低溫脅迫對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響

沈 虹，孟佳麗，吳紹軍，余 翔

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)科所，江蘇宿遷 223800）

西瓜原產(chǎn)于非洲，喜溫耐熱，不耐低溫；生育期臨界溫度為10～40℃，最適溫度為18～32℃；發(fā)芽期最適溫度為25～30℃，臨界溫度為15℃。早春西瓜因上市早、效益高備受瓜農(nóng)青睞，栽培面積逐年增加。早春低溫是西瓜生產(chǎn)中最常見的逆境因子，大棚早春西瓜一般在12月底至翌年1月上旬開始育苗，極易遭遇偏低溫（白天低于20℃，晚上低于12℃），以及短期極低溫天氣（白天低于15℃，夜間低于8℃）。低溫不僅導(dǎo)致西瓜種子發(fā)芽率降低，幼苗生長(zhǎng)量下降[1]，還影響西瓜授粉、坐果和膨大，極易出現(xiàn)畸形瓜[2]。篩選和培育耐低溫品種是解除西瓜低溫危害的最有效途徑之一。目前國(guó)內(nèi)外科研單位和育種公司已培育出一些早春設(shè)施栽培專用品種，但實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中仍存在品種繁多、各品種耐低溫特性掌握不準(zhǔn)確、冷害頻發(fā)的現(xiàn)象。試驗(yàn)以生產(chǎn)中常見的品種以及課題組長(zhǎng)期保存的高代自交系、組合和培育的品種為研究對(duì)象，篩選和評(píng)價(jià)不同基因型西瓜材料萌芽期的耐低溫性，以期為西瓜低溫育種提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

39份西瓜供試材料為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)科所設(shè)施園藝研究室西瓜課題組搜集、保存、培育的品種和高代自交系、組合，材料名稱與來源見表1。

1.2 種子處理

各試驗(yàn)材料均挑選成熟飽滿、大小一致的西瓜種子，分別放于網(wǎng)袋中，置于55℃溫水中浸泡30 min，之后在30℃溫水中浸泡4 h。將各材料種子擺放于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿50 粒，每份材料3次重復(fù)，放于設(shè)定好溫度的培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。

1.3 種子萌發(fā)測(cè)定

先將不同西瓜材料種子置于15/10℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)14 d，第10 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第14 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率；再置于15℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)10 d，第5 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第10 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率；隨后置于17℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)8 d，第5 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第8 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率；最后置于25℃培養(yǎng)箱內(nèi)，第4 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，繼續(xù)培養(yǎng)成苗。每天觀察種子的發(fā)芽情況，以胚根露出種皮為標(biāo)準(zhǔn)，記錄種子的發(fā)芽數(shù)量和胚根長(zhǎng)度。

式中，S=胚根長(zhǎng)+下胚軸長(zhǎng)，單位為cm。

1.4 幼苗冷害指數(shù)和恢復(fù)能力測(cè)定

種子萌發(fā)結(jié)束后繼續(xù)放于25℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)幼苗，將子葉期苗置于8℃培養(yǎng)箱內(nèi)處理5 d 統(tǒng)計(jì)冷害情況。冷害處理結(jié)束后，將幼苗放置于25℃培養(yǎng)箱恢復(fù)培養(yǎng)5 d，統(tǒng)計(jì)幼苗的恢復(fù)能力，恢復(fù)能力以恢復(fù)正常的幼苗數(shù)占總幼苗株數(shù)的百分比表示。幼苗冷害癥狀參照朱宗文等[3]的方法，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 材料名稱與來源

表2 冷害癥狀分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

式中，N為冷害級(jí)數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理對(duì)不同西瓜材料種子發(fā)芽勢(shì)的影響

種子發(fā)芽勢(shì)反映種子的發(fā)芽速度和整齊度。由表3可知，15/10℃低溫脅迫下，僅富士26、美都和吉佳3個(gè)品種萌發(fā)，發(fā)芽勢(shì)均低于5.00%，且3個(gè)品種間差異不顯著（P＞0.05），變異系數(shù)為39.97%。15℃低溫脅迫下，有14個(gè)材料萌發(fā)，25個(gè)材料未萌發(fā)。14個(gè)萌發(fā)材料的變異系數(shù)為80.43%；其中，美都發(fā)芽勢(shì)最高，為39.33%，其次為吉佳（38.67%）、富士26（30.00%）、蘇蜜8號(hào)（26.67%）和47-2（24.00%），這4個(gè)萌發(fā)材料與美都相比均差異不顯著（P＞0.05）。17℃低溫脅迫下，34個(gè)材料萌發(fā)，變異系數(shù)為72.94%；其中，170-1 發(fā)芽勢(shì)最高，為73.33%，其次為47-2（72.67%）、美都（68.67%）和吉佳（68.67%），這3個(gè)萌發(fā)材料與170-1 相比均差異不顯著（P＞0.05）。低溫脅迫下種子的萌發(fā)速度和整齊度明顯降低，且溫度越低抑制越明顯。

2.2 低溫處理對(duì)不同西瓜材料種子相對(duì)發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率反映了種子發(fā)芽的數(shù)量，相對(duì)發(fā)芽率是逆境脅迫下檢測(cè)種子萌發(fā)能力的主要指標(biāo)之一。由表4可知，15/10℃低溫脅迫下，9個(gè)材料萌發(fā)，變異系數(shù)為69.94%，30個(gè)材料未萌發(fā)；其中，吉佳相對(duì)發(fā)芽率最高，為13.66%，與其余8個(gè)萌發(fā)材料相比差異顯著（P＜0.05），其次為富士26，相對(duì)發(fā)芽率為6.93%，但與其余的7個(gè)材料相比差異不顯著（P＞0.05）。15℃低溫脅迫下，24個(gè)材料萌發(fā)，變異系數(shù)為81.81%，15個(gè)材料未萌發(fā)；其中，170-1 相對(duì)發(fā)芽率最高，為60.12%，其次為47-2（55.33%）、美都（48.62%）、吉佳（46.10%）、435-2（41.59%），這4個(gè)萌發(fā)材料與170-1 相比均差異不顯著（P＞0.05）。17℃低溫脅迫下，39個(gè)材料均萌發(fā)，變異系數(shù)為59.94%；其中，小蘭相對(duì)發(fā)芽率最高，為79.02%，其次為蘇蜜8號(hào)（76.26%）、47-2（70.00%）、170-1（69.23%）、吉佳（67.63%）、美都（65.07%），這5個(gè)萌發(fā)材料與小蘭相比均差異不顯著（P＞0.05）。

表3 低溫脅迫下不同西瓜材料種子發(fā)芽勢(shì) 單位：%

2.3 低溫處理對(duì)不同西瓜材料種子相對(duì)胚根長(zhǎng)的影響

胚根長(zhǎng)反映了種子萌發(fā)后的生長(zhǎng)情況，相對(duì)胚根長(zhǎng)反映了低溫脅迫下種子的相對(duì)生長(zhǎng)情況。由表5可知，15/10℃低溫脅迫下，9個(gè)材料萌發(fā)，變異系數(shù)為66.72%；其中，美都相對(duì)胚根長(zhǎng)最長(zhǎng)，為12.61%，其次為吉佳（12.15%）、8424（11.10%）和遷麗4號(hào)（7.29%），但與美都相比均差異不顯著（P＞0.05）。15℃低溫脅迫下，24個(gè)材料萌發(fā)，變異系數(shù)為96.04%；其中，8424 相對(duì)胚根長(zhǎng)最長(zhǎng)，為56.51%，其次為美都（51.28%），二者差異不顯著（P＞0.05）；吉佳（47.71%）、170-1（39.45%）、精彩3號(hào)（37.39%）、小蘭（35.36%）與8424 相比差異顯著（P＜0.05）。17℃低溫脅迫下，39個(gè)材料萌發(fā)，變異系數(shù)為67.39%；其中，437-2 相對(duì)胚根長(zhǎng)最長(zhǎng)，為97.52%，其次為17A-79×17A-82（94.40%）、144-1（93.61%），二者與437-2 相比差異不顯著（P＞0.05）；145-1 相對(duì)胚根長(zhǎng)為87.46%，與17A-79×17A-82、144-1 相比差異不顯著（P＞0.05），與437-2 相比差異顯著（P＜0.05）。

2.4 低溫處理對(duì)不同西瓜材料種子相對(duì)活力指數(shù)的影響

活力指數(shù)可綜合反映種子發(fā)芽率、生長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)活力。由表6可知，15/10℃低溫脅迫下，9個(gè)萌發(fā)材料的相對(duì)活力指數(shù)較低，最高僅為1.65%，變異系數(shù)為119.05%。15℃低溫脅迫下，24個(gè)萌發(fā)材料相對(duì)活力指數(shù)有所提高，變異系數(shù)為138.43%；其中，美都相對(duì)活力指數(shù)最高，為24.92%，其次為170-1和吉佳，分別為23.70%和21.98%。17℃低溫脅迫下，39個(gè)材料相對(duì)活力指數(shù)為0.19%～51.01%，變異系數(shù)為86.14%；其中，170-1 活力指數(shù)最高，為51.01%，也是唯一相對(duì)活力高于50%的材料，其次為美都、蘇蜜8號(hào)和吉佳，分別為41.43%、39.38%和36.35%。經(jīng)非參數(shù)檢驗(yàn)分析，3種低溫脅迫下，部分西瓜材料種子相對(duì)活力指數(shù)存在顯著差異。

表4 低溫脅迫下不同西瓜材料種子相對(duì)發(fā)芽率 單位：%

表5 低溫脅迫下不同西瓜材料種子相對(duì)胚根長(zhǎng) 單位：%

2.5 低溫處理對(duì)不同西瓜材料幼苗冷害指數(shù)和恢復(fù)能力的影響

幼苗的冷害指數(shù)和恢復(fù)能力反映了幼苗承受低溫能力和低溫脅迫后恢復(fù)正常生長(zhǎng)的能力。由表7可知，不同西瓜材料幼苗冷害指數(shù)的變異系數(shù)為22.00%；17A-82×17A-81 冷害指數(shù)最低，為0.27，其次為17A-81×17A-82（0.28）、17A-82×17A-79（0.32）、135-2（0.33）、17A-79×17A-82（0.37）、435-2（0.37）、蘇蜜8號(hào)（0.42）、小蘭（0.42）、富士26（0.43）、美都（0.43）、130-1（0.43）、遷麗4號(hào)（0.43），但這些西瓜材料與17A-82×17A-81 相比均差異不顯著（P＞0.05）。不同西瓜材料幼苗的恢復(fù)能力差異不顯著（P＞0.05），變異系數(shù)為32.37%；其中，17A-82×17A-81、17A-81×17A-82、17A-82×17A-79和17A-79×17A-82這4個(gè)組合恢復(fù)能力最強(qiáng)，為80.00%，其次為富士26、美都、蘇蜜8號(hào)、遷麗4號(hào)、435-2、小蘭、135-2和161-5，為73.33%。

2.6 不同西瓜材料耐低溫性綜合評(píng)價(jià)

選取西瓜材料間存在顯著差異的5個(gè)指標(biāo)（發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)活力指數(shù)、冷害指數(shù)），采用極點(diǎn)排序法對(duì)不同西瓜材料的耐低溫性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[4]。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)值的大小對(duì)不同西瓜材料萌芽期耐低溫性進(jìn)行排名，由表8可知，不同西瓜材料綜合評(píng)分的變化范圍為1.33～5.52，僅170-1 綜合評(píng)分大于5，為耐低溫材料，另有遷麗4號(hào)、蘇蜜1667、遷麗1號(hào)、遷麗4號(hào)反交、遷美1號(hào)、135-2、161-5、17A-81×17A-82 綜合評(píng)分小于2，為低溫敏感材料，其余材料為中度耐低溫材料。

表6 低溫脅迫下不同西瓜材料種子相對(duì)活力指數(shù) 單位：%

表7 低溫脅迫下不同西瓜材料子葉期幼苗冷害指數(shù)和恢復(fù)能力

表8 低溫脅迫下不同西瓜材料耐低溫性綜合評(píng)價(jià)

2.7 西瓜種子萌發(fā)期耐低溫性狀的相關(guān)分析

由表9可知，發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)胚根長(zhǎng)與綜合評(píng)分的相關(guān)性均達(dá)極顯著水平，且相對(duì)活力指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)得分的相關(guān)性最高（r=0.949）。相對(duì)活力指數(shù)與相對(duì)胚根長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，發(fā)芽勢(shì)與相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)活力指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。冷害指數(shù)與恢復(fù)能力呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著。種子千粒重與其他7個(gè)指標(biāo)相關(guān)性均不顯著。

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)是非常復(fù)雜的生理過程，既受外部環(huán)境因子影響，又受自身基因遺傳控制。低溫是早春瓜果蔬菜生產(chǎn)中常見的逆境因子。低溫影響可貫穿整個(gè)生育期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期表現(xiàn)為種子發(fā)芽率和根系活力降低[5]、幼苗生長(zhǎng)量下降[6-7]，生殖生長(zhǎng)期表現(xiàn)為花芽分化延遲、花朵數(shù)量和質(zhì)量降低、坐果率降低、畸形果增加[8-9]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，低溫脅迫下，西瓜萌芽期發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)和相對(duì)活力指數(shù)均降低，而且脅迫溫度越低抑制越明顯。同種作物不同基因型品種耐低溫不同，朱宗文等[10]研究發(fā)現(xiàn)，不同低溫耐受性的茄子自交系材料，在細(xì)胞過程、代謝過程、生物調(diào)節(jié)過程和單有機(jī)體中存在較多的差異表達(dá)基因。關(guān)于鑒定西瓜種子萌芽期耐低溫的最適宜溫度，有研究認(rèn)為，5～10℃是適宜溫度[11]，也有研究發(fā)現(xiàn)5～10℃西瓜種子未萌發(fā)，認(rèn)為15℃是適宜溫度[1]。本試驗(yàn)中，15/10℃低溫處理下萌發(fā)的西瓜材料較少，39個(gè)材料中僅有9個(gè)萌發(fā)，15℃低溫處理下，萌發(fā)的西瓜材料增多，但39個(gè)材料中仍有15個(gè)未萌發(fā)，因此選擇17℃作為西瓜種子發(fā)芽期鑒定的適宜溫度。西瓜材料間的差異可能導(dǎo)致西瓜材料鑒定的溫度不同。植物耐低溫鑒定方面的已有研究多數(shù)是根據(jù)低溫對(duì)植物生長(zhǎng)和生理生化的影響提出的一些指標(biāo)，并對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。苗永美等[12]研究表明，17℃低溫脅迫下，黃瓜萌芽期相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)和相對(duì)活力指數(shù)均與黃瓜耐低溫性顯著相關(guān)。劉雪梅等[4]研究發(fā)現(xiàn)，辣椒不同品種種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)胚根長(zhǎng)與綜合評(píng)價(jià)得分顯著相關(guān)，相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)得分極顯著相關(guān)。李鳳梅等[13]研究發(fā)現(xiàn)，SOD、POD、CAT 活性和可溶性糖含量可作為評(píng)價(jià)南瓜砧木品種耐寒性的指標(biāo)。王微微等[1]研究表明，始發(fā)芽日期、相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)胚根長(zhǎng)可作為西瓜萌芽期耐低溫鑒定指標(biāo)，而株高、株鮮重、根干重、葉面積、Chl a/b、Pn、MDA 含量的變化幅度可作為西瓜苗期耐低溫鑒定指標(biāo)。本試驗(yàn)中，發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)活力指數(shù)和相對(duì)胚根長(zhǎng)均與耐低溫綜合評(píng)分極顯著相關(guān)，該結(jié)果與王薇薇等[1]、劉雪梅等[4]、苗永美等[12]的研究結(jié)果較為一致。冷害指數(shù)與恢復(fù)能力與綜合評(píng)分相關(guān)性不顯著，因此，子葉期冷害指數(shù)較低而且恢復(fù)能力較好的西瓜材料，例如17A-82×17A-81、17A-81×17A-82、17A-82×17A-79和17A-79×17A-82這4個(gè)組合的綜合評(píng)價(jià)得分并不是很高，而且經(jīng)過萌芽期的耐低溫鍛煉，子葉期的西瓜幼苗耐低溫能力明顯提高，恢復(fù)能力較好，后期將進(jìn)一步開展西瓜苗期耐低溫鑒定，以期為西瓜耐低溫原材料篩選和耐低溫品種培育提供科學(xué)依據(jù)。

表9 西瓜種子萌發(fā)期耐低溫相關(guān)指標(biāo)與綜合評(píng)價(jià)得分的相關(guān)性