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，過高或過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)，分析比較不同類型西瓜種子萌發(fā)過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)條件下較其他類型西瓜萌發(fā)速度更快，四倍體西瓜和野生西瓜較其他類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，同一類型中不同品種的耐熱性差異較大。

表5 40℃條件下不同類型的種子萌發(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]，溫度條件在此過程中尤為重要。

從萌發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，不同類型西瓜種子萌發(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)過程中對(duì)低溫和高溫的耐受性雖沒有四倍體西瓜強(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

通過觀察20個(gè)不同類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)過程中對(duì)低溫和高溫處理的耐受性差異。通過比較不同類型西瓜種子萌發(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)。