李冰 張敬敬 高秀瑞 史宇凡 潘秀清 武彥榮

摘? ? 要： 研究不同材料西瓜幼苗的耐低溫特性，為抗寒種質(zhì)創(chuàng)新及品種選育提供依據(jù)。以7個不同基因型西瓜為試驗材料，經(jīng)人工模擬低溫環(huán)境，測定分析低溫弱光下不同基因型西瓜幼苗的冷害指數(shù)、相對電導(dǎo)率、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性和過氧化氫酶活性生理指標，并采用隸屬函數(shù)法和聚類分析法對西瓜材料的抗寒性進行綜合評價。結(jié)果表明，與田間對照相比，低溫脅迫6 d后電導(dǎo)率、丙二醛和過氧化物酶含量升高，而超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性降低，綜合評價結(jié)果表明：‘雙星99K相對‘雙星37和‘星研七號抗寒性最強，‘美佳和‘早佳抗寒性中等，‘901×新和‘美勝抗寒性最弱。

關(guān)鍵詞： 西瓜; 抗寒性; 聚類分析; 綜合評價

Comprehensive evaluation of cold resistance of different watermelon under low temperature stress

LI Bing， ZHANG Jingjing， GAO Xiurui， SHI Yufan， PAN Xiuqing， WU Yanrong

（ Institute of Cash Crops， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shijiazhuang 050051， Hebei， China）

Abstract： The cold resistance of different watermelon varieties were studied in order to provide an evaluation method for the development of cold resistance watermelon germplasm. Seven watermelon varieties were used as the test materials in artificial simulated low temperature environment. Chilling injury index， relative conductivity， malondialdehyde content， superoxide dismutase activity， peroxidase activity and catalase activity were detected and analyzed. Cold resistance of watermelon was comprehensively evaluated by using membership function and cluster analysis based on cold resistant coefficient of these indices. The results showed that relative conductivity， malondialdehyde， superoxide dismutase and catalase were improved while the peroxidase was declined under six days of low temperature stress comparing with that in the field. The ‘Shuangxing 99K， ‘Shuangxin 37， ‘Xingyan No. 7 formed? high cold resistance group， while ‘Meijia and ‘Zaojia in medium cold resistance group， ‘901×Xin and ‘Meisheng in weak cold resistance group.

Key words： Watermelon; Cold resistance; Cluster analysis; Comprehensive evaluation

西瓜（Citrullus lanatus）原產(chǎn)非洲，是人們喜食的重要瓜類作物之一。它喜溫耐熱，對冷敏感，近年來極端低溫氣候頻繁，給西瓜生產(chǎn)帶來了巨大挑戰(zhàn)。隨著我國反季節(jié)設(shè)施栽培的發(fā)展，西瓜冷害問題日益突出，嚴重制約了西瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。因此，探明西瓜低溫弱光下的生理生化變化特點，培育抗寒性強的西瓜品種尤為重要。

植物的低溫脅迫反應(yīng)是高度復(fù)雜的事件，改變細胞的生化組成，以保護植物免受低溫傷害[2]。前人研究表明，可以通過細胞膜相變、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、膜脂過氧化程度和保護酶活性等來鑒定植物受寒害程度[3]。但單一的評價指標不能全面準確反映植株抗寒性的強弱，需要結(jié)合多個指標進行綜合評價[4]。本研究參照許勇等[5]方法對不同基因型西瓜材料進行耐寒性鑒定，測定了低溫脅迫前后西瓜幼苗主要生理生化指標，采用隸屬函數(shù)和聚類分析方法對各個指標進行綜合分析，評價材料的抗寒性，為西瓜抗寒性早期鑒定和抗寒育種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以‘901×新‘美佳‘早佳‘美勝（河北省農(nóng)林科學院經(jīng)濟作物研究所提供）和‘雙星99K‘雙星37‘星研七號（河北雙星種業(yè)股份有限公司提供）為試驗材料，2018年在河北省農(nóng)林科學院試驗田和生理生化實驗室進行。2018年2月5日溫室播種，營養(yǎng)缽育苗，當植株長到3葉1心時，選擇生長一致的幼苗置于人工氣候室中，在溫度10 ℃，光照100 μmol·m-2·s-1，光照時間12 h/12 h（白天/夜間）條件下處理6 d，每個材料選取10株進行冷害指數(shù)調(diào)查，并選取第2～第3片真葉進行生理生化指標測定，以溫室正常生長的植株為對照，3次重復(fù)。

1.2 試驗方法

1.2.1 冷害指數(shù)調(diào)查 根據(jù)西瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范[6]，植株受冷害情況分為6級。0級：無任何癥狀;1級：老葉邊緣黃化或皺縮，花葉，變形;2級：少數(shù)功能葉邊緣黃化或皺縮花葉，變形，其它部分完好;3級：功能葉緣以至全部皺縮或失綠，心葉完好;4級：功能葉完全變黃，失綠，萎蔫，心葉受傷害;5級：心葉受害嚴重，植株受冷害而全部萎蔫或死亡。冷害指數(shù)=（級數(shù)×株數(shù)）/（最高級數(shù)×總株數(shù)）。

1.2.2 生理生化指標測定 電解質(zhì)滲透率（El）采用電導(dǎo)法測定;丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）反應(yīng)法測定;過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚氧化法測定;超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT還原法測定;過氧化氫酶（CAT）活性采用過氧化氫法測定[7]。

1.2.3 抗寒性綜合評價 應(yīng)用Fuzzy隸屬函數(shù)法[4]對西瓜抗寒性進行綜合評價。為避免參試材料間基礎(chǔ)性狀不同對結(jié)果造成的影響，采用各指標的相對變化率進行評價和隸屬函數(shù)值計算[8]。相對變化率=（測定值-對照測定值）/對照測定值×100%。當測定指標的變化率與抗寒性呈正相關(guān)，則采用Xu=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）;當測定指標的變化率與抗寒性呈負相關(guān)，則采用Xu=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）來計算隸屬函數(shù)值。式中：Xu表示某一測定指標的變化率;Xmin表示7個基因型中測定指標最小的變化率;Xmax表示7個基因型中測定指標最大的變化率。最后以所有指標變化率的平均隸屬函數(shù)值作為抗寒性的評價標準。按照平均隸屬度將抗寒性分為3級，I級：0.60～1.00，為高抗寒品種;II級：0.30～0.59，為中抗寒品種;III級：0～0.29，為低抗寒品種[9]。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下植株冷害指數(shù)與生理生化變化分析

由表1可知，CAT在試驗材料中的相對變化率從2.23%～51.86%，變化幅度最大。除SOD外，‘美勝的各項指標數(shù)值均最高;而‘雙星99K‘雙星37和‘星研七號的各項指標數(shù)值均極顯著低于其他材料，表明受冷害后細胞傷害程度較輕，抗性較強。

2.2 低溫脅迫下植株冷害指數(shù)與生理指標間相關(guān)性分析

由表2可以看出，各項指標間存在相關(guān)性。其中POD和CAT之間相關(guān)性最強達0.986，MDA與POD和CAT之間的相關(guān)性較強分別為0.973和0.959，冷害指數(shù)與POD和CAT之間的相關(guān)性分別為0.955和0.943。而MDA和SOD之間的相關(guān)性僅為0.346，為弱相關(guān)。

2.3 不同基因型西瓜材料抗寒性的綜合評價

為了較全面地反映試驗材料的抗寒性，通過平均隸屬度來評價確定材料的抗寒性。由表3可以看出，試驗材料可以分為3類，‘雙星99K‘雙星37和‘星研七號為高抗寒材料;‘早佳和‘美佳為中抗寒材料，‘901×新和‘美勝為低抗寒材料。

2.4 不同基因型西瓜材料抗寒性聚類分析

基于相對變化率，采用Ward離差平方和法對7個西瓜材料進行抗寒性聚類分析。由圖1可以看出，將試驗材料聚為3類：‘雙星99K‘星研七號和‘雙星37為強抗寒性材料，‘美佳和‘早佳為中等抗寒性材料，‘901×新和‘美勝為弱抗寒性材料。

3 討 論

低溫脅迫下，細胞脫水導(dǎo)致膜脂過氧化，植物體內(nèi)活性氧代謝失衡，細胞膜受害，植株萎蔫。MDA作為膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，是衡量細胞膜受損害程度的重要指標。SOD和CAT作為植物體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)的主要保護酶，能夠高效清除細胞內(nèi)的H2O2和O2-，減輕細胞傷害。POD具有雙重作用，在低溫脅迫初期對植物具有保護作用，但在脅迫后期參與活性氧的生成，對植物具有傷害作用[10]。許勇等[11]對不同品種西瓜幼苗進行耐冷機制研究，發(fā)現(xiàn)低溫條件下葉片內(nèi)SOD和CAT活性下降，野生耐冷材料‘PI 482322比冷敏感品種‘97103的下降幅度小，是野生材料耐冷性強的主要生理原因。王微微等[1]研究表明，低溫下西瓜幼苗MDA含量上升，變化幅度與品種耐冷性相關(guān)，可作為西瓜耐低溫品種篩選的鑒定指標。為消除試驗材料間遺傳背景的差異，本研究中各指標采用相對變化率來表示。研究結(jié)果顯示，低溫脅迫6 d后西瓜幼苗葉片MDA含量升高，SOD和CAT活性降低，POD活性升高，抗寒性強材料變化幅度較小，與前人研究結(jié)果一致，可作為西瓜抗寒品種篩選的鑒定指標。

植物的抗寒性是其生理生化特征綜合作用的體現(xiàn)，因此單一抗寒指標很難全面準確判斷植物對寒冷的綜合適應(yīng)能力。前人采用隸屬函數(shù)法對西瓜[8]、核桃[9]、馬鈴薯[12]等作物進行抗寒性評價，本試驗選取7份試驗材料，采用冷害指數(shù)、El、MDA、SOD、POD和CAT生理指標對西瓜進行綜合抗寒性評價，并采用隸屬函數(shù)和聚類分析方法對材料進行綜合評價。根據(jù)隸屬函數(shù)值的大小和聚類結(jié)果對試驗材料的抗寒性差異進行分析，2種方法評價結(jié)果一致，結(jié)果表明試驗材料抗寒性分為3類：‘雙星99K‘星研七號和‘雙星37為一類，‘美佳和‘早佳為一類，‘901×新和‘美勝為一類。苗期抗性指標的測定為西瓜抗寒性的早期鑒定奠定了基礎(chǔ)，但具體評價西瓜材料抗寒性時，還應(yīng)結(jié)合田間觀察綜合考慮，才能使結(jié)果更加科學、準確。

參考文獻

[1] 王薇薇，羊杏平，范淑英，等.西瓜耐冷性鑒定指標的篩選[J].華北農(nóng)學報，2014，29（6）：163-171.

[2] EREMINA M，ROZHON W，POPPENBERGER B.Hormonal control of cold stress responses in plants[J].Cellular and Molecular Life Sciences，2016，73（4）：797-810.

[3] 王飛，陳登文，王卿，等.杏品種的需寒量與抗寒性的相關(guān)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2001，34（5）：486-490.

[4] 董萬鵬，羅充，龍秀琴，等.低溫脅迫對西番蓮抗寒生理指標的影響[J].植物生理學報，2015，51（5）：771-777.

[5] 許勇，王永健，張峰，等.西瓜幼苗耐低溫研究初報[J].華北農(nóng)學報，1997，12（2）：93-96.

[6] 馬雙武，劉君璞.西瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[7] 蔡永萍，高俊山，張玉瓊，等.植物生理學實驗指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2014.

[8] 莫言玲，鄭俊鶱，楊瑞平，等.不同西瓜基因型對干旱脅迫的生理響應(yīng)及其抗旱性評價[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2016，27（6）：1942-1952.

[9] 相昆，張美勇，徐穎，等.不同核桃品種耐寒特性綜合評價[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2011，22（9）：2325-2330.

[10] ZHANG J，KIRKHAM M B.Drought-stress-induced changes inactivities of superoxide dismutase，catalase，and peroxidase inwheat species[J].Plant Cell Physiology，35（5）：785-791.

[11] 許勇，張海英，康國斌，等.西瓜野生種質(zhì)幼苗耐冷性的生理生化特性與遺傳研究[J].華北農(nóng)學報，2000，15（2）：67-71.

[12] 楊慧菊，郭華春.馬鈴薯不同品種抗寒性綜合評價[J].分子植物育種，2017，15（2）：716-724.