓜較其他類(lèi)型的西瓜可能具有更好的耐熱性。

表3 高溫（40℃）條件下不同類(lèi)型西瓜種子0～8 d發(fā)芽勢(shì)

綜合上述分析結(jié)果可知，大部分野生西瓜和四倍體西瓜種子在低溫和高溫下較其他類(lèi)型種子更早達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)，可能具有更好的耐冷性和耐熱性。絕大部分西瓜種子在萌發(fā)5 d（20℃）、3 d（33℃）或4 d（40℃）后即可基本達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)，此后直到第8天種子發(fā)芽勢(shì)的變化不大。因此，筆者認(rèn)為以33℃為對(duì)照，可以將西瓜種子耐冷性試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)縮減為5 d，耐熱性試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)縮減為4 d，下文中所用數(shù)據(jù)皆以此為標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 不同西瓜種子的發(fā)芽率比較與耐冷性、耐熱性分析

2.2.1 低溫下西瓜種子發(fā)芽率比較及耐冷性分析 在20℃條件下，20份西瓜種子的發(fā)芽都受到一定程度的抑制，所有種子均在2 d后才開(kāi)始萌發(fā)，大部分種子第5天才達(dá)到基本萌發(fā)狀態(tài)，發(fā)芽指數(shù)普遍降低（表4）。但不同類(lèi)型的西瓜種子萌發(fā)受抑制的程度各不相同。

表4 20℃條件下不同類(lèi)型的種子萌發(fā)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

普通西瓜（X1～X5）中，不同材料的耐冷性差異較大。從表4可以看出，X1、X3、X5發(fā)芽率都與對(duì)照組一致，屬于耐冷性較好的品種；X2和X4受低溫處理影響較大，發(fā)芽率均下降50%以上，但從發(fā)芽指數(shù)來(lái)看，X4對(duì)低溫處理相對(duì)更敏感。不同黏籽西瓜（X6 ～X9）耐冷性也各不相同。X6、X7、X8耐冷性較好，發(fā)芽率與對(duì)照組相比變化不大；而X9的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均下降了50%以上，表明該材料在低溫下種子活力顯著降低，耐冷性較差。低溫處理對(duì)野生西瓜（X10～X13）和四倍體西瓜（X17～X20）種子發(fā)芽率的影響相對(duì)較小。這8個(gè)材料中，除了X13在低溫下的萌發(fā)活力降低，其余7個(gè)材料的發(fā)芽率均與對(duì)照組沒(méi)有明顯差異。表明野生西瓜和四倍體西瓜種子萌發(fā)期的耐冷性普遍較強(qiáng)。低溫處理對(duì)藥西瓜（X14～X16）萌發(fā)的影響最大，3份藥西瓜發(fā)芽指數(shù)降低百分比均達(dá)到85%以上，種子活力均受到顯著抑制，其中X16在20℃下一直未有萌發(fā)跡象。

綜合分析表4數(shù)據(jù)并結(jié)合表2中不同類(lèi)型西瓜的發(fā)芽勢(shì)結(jié)果表明，四倍體西瓜耐冷性較強(qiáng)，而藥西瓜耐冷性較差。不同的野生西瓜、黏籽西瓜及普通西瓜耐冷性差異較大。

2.2.2 高溫下西瓜種子發(fā)芽率比較及萌發(fā)期的耐熱性分析 綜合表4、表5數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，高溫處理對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響比低溫處理要小，發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比下降幅度更小。但某些同一類(lèi)型不同品種的種子在高溫下的萌發(fā)情況差異較大。

普通西瓜（X1～X5）在高溫處理中的耐受力各不相同，X1、X3、X4屬于對(duì)高溫具有一定耐受力的品種，3者的耐熱性表現(xiàn)為X3＞X1＞X4。發(fā)芽指數(shù)降低比率顯示X2、X5受抑制的程度較大，表明它們對(duì)高溫處理非常敏感。黏籽西瓜（X6～X9）普遍表現(xiàn)出較好的耐熱性。雖然黏籽西瓜發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均略有降低，但降低的差值都不大。藥西瓜（X14～X16）對(duì)高溫的耐受力則各不相同。對(duì)低溫表現(xiàn)出良好耐受力的四倍體西瓜對(duì)高溫也表現(xiàn)出有較好的耐受力，X17～X20的萌發(fā)數(shù)據(jù)與對(duì)照組（33℃）基本一致。同樣對(duì)低溫耐受力良好的野生西瓜中，X10、X11、X12的萌發(fā)數(shù)據(jù)變化不大，表明它們具有較好的耐熱性。但X13的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均有明顯降低，表明該其耐熱性相對(duì)其他3個(gè)材料較差。

綜合分析表5發(fā)芽指數(shù)下降百分比，結(jié)合表3中不同類(lèi)型西瓜的發(fā)芽勢(shì)，我們發(fā)現(xiàn)四倍體西瓜種子萌發(fā)期的耐熱性最好，大部分黏籽西瓜也都有較好的耐熱性；而對(duì)于普通西瓜、野生西瓜及藥西瓜，同一類(lèi)型中不同品種的耐熱性差異較大。

表5 40℃條件下不同類(lèi)型的種子萌發(fā)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3 討論

植物種子發(fā)芽是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，期間成熟種子必須迅速?gòu)男菝郀顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊妊繝顟B(tài)，并為幼苗生長(zhǎng)做準(zhǔn)備，該過(guò)程具有重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義[10-11]。植物種子萌發(fā)是植物繁殖的主要特征和重要過(guò)程，是植物生命周期中最關(guān)鍵的時(shí)期，也是極易受到外界環(huán)境影響的時(shí)期[12]，溫度條件在此過(guò)程中尤為重要。

從萌發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，不同類(lèi)型西瓜種子萌發(fā)期的耐冷性和耐熱性存在較大差異。多倍體植物染色體倍數(shù)較高，通常具有更為優(yōu)良的性狀，如葉、花、果增大，適應(yīng)性廣，抗逆性強(qiáng)等。研究表明，四倍體西瓜相比于二倍體親本除擁有更高的雜合度，且具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)，如耐鹽等特性[13]。劉文革等[14]通過(guò)對(duì)不同倍性的西瓜幼苗低溫脅迫處理還發(fā)現(xiàn)，四倍體西瓜相較其二倍體親本具有較強(qiáng)的耐冷性，這與本試驗(yàn)中四倍體西瓜在種子萌發(fā)期對(duì)低溫和高溫均有較好的耐受性的結(jié)果是一致的。野生西瓜原產(chǎn)非洲，具有較強(qiáng)的野生性狀和抗逆性。而本試驗(yàn)中，除了X13對(duì)低溫和高溫的耐受力均相對(duì)較差外，其余3個(gè)材料在高溫和低溫處理中的發(fā)芽率變化不大，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐冷性和耐熱性。藥西瓜主產(chǎn)于北非、中亞和西亞各國(guó)，具有很強(qiáng)的野生性和抗逆性，而本試驗(yàn)所用的藥西瓜均表現(xiàn)出萌發(fā)期對(duì)溫度的高度敏感性，高溫和低溫均強(qiáng)烈抑制其萌發(fā)活力，說(shuō)明藥西瓜種子萌發(fā)期對(duì)低溫和高溫的耐受性均較差。黏籽西瓜原產(chǎn)非洲西部，具有耐干旱耐瘠薄且抗性強(qiáng)的特點(diǎn)[15-16]。本試驗(yàn)中，黏籽西瓜種子萌發(fā)過(guò)程中對(duì)低溫和高溫的耐受性雖沒(méi)有四倍體西瓜強(qiáng)，但普遍高于藥西瓜及部分普通西瓜，表明黏籽西瓜也具有耐高溫和耐低溫的特性。普通西瓜種子在高溫和低溫脅迫下萌發(fā)情況各不相同，這可能是由于普通西瓜不同材料來(lái)源不一，遺傳多樣性豐富，因此相互之間遺傳差異較大，所表現(xiàn)出的抗逆性狀也各不相同。綜上所述，初步認(rèn)為四倍體西瓜具有良好的耐冷性和耐熱性，而藥西瓜較差；黏籽西瓜耐熱性較好，耐冷性不同品種間差異較大；普通西瓜及野生西瓜不同材料的耐冷性和耐熱性差異較大。但由于樣本量有限，該結(jié)論還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

通過(guò)對(duì)比分析萌發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，西瓜種子基本在3～5 d即可達(dá)到最佳萌發(fā)狀態(tài)，因此認(rèn)為在西瓜種子萌發(fā)期的耐冷性和耐熱性鑒定可以縮短統(tǒng)計(jì)天數(shù)至3～5 d，不僅能提高工作效率，還能節(jié)約成本。

4 結(jié) 論

通過(guò)觀察20個(gè)不同類(lèi)型西瓜種子在不同溫度下的萌發(fā)情況，揭示了不同西瓜種子在萌發(fā)過(guò)程中對(duì)低溫和高溫處理的耐受性差異。通過(guò)比較不同類(lèi)型西瓜種子萌發(fā)情況，發(fā)現(xiàn)在西瓜種子萌發(fā)期間，四倍體具有良好的耐冷性和耐熱性，藥西瓜耐冷性較差；而普通西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜，同一類(lèi)型不同材料間耐冷性或耐熱性差異較大，有待進(jìn)一步研究確認(rèn)。同時(shí)筆者初次提出了用種子萌發(fā)5 d（20℃）和 4 d（40℃）的發(fā)芽率作為判定種子萌發(fā)活力的指標(biāo)，為今后對(duì)西瓜抗低溫和抗高溫種質(zhì)資源的篩選與利用提供了方法依據(jù)。