林春妹， 廖道龍，2， 劉子凡， 符厚隆

(1.海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院， 海口 570228； 2.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所， 海口 571100)

苦瓜(MomordicacharantiaL.)別名涼瓜，是葫蘆科苦瓜屬一年生攀緣性草本植物，具有較高的營養(yǎng)價值和藥用價值，深受廣大消費者喜愛[1]?？喙鲜呛Ｄ媳镜厥袌龉项惍a(chǎn)品的主要供應(yīng)品種之一[2]，是瓜菜作物中經(jīng)濟(jì)效益較高的作物，種植面積高達(dá)666.7 hm2，主要分布在?？凇⒊芜~、定安和三亞等地。苦瓜種子發(fā)芽適宜溫度為30～35 ℃[3]，海南島年平均溫度為22.8～25.5 ℃，夏季氣溫高于30 ℃，且時間很長[4]，短期溫度可達(dá)35 ℃以上，多數(shù)作物生長發(fā)育的最適溫度上限一般靠近其最高溫度[5]，因此，這種持續(xù)的高溫限制了海南夏季蔬菜的供應(yīng)，成為海南蔬菜夏淡季的關(guān)鍵原因[6]。

植物的新生命是從種子萌發(fā)開始，溫度對種子萌發(fā)及成苗具有重要影響[7]。萌發(fā)期是種子對外界不良環(huán)境比較敏感的時期，因此，在萌發(fā)期開展耐熱性鑒定具有代表意義[8]。在抗性評價中，除了高效的評價指標(biāo)外，還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的分析。近年來，主成分分析等多元統(tǒng)計方法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于作物種質(zhì)資源評價和育種實踐中。已有研究表明，高溫條件下，黃瓜[9]、蘿卜[10]、玉米[11]的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢；高溫會影響水稻成苗率[12]。苦瓜作為海南夏季克淡的一個重要蔬菜種類[13]，姜羽[14]研究發(fā)現(xiàn)，高溫會導(dǎo)致苦瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率下降。本課題組前期篩選出表現(xiàn)性狀良好的KG 10-1、KG 14-4、KG 18-2 三個自交系，摸清其耐高溫差異對緩解海南夏季蔬菜供應(yīng)有一定的現(xiàn)實意義。因此，本試驗以上述3個苦瓜自交系的種子為材料，于高溫條件下砂床發(fā)芽，測定萌發(fā)特性指標(biāo)，采用主成分分析法分析其耐熱性差異，為海南省夏季苦瓜種植材料的選擇及其栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試苦瓜(MomordicacharantiaL.)自交系為KG 10-1、KG 14-4、KG 18-2，其種子均由海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。砂床用砂購自本地建材市場。

1.2 試驗方法

發(fā)芽盒和發(fā)芽床的準(zhǔn)備：選用長方形發(fā)芽盒，75%酒精消毒后備用；砂經(jīng)洗滌、130 ℃高溫滅菌2 h、過0.05 mm和0.8 mm篩，每100 g干砂加14 mL蒸餾水，拌勻后每盒稱400 g砂備用。

發(fā)芽方法：每個自交系設(shè)4次重復(fù)，共12盒。選取健康飽滿、大小一致的苦瓜種子，55 ℃浸種10～15 min，再于30 ℃水中浸種12 h；均勻置種，每盒30粒，砂床法發(fā)芽。分別置于30 ℃、33 ℃、36 ℃光照培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)芽(按照農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程中規(guī)定發(fā)芽溫度為30 ℃，故以30 ℃為對照)，為了防止出現(xiàn)白化苗和霉菌生長，培養(yǎng)時設(shè)置光照，光強(qiáng)為750～1250 lx，光照時間12 h，試驗期間，無需補(bǔ)充水分。以種子露白0.5 cm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)3 d無種子發(fā)芽結(jié)束試驗。

每天在相同時間段觀察、記錄種子發(fā)芽數(shù)，試驗結(jié)束時，測量所有成苗的幼苗下胚軸長(SHL)、根長(SRL)、鮮重(SFW)及干重(SDW)。計算平均發(fā)芽時間(MGP)、發(fā)芽率(GP)、成苗率(SP)、發(fā)芽速率指數(shù)(GRI)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、活力指數(shù)(VI)及其變化率，計算公式如下：

MGP=∑(Dt×Nt)/∑Nt；

GP(%)=(發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù))×100%；

SP(%)=(成苗數(shù)/種子總數(shù))×100%；

GRI=∑Gt×D；

VGI=∑Nt×Dt；

VI=GP×SDW；

式中：Dt代表開始播種后的第t天；Nt代表相應(yīng)各天的發(fā)芽粒數(shù)；Gt代表開始播種后的第t天累積發(fā)芽率；D代表總發(fā)芽天數(shù)。

1.3 試驗數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，統(tǒng)計分析采用DPS 9.01軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)差異

不同溫度不同苦瓜種子的萌發(fā)情況見表1。 從表1可知，各發(fā)芽溫度下， KG 10-1和KG 14-4的MGP均無明顯差異，但兩者均顯著高于KG 18-2；對同一自交系種子來說，呈現(xiàn)出隨發(fā)芽溫度的升高，MGP延長的趨勢；且均表現(xiàn)為當(dāng)發(fā)芽溫度達(dá)到36 ℃時，苦瓜種子的MGP才達(dá)到顯著差異。

另外，發(fā)芽溫度為30 ℃、33 ℃時，KG 10-1和KG 18-2的GP無明顯差異，但均顯著低于KG 14-4的種子GP；當(dāng)發(fā)芽溫度為36 ℃時，KG 10-1與KG 14-4種子的GP無明顯差異，但均顯著高于KG 18-2的種子GP；同一自交系不同發(fā)芽溫度，均呈現(xiàn)隨著發(fā)芽溫度的增加，GP不斷降低，當(dāng)溫度升到36 ℃時，GP才呈現(xiàn)顯著差異。

表1 種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)差異Table 1 Differences in related indexes of seed germination

表2 各項萌發(fā)指標(biāo)的變化率差異Table 2 The change rates of various germination indexes

表3 種子成苗相關(guān)指標(biāo)差異Table 3 Differences in related indexes of seedlings

從表1還發(fā)現(xiàn)，各自交系苦瓜種子，GRI和GI均呈現(xiàn)隨溫度的升高而不斷降低的趨勢，其中KG 10-1的發(fā)芽溫度升至33 ℃時GRI和GI達(dá)到顯著水平，KG 14-1和KG 18-2的發(fā)芽溫度升至36 ℃時才達(dá)到顯著水平。對同一溫度不同自交系來說，KG 10-1與KG 14-4在發(fā)芽溫度為30 ℃和36 ℃時無明顯差異，而KG 18-2的GRI和GI顯著低于KG 10-1和KG 14-4；在發(fā)芽溫度為33 ℃時，KG 14-4的GRI和GI顯著高于KG 10-1和KG 18-2，KG 10-1和KG 18-2的GRI與GI均無明顯差異。

2.2 種子萌發(fā)相關(guān)性狀變化率的差異

由于不同自交系間的萌發(fā)相關(guān)性狀存在差異，為了克服其本身萌發(fā)指標(biāo)的差異，選用變化率進(jìn)行分析比較。從表2可以看出，發(fā)芽溫度為33 ℃時，3個自交系的MGP變化率無明顯差異，且均未達(dá)到顯著水平，說明33 ℃下3個自交系的MGP與30 ℃無差異；僅KG 18-2的GP、GRI和GI變化率顯著差異，說明該自交系在發(fā)芽溫度為33 ℃和30 ℃時GP、GRI和GI無差異，而KG 10-1和KG 14-4的GP、GRI和GI變化率均為負(fù)值，且達(dá)到顯著水平，同時KG 10-1的下降幅度顯著大于KG 14-4，說明發(fā)芽溫度為33 ℃時，GP、GRI和GI顯著降低，從對種子發(fā)芽的影響上看，KG 10-1自交系要比KG 14-4大。

從表2可知，發(fā)芽溫度達(dá)36 ℃時，3個自交系的MGP、GP、GRI和GI變化率均達(dá)到顯著水平，說明發(fā)芽溫度升到36 ℃時，3個自交系種子的MGP也明顯延長，KG 18-2的GP、GRI和GI也明顯降低。KG 18-2種子的MGP、GP與GRI變化率顯著大于KG 10-1和KG 14-4，KG 10-1與KG 14-4的MGP與GRI變化率無明顯差異，而KG 10-1的GP和GI的變化率顯著小于KG 14-4。

2.3 種子成苗相關(guān)指標(biāo)差異

由表3可知，無論是30 ℃還是33 ℃，KG 14-4種子的SP、SHL、SFW和VI均顯著大于KG 10-1和KG 18-2，而SRL和SDW兩個自交系間無明顯差異；KG 18-2種子的SP、SHL、SFW和VI均顯著低于KG 10-1和KG 14-4。

從表3還可知，對KG 10-1來說，發(fā)芽溫度為30 ℃時的SP、SHL和VI顯著高于發(fā)芽溫度為33 ℃的，這兩個發(fā)芽溫度之間的SRL、SFW和SDW無顯著差異；KG 14-4和KG 18-2種子發(fā)芽溫度為30 ℃與發(fā)芽溫度為33 ℃的SP、SHL、SRL、SFW、SDW和VI無差異。

2.4 種子成苗相關(guān)指標(biāo)變化率的差異

各自交系之間的成苗相關(guān)指標(biāo)存在差異，為了克服品系本身成苗指標(biāo)的差異，選用變化率進(jìn)行分析比較，由于36 ℃下3個自交系種子均未成苗，故只關(guān)注33 ℃下各成苗指標(biāo)變化率，各成苗指標(biāo)變化率見表4。

從表4可知，KG 14-4與KG 18-2的SP變化率無顯著差異，但SP的變化率均顯著低于品系KG 10-1；3個自交系之間SHL、SRL、SFW、SDW變化率均無顯著差異；KG 14-4的VI變化率顯著低于KG 18-2，但KG 14-4與KG 10-1之間、KG 10-1與KG 18-2之間的VI變化率無明顯差異。3個自交系的SHL變化率均顯著低于0，SP的變化率僅KG 10-1和KG 14-4顯著低于0，VI變化率僅KG 10-1顯著低于0。

2.5 3個自交系耐熱能力綜合分析

因36 ℃時各自交系均不能成苗，故只對3個自交系在33 ℃時的萌發(fā)成苗進(jìn)行綜合評價。33 ℃下10個萌發(fā)與成苗指標(biāo)的變化率相關(guān)系數(shù)見表5。從表5可知，X2分別與X3、X4、X5、X10間呈極顯著相關(guān)；X3分別與X4、X5、X10間呈極顯著相關(guān)；X4分別與X5、X10間呈極顯著相關(guān)；X5與X10呈極顯著相關(guān)；X9與X10呈顯著相關(guān)。以上說明，各單項指標(biāo)之間的信息存在一定相互疊加現(xiàn)象，因此，直接利用這些指標(biāo)不能準(zhǔn)確評價33 ℃對苦瓜種子萌發(fā)及成苗的影響，故需對變量進(jìn)行降維。

表4 各項成苗指標(biāo)的變化率Table 4 The change rate of each seedling index

表5 各指標(biāo)之間的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis among indicators

對苦瓜種子萌發(fā)及成苗共10個指標(biāo)的變化率進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表6和表7。從表6可知，第一主成分的特征值為4.64，貢獻(xiàn)率為46.40%；第二主成分的特征值為2.05，貢獻(xiàn)率為20.51%；第三主成分的特征值為1.13，貢獻(xiàn)率為11.28%。三個主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了78.19%。這樣就將原來10個單項指標(biāo)轉(zhuǎn)換為3個新的相互獨立的綜合指標(biāo)，并代表了原始指標(biāo)包含的絕大部分信息。

根據(jù)表6結(jié)果中的F1、F2和F3值及其貢獻(xiàn)率，通過計算獲得綜合得分值F(表7)。其中，KG 18-2的F值最大，為0.68；KG 10-1的F值最小，為-0.97。根據(jù)F值的大小對3個自交系進(jìn)行排名，結(jié)果表明，3個苦瓜自交系在33 ℃下耐熱能力表現(xiàn)為KG 18-2>KG 14-4>KG 10-1，且KG 18-2和KG 14-4在33 ℃下的萌發(fā)出苗情況優(yōu)于30 ℃。

表6 主成分的公因子特征值及貢獻(xiàn)率Table 6 Common factor eigenvalues and contribution rates of principal components

表7 綜合得分及排名Table 7 Comprehensive scores and rankings

3 討論與結(jié)論

作物的正常生長需要一定的溫度條件來保障，環(huán)境溫度超出了其適應(yīng)范圍，就會對其形成脅迫，進(jìn)而造成不同程度的損害。在一定的發(fā)芽溫度范圍內(nèi)，通常溫度愈高，發(fā)芽速度愈快，發(fā)芽率隨之下降；相反，溫度愈低，發(fā)芽速度減慢，而發(fā)芽率可能會增加[16]。研究結(jié)果表明，隨著溫度的升高，3個苦瓜自交系發(fā)芽率整體呈下降趨勢，與姜羽[14]的研究結(jié)果一致。發(fā)芽溫度為36 ℃時，3個品系的平均發(fā)芽時間變化率均大于0，且達(dá)到顯著水平，說明36 ℃超過了種子發(fā)芽的溫度范圍。

同一作物不同生育時期的溫度三基點不同，一般種子萌發(fā)的溫度三基點低于營養(yǎng)生長期，營養(yǎng)生長期又低于生殖器官發(fā)育期[17]，所以，種子萌發(fā)和幼苗生長是作物生長各階段中對環(huán)境較為敏感的時期[18-19]。因此，可通過研究不同品種的萌發(fā)期特性進(jìn)行耐熱性評價。植物耐熱性是一個受多種因素控制的復(fù)雜數(shù)量性狀[20]，不能采用單一指標(biāo)對作物的耐熱性進(jìn)行評價。主成分分析法可以避免單一指標(biāo)帶來的片面性[21]。從綜合得分值可知，3個苦瓜自交系在33 ℃下耐熱能力排序為：KG 18-2>KG 14-4>KG 10-1。因此，在夏季苦瓜生產(chǎn)中，建議選擇耐熱力較優(yōu)的KG 18-2品系。

植物生長過程中，在較短時間內(nèi)可暫時接受逆境脅迫，但是脅迫時間過長會對植物造成不可逆的傷害[22]。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽溫度為36 ℃時，3個自交系苦瓜種子均不能成苗，這與種子發(fā)芽在高溫下持續(xù)時間較長影響了種子活力有關(guān)[23]，說明若土溫持續(xù)高于36 ℃的時間過長，苦瓜種子不宜播種，可先在 33 ℃以下的溫度進(jìn)行催芽和育苗，待植株具有更強(qiáng)的耐熱性后再移至室外栽培。短時間的36 ℃是否影響成苗還有待進(jìn)一步研究。