硝酸银和赤霉素对西瓜雌性系诱雄效果的影响

史建廷 ，张 洁 ，张海英 ，宫国义 ，周 明 ，许 勇

（1.北京农学院植物科学技术学院 北京 102206； 2.北京市农林科学院蔬菜研究中心·农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室·北京蔬菜种质改良实验室 北京 100097）

在葫芦科作物中利用雌性系育种具有重要的价值，利用雌性系制种可以免除人工去雄或人工杂交、降低育种人工成本并有效提高种子品质，一直备受育种家关注[1]。雌性系本身无雄花，致使雌性系的自身繁殖非常困难，获得后代的方法之一是利用化学药剂进行苗期诱雄[2-3]。前人在诱雄剂种类、用量、处理时期等对诱雄效果的影响方面进行过大量研究，但主要在黄瓜上。由于西瓜雌性系材料发现较晚，在生产中的应用还相对较少。现阶段国内外生产上所用黄瓜诱雄剂主要是赤霉素、硝酸银和硫代硫酸银[4-7]。丁小涛等[8]在黄瓜1、2、3片真叶时期以质量浓度的250 mg·L-1的硝酸银和500 mg·L-1的赤霉素处理，诱雄效果相对较好且对黄瓜植株伤害较小。姜跃文等[9]采用硝酸银、赤霉素和硫代硫酸银进行诱雄效果的试验，结果显示，在黄瓜上，硝酸银最佳处理质量浓度为300 mg·L-1，赤霉素最佳处理质量浓度为500 mg·L-1，硫代硫酸银最佳处理质量浓度为996 mg·L-1。张春平等[10]采用不同质量浓度的硝酸银对处于不同时期的黄瓜幼苗进行诱雄试验，结果表明，在黄瓜幼苗2叶期，连续2次对其喷施质量浓度300 mg·L-1的硝酸银溶液，诱雄效果最好。硝酸银和赤霉素在黄瓜雌性系育种中均已得到广泛应用，但对西瓜的诱雄效果至今仍缺乏系统研究。另外，环境因素在葫芦科性别分化过程中具有重要的作用，性别分化易被环境因子所改变，包括光照强度、光周期和温度等。短日照、低光照强度和低温促进雌花的产生；相反条件下，促进雄花的产生[11-12]。本研究选用血缘基础相同的2对雌性系和雌雄异花同株西瓜材料，在春秋2个季节，苗期分别喷施不同质量浓度的硝酸银、赤霉素，观察不同处理后西瓜植株的性型及生长变化情况，探索生产上可用的植物生长调节剂种类与合适质量浓度，以期为西瓜雌性系的繁殖和制种工作提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

雌雄异花同株材料：‘XHB’和‘TS409’，同一植株上着生雄花和雌花，雌花节率大约25%。

雌性系材料：‘XHBGM’和‘TGS409’，分别是对应于‘XHB’和‘TS409’的自然突变体的雌性系，同一植株上20节内全部着生雌花，在秋季或者20节以外会少量出现两性花和畸形花。

上述材料均来源于北京市农林科学院蔬菜研究中心。

春季试验：2015年5—7月种植于北京市农林科学院蔬菜研究中心延庆农场露地。

秋季试验：2015年8—10月种植于北京市农林科学院蔬菜研究中心四季青农场塑料大棚。

1.2 试验方法

1.2.1 硝酸银和赤霉素的处理方法及质量浓度设置 硝酸银处理：用蒸馏水分别配成100、300、500 mg·L-1的溶液，配好的硝酸银溶液用锡箔纸包裹避光；赤霉素处理：用少量无水乙醇溶解，然后用蒸馏水稀释成 500、1 000、1 500 mg·L-1的溶液；对照组：喷施等量蒸馏水。所有溶液均现配现用，在傍晚17：00—19：00进行喷施处理，用普通手握喷壶对植株进行喷雾，待液珠布满叶片为止，喷施时间分别为西瓜幼苗第1、2、3片真叶展开时，共3次。

1.2.2 不同处理对植株生长发育影响指标的调查植物生长调节剂处理3 d后用游标卡尺对西瓜植株高度、茎粗度、一二节节间长度进行测定。用便携式叶绿素测定仪SPAD-502对不同处理叶片的叶绿素含量进行测定，以上指标重复测定5次，结果以平均值±标准误表示。统计各处理后西瓜植株死株率，每处理3个重复，每个重复15株，结果以平均值±标准误表示。应用SPSS 21.0数据分析软件对统计结果进行差异显著性分析。

1.2.3 植株田间花型调查 调查每个单株30节内的开花情况，各处理设置3个重复，每个重复15株。统计春、秋2个季节4份西瓜材料在各处理后雄花、雌花和两性花的数量，并应用SPSS 21.0数据分析软件对统计结果进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度硝酸银和赤霉素处理对西瓜植株生长发育的影响

以‘XHBGM’为试材，研究不同浓度硝酸银和赤霉素处理对西瓜植株生长发育情况的影响。结果表明（表1），各处理对西瓜植株生长发育均有一定的影响，500 mg·L-1硝酸银处理后，植株高度、节间长度、茎粗度和叶片叶绿素含量均显著降低，抑制了西瓜植株的正常生长，且死株率偏高，达到28.89%；100、300 mg·L-1的硝酸银处理对植株伤害相对较小。500、1 000、1 500 mg·L-1的赤霉素处理后，植株均出现徒长趋势，植株高度，节间长度均显著增加，茎粗度和叶绿素含量显著降低，未出现死株现象（表1）。

表1 不同浓度硝酸银和赤霉素处理对西瓜植株生长发育的影响

2.2 硝酸银和赤霉素处理浓度及季节对西瓜植株诱雄效果的影响

2.2.1 硝酸银和赤霉素对雌性系材料诱雄效果的影响 对于雌性系材料‘XHBGM’（表2），对照组中，春季产生两性花1.33朵，秋季产生两性花3.17朵，秋季比春季产生更多两性花，且差异显著，表明秋季条件更有利于两性花的出现；处理组中，硝酸银可诱导植株产生更多的两性花，且相同质量浓度下，秋季比春季诱导产生更多的两性花，且差异显著。100 mg·L-1的硝酸银处理，春季产生两性花6.27朵，秋季产生两性花11.00朵；300 mg·L-1的处理，春季两性花数量为12.13朵，秋季两性花数量为16.47朵；500 mg·L-1的处理，春季两性花数量为12.23朵，秋季两性花数量为16.70朵。春、秋两季300、500 mg·L-1的处理下两性花数量显著高于100 mg·L-1的处理，300 mg·L-1与 500 mg·L-1处理之间无明显差异，各质量浓度处理均未诱导出雄花。赤霉素处理，没有诱导出更多的雄花和两性花，产生更多非正常发育的畸形花。雌性系材料‘TGS409’的处理结果与‘XHBGM’相似（表3）。

表2 硝酸银和赤霉素对雌性系材料‘XHBGM’诱雄效果的影响

表3 硝酸银和赤霉素对雌性系材料‘TGS409’诱雄效果的影响

2.2.2 硝酸银和赤霉素对雌雄异花同株材料诱雄效果的影响 对于雌雄异花同株材料‘XHB’（表4），对照组和处理组结果均显示秋季比春季产生更多的雄花，且差异显著。硝酸银和赤霉素均有诱雄效果，但效果存在差异。春、秋两季，硝酸银处理后，雄花数量无显著变化，诱导雌花中雄蕊发育，促使部分雌花转变为两性花。100 mg·L-1的硝酸银处理后，春季产生两性花1.13朵，秋季产生两性花1.20朵；300 mg·L-1的硝酸银处理后，春季两性花数量为1.73朵，秋季两性花数量为2.33朵；500mg·L-1的硝酸银处理后，春季两性花数量为1.74朵，秋季两性花数量为2.37朵。100 mg·L-1硝酸银诱导在春、秋两季未出现显著差异，300 mg·L-1和500 mg·L-1的硝酸银处理后，秋季与春季相比，虽然整株雌花数量整体下降，但诱导出的两性花数量却显著增多，表明秋季比春季更容易诱导出两性花。无论春季还是秋季，300 mg·L-1和 500 mg·L-1的硝酸银处理诱导两性花数量均显著高于100 mg·L-1的处理，300 mg·L-1和 500 mg·L-1的处理之间无显著差异。春、秋两季，赤霉素均可诱导植株产生更多的雄花，降低雌花比例，并没有两性花出现。随处理浓度升高，雄花数量随之增多，但 500、1 000、1 500 mg·L-1处理之间差异不显著。雌雄异花同株材料‘TS409’的结果与‘XHB’相似（表 5）。

表4 硝酸银和赤霉素对雌雄异花同株材料‘XHB’诱雄效果的影响

表5 硝酸银和赤霉素对雌雄异花同株材料‘TS409’诱雄效果的影响

3 结论和讨论

3.1 硝酸银和赤霉素对西瓜雌性系与雌雄异花同株系的诱雄效果的差异

本研究结果表明，对于西瓜雌性系材料，硝酸银处理可以成功诱导两性花的出现，而各浓度赤霉素处理均未在雌性系材料中诱导出雄花或两性花；对于西瓜雌雄异花同株材料，硝酸银和赤霉素处理均有诱雄效果，但诱雄效果存在差异：硝酸银可诱导部分雌花中雄蕊的发育从而产生两性花，赤霉素可诱导其产生更多雄花。据前人报道，在黄瓜雌性系和雌雄异花同株材料上，硝酸银可诱导黄瓜产生两性花和更多的雄花[4-5，13]，赤霉素促进雄花的发育，诱导植株产生更多雄花，同样具有明显的促雄作用[14-16]。在甜瓜上，硝酸银可诱导雌雄异花同株材料产生两性花[17]，赤霉素促使雌雄异花同株材料产生更多雄花，但在雌性系材料上无明显作用[18-19]。西瓜上，诱导剂只诱导雌花转变为两性花，未出现更多雄花，此结果与甜瓜结果相同。西瓜和甜瓜与黄瓜不同的原因可能在于控制雌性系基因的遗传基础不同，西瓜和甜瓜雌性系为隐性遗传[12，20]，而黄瓜雌性系为显性遗传[21]，有可能导致西瓜与黄瓜对硝酸银和赤霉素的敏感程度不同。前人的研究表明，ACC合成酶是乙烯合成的关键酶，在葫芦科作物性别决定过程中起重要作用[22-24]。西瓜CitACS4基因的表达抑制雌花中雄蕊的发育，其基因功能的丧失导致了雌花向两性花的转变，与甜瓜中CmACS7基因、黄瓜中CsACS2基因具有类似的作用[24]，硝酸银作为乙烯的抑制剂，抑制乙烯合成及作用相关过程[25]，推测硝酸银处理可能抑制了CitACS4基因的表达，从而导致了两性花的出现。

3.2 不同季节对诱雄效果的影响

本研究选择春、秋两季试验，探讨季节对诱雄剂诱雄效果的影响。结果表明，对于雌性系材料，同浓度硝酸银处理，秋季比春季诱导出更多的两性花，西瓜在秋季更容易出现两性花；对于雌雄异花同株材料，同浓度硝酸银和赤霉素，秋季与春季相比会产生更多的两性花或雄花，雌花数量随之减少，诱雄效果更加明显。前人的报道指出，环境因素在葫芦科性别分化过程中具有重要的作用，性别分化易被环境因子所改变，包括光照强度、光周期和温度等。短日照、低光照强度和低温促进雌花的产生；相反条件下，促进雄花的产生。同一诱雄浓度，秋季处理产生的雄花或两性花数量多于春季的，这主要与秋季的气候情况有关。秋季栽培时，植株花芽分化期的日照时间长、温度高等因素促进了雄蕊的发育。

3.3 不同西瓜材料间诱雄效果的差异

硝酸银处理后，两组雌雄异花同株材料及其血缘相同的雌性系突变体均被诱导产生更多的两性花，且差异显著。赤霉素处理后，两组雌雄异花同株材料均被诱导产生更多的雄花，雌花比例减少，未出现两性花；而对雌性系突变体无明显诱雄效果。试验所选两组雌雄异花同株材料及其血缘相同的雌性系突变体均属于东亚栽培类型，两组材料对硝酸银和赤霉素处理的反应趋于一致，无显著性差异，说明两组材料试验结果得到了很好的相互验证。

综合全部试验可以得出以下结论：在西瓜幼苗第1、2、3片真叶展开时3次喷施300 mg·L-1的硝酸银，可以有效地将西瓜的雌花转变为两性花，且秋季效果更为明显，虽与黄瓜雌性系诱雄效果不同，不能诱导出单独的雄花，但两性花产生的雄蕊与花粉可以解决雌性系自交繁殖，适用于西瓜雌性系的生产应用。