西瓜嫁接砧木種子芽期耐低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法的研究

王 沖，齊紅巖，李 猛，劉 曼，陳俊琴

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110161）

西瓜（

Citrullus lanatus

）原產(chǎn)于熱帶地區(qū)，屬于典型喜溫耐熱植物，其產(chǎn)量和種植面積在世界所有水果當(dāng)中排在第5位。隨著我國人民生活水準(zhǔn)的提高，西瓜種植面積越來越廣，但在中國北方地區(qū)的設(shè)施反季節(jié)栽培中，早春低溫脅迫嚴(yán)重制約了西瓜的正常生產(chǎn)，西瓜受到冷害后輕則減產(chǎn)重則絕產(chǎn)。目前，市場上耐低溫西瓜品種較少，耐低溫品種選育周期較長，而利用抗性砧木嫁接是提高西瓜耐冷性的有效途徑之一。孫勝等研究表明，使用日本南瓜砧、黑籽南瓜砧和葫蘆砧嫁接西瓜，均能提高西瓜接穗對(duì)低溫的忍耐能力。湖南省園藝研究所多年的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，嫁接提高了西瓜植株的耐寒性，對(duì)于小果型西瓜早春設(shè)施栽培和早熟栽培十分有利?？梢姡m宜的砧木能夠提高西瓜對(duì)低溫的抗性。但是不同砧木西瓜嫁接苗的耐低溫性會(huì)有所差異，因此，對(duì)不同西瓜砧木的耐低溫性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并篩選耐低溫砧木是解決西瓜冷害問題的主要方法之一。目前，種質(zhì)資源評(píng)價(jià)時(shí)期主要集中在芽期和苗期，整個(gè)評(píng)價(jià)過程具有評(píng)價(jià)時(shí)間長、任務(wù)量大等缺點(diǎn)。芽期是種子受低溫脅迫的第一個(gè)時(shí)期，對(duì)生產(chǎn)具有決定性的作用，所以建立種質(zhì)資源芽期耐低溫評(píng)價(jià)體系并選出芽期耐低溫品種對(duì)種質(zhì)資源的耐低溫性鑒定有重要意義。此外，在芽期篩選耐低溫品種能夠極大地縮短評(píng)價(jià)時(shí)間，快速的獲得鑒定結(jié)果，因此，在芽期篩選耐低溫品種是目前種質(zhì)資源耐低溫性評(píng)價(jià)的主要方法之一。在甜瓜、苦瓜、水稻和辣椒等作物上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而在西瓜砧木種質(zhì)資源芽期評(píng)價(jià)方面的研究鮮有報(bào)道，尤其是對(duì)不同品種西瓜砧木的綜合性評(píng)價(jià)。

所以，本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，以27份西瓜砧木為材料，測定了各品種在低溫處理和對(duì)照處理?xiàng)l件下的發(fā)芽指標(biāo)，并采用主成分分析等方法綜合評(píng)價(jià)各西瓜砧木品種芽期的耐低溫性，以期篩選出芽期耐低溫西瓜砧木并建立西瓜砧木芽期耐低溫回歸模型，為西瓜耐低溫砧木的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試27份砧木材料分別為白籽南瓜[

Cucurbita moschata

(Duch.ex Lam.)Duch.ex Poiret]20份，砧用葫蘆[

Lagenaria siceraria

(Molina)Standl.]6份，西瓜[

Citrullus lanatus

(Thunb.)Matsum.et Nakai]1份（表1）。種子萌發(fā)所用恒溫培養(yǎng)箱（PLY-70）為天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

表1 供試砧木信息
Table 1 The information of tasted rootstocks

?

1.2 方法

試驗(yàn)于2018年3~10月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。每個(gè)西瓜砧木品種隨機(jī)選取90粒飽滿且大小一致的種子，首先將其置于55℃溫水中消毒20min，消毒期間不斷攪拌種子，當(dāng)溫度降到28℃時(shí)，放到恒溫培養(yǎng)箱中，28℃浸種6h后，取出用清水洗凈，再用干毛巾將種子表面的粘液擦掉（葫蘆種子催芽前要用指甲刀將種子尖端磕開一個(gè)小豁口，注意不要破壞種子內(nèi)部）。然后取2張直徑為12cm的濾紙，用蒸餾水潤濕后鋪到培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中均勻放置30粒種子，3次重復(fù)，加入適量蒸餾水，加上培養(yǎng)皿蓋后放到恒溫培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，每天補(bǔ)水2次（補(bǔ)水量需要根據(jù)實(shí)際情況來確定，在2個(gè)培養(yǎng)箱中各放置1瓶蒸餾水，以保證補(bǔ)水的水溫）。其中脅迫處理溫度為15℃，對(duì)照處理溫度為28℃，時(shí)間為10d。從處理當(dāng)天開始，每隔24h統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽數(shù)，在第7天計(jì)算發(fā)芽勢和測量胚根長度，最后一天計(jì)算發(fā)芽率。

1.2.1 發(fā)芽指標(biāo)測定 發(fā)芽指標(biāo)為發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、胚根長度（RL）和活力指數(shù)（VI）。各項(xiàng)指標(biāo)按照以下公式計(jì)算：

1.2.2 西瓜砧木芽期耐低溫性評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法 評(píng)價(jià)指標(biāo)為發(fā)芽指標(biāo)的相對(duì)值，即低溫處理下的發(fā)芽指標(biāo)與常溫對(duì)照處理下的發(fā)芽指標(biāo)的比值，分別為相對(duì)發(fā)芽率（relative germination rate，RGR）、相對(duì)發(fā)芽勢（rela?tive germination potential，RGP）、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)（relative germination index，RGI）、相對(duì)胚根長度（relative radicle length，RRL）和相對(duì)活力指數(shù)（relative vigor index，RVI）。

首先利用主成分分析確定各相對(duì)指標(biāo)的權(quán)重（

W

），利用隸屬函數(shù)計(jì)算隸屬度（

X

），隸屬度計(jì)算公式為：

式中：

i

為各砧木品種；

X

為測定指標(biāo)；

X

和

X

分別為所有西瓜砧木品種中該項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

然后基于權(quán)重和隸屬度，計(jì)算各砧木品種的耐冷指數(shù)值（chilling tolerance index，CRI），計(jì)算公式為：

式中：

W

和

X

分別為權(quán)重和隸屬度。

基于耐冷指數(shù)值對(duì)各品種的耐低溫性進(jìn)行聚類分析，根據(jù)聚類結(jié)果，對(duì)各西瓜砧木品種進(jìn)行耐低溫級(jí)別劃分。以耐冷指數(shù)值為因變量，各相對(duì)指標(biāo)為自變量，利用逐步回歸分析的方法得到西瓜砧木芽期耐低溫性回歸模型。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法 采用Microsoft Office Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，采用SPSS22.0軟件進(jìn)行顯著性差異分析、主成分分析、聚類分析和多元線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芽期低溫對(duì)西瓜砧木種子發(fā)芽和生長的影響

由表2可知，27份西瓜砧木的各相對(duì)指標(biāo)值均小于100%，說明在低溫條件下，種子的發(fā)芽會(huì)受到抑制；不同西瓜砧木種子對(duì)低溫的耐性不同，11，13，16，27號(hào)材料在低溫脅迫下沒有發(fā)芽，表現(xiàn)為不耐低溫；10，20，23號(hào)材料的相對(duì)發(fā)芽率達(dá)到85%以上，表現(xiàn)出強(qiáng)耐低溫性；南瓜砧木種子相對(duì)發(fā)芽率的變化范圍為0~94.52%，葫蘆砧木種子和西瓜砧木種子的相對(duì)發(fā)芽率的變化范圍為0~44.11%。所以，與葫蘆砧木種子和西瓜砧木種子相比，南瓜砧木種子的耐低溫性普遍更強(qiáng)。

表2 低溫脅迫下砧木種子發(fā)芽指標(biāo)的相對(duì)值
Table 2 Relative value of germination index of rootstock seeds under low temperature stress

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示=0.05水平差異顯著。
Note:Thedifferent small letter after datain thesamecolumn standsfor significant differenceat 0.05.

?

2.2 西瓜砧木種子發(fā)芽指標(biāo)的主成分分析和隸屬度

由表3可知，第1主成分提取的特征值貢獻(xiàn)率達(dá)到88.388%，能夠代表原始指標(biāo)的大部分信息，所以本研究提取了第1主成分，并且根據(jù)第1主成分中各指標(biāo)的負(fù)荷量來計(jì)算各相對(duì)指標(biāo)對(duì)西瓜砧木種子耐低溫性影響的大小，確定各相對(duì)指標(biāo)的權(quán)重（

W

），從表中能夠發(fā)現(xiàn)，各相對(duì)指標(biāo)對(duì)西瓜砧木種子耐低溫。性的影響由大到小分別為RGI、RGP、RGR、RVI、RRL。由于本試驗(yàn)中所選用的砧木種類不同，為了使結(jié)果更加準(zhǔn)確，使用隸屬函數(shù)的方法對(duì)每個(gè)相對(duì)指標(biāo)的值進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換，結(jié)果見表4。

表3 發(fā)芽指標(biāo)的主成分分析
Table 3 Principal component analysis of germination index

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表4 發(fā)芽指標(biāo)的隸屬度和耐冷指數(shù)
Table 4 Membership degree and chilling tolerance index 0f germination index

?

根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重與隸屬度值，計(jì)算各品種耐冷指數(shù)（CRI），結(jié)果表明，27份材料的CRI值為0~0.974；耐低溫性最強(qiáng)的3份材料為10，20，23號(hào)，CRI值達(dá)到0.682以上，耐低溫性較弱的材料為3，11，13，16，19，21，22，24，25，27號(hào)，CRI值在0.087以下。

2.3 西瓜砧木種子耐低溫性的聚類分析

對(duì)27份西瓜砧木的耐冷指數(shù)進(jìn)行聚類分析（圖1），聚類結(jié)果將27份材料萌芽期的耐低溫性分為5個(gè)耐低溫級(jí)別，第Ⅰ級(jí)別為強(qiáng)耐低溫型（high resistant，HR），包括10，20，23號(hào)材料，CRI值為0.682~0.974；第Ⅱ級(jí)別為耐低溫型（resistant，R），包括5，8，9，12，15號(hào)材料，CRI值為0.420~0.559；第Ⅲ級(jí)別為中度耐低溫型（middle re?sistant，MR），包括6，14，17號(hào)材料，CRI值為0.297~0.331；第Ⅳ級(jí)別為不耐低溫型（low sensitive，LS），包括1，2，4，7，18，26號(hào)材料，CRI值為0.117~0.196；第Ⅴ級(jí)別為冷敏感型（sensitive，S），包括3，11，13，16，19，21，22，24，25，27號(hào)材料，CRI值為0~0.087。

圖1 27份西瓜砧木材料的耐低溫性聚類分析Figure 1 Cluster analysis of low temperature tolerance of 27 watermelon rootstock materials

2.4 西瓜砧木種子芽期耐低溫性回歸模型的建立

以27份材料的耐冷指數(shù)（CRI）為因變量，各相對(duì)指標(biāo)的平均值為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，建立西瓜砧木種子芽期耐低溫評(píng)價(jià)體系：

Y

=0209

RGI

+0.212

RRL

+0.251

RGP

+0.165

RVI

+0.226

RGR

，

R

=0.999，

p

<0.001。由評(píng)價(jià)體系方程可知，5個(gè)指標(biāo)都對(duì)西瓜砧木種子的耐低溫性有影響。利用回歸模型得到27份西瓜砧木種子材料耐低溫性預(yù)測精度（表5），發(fā)現(xiàn)有4個(gè)品種的預(yù)測精度低于90%，其他品種的預(yù)測精度均達(dá)到90%以上。將27份材料耐低溫性預(yù)測值與耐冷指數(shù)作相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)

r

=0.998，達(dá)到極顯著水平。所以，該回歸模型可以用于西瓜砧木種子萌芽期耐低溫性評(píng)價(jià)。

表5 27份西瓜砧木種質(zhì)耐低溫性回歸方程預(yù)測精度分析和排序
Table 5 Analysis and sequencing of prediction accuracy of regression equation of low temperature tolerance in germination stage of 27 watermelon rootstocks

?

3 討論與結(jié)論

西瓜砧木種質(zhì)資源豐富，種類繁多，地域性強(qiáng)。因此，在進(jìn)行種質(zhì)資源評(píng)價(jià)之前，應(yīng)該廣泛收集砧木。本試驗(yàn)共搜集到33份西瓜砧木品種，為了消除種子本身造成的誤差，剔除了常溫（28℃）下發(fā)芽率低于80%的種質(zhì)，剩余27份，品種包括白籽南瓜、砧用葫蘆和西瓜，來源遍布中國9個(gè)省份。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低溫會(huì)推遲出芽時(shí)間，影響不同種質(zhì)發(fā)芽率和胚根長度等指標(biāo)，這與前人研究結(jié)果一致。在低溫脅迫后，供試的西瓜砧木種子沒有發(fā)芽，相對(duì)發(fā)芽率為0，表現(xiàn)出了極低的芽期耐低溫性，而參試的20份南瓜砧木，只有1份砧木沒有發(fā)芽，相對(duì)發(fā)芽率的變化范圍為0~94.52%，其中砧木品種龍鳳呈祥、京欣砧9號(hào)和先鋒1號(hào)的相對(duì)發(fā)芽率達(dá)到85%以上，表現(xiàn)出了極強(qiáng)的耐低溫性，參試的4個(gè)葫蘆砧木品種的相對(duì)發(fā)芽率最大的僅為44.11%，可見，南瓜砧木種子的芽期耐低溫性較強(qiáng)，葫蘆砧木種子次之，西瓜砧木種子最弱。

為了更加全面地反映種子的芽期耐低溫性，本試驗(yàn)測定了砧木種子的GR、GP、GI、RL和VI，此外，為了更準(zhǔn)確的反映各品種在低溫脅迫下的發(fā)芽能力，本試驗(yàn)采用相對(duì)值作為種子芽期耐低溫性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單一的指標(biāo)不能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映種子的耐低溫性，如品種龍鳳呈祥的相對(duì)發(fā)芽率小于品種先鋒1號(hào)，但是品種龍鳳呈祥的相對(duì)發(fā)芽勢高于品種先鋒1號(hào)，此時(shí)不能確定2個(gè)品種的芽期耐低溫性孰強(qiáng)孰弱，需要用到主成分分析的方法賦予5個(gè)指標(biāo)權(quán)重，權(quán)重越大說明這個(gè)指標(biāo)對(duì)種子芽期耐低溫性的貢獻(xiàn)越大，影響越大，再結(jié)合隸屬函數(shù)計(jì)算各品種的耐冷指數(shù)，耐冷指數(shù)的大小就反映了各品種耐低溫性大小，最后利用聚類分析的方法將各品種的耐冷指數(shù)進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果將各品種的耐低溫性分為了5個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別有其對(duì)應(yīng)的耐冷指數(shù)范圍。

本試驗(yàn)以27份西瓜砧木種子為材料，進(jìn)行西瓜砧木芽期的耐冷性評(píng)價(jià)，建立西瓜砧木芽期耐低溫評(píng)價(jià)體系并篩選出了4個(gè)芽期耐低溫差異較大砧木。綜合評(píng)價(jià)27份西瓜砧木種子，篩選出強(qiáng)耐低溫型品種為龍鳳呈祥和京欣砧9號(hào)，低溫敏感型品種為京欣砧1號(hào)、壯士1號(hào)和壯士2號(hào)。建立了西瓜砧木芽期耐低溫評(píng)價(jià)體系：

Y

=0.209

RGI

+0.212

RRL

+0.251

RGP

+0.165

RVI

+0.226

RGR

。其中RGI為相對(duì)發(fā)芽指數(shù)，RRL為相對(duì)胚根長度，RGP為相對(duì)發(fā)芽勢，RVI為相對(duì)活力指數(shù)，RGR為相對(duì)發(fā)芽率，且預(yù)測精度達(dá)到90%以上，該評(píng)價(jià)體系方程可以用于南瓜、葫蘆和西瓜等西瓜砧木的芽期耐低溫性的評(píng)價(jià)。