茄子及近缘野生资源耐冷性鉴定研究
2019-06-04邓明晟成玉富
刘 飞 邓明晟 徐 锐 成玉富 杨 旭
（扬州大学园艺与植物保护学院，江苏扬州 225009）
茄子（Solanum melongenaL.）为茄科茄属植物，喜高温，当温度低于15 ℃时植株生长迟缓，低于5 ℃茎叶会受到伤害，0 ℃下就会冻死，低温环境严重影响茄子的产量与品质。
茄子耐冷性与芽期和苗期的生理指标具有相关性。耿广东等（2006）研究表明，茄子幼苗细胞膜透性与种子发芽的综合隶属函数值呈显著正相关，认为低温发芽是鉴定茄子幼苗耐冷性的一种既简便又科学的方法。阎世江等（2016）认为低温条件下的种子发芽率可以作为茄子耐冷性的鉴定指标。吴雪霞等（2008）研究表明，低温胁迫使茄子植株生长受到抑制，而耐冷性强的材料在低温胁迫下实际光化学效率下降幅度较低。
野生茄具有多种抗性（刘富中 等，2005），可以应对气候变化所带来的挑战（Kaushik et al.，2016）。而综合评价野生茄与栽培茄的优良抗性鲜有报道，有关茄子耐冷性鉴定的简便和准确方法还有待进一步完善，野生茄和栽培茄在特性上的差异需要寻找一种合理的鉴定方法。本试验分别在芽期和苗期鉴定茄子耐冷特性，结合耐冷平均隶属函数值，分析野生茄与栽培茄在芽期与苗期耐冷特性差异，综合测定芽期和苗期的相关指标，探讨茄子种质资源耐冷性鉴定方法，以期为茄子耐寒育种提供技术、材料和理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
参考杨旭等（2016）对茄子种质资源遗传多样性的研究，筛选16份茄子作为试验材料（含3份野生材料）（表1），材料由扬州大学园艺与植物保护学院蔬菜育种实验室提供。
1.2 试验方法
1.2.1 茄子种子发芽力测定 试验于2017年3月开始，在扬州大学园艺与植物保护学院蔬菜育种实验室进行。选取饱满一致的茄子种子，每份40粒，3次重复。温汤（55 ℃）浸种2 h后常温（30 ℃）浸泡24 h，随后分别在18 ℃（低温处理）和25 ℃（常温对照）的黑暗条件下培养，每天记录种子发芽情况。在第7天计算发芽势，第14天计算发芽率（野生茄在第14天计算发芽势，第28天计算发芽率），并计算相对发芽势和相对发芽率。
相对发芽势=18 ℃发芽势/25 ℃发芽势×100%
相对发芽率=18 ℃发芽率/25 ℃发芽率×100%
1.2.2 茄子幼苗冷害指数测定 每份材料选取100粒种子浸种催芽，用50孔穴盘进行育苗（每孔播种2粒），1个月后茄子长至3～4片真叶，挑选长势一致的幼苗40株，每份材料各20株分别置于25 ℃和1 ℃的光照培养箱，3次重复，处理10 d后对低温处理下的植株进行冷害级别的调查。冷害分级标准（表2）和冷害指数的计算参照《茄子种质资源数据质量控制规范》（李锡香和朱德蔚，2006）。
表1 供试茄子材料及来源
表2 茄子冷害等级评价标准
1.2.3 茄子幼苗脯氨酸和丙二醛含量测定 选取各茄子材料低温处理（1 ℃，10 d）和对照（25 ℃，10 d）幼苗第2～3片真叶为检测样品，每个品种测定3株，3次重复。参照《植物生理生化实验原理和技术》（王学奎，2006）进行脯氨酸和丙二醛含量的测定。其中脯氨酸含量标准曲线为：y=0.473x+0.217（R2=0.993 9），式中x为溶液中脯氨酸含量，y为OD值。
增减率=（低温处理-对照）/对照×100%
1.3 统计方法
耐冷隶属函数值用模糊数学隶属函数值方法计算；冷害指数、丙二醛增减率与耐冷性呈负相关，隶属函数值公式
其中表示第i种的第j指标的耐冷隶属值，Xij表示第i种的第j指标的测定值，Xjmax表示j指标的最大值，Xjmin表示j指标的最小值）。
参照齐晓花等（2011）和杨莎等（2014）的研究方法，按照平均隶属度将耐冷性分为5个等级。强耐冷（high resistance，HR），平均隶属度 0.6～1.0；耐冷（resistance，R），平均隶属度0.4～0.6；中等耐冷（middle resistance，MR），平均隶属度 0.3～0.4；不耐冷（low resistance，LR），平均隶属度0.2～0.3；冷敏感（sensitive，S），平均隶属度0～0.2。
2 结果与分析
2.1 茄子种子发芽力测定
从表3可以看出，大部分茄子种子在18 ℃下发芽受到影响。14c-5、14c-6和甘肃长茄的相对发芽率均达到100.00%，相对发芽势均高于95%，表明这3份材料在低温下保持较高的活力；而18 ℃低温主要影响贵州铜仁紫长茄和特大紫罐茄的发芽时间，对其发芽率影响较小；其他材料在低温下的发芽势和发芽率均受到明显限制。
2.2 茄子幼苗的冷害指数
耐冷性不同的茄子表现出明显的冷害差异，耐冷性强的材料冷害指数小，耐冷性弱的冷害指数大（姚明华和徐跃进，2001）。本试验中，特大紫罐茄、荷包茄、徐州睢宁紫长茄和快圆茄的冷害指数较大，表现出冷敏感性；14c-5、14c-6、喀西茄和蒜芥茄的冷害指数较小，表现出一定的耐冷性（表3）。
2.3 茄子幼苗的脯氨酸含量
低温处理后幼苗叶片脯氨酸的增减率可以反映酸对茄子幼苗在低温下维持细胞结构、细胞运输和调节渗透压的能力（王荣富，1987）。从表3可以看出，14c-5、14c-6、日本长茄、贵州铜仁紫长茄、观赏茄、赤茄、喀西茄和蒜芥茄受到低温胁迫后，脯氨酸含量有所增加，表现出对冷胁迫的适应能力；其他材料在低温胁迫后脯氨酸含量下降，表明对低温较敏感。
2.4 茄子幼苗的丙二醛含量
低温下发生的膜脂过氧化会导致膜系统的破坏，膜脂过氧化的最终产物丙二醛会使生物膜发生严重损伤（孙玉宏，2002）。试验材料在低温下都表现出丙二醛含量的增加，但是增加幅度不同。其中，观赏茄、赤茄、喀西茄和蒜芥茄的丙二醛增加幅度较小，14c-5、14c-6、甘肃长茄、黑又亮和特大紫罐茄的丙二醛增加幅度中等，表明这些材料有一定的耐冷性（表3）。
2.5 茄子材料耐冷性综合评价
从茄子耐冷性指标间的相关性可以看出（表4、5），茄子品种耐冷性与相对发芽率、相对发芽势、冷害指数、丙二醛增减率呈极显著相关。栽培茄和野生茄中与耐冷性相关系数最高的为相对发芽势（0.726），最低的为脯氨酸增减率（0.424）；栽培茄中与耐冷性相关系数最高的为相对发芽率（0.801），而耐冷性与脯氨酸增减率的相关性较低（0.405），表明脯氨酸增减率在茄子耐冷性鉴定上可能具备不适应性。因此，野生茄适合选用苗期指标（冷害指数、丙二醛增减率）进行耐冷性鉴定；栽培茄可以选用相对发芽率、相对发芽势、冷害指数和丙二醛增减率等指标进行耐冷性鉴定。
表3 供试茄子材料种子与幼苗的耐冷性鉴定
表4 栽培茄和野生茄耐冷性指标间相关性分析
表5 栽培茄耐冷性指标间相关性分析
运用平均隶属函数值对几个指标进行耐冷性的综合评定，使单个指标的局限性得以弥补，从而使评定结果更加准确（张红梅 等，2011）。本试验利用相对发芽率、相对发芽势、冷害指数、丙二醛增减率等4个指标对茄子耐冷性进行综合评价。如表6所示，14c-5、14c-6、甘肃长茄、赤茄、喀西茄、蒜芥茄均为强耐冷型；荷包茄、快圆茄和徐州睢宁紫长茄属于冷敏感型（表6）。
表6 低温胁迫下茄子耐冷性隶属函数值分析
3 讨论
植物的抗寒性是由多种特异的数量性抗寒基因调控（简令成，1992），因此需要从多方面对耐冷性进行评价。由于单一化的指标在反映植物耐冷性方面具有局限性，应根据不同植物材料面对冷胁迫的反应机制，采取相互关联分析的方法，对多个指标采用隶属函数值综合评定植物的耐冷性，这不仅可以弥补单个指标的局限性，还可以使评定结果更加准确可靠（Park et al.，2010；Yang et al.，2012；Chen et al.，2014）。阎世江等（2013）针对形态学指标和生理指标的相关性，运用逐步回归分析的方法，建立回归方程Y=-0.554+1.138 4X1+0.038X2（Y，耐低温性；X1，茎粗；X2，SOD活性），此体系不仅充分考虑苗期形态及生理指标这一宏观表现，又考虑了内在生理生化特性的变化。本试验的材料具有不同的耐冷特性，单个指标间也可能存在一些差异，而平均隶属函数值可以平衡鉴定结果，利用芽期和苗期多个指标对茄子材料耐冷性进行综合评价。野生茄的发芽能力较弱，且发芽适宜温度在30～35 ℃，低温会影响野生茄的发芽能力（莫健文，2012）。本试验结果也表明低温下的发芽情况不适合野生茄的耐冷性鉴定，应该采用苗期生理特性进行野生茄的耐冷性鉴定。同时发现栽培茄的相对发芽率、相对发芽势与幼苗的冷害指数、丙二醛含量具有一定的相关性，种子的相对发芽率和相对发芽势可以作为栽培茄耐冷性鉴定的正相关指标，茄子幼苗的冷害指数和丙二醛增减率可以作为茄子耐冷性鉴定的负相关指标。
根据平均隶属函数值的评价结果，甘肃长茄属于强耐冷型，贵州铜仁紫长茄和观赏茄均为耐冷型；荷包茄、快圆茄和徐州睢宁紫长茄属于冷敏感型；野生材料赤茄、喀西茄和蒜芥茄都为强耐冷材料；实验室纯合材料14c-5和14c-6都为强耐冷型。这些耐冷材料为今后茄子耐冷性遗传机制及茄子耐冷育种研究提供了良好的材料支撑，可以通过分子手段从基因层面研究低温冷害分子机制，有助于了解作物的生长发育规律及响应低温胁迫机理，也有助于运用分子手段调节作物耐冷能力，从而为培育耐低温茄子品种提供理论依据和指导方法。
4 结论
经鉴定，14c-5、14c-6、甘肃长茄和3份野生茄具有较强的耐冷性，荷包茄、快圆茄和徐州睢宁紫长茄耐冷性都较差。栽培茄可以用相对发芽率、相对发芽势等芽期指标以及冷害指数、丙二醛增减率等苗期指标进行耐冷性鉴定；而野生茄适合选用苗期指标，即冷害指数和丙二醛增减率进行耐冷性鉴定。因此，选择准确的指标可以鉴定出不同抗性的茄子材料，为茄子抗性遗传研究和育种工作提供良好的材料保障。
