黃瓜耐濕熱性鑒定方程的建立

仝培江 孟煥文 潘玉朋 劉漢強(qiáng) 程智慧

摘 ? ?要：針對(duì)黃瓜耐濕熱性鑒定方法鮮見報(bào)道的情況，以8個(gè)耐濕熱性不同的黃瓜品種為試材，在人工濕熱（42 ℃/32 ℃+RH 95%）和常溫常濕（28 ℃/18 ℃+RH 75%）條件下采集幼苗形態(tài)和生理指標(biāo)，在夏季大棚濕熱和露地種植采集成株期生長(zhǎng)和結(jié)瓜指標(biāo)；經(jīng)主成分分析構(gòu)建獨(dú)立向量，逐步回歸分析構(gòu)建方程。結(jié)果表明，8個(gè)品種間14個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)出不同程度的差異，其5個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)94.1%。逐步回歸分析構(gòu)建了含不同變量的4個(gè)預(yù)測(cè)方程，以含4個(gè)自變量的方程預(yù)測(cè)效果最好，Y=3.586+1.021Xdw+0.369Xhf+0.635Xtr-3.064Xci，R=0.999，R2=0.998，式中Xdw、Xhf、Xtr和Xci分別為苗干質(zhì)量、采瓜數(shù)、蒸騰速率和胞間CO2濃度的相對(duì)值；Y值越大，耐濕熱性越強(qiáng)。以4個(gè)耐濕熱性不同的品種驗(yàn)證表明，該回歸方程預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高于96%，可用于黃瓜耐濕熱性鑒定。

關(guān)鍵詞：黃瓜；耐濕熱性；鑒定方程

中圖分類號(hào)：S642.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2023）06-032-05

Establishment of an identification equation for cucumber hot-humid tolerance

TONG Peijiang， MENG Huanwen， PAN Yupeng， LIU Hanqiang， CHENG Zhihui

（College of Horticulture， Northwest A&F University， Yangling 712100， Shaanxi， China）

Abstract： Aming at the lack of hot-humid tolerance idetification method report on cucumber， the seedlings of 8 cucumber cultivars with different hot-humid tolerance were treated under artificial hot-humid （42 ℃/32 ℃+RH 95%） and normal condition （28 ℃/18 ℃+RH 75%） to collect the morphological and physiological indexes; and grown in hot-humid plastic tunnel and open field during hot summer season to collect adult plant growth and fruiting indexes. The independent vectors were constructed by principal component analysis to the collected indexes and the equation was constructed by regression analysis. The results showed that the 14 indexes collected showed difference among eight cultivars， five principal components with cumulative contribution of 94.1% could represent those indexes， four prediction equations with different variables were constructed by stepwise regression analysis and the equation with four independent variables presented the best prediction effect： Y=3.586+1.021Xdw+0.369Xhf+0.635Xtr-3.064Xci， R=0.999，R2=0.998. Xdw， Xhf， Xtr and Xci in the equation represent the relative values of seedling dry weight， harvested fruit number， transpiration rate and intercellular CO2 concentration， respectively. The higher the Y value， the stronger the resistance to hot-humid. The verification experiment using 4 cultivars with different hot-humid tolerance indicated that the prediction accuracy of the regression equation is higher than 96%， which can be used to identify the hot-humid resistance of cucumber.

Key words： Cucumber; Hot-humid tolerance; Identification equation

濕熱是我國北方設(shè)施蔬菜和南方夏季蔬菜生產(chǎn)中常面臨的主要復(fù)合逆境，關(guān)于濕熱逆境影響的研究尚處于起步階段。黃瓜是典型的喜溫果菜，不耐高溫和高濕，其耐熱性及其鑒定方法研究已有較多積累[1-8]，濕熱脅迫影響也已引起關(guān)注[9-12]，但耐濕熱性鑒定方法尚未見研究報(bào)道。筆者的研究以前期試驗(yàn)篩選的耐濕熱性不同的黃瓜品種為試材，采集在自然和人工濕熱處理環(huán)境下幼苗和成株的生長(zhǎng)發(fā)育和生理指標(biāo)，通過生物數(shù)學(xué)分析建立耐濕熱性鑒定方程并進(jìn)行驗(yàn)證，以期為黃瓜品種資源耐濕熱性鑒定和育種以及栽培品種選擇提供技術(shù)方法。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2017年10月至2019年4月在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院進(jìn)行。

1.1 材料和處理

在前期試驗(yàn)對(duì)黃瓜品種資源耐濕熱性分析的基礎(chǔ)上，選擇苗期和成株期耐濕熱性有差異的8個(gè)品種，包括耐濕熱性較好的燕青（YQ，重慶市農(nóng)科院蔬菜花卉所，華南型）、德瑞特8-9F（D8-9F，天津德瑞特有限公司，華北型）和津優(yōu)6號(hào)（JY6，天津科潤黃瓜研究所，華北型）；耐濕熱性中等的北京204（BJ204，國家蔬菜工程技術(shù)中心，華北型）和莉娜2號(hào)（LN2，山東壽光洪亮有限公司，歐洲溫室型）；對(duì)濕熱較敏感的綠精靈5號(hào)（LJL5，國家蔬菜工程技術(shù)中心，歐洲溫室型）、燕白（YB，重慶市農(nóng)科院蔬菜花卉所，華南型）和津春4號(hào)（JC4，天津科潤黃瓜研究所，華北型）進(jìn)行耐濕熱性鑒定方程建立試驗(yàn)；用苗期和成株期耐濕熱性有差異的4個(gè)品種，包括耐濕熱性較好的虞美人（YMR，Nuhems India Pvt. Ltd，印度型）和碧玉（BY，北京宏圖有限公司，歐洲溫室型）及對(duì)濕熱較敏感的中農(nóng)6（ZN6，中國農(nóng)科院蔬菜花卉所，華北型）和中農(nóng)12（ZN12，中國農(nóng)科院蔬菜花卉所，華北型）進(jìn)行耐濕熱性鑒定方程驗(yàn)證試驗(yàn)。

將供試品種種子洗去種衣劑，在溫度（晝/夜）28 ℃/18 ℃、空氣相對(duì)濕度（RH）75%、光/暗周期12 h/12 h，白天光照度16 000 lx的人工氣候箱72孔穴盤基質(zhì)育苗。2片真葉期以后在人工氣候箱進(jìn)行苗期濕熱（42 ℃/32 ℃+RH 95%）處理4 d，以28 ℃/18 ℃+RH 75%為對(duì)照。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理15株，3次重復(fù)。

為了避免氣候箱在晝夜臨界期環(huán)境劇烈上下波動(dòng)的影響，在每天晝夜交替時(shí)段設(shè)過渡環(huán)境。具體為：夜晝過渡時(shí)段和晝夜過渡時(shí)段各1 h，光照度10 000 lx，濕熱處理為37 ℃+RH 95%，對(duì)照為23 ℃+ RH 75%；白晝時(shí)段12 h，光照度20 000 lx，濕熱處理為42 ℃+RH 95%，對(duì)照為28 ℃+RH 75%；夜間時(shí)段10 h，無光照，濕熱處理為32 ℃+RH 95%，對(duì)照為18 ℃+RH 75%。

成株期濕熱處理于夏季高溫期在塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，以露地栽培為對(duì)照。試驗(yàn)期間大棚旬最高溫度區(qū)間為48.4～50.8 ℃，>38 ℃時(shí)數(shù)188 h，RH>80%時(shí)數(shù)411 h，露地旬最高溫度區(qū)間為44.4～48.1 ℃，>38 ℃時(shí)數(shù)125 h，RH>80%時(shí)數(shù)188 h。將各品種2片真葉期幼苗分別定植于大棚和露地，株距32 cm，行距60 cm，每處理15株，2次重復(fù)。

1.2 指標(biāo)測(cè)定和數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)各處理的每重復(fù)分別隨機(jī)取樣10株進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)測(cè)定。苗期測(cè)定有關(guān)形態(tài)和生理指標(biāo)，并統(tǒng)計(jì)濕熱害指數(shù)。苗鮮質(zhì)量（FW）用1/1000電子天平稱質(zhì)量，經(jīng)105 ℃殺青0.5 h、65 ℃烘72 h后再用1/10 000電子天平稱取苗干質(zhì)量（DW）；葉面積（LA）用尼康D7000相機(jī)在距離60 cm處拍照離體平鋪的第2片真葉，用ImageJ軟件測(cè)算；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的活性均取真葉樣分別采用NBT法、愈創(chuàng)木酚法測(cè)定和紫外吸收法測(cè)定，凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）采用Li-Cor 6400XT便攜式光合儀（Licor，Lincoln，NE，USA）測(cè)定[9]，濕熱害指數(shù)（HHDI）采用濕熱處理受害分級(jí)和株數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算。濕熱處理幼苗受害程度分為5個(gè)等級(jí)：0級(jí)，無可見濕熱害；1級(jí)，僅1片葉片上有黃色斑點(diǎn)或葉緣微黃；2級(jí)，所有葉片出現(xiàn)小部分脫水斑變黃，但沒有萎蔫；3級(jí)，1片真葉邊緣壞死干枯，葉片萎蔫，大部分葉片出現(xiàn)脫水變黃，邊緣壞死干枯；4級(jí)，所有真葉變黃干枯或全部壞死。

濕熱害指數(shù)（HHDI）=（1級(jí)株數(shù)×1+2級(jí)株數(shù)×2+3級(jí)株數(shù)×3+4級(jí)株數(shù)×4）/總株數(shù)×4。

田間成株期試驗(yàn)在定植后30 d內(nèi)，每8 d用卷尺測(cè)定1次實(shí)際株高，計(jì)算株高增速；結(jié)瓜后每2 d采收1次果實(shí)，記錄并計(jì)算單株采瓜數(shù)，用電子秤稱取單瓜質(zhì)量。

除苗期濕熱害指數(shù)外，其他指標(biāo)均計(jì)算相對(duì)值，即處理指標(biāo)值/對(duì)照指標(biāo)值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行處理，用IBM SPSS 23.0進(jìn)行單因素方差分析、多重比較、主成分分析和逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜耐濕熱性鑒定方程的建立

苗期濕熱處理8個(gè)品種的苗鮮質(zhì)量（FW）、苗干質(zhì)量（DW）、葉面積（LA）、SOD活性、POD活性、CAT活性、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）的相對(duì)值，除SOD外品種間均有顯著差異（表1），其變異系數(shù)分別為21.6%、33.3%、14.3%、10.1%、17.3%、11.4%、12.6%、31.0%、3.2%和17.7%，濕熱害指數(shù)的變異系數(shù)為40.9%，表明各品種在濕熱脅迫下表現(xiàn)出了形態(tài)和生理上的差異。

成株期濕熱處理8個(gè)品種的株高增速、采瓜數(shù)和單瓜質(zhì)量相對(duì)值的變異系數(shù)分別為20.8%、72.7%和68.1%，品種間有顯著差異（表2），表明供試品種成株期在濕熱脅迫下表現(xiàn)出了生長(zhǎng)和結(jié)瓜的差異。

由于8個(gè)品種苗期和成株期在濕熱環(huán)境下相關(guān)指標(biāo)的變異系數(shù)差異較大，因此可用于耐濕熱鑒定方程的構(gòu)建。將苗期和成株期14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表3。前5項(xiàng)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)94.2%。各主成分分別可解釋33.76%、28.97%、15.12%、14.08%和8.06%的總變異；前2、3、4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為59.1%、73.3%和86.6%，所以可用這5個(gè)互相獨(dú)立的主成分變量代表原來的14個(gè)單獨(dú)變量進(jìn)行方程構(gòu)建。

根據(jù)5個(gè)主成分的特征向量可推導(dǎo)出8個(gè)黃瓜品種的耐濕熱性綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算式，分別為：

C1=-0.622X1+0.391X2-0.063X3+0.054X4+0.668X5-0.284X6+0.741X7+0.544X8+0.613X9-

0.672X10+0.576X11+0.103X12+0.770X13+0.878X14；

C2=0.169X1+0.367X2+0.869X3-0.838X4+0.285X5+0.100X6+0.022X7+0.767X8+0.686X9+0.331X10+0.699X11+0.580X12-0.177X13-0.290X14；

C3=0.602X1-0.151X2-0.165X3+0.349X4-0.129X5+0.891X6-0.192X7+0.105X8+0.188X9-0.304X10-

0.276X11-0.097X12+0.522X13+0.338X14；

C4=0.284X1-0.818X2+0.397X3+0.182X4+0.610X5+0.036X6-0.208X7-0.206X8-0.260X9-

0.269X10+0.164X11-0.455X12-0.242X13-0.160X14；

C5=0.236X1-0.124X2-0.030X3+0.358X4+0.124X5-0.308X6-0.488X7+0.116X8+0.148X9-

0.257X10+0.200X11+0.587X12-0.168X13-0.009X14。

以8個(gè)品種14個(gè)指標(biāo)相對(duì)值為自變量，用逐步回歸法分別獲得用1、2、3、4個(gè)自變量預(yù)測(cè)D值的4個(gè)回歸模型：

Y=1.223+1.990Xdw；

Y=1.273+1.508Xdw+0.227Xhf；

Y=0.912+0.925Xdw+0.371Xhf+0.345Xtr；

Y=3.586+1.021Xdw+0.369Xhf+0.635Xtr-3.064Xci。

式中，Xdw、Xhf、Xtr、Xci分別為苗干質(zhì)量、采瓜數(shù)、蒸騰速率和胞間CO2濃度的相對(duì)值。

用4個(gè)回歸模型計(jì)算8個(gè)品種的D值見表4。

4個(gè)回歸模型中，隨著自變量數(shù)增加，模型的R值增大，即相關(guān)性越顯著，以模型4的R值最大（表5）。除模型1外的3個(gè)模型R值都大于0.94，都可作為黃瓜品種耐濕熱性鑒定方程。

2.2 黃瓜耐濕熱性鑒定方程的驗(yàn)證

用4個(gè)驗(yàn)證品種濕熱處理與對(duì)照的14個(gè)指標(biāo)的相對(duì)值（表6）計(jì)算主成分公式，得到其綜合系數(shù)，根據(jù)各主成分的權(quán)重計(jì)算出D值。對(duì)模型4進(jìn)行驗(yàn)證，將X3（相對(duì)采瓜數(shù)）、X8（相對(duì)苗干質(zhì)量）、X13（相對(duì)胞間CO2濃度）和X14（相對(duì)蒸騰速率）代入回歸方程得到回歸值（表7）?？梢钥闯?，測(cè)試品種的D值由大到小順序?yàn)锽Y>YMR>ZN6>ZN12，回歸值由大到小順序?yàn)锽Y>YMR>ZN6>ZN12，排序與綜合評(píng)價(jià)值（D）基本一致，準(zhǔn)確度皆大于96%。因此，該回歸模型可以用于黃瓜品種耐濕熱性鑒定。

3 討論與結(jié)論

高溫是植物生長(zhǎng)的主要逆境之一，高空氣濕度也影響植物生長(zhǎng)發(fā)育[13]，高溫高濕形成的復(fù)合濕熱環(huán)境是我國北方設(shè)施蔬菜和南方夏季蔬菜生產(chǎn)中面臨的主要復(fù)合逆境。

形態(tài)指標(biāo)直接反映植物的生長(zhǎng)狀況。葉片是植物光合作用的主要器官，葉面積反映了植物接受太陽光的潛在能力；生物量（干質(zhì)量和鮮質(zhì)量）反映了植物同化作用的結(jié)果；逆境下的生長(zhǎng)指標(biāo)可以指示植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力[1，4]。高溫影響黃瓜幼苗生長(zhǎng)[14]，高溫高濕環(huán)境下加富CO2可增加黃瓜植株干質(zhì)量和葉面積[15]?？寡趸富钚钥梢苑从持参锏钟婢车哪芰Γ邷馗邼裼绊懼参锟寡趸富钚裕种乒夂献饔?；高溫促進(jìn)蒸騰作用，而高濕度會(huì)限制蒸騰作用[16-19]。苗期高溫高濕處理對(duì)黃瓜營養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)都有顯著的抑制作用，且高溫高濕的傷害略大于高溫常濕，常溫高濕的影響相對(duì)最小[9]。

建立抗逆性鑒定方法是植物種質(zhì)資源研究和育種以及栽培中選擇抗逆品種的基礎(chǔ)。黃瓜是喜溫果菜，發(fā)芽期和幼苗期抗逆性鑒定具有簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn)，但成株期鑒定可能更能反映逆境下的生產(chǎn)能力。關(guān)于黃瓜耐熱性鑒定方法，前人已建立了不同時(shí)期、適用不同類型材料的多種鑒定方法[1-4，6，8]，但尚未見有關(guān)耐濕熱性鑒定方法的報(bào)道。

楊寅桂等[19]經(jīng)田間自然高溫下幼苗期與成株期篩選，并結(jié)合幼苗期人工高溫篩選，從不同生態(tài)型黃瓜品種中篩選出耐熱材料6個(gè)、熱敏材料2個(gè)。本研究結(jié)果表明，苗期和成株期指標(biāo)都與黃瓜耐濕熱性有關(guān)?？紤]到濕熱復(fù)合逆境的復(fù)雜性，分別在苗期和成株期進(jìn)行濕熱脅迫，采集生長(zhǎng)發(fā)育和生理指標(biāo)，并且以同品種對(duì)照環(huán)境的植株生長(zhǎng)發(fā)育為參比，計(jì)算指標(biāo)的相對(duì)值；用主成分分析將14個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為5個(gè)相獨(dú)立的綜合指標(biāo)；用逐步回歸分析建立方程，14個(gè)指標(biāo)每引入1個(gè)變量則會(huì)進(jìn)行F檢驗(yàn)，并對(duì)已選入的指標(biāo)再逐個(gè)進(jìn)行t檢驗(yàn)，刪除不顯著已引入的指標(biāo)，確保了每次引入新變量之前方程只含有顯著指標(biāo)[20]。

筆者的研究通過逐步回歸分析，分別建立了含2個(gè)自變量的模型Y=1.273+1.508Xdw+0.227Xhf，含3個(gè)自變量的模型Y=0.912+0.925Xdw+0.371Xhf+0.345Xtr，含4個(gè)自變量的模型Y=3.586+1.021Xdw+0.369Xhf+0.635Xtr-3.064Xci，都可用于黃瓜耐濕熱能力的預(yù)測(cè)（式中Xdw、Xhf、Xtr和Xci分別為苗干質(zhì)量、采瓜數(shù)、蒸騰速率和胞間CO2濃度的相對(duì)值）；預(yù)測(cè)Y值越大，表明黃瓜耐濕熱能力越強(qiáng)。3個(gè)預(yù)測(cè)方程中，以含4個(gè)自變量的預(yù)測(cè)方程效果最好。

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