王林忠

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河南 鄭州 450002)

西葫蘆(CucurbitapepoL.)又稱美洲南瓜，原產(chǎn)于北美洲南部，現(xiàn)在世界各地均有種植.19世紀(jì)傳入中國，現(xiàn)全國各地廣泛栽培，尤其在東北、黃淮及長江流域極為普遍.西葫蘆喜溫喜濕，栽培技術(shù)簡單，產(chǎn)量高，且營養(yǎng)價(jià)值豐富，已成為中國春季、秋季主要蔬菜種類之一.在中國北方地區(qū)，隨著節(jié)能日光溫室的普及和推廣，西葫蘆栽培面積日益擴(kuò)大；但由于西葫蘆的喜溫喜濕的特性，北方地區(qū)風(fēng)多雨少，干旱脅迫尤為突出，影響了西葫蘆的生長發(fā)育，特別是苗期的生長，從而制約其產(chǎn)量的提高.因此，抗旱性研究對(duì)于進(jìn)一步提高西葫蘆的產(chǎn)量、品質(zhì)具有重要的意義[1].植物抗旱性是數(shù)量性狀，易受環(huán)境影響，其機(jī)制復(fù)雜多樣且不同生育期表現(xiàn)不同.一般認(rèn)為，植物在幼苗期對(duì)環(huán)境變化表現(xiàn)最為敏感，幼苗期的抗旱性是研究作物抗旱性的重要內(nèi)容之一.因此，如何篩選或培育抗旱品種，是促進(jìn)中國西葫蘆生產(chǎn)發(fā)展亟待解決的問題.測(cè)定植物抗旱性的方法主要是采用高滲透溶液進(jìn)行旱脅迫模擬，觀察植物在不同滲透壓下的幼苗生長情況，從而對(duì)其抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià).常用的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要有蔗糖、甘露醇、聚乙二醇(PEG)等.其中，PEG6000溶液模擬旱脅迫具有操作簡便、穩(wěn)定性強(qiáng)、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)而被人們廣泛使用[2,3].本研究以PEG6000為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，比較了不同體積分?jǐn)?shù)下西葫蘆幼苗生長指標(biāo)，探索西葫蘆幼苗期模擬抗旱性的適宜體積分?jǐn)?shù)，并對(duì)華北地區(qū)廣泛栽培的4種西葫蘆品種及育種材料的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為西葫蘆抗旱生理機(jī)制研究、抗旱品種的選育提供基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試材料為華北地區(qū)的4個(gè)主栽品種，即晉西葫蘆1號(hào)(山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所)、京葫1號(hào)(北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心)和珍玉8號(hào)、10號(hào)(河南豫藝種業(yè)有限公司)，以及32份西葫蘆育種材料(自交系，編號(hào)為XHL01，XHL02，XHL03，…，XHL32).

1.2處理方法

以4個(gè)西葫蘆品種為材料，將其種子進(jìn)行溫湯浸種后，置于封閉良好的發(fā)芽盒(12 cm×12 cm×6 cm)，在發(fā)芽盒內(nèi)鋪3張濾紙，然后整齊放入12粒種子，置于25 ℃的人工培養(yǎng)箱中弱光(約1000 lx)培養(yǎng)，待種子發(fā)芽并長至子葉平展期，轉(zhuǎn)入含有不同體積分?jǐn)?shù)滲透液的營養(yǎng)缽中，以草炭、蛭石和珍珠巖(體積比為1∶1∶1)為支持物.參照景蕊蓮和昌小平的方法[3]，設(shè)置4個(gè)不同體積分?jǐn)?shù)的PEG6000溶液，即16.8%，19.6%，21.8%和23.7%，以蒸餾水為對(duì)照，重復(fù)3次.所有材料置于25 ℃的人工培養(yǎng)箱中光照培養(yǎng)，光照度3 000 lx.待篩選出適宜的體積分?jǐn)?shù)后，再利用此體積分?jǐn)?shù)對(duì)32份自交系進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià).

1.3生長指標(biāo)及其測(cè)定方法

自幼苗轉(zhuǎn)入到滲透溶液中培養(yǎng)7 d后，測(cè)量各處理材料的胚根長、下胚軸長以及鮮重.70 ℃烘箱中烘烤48 h后，稱量干重.葉綠素含量和根系活力均按照李合生[4]的方法進(jìn)行測(cè)量.采用郝建輝[5]、朱學(xué)海等[6]方法測(cè)定成活率、相對(duì)成活率、相對(duì)胚軸長、相對(duì)胚根長、胚根/下胚軸比、相對(duì)鮮重、相對(duì)干重、相對(duì)葉綠素含量和相對(duì)根系活力.

1.4抗旱性評(píng)價(jià)方法

參照王利彬等[7]的方法，采用隸屬函數(shù)法對(duì)32份西葫蘆自交系進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，公式為：

U(Xij)=(Xij-Xj min) /(Xj max-Xj min)，

(1)

1.5數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析和主成分分析.

2 結(jié)果與分析

2.1不同體積分?jǐn)?shù)PEG6000溶液對(duì)西葫蘆幼苗生長的影響

4個(gè)西葫蘆品種的幼苗在5種不同體積分?jǐn)?shù)的PEG6000滲透溶液中生長，7 d后的生長指標(biāo)見表1.由表1可知，基質(zhì)中添加PEG6000滲透液導(dǎo)致西葫蘆幼苗的生長指標(biāo)顯著低于對(duì)照.當(dāng)PEG6000溶液體積分?jǐn)?shù)高于16.8%時(shí)，所有品種的成活率開始下降，生長受到了明顯的抑制，體積分?jǐn)?shù)達(dá)23.7%時(shí)，幾乎所有品種的幼苗萎焉、死亡.其中，珍玉10號(hào)所受影響最大，在滲透液體積分?jǐn)?shù)為21.8%時(shí)，其成活率幾乎為零.晉西葫蘆1號(hào)所受影響最小，體積分?jǐn)?shù)為21.8%時(shí)的成活率為74.2%.晉西葫蘆1號(hào)幼苗在胚根長、下胚軸長和單株鮮重3個(gè)指標(biāo)方面也均高于其他3個(gè)品種相應(yīng)滲透體積分?jǐn)?shù)下的指標(biāo)，說明該品種具有較強(qiáng)的抗旱性，適合在干旱地區(qū)栽培.

篩選適宜體積分?jǐn)?shù)的PEG6000溶液對(duì)于植物抗旱性研究極為重要.在16.8%，19.6%，21.8%和23.7% 4個(gè)體積分?jǐn)?shù)中，16.8%幾乎不影響4個(gè)品種的成活率，而23.7%的體積分?jǐn)?shù)下的成活率幾乎為零，因此這2個(gè)體積分?jǐn)?shù)均不能用作抗旱性鑒定.21.8%的PEG6000溶液盡管對(duì)所有品種的生長指標(biāo)有明顯的抑制作用，但導(dǎo)致了珍玉10號(hào)幼苗幾乎全部死亡，雖然可以鑒定出高抗旱型材料，但很容易遺漏其他性狀良好的材料，也無法對(duì)大量種質(zhì)進(jìn)行抗旱等級(jí)劃分.而當(dāng)滲透體積分?jǐn)?shù)為19.6%時(shí)，4個(gè)品種各生長指標(biāo)與其對(duì)照差異顯著，且不同品種之間的生長指標(biāo)差異也較為明顯.因此，確定19.6%的PEG6000溶液為西葫蘆幼苗期最適宜的抗旱性鑒定體積分?jǐn)?shù).

表1 不同體積分?jǐn)?shù)PEG6000對(duì)西葫蘆幼苗生長的影響

2.2西葫蘆自交系在適宜PEG6000體積分?jǐn)?shù)下各指標(biāo)的變化

利用19.6%的PEG6000體積分?jǐn)?shù)對(duì)32份西葫蘆育種材料進(jìn)行幼苗期抗旱性鑒定，結(jié)果見表2.在19.6%的PEG6000體積分?jǐn)?shù)下，西葫蘆幼苗成活率為3.6%～92.3%，平均52.5%，比對(duì)照(95.2%)下降了42.7%.其他指標(biāo)也受到了明顯的抑制，其中，胚根長、下胚軸長、鮮重、干重、葉綠素含量和根系活力的均值分別比對(duì)照下降7.19 cm，4.39 cm，1.38 g，0.01 g，0.99 mg·g-1和0.02 μg·g-1·h-1，相當(dāng)于對(duì)照的 74.1%，75.2%，84.1%，16.7%，19.2%和4.4%.由此可見，以19.6%的PEG6000體積分?jǐn)?shù)模擬引起的干旱脅迫，對(duì)于西葫蘆幼苗的抑制作用體現(xiàn)于多個(gè)性狀，且不同性狀對(duì)于干旱脅迫的敏感性存在明顯差異，單株重受抑制作用最大，下降達(dá)84.1%，而根系活力受抑制作用最小，僅下降了4.4%.換句話說，西葫蘆幼苗的抗旱性與形態(tài)、生理等多種指標(biāo)有關(guān)，任何一種指標(biāo)均難以反映出幼苗的抗旱性，需要對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

2.3幼苗抗旱性的因子主成分分析

為了更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)西葫蘆幼苗的抗旱性，試驗(yàn)還計(jì)算了相對(duì)成活率、相對(duì)胚軸長、相對(duì)胚根長、胚根/下胚軸比、相對(duì)鮮重、相對(duì)干重、相對(duì)葉綠素含量和相對(duì)根系活力7個(gè)指標(biāo)，并結(jié)合已經(jīng)測(cè)定的7個(gè)指標(biāo)，進(jìn)行因子主成分分析，以期篩選出更能反映抗旱性的指標(biāo).主成分分析表(表3)表明，前3個(gè)因子的特征值分別為5.058，2.454，1.487，且積累貢獻(xiàn)率達(dá)83.915%，即前3個(gè)因子能夠解釋83.915%的抗旱性總變異.根據(jù)特征值大于1和積累貢獻(xiàn)率大于80%的原則，選擇前3個(gè)因子作為主成分，這3個(gè)因子所包含的信息量可以反映原始所有指標(biāo)的絕大部分信息.

因子1中起主要作用的指標(biāo)為相對(duì)鮮重、相對(duì)胚軸長、相對(duì)胚根長和相對(duì)葉綠素含量，其特征向量的絕對(duì)值較大；因子2起主要作用的指標(biāo)為相對(duì)成活率和胚根/下胚軸比，特征向量絕對(duì)值較大；因子3起主要作用的指標(biāo)為相對(duì)干重和相對(duì)根系活力，具有絕對(duì)值較大的特征向量.以上3個(gè)因子共同決定了西葫蘆幼苗的抗旱性.因此，西葫蘆幼苗抗病性的檢測(cè)指標(biāo)可以簡化為相對(duì)鮮重、相對(duì)胚軸長、相對(duì)胚根長、相對(duì)葉綠素含量、相對(duì)成活率、胚根/下胚軸比，相對(duì)干重和相對(duì)根系活力.

表2 19.6%的PEG6000溶液滲透脅迫下各指標(biāo)的變化

表3 抗旱性指標(biāo)的主成分分析表

2.4幼苗抗旱性的綜合評(píng)價(jià)

由主成分分析得到的8個(gè)指標(biāo)基本上反映了西葫蘆幼苗抗旱性的絕大部分信息，可用于抗旱性評(píng)價(jià)，而隸屬函數(shù)法能有效綜合各指標(biāo)的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)西葫蘆種質(zhì)幼苗抗旱性準(zhǔn)確而全面的評(píng)價(jià).以上述8個(gè)指標(biāo)為西葫蘆幼苗抗旱性評(píng)價(jià)參數(shù)，獲得32份西葫蘆育種材料的隸屬函數(shù)值(表4).依據(jù)規(guī)定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，獲得1份高抗旱種質(zhì)(XHL22)和3份抗旱種質(zhì)(XHL03，XHL05和XHL17)，分別占材料總數(shù)的3.1%和9.4%.此外，中抗種質(zhì)12份(37.5%)，較敏感種質(zhì)11份(34.4%)，敏感種質(zhì)6份(18.8%).由此知，在所掌握的西葫蘆育種材料中，幼苗抗旱性較強(qiáng)的材料較少，占12.5%，大部分材料(53.2%)的幼苗不具有抗旱的特性.需要開展抗旱育種工作，需要進(jìn)一步加強(qiáng)抗旱性材料的收集工作.

3 結(jié)論與討論

幼苗期干旱脅迫是干旱少雨的華北地區(qū)蔬菜生產(chǎn)中常見的問題，露地喜溫喜濕蔬菜(如西葫蘆、黃瓜、苦瓜)更容易受到苗期干旱脅迫的危害.探討干旱脅迫對(duì)蔬菜生長發(fā)育的影響機(jī)制，進(jìn)而建立蔬菜抗旱性的綜合評(píng)價(jià)體系，作為抗旱品種的篩選和新優(yōu)品種培育的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于促進(jìn)中國北方地區(qū)蔬菜生產(chǎn)具有重要意義.

表4 基于隸屬函數(shù)法的32份西葫蘆育種材料的抗旱性評(píng)價(jià)

目前，抗旱性鑒定主要采用滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)模擬干旱脅迫.PEG6000溶于水后能夠產(chǎn)生較高的滲透壓，能夠阻礙幼苗根系吸收水分，從而人為地造成干旱脅迫，可用于研究作物苗期的抗旱性.此方法已經(jīng)在小麥[3]、谷子[5]、大豆[7]、玉米[8]等作物的發(fā)芽期或苗期抗旱性研究中得到了應(yīng)用，但不同作物干旱脅迫都有其適宜的滲透條件.目前，對(duì)西葫蘆干旱脅迫的研究較少，只有一例報(bào)道探討PEG6000和NaCl對(duì)西葫蘆種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[9]，但并未篩選出適宜的模擬干旱的體積分?jǐn)?shù).本研究通過分析不同滲透勢(shì)PEG6000溶液對(duì)西葫蘆幼苗生長的影響，明確了幼苗期模擬抗旱鑒定最適宜的PEG6000體積分?jǐn)?shù)，即19.6%，其對(duì)應(yīng)的滲透勢(shì)為-0.7 MPa.

干旱脅迫影響到植物多個(gè)生理代謝途徑，從而導(dǎo)致植物眾多的形態(tài)、生理、生化等指標(biāo)發(fā)生改變.因此，植物的抗旱性不是只體現(xiàn)于一種或少數(shù)幾種相關(guān)指標(biāo)，只用單一指標(biāo)對(duì)植物抗性進(jìn)行評(píng)價(jià)，不可避免存在一定的片面性[10].但如果利用所有可能的指標(biāo)進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，又會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)體系繁瑣、工作量增大等問題.本研究對(duì)與西葫蘆幼苗抗旱性相關(guān)的14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，從而篩選出8個(gè)與抗旱性密切相關(guān)的指標(biāo)，即相對(duì)鮮重、相對(duì)胚軸長、相對(duì)胚根長、相對(duì)葉綠素含量、相對(duì)成活率、胚根/下胚軸比，相對(duì)干重和相對(duì)根系活力.并利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合分析，將這8個(gè)指標(biāo)所包含的信息通過隸屬函數(shù)值來表示.與常規(guī)方法(單一指標(biāo)或多指標(biāo))相比，在一定程度上簡化了評(píng)價(jià)體系，也保證了鑒定結(jié)果的可靠性.

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