高温对唐山秋瓜种子萌发的影响及耐热性鉴定指标初探

2017-12-01唐山市农业科学研究院河北唐山063000北京市植物保护站北京0009

种子 2017年10期

，，，， (.唐山市农业科学研究院，河北唐山 063000； .北京市植物保护站，北京 0009)

付丽军1，李玉华1，李聪晓1，苏胜宇1，岳瑾2
(1.唐山市农业科学研究院，河北唐山 063000； 2.北京市植物保护站，北京 100029)

以4个唐山秋瓜品系为试验材料,在种子萌发期进行不同温度的高温处理，研究高温对其种子萌发的影响，并通过对不同温度下各品系的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数进行分析，比较不同品系间种子萌发的耐热差异，从而筛选出唐山秋瓜种子发芽期耐热性鉴定的温度指标。试验结果表明：26～32 ℃是唐山秋瓜种子萌发的适宜温度。当温度达到35 ℃以上，4个品系的种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈递减趋势，38 ℃处理对4个品系发芽指标的抑制作用显著高于35 ℃处理，且同一处理温度下不同品系对高温胁迫的反应不同。通过对各项指标进行综合比较分析，认为38 ℃是唐山秋瓜种子萌发期耐热性鉴定的适宜温度，适宜鉴定指标为种子活力指数。不同胁迫温度下唐山秋瓜各品系间的发芽能力存在明显差异，4个品系中LB在高温下发芽能力最强，其次为XL，A 5和S 5发芽期耐热性较差。

唐山秋瓜；高温胁迫；种子萌发；耐热性；鉴定温度

唐山秋瓜是众多唐山秋黄瓜品种的总称，其品质优良、营养丰富、清脆爽口，是非常具有代表性的河北地方特色黄瓜品种，同时也是我国冀东主栽果菜类蔬菜之一[1]。

唐山秋瓜喜温怕热，生产试验表明,田间温度大于35 ℃会引起高温胁迫，38 ℃以上就会导致结果不良，产量降低。近年来，随着全球气候变暖和设施栽培面积的扩大，高温已经成为黄瓜生产上的主要限制因素。我国北方保护地生产的设施气温常可达到40 ℃以上，夏季露地的气温也常达35 ℃以上[2]。筛选耐热性强的唐山秋瓜种质用于耐高温新品种选育，是解决高温黄瓜生产障碍的根本途径。

黄瓜种质资源耐热性鉴定是实现耐热品种筛选的重要途径。近年来，对于黄瓜种质资源耐热性鉴定方面的研究已有一些进展，其中种子发芽期耐热性鉴定技术研究较为广泛，且成果显著。多项研究表明，种子萌发期经人工高温处理可能是筛选黄瓜耐热种质的有效方法，耐热性不同的黄瓜品种在种子发芽活力方面存在差异，根据高温胁迫下种子的发芽指标或形态指标可以鉴定黄瓜品种早期耐热性高低[3-6]。但是对于耐热性鉴定温度及指标的研究上仍存在争议。车江旅等认为，黄瓜种子在42 ℃下的发芽率能够作为早期耐热性鉴定指标来反映品种的耐热性[3]；孟令波[4]、汪祖程[5]研究表明,42 ℃下种子发芽指数可作为黄瓜种子萌发期的耐热性鉴定指标，而聂文娟研究认为,38 ℃所筛选出的种子活力指数更适合于黄瓜耐热性鉴定[7]。

黄瓜种质资源类型丰富多样，不同生态类型或不同品种的黄瓜耐热性差异很大，且依品种来源和遗传特性不同,其高温发芽能力也有所不同。对于唐山秋瓜在高温下种子萌发特性和耐热性鉴定的研究鲜见报道，前人的研究结果是否同样适用于唐山秋瓜,有待于进一步的验证。为此，本试验以4个唐山秋瓜品系为材料，通过研究不同高温胁迫下种子的萌发特性，初步探索适宜唐山秋瓜种子发芽期耐热性鉴定的温度指标，旨在筛选耐热性较强的唐山秋瓜试材，为唐山秋瓜和黄瓜耐热性育种提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料A 5、S 5、LB、XL均为唐山秋瓜品系，由唐山市农业科学研究院黄瓜育种课题组提供。所用种子均为 2016年春季采收，挑选饱满度和整齐度较高的种子用于试验。

1.2 试验方法

1.2.1 种子处理

将4个唐山秋瓜品系的种子经55 ℃温汤浸种15 min，冷却至室温，继续浸种5 h。种子处理好后均匀摆放在铺有2层湿润滤纸的发芽盒内，每个发芽盒放50粒种子。

1.2.2 试验处理

将发芽盒内的种子置于恒温生化培养箱内，在黑暗中萌发。设置26，32，35，38，40 ℃ 5个温度梯度，以26 ℃为对照。每品系每温度处理3次重复。每天在相同时间统计种子发芽数，以胚根长度超过1 cm视为发芽，第2天统计发芽势，第4天统计发芽率和幼苗生长势(以平均根长cm表示)。

1.2.3 数据统计及处理

发芽势(%)=第2天发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽率(%)=第4天正常发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt(式中：Gt为在t日的发芽数，Dt为其相应的发芽日数。)；

活力指数=GI×S(式中：GI为发芽指数，S为幼苗生长势)；

单项指标相对值=高温胁迫下某项指标的值/26 ℃下该项指标的值。

试验数据采用SPSS.11数据处理系统进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同温度梯度对唐山秋瓜种子发芽率的影响

一般来说,唐山秋瓜种子发芽的适宜温度为25～30 ℃，在参考前人研究的基础上，设置26 ℃为对照温度。由图1可见，32 ℃处理下，4个品系的发芽率与对照相比略有升高，并且发芽率品系间无明显差异，说明在26～32 ℃范围内，温度的升高有利于种子的萌发， 32 ℃同26 ℃一样，是唐山秋瓜种子萌发的适宜温度。随着温度进一步升高,发芽率呈明显下降的趋势；35 ℃下，各品系的发芽率与对照相比显著下降；38 ℃下种子发芽率进一步降低；当温度升至40 ℃时，各品系的相对发芽率数值均低于10%，说明种子大多停止发芽，失去了活性。以上结果表明，32 ℃下种子正常萌发，40 ℃下种子趋于死亡，这2种温度均不适合作为唐山秋瓜种子发芽期的耐热性鉴定温度；而35 ℃与38 ℃高温在一定程度上抑制了唐山秋瓜种子的萌发，因此筛选出35 ℃和38 ℃这2个温度做进一步研究。

2.2 高温胁迫对唐山秋瓜种子萌发的影响

2.2.1 高温胁迫对种子发芽率的影响

发芽率是衡量种子萌发能力的重要指标，发芽率越高说明种子萌发能力越强[8]。由图2可见，26 ℃下唐山秋瓜4个品系的发芽率在90.67%～95.33%之间，种子正常发芽且品系间无显著性差异。35 ℃高温下，4个品系的发芽率与26 ℃相比均有所下降，但各品系下降幅度不同：A 5、S 5、XL 3个品系35 ℃下的发芽率全部显著低于对照(plt;0.01)，与对照相比发芽率分别下降了13.78%、15.29%和13.45%；而LB品系的发芽率仅下降10.12%，与对照相比无显著性差异(plt;0.01)，说明LB在35 ℃高温胁迫下仍能保持较高的发芽率。38 ℃处理下，4个品系的发芽率急剧下降，下降幅度在20.38%～83.98%之间，品系间差距进一步拉大，说明38 ℃高温对唐山秋瓜种子萌发的抑制强度显著高于35 ℃。

图1 不同温度梯度对唐山秋瓜发芽指标的影响

图2 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的发芽率

2.2.2 高温胁迫对种子发芽势的影响

发芽势是衡量种子发芽速度和整齐度的重要指标。由图3可见，3个处理温度下，品系间的发芽势差异显著。35 ℃下，LB和XL的发芽势虽有降低但与26 ℃相比并无显著性差异，而A 5和S 5的发芽势则显著低于26 ℃处理(plt;0.01)。38 ℃下，A 5和S 5的发芽势显著低于26 ℃和35 ℃处理，但LB和XL的发芽势与35 ℃相比差异不显著，这表明35 ℃高温对于LB和XL的发芽势影响较小，而38 ℃对4个品系的发芽势影响较大，A 5和S 5品系对高温胁迫更敏感。

2.2.3 高温胁迫对种子发芽指数的影响

发芽指数是衡量种子发芽速度快慢的指标，发芽指数越高，说明种子发芽速度越快，出苗越早[8]。由图4可看出，与26 ℃相比，35 ℃下各品系的发芽指数均有所下降，与对照相比下降幅度分别为6.72%、6.91%、5.34%和9.43%。38 ℃处理下，各品系的发芽指数迅速下降且显著低于26 ℃和35 ℃处理；4个品系中LB的发芽指数下降幅度最小为17.30%，A 5、S 5、XL的发芽指数与对照相比分别下降了56.74%、62.53%、32.31%，说明38 ℃高温显著抑制了唐山秋瓜种子的萌发速度。

图3 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的发芽势

图4 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的发芽指数

图5 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的活力指数

2.2.4 高温胁迫对种子活力指数的影响

活力指数反映了种子对外界环境的适应能力，表征幼苗能否健壮生长[8]。图5显示，35 ℃处理下各品系活力指数显著低于26 ℃处理(plt;0.01)，下降幅度在16.36%～26.14%之间。38 ℃处理下，种子活力指数进一步下降且明显低于26，35 ℃处理，各品系间活力指数差异显著，A 5、S 5、LB、XL的活力指数较对照分别下降了354.0%、392.01%、144.50%和164.32%，说明38 ℃高温显著抑制了唐山秋瓜种子的活力指数。

综合上述结果，35 ℃和38 ℃高温处理对唐山秋瓜各品系的4项种子萌发指标均有不同程度的抑制，38 ℃比35 ℃的抑制作用更显著。不同秋瓜品系对高温胁迫的适应能力不同，4个品系中，LB在35 ℃和38 ℃高温处理下发芽指标受抑制程度最小，发芽能力最强，而A 5和S 5在高温胁迫下发芽能力较弱。

2.3 唐山秋瓜种子萌芽期耐热性鉴定

2.3.1 耐热性鉴定温度指标的选择

由于26 ℃对照处理下4项发芽指标在各品系间均有一定差异，为消除各材料自身的差异，故采用各项指标在高温和对照下测定值的比值即相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数和相对活力指数，作为进一步筛选唐山秋瓜发芽期的耐热性指标。35 ℃和38 ℃下4项发芽指标的相对值见表1。从表1可以看出， 35 ℃高温下，各唐山秋瓜品系间的相对发芽率、相对发芽指数和相对活力指数在0.05和0.01水平上均不存在显著性差异， LB、XL与A 5、S 5的相对发芽势在0.05水平上差异显著，但在0.01水平上仍没有显著差异，说明35 ℃高温虽然对唐山秋瓜的种子萌发产生了胁迫，但胁迫程度较轻，不能区分出品系间的耐热性差异。而在38 ℃高温下，各品系的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数都受到了较大程度的抑制且品系间差异明显，因此38 ℃更适合作为唐山秋瓜种子发芽期的耐热性鉴定温度。从各发芽指标上来看，相同处理温度下，LB的4项发芽指标值均显著高于其他3个品系，因此认为LB种子萌芽期的耐热性最强；XL的各项发芽指标低于LB但显著高于A 5和S 5，耐热性次之；A 5和S 5耐热性较差。

2.3.2 种子发芽指标与高温胁迫的相关性分析

为了验证种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数是否可以作为种子耐热性鉴定指标，对26，35 ℃和38 ℃处理下的各种子萌发指标与胁迫温度的相关性进行了分析，结果见表2。由表2可以看出，各种子萌发指标与胁迫温度之间的线性关系显著，发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数随胁迫温度的升高而下降，呈明显负相关；发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数4项指标两两之间呈极显著正相关，说明各发芽指标对高温胁迫敏感性一致，其中发芽率和活力指数与高温胁迫温度相关性达极显著，说明发芽率和活力指数相比其他2个发芽指标更适宜作为种子萌发期耐热性鉴定指标。

表1 35，38 ℃高温下唐山秋瓜种子发芽指标的相对值

温度品系相对发芽率相对发芽势相对发芽指数相对活力指数35℃A587．95aA85．32bA93．74aA82．42aAS586．75aA85．20bA93．54aA79．38aALB90．84aA93．55aA94．95aA86．01aAXL88．14aA92．52aA91．38aA83．66aA38℃A559．35cC63．55cC63．82cC22．01cCS554．44cC61．09cC61．53cC20．35cCLB83．13aA93．47aA85．26aA40．92aAXL71．32bB78．43bB75．57bB37．11bB

注：大写字母表示在0.01水平上显著相关；小写字母表示在0.05水平上显著相关。

表2 种子萌发指标与高温胁迫温度的相关系数

指标发芽率发芽势发芽指数活力指数温度发芽率10．935∗∗0．937∗∗0．954∗∗-0．794∗∗发芽势0．935∗∗10．974∗∗0．867∗∗-0．642∗发芽指数0．937∗∗0．947∗∗10．920∗∗-0．615∗活力指数0．954∗∗0．867∗∗0．920∗∗1-0．79∗∗

注：“**”表示在0.01水平上显著相关；“*”表示在0.05水平上显著相关。

3 结论与讨论

前人对黄瓜种子发芽极限温度的研究上存在争议。孟令波[4]和汪祖程[5]研究表明，45 ℃是黄瓜种子萌发的上限温度，而稻川认为，黄瓜发芽的极限温度为40 ℃[9]。本研究结果表明，26～32 ℃是唐山秋瓜种子萌发的适宜温度，在此范围内，温度的升高有利于种子的萌发。当温度达35 ℃时，唐山秋瓜的种子发芽率开始下降，当温度升至40 ℃时，唐山秋瓜的发芽率仅为10%左右，说明40 ℃是唐山秋瓜种子发芽的上限温度，这一结果与稻川等的研究结果较为一致。不同试验结果可能是由于黄瓜品种或类型不同所致。

在黄瓜[4]、番茄[10]、萝卜[11]等研究中表明，当温度超出作物的发芽适温时，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等发芽指标会随着温度的升高而降低，并且在同一高温下，不同类型或品种间的种子发芽能力不同, 随着温度的升高, 发芽能力差异加大。本研究结果也符合这一结论。35 ℃高温即对唐山秋瓜种子萌发产生了抑制，但从品种间来看，消除材料自身差异的影响后，方差分析显示各品系间的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数等指标均没有显著性差异，说明35 ℃虽对发芽产生了影响，但胁迫程度较轻，不足以区分品种间的耐热性差异。随着温度升高到38 ℃，种子发芽的抑制作用明显高于35 ℃且品系间的发芽能力达到显著性差异。

利用高温下的种子发芽指标作为黄瓜早期耐热性鉴定的方法前人已有研究，但研究结果并不一致。孟令波[4]通过设置不同温度梯度对黄瓜种子进行处理，测定各品系的发芽指标后得出42 ℃下的发芽指数可作为黄瓜种子萌发期耐热性的鉴定指标；车江旅等[3]通过测定种子发芽率和幼苗耐热指数并对二者进行相关分析后得出，42 ℃下的种子发芽率能够作为早期耐热性鉴定指标来反映黄瓜品系的耐热性；而聂文娟[7]和程智慧等[12]认为，38 ℃下的种子活力指数更适合于黄瓜芽期耐热性鉴定。本试验结果表明，38 ℃对于唐山秋瓜种子发芽的抑制作用明显且品系间的发芽能力差异显著，认为38 ℃适合作为唐山秋瓜种子发芽期耐热性鉴定的温度。通过对4项发芽指标与高温胁迫温度进行相关性分析，发现发芽率和活力指数这2个指标与高温胁迫温度呈极显著负相关，但从品系间来看，活力指数的变化幅度较发芽率大，即活力指数更能敏捷地反映各品系间的耐热性差异，因此初步推荐将38 ℃下的活力指数作为唐山秋瓜种子发芽期耐热性鉴定的温度指标。依照38 ℃下的种子活力指数，将4个秋瓜品系的耐热性排序由高到低依次为LBgt;XLgt;A 5gt;S 5。

[1]李聪晓,袁素芳,薛晶,等.唐山秋瓜新品系绿玉[J].蔬菜,2009(10):9-10.

[2]杜永臣.园艺作物高温逆境生理的研究进展[J].园艺学年评,1996(2):1-13.

[3]车江旅,周生茂,尚小红,等．黄瓜种质资源耐热性鉴定[J].浙江农业学报,2012,24(5):808-813.

[4]孟令波.黄瓜耐高温种质资源筛选及耐高温特性的研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2002.

[5]汪祖程.黄瓜耐热耐渍性指标鉴定及抗性材料筛选的研究[D]. 武汉:华中农业大学,2008.

[6]孟焕文,张彦峰,程智慧,等.黄瓜幼苗对热胁迫的生理反应及耐热鉴定指标筛选[J].西北农业学报,2000,9(1):96-99.

[7]聂文娟.黄瓜耐热性形态学鉴定技术研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2010.

[8]沈丹婷,刘晓嵩,唐东梅,等. 高温胁迫下菠菜种子萌发特性及耐热性[J].上海交通大学学报,2012,30(4):31-38.

[9]稻川.蔬菜生物生理学基础[M].北京大学译,农业出版社,1985.

[10]王冬梅. 番茄耐热性鉴定方法的研究及其种质资源的筛选鉴定[D].哈尔滨:东北农业大学,2003.

[11]梁超英,李锡香,张恩慧.萝卜种质萌发期耐热性鉴定方法初探[J].中国蔬菜,2006(S 0):56-60.

[12]程智慧,聂文娟,孟焕文,等.黄瓜耐热性芽苗期鉴定指标筛选及预测方程的建立[J].西北农林科技大学学报, 2011,39(4):121-126.