甜瓜种子萌发期抗早衰鉴定指标的筛选

赵卫星,李晓慧,徐小利,常高正,梁 慎,康利允,李海伦

(1.河南省农业科学院 园艺研究所,河南 郑州 450002;2.河南农业大学 园艺学院，河南 郑州 450002)



甜瓜种子萌发期抗早衰鉴定指标的筛选

赵卫星1,李晓慧1,徐小利1,常高正1,梁 慎1,康利允1,李海伦2

(1.河南省农业科学院 园艺研究所,河南 郑州 450002;2.河南农业大学 园艺学院，河南 郑州 450002)

摘要：选取不同类型的29个甜瓜品种(系),对其种子萌发期的芽长、胚轴粗度、主胚根长、种子根数、总鲜重、根芽干重、总干重、干物质含量、种子贮藏物质转运率、根系活力等指标进行了比较试验研究。结果表明：甜瓜种子萌发期根数与抗早衰性间存在部分相关性;种子贮藏物质转运率和根系活力均与抗早衰性间存在较好的相关性,贮藏物质转运率表现为早衰型(61.91%)>正常成熟型(54.85%)>抗早衰型(45.53%),而根系活力表现为抗早衰型[0.0829 mg/(g·h)]>正常成熟型[0.0467 mg/(g·h)]>早衰型[0.0304 mg/(g·h)]。因此,种子贮藏物质转运率和根系活力均可作为甜瓜种子萌发期抗早衰性的鉴定指标。

关键词：甜瓜;种子；抗早衰性;贮藏物质转运率;根系活力

衰老是植物生长发育、形态建成和对环境应答反应中一个必要的、主动的过程,是受内外因子直接或间接影响的一种器官或组织逐步走向功能衰退和死亡的变化过程[1]；早衰是作物由营养生长转入生殖生长的一种表现,通常植株体因自身或外部原因过早终止生命活动,果实未成熟,植株过早死亡。其主要症状表现为植株从下部叶片开始黄化,光合作用减弱,制造的有机营养物质减少,严重影响产量的提高。早衰在农作物上普遍存在,给农作物生产造成重大损失。目前,关于农作物早衰的研究多集中在水稻、玉米、小麦、棉花等上[2-5],且多集中在作物生长后期,而对甜瓜早衰的研究报道相对较少。

甜瓜作为世界上重要的十大果品之一,是近年来发展较快、产品增加较多的经济作物。据统计,我国甜瓜的栽培面积和产量均居世界第一位[6]。近年来，我国甜瓜生产发展迅速,但随着甜瓜新品种的推广以及由于瓜田水肥运筹不合理、品种和技术不配套等原因,甜瓜早衰问题越来越严重,极大地制约了甜瓜优质高产。生物生长发育是在一个有机整体上进行的,某一性状发生必然与其它性状乃至不同发育阶段的性状发生发展存在联系[7]。因此，我们研究了甜瓜种子萌发期以及苗期的形态和生理特征,并与其生长发育后期的早衰特性联系起来,以期找出甜瓜抗早衰的早期鉴定指标体系,为甜瓜抗早衰材料的筛选、早衰早期防治以及抗早衰高产优质甜瓜新品种的选育提供参考。

1材料和方法

1.1材料

根据多年的田间观察,以甜瓜植株衰老时间作为主要指标,以植株衰老程度及功能叶片持绿时间作为辅助指标,将供试甜瓜品种(系)分为3个类型:抗早衰型(1～7号)；正常成熟型(8～15号)；早衰型(16～29号)(表1)。

1.2方法

对各个供试品种(系)都选取大小、饱满度一致的种子200粒。用水浸没种子后，将其放入40 ℃恒温箱浸泡6 h,期间不断用玻璃棒搅拌,使浸泡充分。选60粒种子放在平铺有3层湿滤纸的直径为110 mm的培养皿上,盖好皿盖,放于(28±1)℃的恒温培养箱中培养,每天观察种子的萌发情况。于处理后第7天测定相关指标。每个处理重复3次。

1.3测定项目及方法

发芽种子的芽长、主胚根长、胚轴粗度:每皿随机取发芽种子10粒,用游标卡尺测定,并统计种子根数,计算出各指标的平均值。

鲜重、总干重与根芽干重:每皿随机取10粒发芽种子,用滤纸吸干种子上的水分,立即称鲜重；再于105 ℃烘箱中杀青30 min,然后继续在70 ℃下直至烘干,分别称量发芽种子的总干重与根芽干重。计算发芽种子的干物质含量与贮藏物质转运率，计算公式如下：干物质含量(%)=发芽种子总干重/发芽种子总鲜重×100%；贮藏物质转运率(%)=(根+芽)干重/[根+芽+籽粒(发芽后剩余部分)]干重×100%。

根系活力:每皿随机取发芽种子10粒，剪取根系,采用TTC法测定[8]。

1.4试验数据分析

利用Excel 2003和DPS 7.05统计软件对试验数据进行分析；采用Duncan氏新复极差法进行多重比较；采用离差平方法进行聚类分析。

2结果与分析

2.1不同类型甜瓜品种(系)萌发期生长特性差异性分析

不同类型甜瓜品种(系)萌发期芽长、主胚根长、胚轴粗度、种子根数有明显差异(表1)。芽长表现为抗早衰型与正常成熟型间无显著差异,但均显著高于早衰型。抗早衰型种子的主胚根长显著高于正常成熟型和早衰型的,但正常成熟型与早衰型之间无显著差异。胚轴粗度、种子根数在3种类型间均有显著差异,其中不同类型品系胚轴粗度的范围有相互重叠的部分;不同类型品系种子根数表现为抗早衰型(15.17～20.33条)>正常成熟型(11.83～15.27条)>早衰型(7.75～12.40条)。因此,种子根数可初步作为抗早衰甜瓜品种(系)种子萌发期的鉴定指标。

2.2不同类型甜瓜品种(系)萌发期种子生物量差异性分析

不同类型甜瓜品种(系)萌发期种子总鲜重、根芽干重、总干重、干物质含量、贮藏物质转运率均有明显差异(表2)。总鲜重、总干重在3种类型间均有显著差异,但不同类型不同品种(系)总鲜重、总干重的变化幅度有相互重叠部分。根芽干重表现为抗早衰型显著高于正常成熟型和早衰型,但正常成熟型与早衰型之间无显著差异。干物质含量则表现为早衰型显著高于抗早衰型和正常成熟型,但抗早衰型与正常成熟型之间差异不显著。种子贮藏物质转运率在3种类型间均有显著差异,表现为抗早衰型(43.85%～46.88%)<正常成熟型(49.89%～57.59%)<早衰型(57.96%～67.91%)。因此,种子贮藏物质转运率可初步作为抗早衰甜瓜品种(系)种子萌发期的鉴定指标。

2.3不同类型甜瓜品种(系)萌发期种子根系活力差异性分析

由图1可以看出，不同类型甜瓜品种(系)间萌发期种子根系活力有明显差异，表现为抗早衰型[0.0515～0.1065 mg/(g·h)]>正常成熟型[0.0355～0.0577 mg/(g·h)]>早衰型[0.0073～0.0354 mg/(g·h)],且根系活力均值在3种类型之间差异显著。因此,根系活力可初步作为抗早衰甜瓜品种(系)种子萌发期的鉴定指标。

图1　不同类型甜瓜品种(系)萌发期种子根系活力

2.4不同类型甜瓜品种(系)抗早衰性的综合评价

选取上述初步获得的几个抗早衰鉴定指标，即根条数、贮藏物质转运率和根系活力,采用离差平方和法进行聚类分析，分析结果见图2。由图2(A)可见,根据根数可将供试甜瓜品种(系)分为 2类：Ⅰ类的根数为13.37～21.20条,其中,抗早衰型占63.63%,正常成熟型占33.37%;Ⅱ类的根数在7.75～13.04条之间,其中正常成熟型占22.22%,早衰型占77.78%。可见抗早衰型品种(系)和部分正常成熟型品种(系)在Ⅰ类共存,部分正常成熟型品种(系)和早衰型品种(系)在Ⅱ类中共存。因此,种子根数不能作为甜瓜种子萌发期抗早衰性的鉴定指标。

由图2(B)可见,根据种子贮藏物质转运率可将供试甜瓜品种(系)分为 3类：Ⅰ类的贮藏物质转运率在43.85%～46.88%之间,全部为抗早衰型品种(系)；Ⅱ类的贮藏物质转运率在40.93%～57.43%之间,其中正常成熟型占80.00%,早衰型占20.00%；Ⅲ类的贮藏物质转运率在59.20%～67.17%之间,全部为早衰型品种(系)。因此,萌发种子贮藏物质转运率能较好地体现出甜瓜品种(系)的抗早衰性,适合作为甜瓜种子萌发期抗早衰性的鉴定指标。

不同类型甜瓜品种(系)种子萌发期根系活力的聚类分析结果如图2(C)所示。根据根系活力可将其分为3类：Ⅰ类的根系活力在0.0819～0.1065 mg/(g·h)之间,全部为抗早衰型品种(系)；Ⅱ类的根系活力在0.0438～0.0663 mg/(g·h)之间,其中抗早衰型品种(系)占25.00%,正常成熟型占62.50%,早衰型占12.50%;Ⅲ类的根系活力为0.0073～0.0426 mg/(g·h),其中正常成熟型占18.75%,早衰型占81.25%。根系活力的聚类分析结果表明,抗早衰型品种(系)大多数集中在Ⅰ类,正常成熟型主要集中在Ⅱ类,早衰型主要存在于Ⅲ类。因此,种子萌发期根系活力也可作为甜瓜种子萌发期抗早衰性的鉴定指标。

表1　供试甜瓜品种(系)种子萌发期的生长特性

3结论与讨论

早衰是作物生长发育过程中的一种生理性病变过程,受多个因素的影响,表现出复杂的早衰性状，每个因素与其早衰性状之间存在一定的联系,但遗传特性是决定植株早衰与否及其严重程度的基础因素[9]。不同抗早衰甜瓜品种(系)在整个生育期间植株形态和生理生化性状等方面也可能存在一定的规律性差异。本文研究结果表明,不同抗早衰类型甜瓜品种(系)间种子萌发期的生长特性、生物量等指标有明显差异,其中种子贮藏物质转运率、根系活力可较好地反映出品种(系)抗早衰性的强弱,贮藏物质转运率表现为早衰型>正常成熟型>抗早衰型,根系活力表现为抗早衰型>正常成熟型>早衰型,且聚类分析的结果也验证了这两个指标与抗早衰性的相关性,因此这两者均可作为甜瓜种子萌发期抗早衰性的鉴定指标。前期田间生长期抗早衰性的结果显示,种子贮藏物质转运率较根系活力更能区分甜瓜品种(系)的抗性类型。

表2　供试甜瓜品种(系)萌发期种子的生物量

图2　供试甜瓜品种(系)种子萌发期根数(A)、贮藏物质转运率(B)、根系活力(C)的聚类分析结果

种子贮藏物质主要有淀粉(糖类)、脂肪和蛋白质等种子萌发和幼苗生长所必需的物质；在种子萌发后,种子体内贮藏的淀粉和蛋白质能否进行正常的降解直接关系到新植物体的生长[10]。本研究的结果表明,种子贮藏物质转运率低的甜瓜品种(系)具有抗早衰性强的趋势,而种子贮藏物质转运率高的甜瓜品种(系)具有抗早衰性弱的趋势。这与卜斌对小麦的研究结果一致,其原因可能是当种子贮藏物质转运率高时,种子在萌发过程中物质和能量代谢旺盛,呼吸作用强烈,易受到外界环境条件的影响,导致衰老基因提前表达[11]。

根系活力是反映根系生命活动强弱的一个重要指标,维持较高的根系活力是植物抗逆能力强的一种体现[12]。近年来的一些研究表明根系的衰老可能是引起地上部分衰老的原因之一[13]。本研究结果显示：抗早衰型品种(系)种子萌发期的根系活力最强，正常成熟型次之，早衰型最弱。这可能是因为较强的根系活力能增加根系的氧化能力,维持根系强壮,促进地上部生长,增强植株对不良环境的抵抗能力。前人对其他作物的研究结果表明：提高根系发育水平可以促进植株生长[14-16]。这与本文的研究结果相似。

早衰是一个复杂的生物学过程,其主要表现在生长发育后期。本研究选用了29个不同类型的甜瓜品种(系),并根据它们前几年在田间的生长表现,人为地将其分为抗早衰型、正常成熟型和早衰型三种类型。因为本研究所选各种类型甜瓜品种(系)的样本数有限,所以可能会出现一定的试验误差,进而可能影响到所选抗早衰鉴定指标的准确性。因此,还需进一步开展验证试验进行验证。

参考文献:

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(责任编辑:黄荣华)

Selection of Identification Indexes of Anti-premature Senescence at

Seed Germination Stage inCucumismelon

ZHAO Wei-xing1, LI Xiao-hui1, XU Xiao-li1, CHANG Gao-zheng1,

LIANG Sheng1, KANG Li-yun1, LI Hai-lun2

(1. Institute of Horticulture, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China;

2. College of Horticulture, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Abstract：The comparative tests of bud length, hypocotyl thick, main radicle length, aeminal root number, total fresh weight, radicle and bud dry weight, total dry weight, storage material transporting rate and root activity were carried out from 29 cultivars (lines). The results showed that there existed the partial correlation between the root number and anti-premature senescence ability; The seed storage material transport rate showed senescence type (61.91%) > the normal mature type (54.85%) > Anti premature type (45.53%), and root activity showed Anti premature type [0.0829 mg/(g·h)]> the normal mature type [0.0467 mg/(g·h)]> senescence type [0.0304 mg/(g·h)], Therefore, seed storage transport rate and root activity could be used as the selection and identification index of anti-premature senescence ability at seed germination stage in Cucumis melon.

Key words：Cucumis melon; Seed; Anti-premature senescence ability; Storage material transporting rate; Root activity

中图分类号：S652

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)01-0020-05

作者简介：赵卫星(1978─),男,河南上蔡人,副研究员,博士,主要从事西甜瓜育种及高效栽培技术方面的研究。

基金项目：国家西甜瓜产业技术体系建设项目(CARS-26);河南省农科院科研发展专项(20157804);河南省农科院自主创新项目。

收稿日期：2015-06-15