黃瓜種子及幼苗期耐冷性鑒定

齊曉花 張 萍 徐 強(qiáng) 陳學(xué)好

（揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009）

黃瓜（Cucumis sativusL.）性喜溫暖氣候，在我國(guó)東部及北部地區(qū)早春種植時(shí)，常會(huì)受到低溫、陰雨的不良影響。黃瓜的耐冷性是受遺傳因素控制的生理特性，不同品種耐冷性的強(qiáng)弱存在很大的差異（Chung et al.，2003；Kuk & Shin，2007；Huet al.，2008）。利用種子低溫發(fā)芽指數(shù)進(jìn)行耐低溫種質(zhì)資源的篩選是一種簡(jiǎn)便可靠的鑒定方法，已經(jīng)被成功用于茄子、辣椒及黃瓜等重要蔬菜作物的耐冷性鑒定（劉劍輝，2005）。此外，低溫導(dǎo)致植株細(xì)胞發(fā)生膜質(zhì)相變，從而引起電解質(zhì)外滲也是低溫傷害的一個(gè)重要方面。電解質(zhì)滲透率可以直接反映質(zhì)膜透性，與作物的耐冷性呈反向趨勢(shì)，由于該指標(biāo)較為靈敏，且簡(jiǎn)便易測(cè)，因此為多數(shù)研究者使用（逯明輝 等，2004）。本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上選擇相關(guān)的生理生化指標(biāo)，對(duì)22個(gè)不同生態(tài)型的黃瓜種子和幼苗耐冷性進(jìn)行鑒定，旨在為黃瓜耐冷性育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參考張海英等（1998）和王佳等（2007）對(duì)黃瓜生態(tài)類型的劃分將供試 22個(gè)品種（系）劃分為6個(gè)不同生態(tài)類型（表1）。

表1 供試黃瓜品種（系）及來源

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 黃瓜種子15 ℃低溫發(fā)芽力測(cè)定 試驗(yàn)于2009年9月12日開始，選取上述22個(gè)黃瓜品種（系）飽滿一致的種子，每個(gè)品種（系）取30粒，設(shè)3次重復(fù)，28 ℃浸種24 h后，置于培養(yǎng)皿中，分別在15 ℃（低溫處理）和28 ℃（常溫對(duì)照）條件下黑暗發(fā)芽。每12 h統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽數(shù)。常溫下于第48和第72小時(shí)分別測(cè)量各品種（系）胚根長(zhǎng)度，并開始每天記載發(fā)芽情況；低溫處理下從出芽開始每天記載發(fā)芽情況，并于第8和第10天測(cè)量胚根的長(zhǎng)度，以胚根突破種皮1 mm為準(zhǔn)。計(jì)算低溫下相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)胚根長(zhǎng)度。

1.2.2 2.5 ℃低溫處理后胚根伸長(zhǎng)速率測(cè)定 試驗(yàn)材料同上，首先對(duì)低溫處理溫度進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)，各品種（系）種子在28 ℃條件下浸種36 h，轉(zhuǎn)入0、2.5、5 ℃培養(yǎng)箱中低溫處理24 h，而后恢復(fù)至28 ℃，觀測(cè)恢復(fù)前及恢復(fù)4 d后胚根長(zhǎng)度。確定以2.5 ℃進(jìn)行低溫處理后，在該溫度下每個(gè)品種（系）設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)測(cè)30粒種子，進(jìn)行胚根伸長(zhǎng)長(zhǎng)度測(cè)定，計(jì)算胚根平均伸長(zhǎng)率（劉劍輝，2005）。

1.2.3 幼苗電解質(zhì)滲透率測(cè)定 2009年9月15日，采用穴盤育苗將上述黃瓜品種（系）播種于光照培養(yǎng)箱中，保持溫度在 25 ℃/17 ℃（12 h/12 h，晝/夜，下同），至三葉一心期將溫度調(diào)至15 ℃/10 ℃預(yù)處理2 d，再置于晝夜均5 ℃下處理2 d。在低溫預(yù)處理前和5 ℃低溫處理后分別取樣測(cè)定電解質(zhì)滲透率。用打孔器在子葉中部或第2片真葉主脈兩側(cè)打取直徑為1.5 cm的圓片12個(gè)，放入20 mL的指形試管中。葉片用無離子水沖洗2次后，加入10 mL無離子水，真空泵抽氣10 min，置室溫（約20 ℃）條件下振蕩滲透90 min，用DJS型電導(dǎo)儀測(cè)定溶液電導(dǎo)率（R），然后用熱水浴煮沸5 min，以殺死細(xì)胞，冷卻后再測(cè)定溶液的總電導(dǎo)率（r），按公式（R/r）×100 %計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率。然后以處理后相對(duì)電導(dǎo)率/處理前相對(duì)電導(dǎo)率計(jì)算每個(gè)品種（系）的相對(duì)電解質(zhì)滲透率。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

耐冷性綜合評(píng)價(jià)用隸屬函數(shù)法綜合各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，求出黃瓜各品種（系）各指標(biāo)的具體隸屬度。

式中，X為作物各品種的某一指標(biāo)測(cè)定值，Xmax為所試品種中某一指標(biāo)測(cè)定值的最大值，Xmin則為所試品種中某一指標(biāo)測(cè)定值的最小值。而相對(duì)電解質(zhì)滲透率與耐冷性負(fù)相關(guān)，因此用反隸屬函數(shù)計(jì)算其耐冷隸屬度。

根據(jù)上述公式先分別計(jì)算出各品種5項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度，然后將各項(xiàng)指標(biāo)隸屬度的算術(shù)平均數(shù)作為平均隸屬度。參照齊曉花等（2011）的方法，按照平均隸屬度將耐冷性分為5級(jí)：0.6～1.0為強(qiáng)耐冷（High Resistant，HR）；0.4～0.6為耐冷（Resistance，R）；0.3～0.4為中等耐冷（Middle Resistance，MR）；0.2～0.3為不耐冷（Low Resistance，LR）；0～0.2為冷敏感（Sensitive，S）。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜種子15 ℃低溫下發(fā)芽力

從 15 ℃亞低溫下相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)胚根長(zhǎng)度來看（表 2），不同品種（系）的相對(duì)發(fā)芽率和胚根生長(zhǎng)情況存在很大的差異：NY5、NY4和科普 2號(hào)的相對(duì)發(fā)芽率都在70 %以上，相對(duì)胚根長(zhǎng)度分別達(dá)到49.6 %、57.4 %和39.4 %，表明這3個(gè)品種的種子在低溫下依然可以保持相對(duì)較高的活力。而秀燕、早二 N、Superina、夏多星、Ep326、Ep6392和日節(jié)成的相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)胚根長(zhǎng)度均低于10 %，說明上述品種在低溫條件下種子活力下降較大，幾乎不能萌發(fā)產(chǎn)生胚根。

2.2 黃瓜種子2.5 ℃低溫處理胚根伸長(zhǎng)速率

預(yù)備試驗(yàn)中多數(shù)萌動(dòng)的種子在 0 ℃處理后變褐色死亡而無法恢復(fù)胚根生長(zhǎng)，而在 5 ℃處理后各品種（系）間胚根恢復(fù)生長(zhǎng)幾乎無顯著差異，2.5 ℃低溫處理黃瓜種子24 h可以反映黃瓜各品種（系）應(yīng)對(duì)極限低溫的恢復(fù)能力。因此，本試驗(yàn)以 2.5 ℃進(jìn)行低溫處理測(cè)定各品種（系）胚根伸長(zhǎng)速率。結(jié)果表明（表 2），各品種（系）在恢復(fù)到室溫后胚根均能恢復(fù)生長(zhǎng)，但是胚根恢復(fù)生長(zhǎng)速率存在差異。戴多星和Superina具有較快的胚根生長(zhǎng)速率，分別達(dá)到1.75、1.89 cm·d-1；而秀燕、北京402、津春5號(hào)和GY2的胚根恢復(fù)生長(zhǎng)速率較慢，均不超過1.1 cm·d-1。

表2 黃瓜各品種（系）種子及苗期耐冷性鑒定

2.3 黃瓜幼苗相對(duì)電解質(zhì)滲透率

利用三葉一心期的幼苗低溫處理前后測(cè)定的相對(duì)電解質(zhì)滲透率，可以反映黃瓜幼苗應(yīng)對(duì)冷害脅迫的生理適應(yīng)能力，有助于更加全面地評(píng)價(jià)其耐冷性。低溫脅迫引起黃瓜葉片電解質(zhì)滲透率的大幅度增加，而且品種之間存在明顯差異。從相對(duì)電解質(zhì)滲透率來看，阿信和日節(jié)成經(jīng)低溫處理后電解質(zhì)滲透率增加明顯，表明其幼苗在低溫脅迫后質(zhì)膜離子滲出較為嚴(yán)重。夏多星、Carmen和DE843相對(duì)電解質(zhì)滲透率低于120 %，表明這3個(gè)品種（系）在低溫脅迫下質(zhì)膜離子滲出較少，也說明其幼苗耐冷性較強(qiáng)（表2）。

2.4 黃瓜各品種（系）幼苗耐冷性綜合評(píng)價(jià)

隸屬函數(shù)是用來綜合評(píng)價(jià)作物耐性的平均指標(biāo)，可以消除個(gè)別指數(shù)帶來的片面性，從而使各品種耐性差異比較更加全面客觀。低溫脅迫下黃瓜不同品種（系）的生理指標(biāo)隸屬度及平均隸屬度見表3。

表3 低溫脅迫下黃瓜耐冷性隸屬函數(shù)綜合分析

從每個(gè)品種（系）的耐冷生理指標(biāo)隸屬度來看，華北型的NY4和NY5種子發(fā)芽率及相對(duì)胚根長(zhǎng)度隸屬度均較高，相對(duì)電解質(zhì)滲透率隸屬度中等，其平均隸屬度分別為0.628和0.697，屬于強(qiáng)耐冷類型；華北型黃瓜品種科普 2號(hào)、歐洲溫室型的夏多星和戴多星、美國(guó)露地型黃瓜DE843的平均隸屬度分別為0.542、0.466、0.409和0.408，介于0.4～0.6之間，屬于耐冷類型。華北型黃瓜 NY8和津春 5號(hào)、美國(guó)露地型 GY2、歐洲溫室類型 Carmen、歐洲露地型的Ep6392和Superina的平均隸屬度介于0.3～0.4之間，具有中等耐冷性。其他品種（系）為不耐冷或冷敏感類型。

從不同生態(tài)型的耐冷性來看，華南型黃瓜的4個(gè)品種四川寸金、秀燕、早二N和阿信均為不耐冷或冷敏感類型；歐洲溫室型黃瓜品種中包括 2個(gè)耐冷品種、1個(gè)中等耐冷品種，歐洲露地型黃瓜包括2個(gè)中等耐冷品系和1個(gè)不耐冷品系；日本型黃瓜品種日節(jié)成表現(xiàn)冷敏感類型；華北型的黃瓜品種（系）中包括了2個(gè)強(qiáng)耐冷品系，1個(gè)耐冷品種，2個(gè)中等耐冷品種（系）和2個(gè)不耐冷品種和1個(gè)冷敏感品系；而美國(guó)露地型黃瓜分別表現(xiàn)耐冷、中等耐冷和不耐冷3種類型。

3 結(jié)論與討論

黃瓜種質(zhì)資源的耐冷性鑒定是耐冷育種的重要依據(jù)，但是目前對(duì)不同生態(tài)類型黃瓜的耐冷性鑒定尚缺乏較為系統(tǒng)的研究。冷害脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體的生理生化過程發(fā)生不同程度的變化，關(guān)于黃瓜耐冷性方法評(píng)價(jià)有一些報(bào)道，研究表明：低溫下種子發(fā)芽率、胚根恢復(fù)生長(zhǎng)速率以及幼苗電解質(zhì)滲透率等一些生理指標(biāo)均可以作為耐冷性鑒定的標(biāo)準(zhǔn)（尹璐璐 等，2007；李曉麗 等，2008；張紅梅 等，2009）。由于耐冷性是和植株的生理狀態(tài)直接相關(guān)的，種子和幼苗應(yīng)對(duì)冷害脅迫的能力差異較大，這就使得評(píng)價(jià)耐冷性的指標(biāo)也有所不同。許勇和王永健（1995）認(rèn)為，黃瓜低溫發(fā)芽能力與苗期低溫耐受性鑒定指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平。因此，為了更加客觀地分析黃瓜各品種的耐冷性，該試驗(yàn)使用多性狀指標(biāo)的隸屬函數(shù)均值作為耐性綜合評(píng)定指標(biāo)，消除了個(gè)別指數(shù)帶來的評(píng)判片面性，從而使各品種耐性差異更具有可比性（齊曉花 等，2011）。此外，不同品種低溫發(fā)芽能力在遺傳上具有很大的差異，但在評(píng)價(jià)不同的品種低溫發(fā)芽能力時(shí)，應(yīng)注意種子成熟度、種子年齡、處理過程、種子生產(chǎn)環(huán)境和貯藏條件對(duì)低溫發(fā)芽能力的影響。本試驗(yàn)中所用各品種（系）種子均為本課題組同一年份采種獲得，且各品種（系）在常溫下的種子發(fā)芽率均達(dá)到98 %以上，這樣就有效消除了種子本身差異造成的誤差；此外，本試驗(yàn)采用低溫處理后與處理前相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)胚根長(zhǎng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，這樣也從技術(shù)手段上克服了種子活力所引起的誤差。

根據(jù)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)我國(guó)華南型黃瓜多屬于不耐冷或冷敏感類型；華北型黃瓜中可以篩選獲得強(qiáng)耐冷性的品系；這應(yīng)該與不同類型黃瓜的生態(tài)區(qū)域有密切的關(guān)系。歐洲溫室型和美國(guó)露地型同一類型黃瓜的耐冷性表現(xiàn)不同；由于日本型黃瓜僅有1個(gè)品種進(jìn)行鑒定，不足以反映該生態(tài)類型的耐冷性，在今后試驗(yàn)中需要增加更為豐富的品種進(jìn)行耐冷性種質(zhì)篩選。綜上所述，通過本試驗(yàn)篩選獲得了強(qiáng)耐冷性品系NY4和NY5，以及冷敏感類型的秀燕、日節(jié)成和NY6，這為今后黃瓜耐冷性遺傳研究及抗逆育種提供了良好的材料支撐。

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