劉院梅，裴徐梨，荊贊革，梁正嬌，焦 鵬

(昆明學(xué)院 農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650214)

姜柄瓜屬于葫蘆科南瓜屬中國南瓜圓南瓜品種，是云南的優(yōu)良地方品種，也是滇中地區(qū)栽培面積最大的南瓜品種.其嫩瓜品質(zhì)好，價格穩(wěn)定，產(chǎn)值效益好[1]，深受消費者喜愛.干旱是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要生態(tài)因子[2]，對農(nóng)作物的不同生育時期均有影響，尤其種子發(fā)芽時期易受干旱影響，將直接影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，導(dǎo)致生產(chǎn)受限[3，4].云南省一直以來都是干旱較為嚴重的地區(qū)，農(nóng)作物的大規(guī)模的種植與生產(chǎn)不僅要依賴于水利資源，也要優(yōu)選抗旱品種，以應(yīng)對干旱造成的減產(chǎn)損失.因此，篩選抗旱姜柄瓜種質(zhì)具有重要生產(chǎn)意義[5，6].

種子發(fā)芽期是衡量該作物抗旱性強弱的重要時期之一[7].Bouslama M.等[8]提出可以作為干旱脅迫下的種子萌發(fā)指標有種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及萌發(fā)指數(shù).郭曉麗[9]對10個不同甘藍型油菜品種萌發(fā)期進行PEG脅迫，提出種子萌發(fā)期抗旱性評價方法，并采用隸屬函數(shù)法[10，11]進行抗旱性綜合評價.王敬東[12]以胚芽鞘的長度為參考值，胚根長可作為春小麥萌發(fā)期的抗旱指標來鑒定抗旱材料[12].張樹林[13]采用20%的PEG對小麥進行模擬干旱脅迫，結(jié)果表明發(fā)芽勢、芽長、根鮮重等指標可以用于萌發(fā)期抗旱性鑒定的篩選依據(jù).

在玉米[14-17]、小麥[18，19]、綠豆[20]、水稻[21]等植物的耐旱性研究中常使用PEG溶液來模擬干旱脅迫.但在姜柄瓜種子萌發(fā)期抗旱性方面的研究報道較少.本試驗擬對姜柄瓜發(fā)芽期的抗旱性進行鑒定，以期篩選出優(yōu)質(zhì)抗旱品種，同時為姜柄瓜抗旱育種提供一定的理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試種均為云南栽培生產(chǎn)常用姜柄瓜品種，詳見表1.

表1 各姜柄瓜品種信息

1.2 試驗方法

首先，隨機選取供試姜柄瓜品種進行預(yù)試驗，分別配置質(zhì)量分數(shù)為5%，10%，15%，20%和25%的PEG-6000(以下簡稱PEG，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn))溶液為培養(yǎng)液，并以清水(CK)作對照，重復(fù)3次，在上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)(溫度：30 ℃，時長：7 d，光照強度(光合有效輻射)為 150 μmol/(m2·s).發(fā)芽試驗中測量各相關(guān)測定指標，并進行分析，從而篩選出適宜的PEG質(zhì)量分數(shù)進行進一步試驗.然后，以篩選出的適宜PEG溶液模擬干旱對19種姜柄瓜品種進行發(fā)芽期抗旱性鑒定.測量并記錄數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析，從而篩選出抗旱的姜柄瓜品種.試驗設(shè)3次生物學(xué)重復(fù).

1.3 指標測定和計算公式

測定指標有胚根長、胚軸長、鮮質(zhì)量、發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，公式參考廖博通[22]等人的方法.

發(fā)芽勢(GP)=(PEG處理下第 4 d 種子發(fā)芽數(shù)/每個皿種子總數(shù))×100%；

(1)

發(fā)芽率(GR)=(PEG處理下第7 d種子發(fā)芽數(shù)/每個皿種子總數(shù))×100%；

(2)

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt；

(3)

活力指數(shù)(VI)=S×GI.

(4)

式中：Gt代表種子發(fā)芽數(shù)，Dt代表相應(yīng)種子萌發(fā)天數(shù)，S代表鮮質(zhì)量(g).

1.4 耐旱性綜合評價

本試驗采用隸屬函數(shù)法對姜柄瓜品種各項指標進行綜合評價，具體參考孫彩霞等[10]和龔明[11]的抗旱鑒定評價方法.計算公式如下：

U(Xj)=u(Xj)=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin),j=1,2,3…,

(5)

式中，u(Xj)為姜柄瓜第j個指標的隸屬函數(shù)值；Xij為姜柄瓜第i個品種第j個指標的測定值；Xmax、Xmin為各供試姜柄瓜品種中第j個指標測定值的最大值和最小值.總隸屬函數(shù)值：各項指標的隸屬函數(shù)值求和算其平均值，總隸屬函數(shù)值越大，耐旱性越強.

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)分析及差異性分析、相關(guān)性分析，聚類分析采用SPSS 25軟件.

2 結(jié)果與分析

2.1 姜柄瓜干旱脅迫溶液PEG質(zhì)量分數(shù)篩選

2.1.1 不同PEG質(zhì)量分數(shù)對測定指標的影響

圖1 不同質(zhì)量分數(shù)PEG溶液處理后 種子胚根長和胚軸長

隨著PEG質(zhì)量分數(shù)的升高，姜柄瓜胚根長和胚軸長明顯呈下降趨勢，當(dāng)PEG質(zhì)量分數(shù)高達25%，出現(xiàn)了種子無法生長胚軸的現(xiàn)象.顯然PEG溶液對胚軸生長的抑制比胚根更強(圖1).由表2可見，隨著PEG質(zhì)量分數(shù)的上升，種子鮮質(zhì)量呈下降趨勢.胚根長在5%PEG、25%PEG的處理下較對照組分別減少了 3.17 cm、1.72 cm，胚軸長在5%PEG、25%PEG的處理下較對照組分別減少了 16.22 cm、10.99 cm.可見胚軸長受PEG溶液的影響更大.和對照組相比，發(fā)芽指數(shù)隨著PEG質(zhì)量分數(shù)的升高先增加0.2后在減少1.7.經(jīng)過5%PEG處理后樣品的活力指數(shù)較對照組下降29.44，經(jīng)25%PEG處理后樣品的活力指數(shù)較對照組下降114.70.當(dāng)PEG質(zhì)量分數(shù)>10%，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨PEG質(zhì)量分數(shù)變化不明顯.除發(fā)芽指數(shù)沒有顯著差異外，其余指標的差異都較為顯著(P<0.05).由此可見，PEG溶液對姜柄瓜種子有明顯的抑制作用，各PEG質(zhì)量分數(shù)處理下的胚根長、胚軸長、鮮質(zhì)量、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與對照組相比都被抑制，抑制程度隨質(zhì)量分數(shù)升高而增強，指標間的變化程度隨著PEG質(zhì)量分數(shù)的升高先變化明顯后變化減弱.

表2 不同質(zhì)量分數(shù)的PEG溶液處理下姜柄瓜種子各測定指標與CK對比

2.1.2 不同處理測定指標差異性分析

和對照組(CK)相比(表3)，發(fā)芽指數(shù)指標沒有達到顯著性差異(P≥0.05)，在PEG質(zhì)量分數(shù)為5%時除姜柄瓜胚根長未達到顯著性差異(P≥0.05)，其余都具有顯著性差異(P<0.05).在PEG質(zhì)量分數(shù)為0(CK)到15%區(qū)間內(nèi)各處理間除發(fā)芽指數(shù)外都差異性顯著，PEG質(zhì)量分數(shù)超過10%的各項指標間差異不顯著.PEG質(zhì)量分數(shù)從0(CK)到10%區(qū)間內(nèi)處理間除發(fā)芽指數(shù)外差異性顯著，10%以后處理間差異不顯著.

綜上所述：各項測量指標在PEG質(zhì)量分數(shù)從0(CK)到10%總體差異顯著，在10%之后差異不顯著，所以10%的PEG濃度為姜柄瓜模擬抗旱處理的最適質(zhì)量分數(shù).

表3 不同質(zhì)量分數(shù)的PEG溶液處理下姜柄瓜種子各測定指標

2.2 不同姜柄瓜品種抗旱性綜合分析

2.2.1 姜柄瓜測定指標的變異分析

在10%PEG脅迫下姜柄瓜品種的抗旱相關(guān)性狀指標差異明顯(表4、表5)，其中發(fā)芽勢在20%～90%之間，發(fā)芽率在23.33%～96.67%之間，發(fā)芽指數(shù)在2.02%～11.61%之間，活力指數(shù)在5.70%～46.76%之間，胚根長在0.57～5.17 cm 之間，胚軸長在0.35～2.78 cm 之間，鮮質(zhì)量在2.42～3.95 g 之間.鮮質(zhì)量的變異系數(shù)0.13為最小，活力指數(shù)的變異系數(shù)0.54為最大.

表4 姜柄瓜種子干旱脅迫下發(fā)芽相關(guān)指標的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表5 姜柄瓜種子干旱脅迫下發(fā)芽相關(guān)指標的變異系數(shù)

2.2.2 干旱脅迫對各項測定指標的影響

利用10%PEG溶液對不同姜柄瓜種子模擬干旱脅迫，19個姜柄瓜品種的發(fā)芽相關(guān)指標均受到了抑制，各品種的抑制程度存在差異(表6).在所測品種當(dāng)中，發(fā)芽勢指標的最大值是G11的90%，最小值是G9的20%.發(fā)芽率指標達到90%及以上的品種有G3、G7、G11、G13，最小值是G9的23%.胚根長的最大值是G14(5.17 cm)，其余大多數(shù)介于2.00～3.00 cm，最小值是G17的 0.57 cm.G7、G11、G13、G14和G16的胚軸長明顯高于其余14個品種，其余多數(shù)胚軸長介于1.00～3.00 cm 之間，最小值是G17的 0.35 cm.鮮質(zhì)量多數(shù)介于3.00～4.00 g 之間，其最小值是G6的 2.42 g，差異較小.發(fā)芽指數(shù)指標在11～12之間的有G7、G11、G13和G16，最小值是2.02(G9).活力指數(shù)指標測量值介于40～50的有G7、G11、G13、G14，最小值是5.70(G9).

表6 各品種姜柄瓜種子干旱脅迫下發(fā)芽相關(guān)測定指標

續(xù)表6

綜上所述，各品種間的抗旱指標表現(xiàn)出較高的差異.而鮮質(zhì)量這個指標的差異明顯低于其他各項指標，說明鮮質(zhì)量受到干旱脅迫的影響較小.并且品種間抗旱指標高低不同，所以單一指標進行姜柄瓜抗旱性鑒定不夠準確，若要體現(xiàn)出評價結(jié)果的準確性需綜合分析.

2.2.3 不同測定指標間的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明，7個指標間均成正相關(guān)(表7).其中，胚根長與胚軸長、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)，這2個指標的相關(guān)性系數(shù)最高，r=0.986.發(fā)芽率與鮮質(zhì)量指標的相關(guān)性系數(shù)最小，r=0.749，其余指標相關(guān)性系數(shù)均在這兩者之間，相關(guān)性系數(shù)值整體較高，說明這些指標與指標之間的變化具有一致性和相關(guān)性，關(guān)聯(lián)程度較高.下一步采用隸屬函數(shù)法對19個品種進行抗旱性綜合評價分析.

表7 不同測定指標間相關(guān)性分析

2.2.4 各測定指標隸屬值及綜合分析

計算7個測定抗旱指標的隸屬函數(shù)值，對姜柄瓜發(fā)芽期的抗旱性進行綜合評價，總隸屬值越大，抗旱性越強.

供試姜柄瓜品種的總隸屬值均在0.04～0.99之間，抗旱性最強的是G11，其次是G7、G14，總隸屬函數(shù)值大于0.9，總隸屬值達到0.8以上的還有G16、G13.此外，抗旱性最弱的是G9，總隸屬函數(shù)值為0.04.隸屬函數(shù)值的綜合排序詳見表8，從中可以清晰看到每個品種的測定指標的隸屬值以及抗旱性排序，排序越靠前的總隸屬值越高抗旱性越強.

表8 各品種姜柄瓜種子干旱脅迫下各發(fā)芽相關(guān)指標隸屬函數(shù)值

2.2.5 聚類分析及品種抗旱性等級分類

圖2 姜柄瓜抗旱指標隸屬函數(shù)值聚類分析

在10%PEG溶液處理下測定指標進行系統(tǒng)聚類分析(圖2).根據(jù)總隸屬函數(shù)值對19個姜柄瓜品種進行抗旱性等級的劃分.

結(jié)果表明，在歐氏距離為5處，可將19份姜柄瓜供試材料劃分為4個類型.第1類為G19、G15、G2、G5、G10、G12，6份種質(zhì)，其主要特征是發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚軸長、鮮質(zhì)量的測量值偏低，屬于干旱較敏感型，在干旱地區(qū)不適宜種植.第2類為G1、G8、G4、G3，4份種質(zhì)，其主要特征是發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚軸長、鮮質(zhì)量的測量值較高，屬于較抗旱型，一般較干旱地適宜種植，第3類為G6、G9、G17、G18，4份種質(zhì)，其主要特征是發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚軸長、鮮質(zhì)量的測量值相比于其他3類的值最低，屬于不抗旱型，干旱地區(qū)不適宜種植.第4類為G13、G16、G11、G14、G7，共5份種質(zhì)，其主要特征是發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚軸長、鮮質(zhì)量的測量值在這4類中最高，屬于抗旱型，適宜在干旱地區(qū)種植.此結(jié)果與上述隸屬函數(shù)值分析結(jié)果一致.試驗結(jié)果當(dāng)中的抗旱品種G7、G11、G13、G14和G16可作為優(yōu)良抗旱種質(zhì)資源.

3 討論

干旱是姜柄瓜在生產(chǎn)中要面臨的主要問題之一，篩選出優(yōu)良的抗旱品種對于姜柄瓜干旱脅迫研究具有重要意義.但單一指標鑒定姜柄瓜抗旱性不夠準確，比如鮮重這個指標的差異明顯低于其他各項指標，說明鮮重受到干旱脅迫的影響較小，這有可能與代謝和鮮質(zhì)量自身的特性相關(guān).并且品種間抗旱指標高低不同，所以單一指標進行姜柄瓜抗旱性鑒定不夠準確，若要體現(xiàn)出評價結(jié)果的準確性需綜合分析.

不同品種間同一指標變化差異較大，差異變化較為分散，沒有系統(tǒng)的區(qū)分，鮮質(zhì)量指標在干旱脅迫下的影響較小，變異系數(shù)最小為0.13，因此，本實驗采用隸屬函數(shù)法和聚類分析法對姜柄瓜品種的各項指標進行綜合評價.

鞠樂等[23]、任毅等[24]以PEG溶液作為脅迫劑來對植物種子萌發(fā)期進行干旱脅迫模擬試驗，結(jié)果表明，可以把種子發(fā)芽率、種子發(fā)芽勢、種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、芽長作為萌芽期抗旱性鑒定的主要指標.這與本研究進行的姜柄瓜發(fā)芽期抗旱性指標鑒定的結(jié)果一致.為了進一步驗證各項指標之間抗旱性的準確程度，本研究對PEG-6000溶液質(zhì)量分數(shù)進行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在10%的PEG-6000質(zhì)量分數(shù)下各項指標的抗旱表現(xiàn)最好，在選取PEG質(zhì)量分數(shù)的參考方法上，這與馮舉伶等[25]以20%PEG溶液作為脅迫劑對春小麥萌發(fā)期指標進行干旱脅迫模擬試驗時一致，以10%PEG溶液對姜柄瓜進行脅迫試驗，對各項指標之間進行相關(guān)性分析.結(jié)果顯示，各項指標間均成正相關(guān)，整體相關(guān)性系數(shù)較高，表明指標與指標之間相關(guān)性較高，這也從側(cè)面表明本試驗所選取的供試姜柄瓜品種可用于干旱脅迫實驗.這7項指標的綜合評價可以有效地對姜柄瓜發(fā)芽期的抗旱性進行鑒定，同時也說明不同作物之間抗旱鑒定指標的選取具有相似性，抗旱機理也有可能相似.

作物的抗旱機制非常復(fù)雜，需要鑒定多個抗旱性指標來進行綜合分析[26].各品種間的抗旱指標都表現(xiàn)出較高的差異.并且不同的抗旱指標在PEG干旱脅迫下的變化不同.不同性狀在干旱脅迫下做出的響應(yīng)各異[27].本試驗利用10%PEG溶液作為脅迫劑對19份姜柄瓜品種進行萌發(fā)期抗旱性鑒定，通過對種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚根長、胚軸長、鮮質(zhì)量、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)指標的測定，分析品種間抗旱性的指標差異，然后利用隸屬函數(shù)法和聚類分析法進行抗旱性綜合分析.結(jié)果表明，抗旱型品種有5個：G7、G11、G13、G14和G16，其余14個品種抗旱性較差，不適宜做抗旱品種使用，抗旱品種可提高干旱地區(qū)的姜柄瓜種子育苗發(fā)芽率，在干旱環(huán)境下有利于產(chǎn)量的提高，本研究結(jié)果可為姜柄瓜抗旱品種育種提供材料，并為姜柄瓜種子萌發(fā)期抗旱鑒定提供參考.