低温胁迫对西瓜种子萌发的影响

沈 虹，孟佳丽，吴绍军，余 翔

（江苏省农业科学院宿迁农科所，江苏宿迁 223800）

西瓜原产于非洲，喜温耐热，不耐低温；生育期临界温度为10～40℃，最适温度为18～32℃；发芽期最适温度为25～30℃，临界温度为15℃。早春西瓜因上市早、效益高备受瓜农青睐，栽培面积逐年增加。早春低温是西瓜生产中最常见的逆境因子，大棚早春西瓜一般在12月底至翌年1月上旬开始育苗，极易遭遇偏低温（白天低于20℃，晚上低于12℃），以及短期极低温天气（白天低于15℃，夜间低于8℃）。低温不仅导致西瓜种子发芽率降低，幼苗生长量下降[1]，还影响西瓜授粉、坐果和膨大，极易出现畸形瓜[2]。筛选和培育耐低温品种是解除西瓜低温危害的最有效途径之一。目前国内外科研单位和育种公司已培育出一些早春设施栽培专用品种，但实际生产应用中仍存在品种繁多、各品种耐低温特性掌握不准确、冷害频发的现象。试验以生产中常见的品种以及课题组长期保存的高代自交系、组合和培育的品种为研究对象，筛选和评价不同基因型西瓜材料萌芽期的耐低温性，以期为西瓜低温育种提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

39份西瓜供试材料为江苏省农业科学院宿迁农科所设施园艺研究室西瓜课题组搜集、保存、培育的品种和高代自交系、组合，材料名称与来源见表1。

1.2 种子处理

各试验材料均挑选成熟饱满、大小一致的西瓜种子，分别放于网袋中，置于55℃温水中浸泡30 min，之后在30℃温水中浸泡4 h。将各材料种子摆放于铺有滤纸的培养皿中，每个培养皿50 粒，每份材料3次重复，放于设定好温度的培养箱中进行发芽试验。

1.3 种子萌发测定

先将不同西瓜材料种子置于15/10℃培养箱内培养14 d，第10 天统计发芽势，第14 天统计发芽率；再置于15℃培养箱内培养10 d，第5 天统计发芽势，第10 天统计发芽率；随后置于17℃培养箱内培养8 d，第5 天统计发芽势，第8 天统计发芽率；最后置于25℃培养箱内，第4 天统计发芽率，继续培养成苗。每天观察种子的发芽情况，以胚根露出种皮为标准，记录种子的发芽数量和胚根长度。

式中，S=胚根长+下胚轴长，单位为cm。

1.4 幼苗冷害指数和恢复能力测定

种子萌发结束后继续放于25℃培养箱内培养幼苗，将子叶期苗置于8℃培养箱内处理5 d 统计冷害情况。冷害处理结束后，将幼苗放置于25℃培养箱恢复培养5 d，统计幼苗的恢复能力，恢复能力以恢复正常的幼苗数占总幼苗株数的百分比表示。幼苗冷害症状参照朱宗文等[3]的方法，分级标准见表2。

表1 材料名称与来源

表2 冷害症状分级标准

式中，N为冷害级数。

1.5 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0 软件进行数据统计和相关分析。

2 结果与分析

2.1 低温处理对不同西瓜材料种子发芽势的影响

种子发芽势反映种子的发芽速度和整齐度。由表3可知，15/10℃低温胁迫下，仅富士26、美都和吉佳3个品种萌发，发芽势均低于5.00%，且3个品种间差异不显著（P＞0.05），变异系数为39.97%。15℃低温胁迫下，有14个材料萌发，25个材料未萌发。14个萌发材料的变异系数为80.43%；其中，美都发芽势最高，为39.33%，其次为吉佳（38.67%）、富士26（30.00%）、苏蜜8号（26.67%）和47-2（24.00%），这4个萌发材料与美都相比均差异不显著（P＞0.05）。17℃低温胁迫下，34个材料萌发，变异系数为72.94%；其中，170-1 发芽势最高，为73.33%，其次为47-2（72.67%）、美都（68.67%）和吉佳（68.67%），这3个萌发材料与170-1 相比均差异不显著（P＞0.05）。低温胁迫下种子的萌发速度和整齐度明显降低，且温度越低抑制越明显。

2.2 低温处理对不同西瓜材料种子相对发芽率的影响

发芽率反映了种子发芽的数量，相对发芽率是逆境胁迫下检测种子萌发能力的主要指标之一。由表4可知，15/10℃低温胁迫下，9个材料萌发，变异系数为69.94%，30个材料未萌发；其中，吉佳相对发芽率最高，为13.66%，与其余8个萌发材料相比差异显著（P＜0.05），其次为富士26，相对发芽率为6.93%，但与其余的7个材料相比差异不显著（P＞0.05）。15℃低温胁迫下，24个材料萌发，变异系数为81.81%，15个材料未萌发；其中，170-1 相对发芽率最高，为60.12%，其次为47-2（55.33%）、美都（48.62%）、吉佳（46.10%）、435-2（41.59%），这4个萌发材料与170-1 相比均差异不显著（P＞0.05）。17℃低温胁迫下，39个材料均萌发，变异系数为59.94%；其中，小兰相对发芽率最高，为79.02%，其次为苏蜜8号（76.26%）、47-2（70.00%）、170-1（69.23%）、吉佳（67.63%）、美都（65.07%），这5个萌发材料与小兰相比均差异不显著（P＞0.05）。

表3 低温胁迫下不同西瓜材料种子发芽势 单位：%

2.3 低温处理对不同西瓜材料种子相对胚根长的影响

胚根长反映了种子萌发后的生长情况，相对胚根长反映了低温胁迫下种子的相对生长情况。由表5可知，15/10℃低温胁迫下，9个材料萌发，变异系数为66.72%；其中，美都相对胚根长最长，为12.61%，其次为吉佳（12.15%）、8424（11.10%）和迁丽4号（7.29%），但与美都相比均差异不显著（P＞0.05）。15℃低温胁迫下，24个材料萌发，变异系数为96.04%；其中，8424 相对胚根长最长，为56.51%，其次为美都（51.28%），二者差异不显著（P＞0.05）；吉佳（47.71%）、170-1（39.45%）、精彩3号（37.39%）、小兰（35.36%）与8424 相比差异显著（P＜0.05）。17℃低温胁迫下，39个材料萌发，变异系数为67.39%；其中，437-2 相对胚根长最长，为97.52%，其次为17A-79×17A-82（94.40%）、144-1（93.61%），二者与437-2 相比差异不显著（P＞0.05）；145-1 相对胚根长为87.46%，与17A-79×17A-82、144-1 相比差异不显著（P＞0.05），与437-2 相比差异显著（P＜0.05）。

2.4 低温处理对不同西瓜材料种子相对活力指数的影响

活力指数可综合反映种子发芽率、生长势和生长活力。由表6可知，15/10℃低温胁迫下，9个萌发材料的相对活力指数较低，最高仅为1.65%，变异系数为119.05%。15℃低温胁迫下，24个萌发材料相对活力指数有所提高，变异系数为138.43%；其中，美都相对活力指数最高，为24.92%，其次为170-1和吉佳，分别为23.70%和21.98%。17℃低温胁迫下，39个材料相对活力指数为0.19%～51.01%，变异系数为86.14%；其中，170-1 活力指数最高，为51.01%，也是唯一相对活力高于50%的材料，其次为美都、苏蜜8号和吉佳，分别为41.43%、39.38%和36.35%。经非参数检验分析，3种低温胁迫下，部分西瓜材料种子相对活力指数存在显著差异。

表4 低温胁迫下不同西瓜材料种子相对发芽率 单位：%

表5 低温胁迫下不同西瓜材料种子相对胚根长 单位：%

2.5 低温处理对不同西瓜材料幼苗冷害指数和恢复能力的影响

幼苗的冷害指数和恢复能力反映了幼苗承受低温能力和低温胁迫后恢复正常生长的能力。由表7可知，不同西瓜材料幼苗冷害指数的变异系数为22.00%；17A-82×17A-81 冷害指数最低，为0.27，其次为17A-81×17A-82（0.28）、17A-82×17A-79（0.32）、135-2（0.33）、17A-79×17A-82（0.37）、435-2（0.37）、苏蜜8号（0.42）、小兰（0.42）、富士26（0.43）、美都（0.43）、130-1（0.43）、迁丽4号（0.43），但这些西瓜材料与17A-82×17A-81 相比均差异不显著（P＞0.05）。不同西瓜材料幼苗的恢复能力差异不显著（P＞0.05），变异系数为32.37%；其中，17A-82×17A-81、17A-81×17A-82、17A-82×17A-79和17A-79×17A-82这4个组合恢复能力最强，为80.00%，其次为富士26、美都、苏蜜8号、迁丽4号、435-2、小兰、135-2和161-5，为73.33%。

2.6 不同西瓜材料耐低温性综合评价

选取西瓜材料间存在显著差异的5个指标（发芽势、相对发芽率、相对胚根长、相对活力指数、冷害指数），采用极点排序法对不同西瓜材料的耐低温性进行综合评价[4]。根据综合评价值的大小对不同西瓜材料萌芽期耐低温性进行排名，由表8可知，不同西瓜材料综合评分的变化范围为1.33～5.52，仅170-1 综合评分大于5，为耐低温材料，另有迁丽4号、苏蜜1667、迁丽1号、迁丽4号反交、迁美1号、135-2、161-5、17A-81×17A-82 综合评分小于2，为低温敏感材料，其余材料为中度耐低温材料。

表6 低温胁迫下不同西瓜材料种子相对活力指数 单位：%

表7 低温胁迫下不同西瓜材料子叶期幼苗冷害指数和恢复能力

表8 低温胁迫下不同西瓜材料耐低温性综合评价

2.7 西瓜种子萌发期耐低温性状的相关分析

由表9可知，发芽势、相对发芽率、相对活力指数、相对胚根长与综合评分的相关性均达极显著水平，且相对活力指数与综合评价得分的相关性最高（r=0.949）。相对活力指数与相对胚根长呈极显著正相关，发芽势与相对发芽率和相对活力指数呈极显著正相关。冷害指数与恢复能力呈极显著负相关，与其他指标相关性不显著。种子千粒重与其他7个指标相关性均不显著。

3 结论与讨论

种子萌发是非常复杂的生理过程，既受外部环境因子影响，又受自身基因遗传控制。低温是早春瓜果蔬菜生产中常见的逆境因子。低温影响可贯穿整个生育期，营养生长期表现为种子发芽率和根系活力降低[5]、幼苗生长量下降[6-7]，生殖生长期表现为花芽分化延迟、花朵数量和质量降低、坐果率降低、畸形果增加[8-9]。本试验结果显示，低温胁迫下，西瓜萌芽期发芽势、相对发芽率、相对胚根长和相对活力指数均降低，而且胁迫温度越低抑制越明显。同种作物不同基因型品种耐低温不同，朱宗文等[10]研究发现，不同低温耐受性的茄子自交系材料，在细胞过程、代谢过程、生物调节过程和单有机体中存在较多的差异表达基因。关于鉴定西瓜种子萌芽期耐低温的最适宜温度，有研究认为，5～10℃是适宜温度[11]，也有研究发现5～10℃西瓜种子未萌发，认为15℃是适宜温度[1]。本试验中，15/10℃低温处理下萌发的西瓜材料较少，39个材料中仅有9个萌发，15℃低温处理下，萌发的西瓜材料增多，但39个材料中仍有15个未萌发，因此选择17℃作为西瓜种子发芽期鉴定的适宜温度。西瓜材料间的差异可能导致西瓜材料鉴定的温度不同。植物耐低温鉴定方面的已有研究多数是根据低温对植物生长和生理生化的影响提出的一些指标，并对多个指标进行综合分析。苗永美等[12]研究表明，17℃低温胁迫下，黄瓜萌芽期相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长和相对活力指数均与黄瓜耐低温性显著相关。刘雪梅等[4]研究发现，辣椒不同品种种子相对发芽势、相对胚根长与综合评价得分显著相关，相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数与综合评价得分极显著相关。李凤梅等[13]研究发现，SOD、POD、CAT 活性和可溶性糖含量可作为评价南瓜砧木品种耐寒性的指标。王微微等[1]研究表明，始发芽日期、相对发芽率和相对胚根长可作为西瓜萌芽期耐低温鉴定指标，而株高、株鲜重、根干重、叶面积、Chl a/b、Pn、MDA 含量的变化幅度可作为西瓜苗期耐低温鉴定指标。本试验中，发芽势、相对发芽率、相对活力指数和相对胚根长均与耐低温综合评分极显著相关，该结果与王薇薇等[1]、刘雪梅等[4]、苗永美等[12]的研究结果较为一致。冷害指数与恢复能力与综合评分相关性不显著，因此，子叶期冷害指数较低而且恢复能力较好的西瓜材料，例如17A-82×17A-81、17A-81×17A-82、17A-82×17A-79和17A-79×17A-82这4个组合的综合评价得分并不是很高，而且经过萌芽期的耐低温锻炼，子叶期的西瓜幼苗耐低温能力明显提高，恢复能力较好，后期将进一步开展西瓜苗期耐低温鉴定，以期为西瓜耐低温原材料筛选和耐低温品种培育提供科学依据。

表9 西瓜种子萌发期耐低温相关指标与综合评价得分的相关性