华北型黄瓜苗期耐低温能力的筛选

芦 露，李宝华，蒋欣梅，于广建*，于锡宏*，李一凡

(1.东北农业大学园艺学院，哈尔滨150030；2.黑龙江省农科院黑河分院，黑龙江 黑河 164300)

温度是植物自然地理分布的主要限制因素,也是植物生长发育的必需条件之一,还是植物的生育动力的数量因子,因为植物要实现一定的生长量或完成某一生育时期必须要有一定量的活动积温[1]。黄瓜(Cucumis sativus L.)野生种起源于喜马拉亚山麓,经长期驯化，现已成为世界各国广泛栽培的主要蔬菜。冬季温室黄瓜生产普遍存在的问题是长期的偏低温条件(即白天经常低于20℃；夜间处于10～12℃或更低)以及短期的临界低温(白天低于15℃；夜间处于4～8℃),前者使黄瓜生理活动失调、“化瓜”严重、产量下降[2]，后者常使黄瓜植株发生冷害，严重时造成成片死株甚至绝产。关于温度对黄瓜的影响,前人做了大量的工作,包括温度对黄瓜生长发育、产量形成、生理生化及光合作用的影响[3]。

从目前的研究来看，前人的研究大多都是黄瓜耐低温性的鉴定[4-7]。而对品种间耐冷能力的筛选鉴定研究报道较少。黄瓜的耐冷力与低温冷害有直接的关系，而耐冷力的强弱则是黄瓜自身长期适应环境形成的，并受遗传因素控制的一种生理特性，存在着不同品种之间的差异[8]。聚类分析是将数据合理归类的一种方法,它把分类对象按一定的规则分组或类，这些组或类不是事先给定的，而是根据数据特征而定的。在一个给定的类里，这些对象在某种意义上是倾向于彼此相似，而在不同的类里的对象差别较大[9]。

本文以30份华北型三叶一心期黄瓜为试验材料分析冷害指数、电导率、自由水、束缚水、自由水/束缚水5个植物幼苗耐冷性的基本指标，通过聚类分析明确不同材料耐冷力的强弱，对于选择适宜的栽培品种、栽培地区以及育种中的亲本选配等都有实际指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2012～2013年在东北农业大学设施园艺中心和蔬菜生产设施工程与环境调控实验室中进行，供试材料的来源名称及代码见表1。

表1 30份华北型黄瓜品种

1.2 试验方法

4月1日于温室内播种育苗，幼苗子叶展平时分苗于8 cm×8 cm营养钵中，正常管理。当黄瓜幼苗长至三叶一心时，选取形态及长势基本一致的幼苗直接放入PQX-450B-30H型人工气候箱中进行低温胁迫处理。温度为(12±1)℃/(6±1)℃ (昼 /夜)，连续处理 8 d，每个品种处理 50株，在低温胁迫结束后进行冷害指数、电导率、自由水、束缚水的测定，3次重复。冷害指数的测定参照姜述君等标准[10]，电导率的测定参照郝再彬等方法[11]，自由水和束缚水的测定采用郝建军等方法[12]。应用皮尔逊积差相关进行相关性分析，O-rigin 8.0软件进行绘图。运用SPSS系统聚类法进行聚类分析，以欧氏距离作为品种间距离，以类平均法为聚类方法，结果用树状图表示。

2 结果分析

2.1 不同华北型黄瓜幼苗品种间冷害指数的差异

通过对30份材料的冷害指数进行方差分析表明(表2)，低温胁迫对不同品种黄瓜幼苗冷害指数表现不一，本试验中将冷害指数小于2.0的材料定为强耐冷型，将冷害指数在2.0～3.0之间的材料定为弱耐冷型，将冷害指数大于3.0的材料定为冷敏感型。冷敏感型的材料有11、15、17、1、16、9、23、20、16、18、25，其中材料 11 与 15、17 之间差异不显著，但显著高于其他材料；强耐冷型材料有 29、30、27、24、14、12、4，其中材料 4、12 的冷害指数与材料14、24、27之间差异不显著，而显著低于其他材料。其余材料为弱耐冷型。

表2 不同华北型黄瓜幼苗品种间冷害指数的差异

2.2 华北型不同耐冷能力黄瓜幼苗电导率差异

低温诱导处理能使黄瓜幼苗细胞膜透性增大。从图1得知，不同耐冷能力的黄瓜幼苗电导率值有明显的变化规律。冷敏感型材料电导率总体大于弱耐冷型，二者均大于强耐冷型。对于冷敏感型材料，电导率高的材料有11、15、17，电导率低的材料有23、26。对于强耐冷型材料，材料30电导率最高，除了与24差异不明显外，明显高于该组其他的材料；材料12电导率最低，明显低于30和27，而与该组其他材料不明显。

图1 华北型不同耐冷能力黄瓜幼苗电导率差异

2.3 华北型不同耐冷能力黄瓜幼苗自由水、束缚水、自由水/束缚水的差异

图2 华北型不同耐冷能力黄瓜幼苗自由水差异

图3 华北型不同耐冷能力黄瓜幼苗束缚水差异

从图2～4得知，不同耐冷能力的黄瓜幼苗叶片中的自由水、束缚水、自由水/束缚水的值有明显的变化规律。冷敏感型材料自由水含量和束缚水/自由水的值总体大于弱耐冷型，二者均大于强耐冷型；冷敏感型材料束缚水含量总体小于弱耐冷型，两者均小于强耐冷型。其中在冷敏感型材料中，材料11、16自由水含量除了不明显高于9、23外，明显高于该组其他材料；材料11的束缚水含量最低；材料11的自由水/束缚水的值最大。而在弱耐冷型材料中，材料30的自由水含量最低，明显低于材料4，不明显低于该组其他材料；材料30的束缚水含量最高；材料30的自由水/束缚水的值最小。

图4 华北型不同耐冷能力黄瓜幼苗自由水和束缚水比值的差异

2.4 不同华北型黄瓜幼苗品种对冷害指数、电导率、自由水/束缚水的聚类分析

30份材料对冷害指数、电导率、自由水/束缚水进行聚类如图5所示。当遗传距离为15时，可将30份材料分为3个类群，第Ⅰ类群共有13个品 种 :18、20、26、25、9、16、17、22、23、3、27、19、11，占 43.3%；第Ⅱ类群共有 11 个品种：1、15、2、8、6、13、17、10、12、4、5，占 36.7%；第Ⅲ类群有 6个品种：24、30、28、14、29、21，占 20%。

图5 黄瓜耐冷指标聚类分析

3 讨论与结论

黄瓜的耐冷力与低温冷害有直接的关系，而耐冷力的强弱则是黄瓜自身长期适应环境形成的，并受遗传因素控制的一种生理特性，存在着不同品种之间的差异[8]。本试验根据冷害指数大小把30份华北型黄瓜幼苗分为三类即：冷敏感型、弱耐冷型和强耐冷型。植物电导率的变化是反映植物受逆境胁迫后细胞膜透性变化的重要生理指标,低温对植物的伤害始于细胞膜系统，低温胁迫可引起植物细胞膜透性的改变，使细胞膜的半透性降低或丧失，细胞内物质外渗，电导率增加。对于冷敏感型材料，电导率高的材料有11、15、17这与表2中材料11与15、17的冷害指数之间差异不显著，但显著高于其他材料相符合。强耐冷型材料12的电导率最低，明显低于30和27，与该组其他材料不明显，这与表2中材料4、12的冷害指数与材料14、24、27之间差异不显著低于其他材料有一定的差异。

自由水和束缚水在植物生命活动中所起的作用不同。自由水参与植物体内各种代谢活动，其含量直接影响植物的代谢强度。自由水/束缚水值的高低与植物生长及抗寒性有密切关系。自由水与束缚水是水分在植物体内2种不同的存在状态。自由水/束缚水值高时，植物组织或器官的代谢活动旺盛，生长也较快，抗逆性较弱；反之，则生长较缓慢，但抗性较强。在低温锻炼过程中叶片含水率下降，自由水/束缚水值变小了，有利于提高植物体的抗寒能力，这已被研究证实[13-14]。冷敏感型材料中，材料11的自由水/束缚水的值最大，与表1中材料11的冷害指数最大相一致。材料11、16自由水含量除了不明显高于9、23外，明显高于该组其他材料这，与表2中材料11、16的冷害指数显著不相关不一致。材料30的束缚水含量最高，这与表 2 中材料 4、12、14、24、27 的冷害指数显著小于其他材料不一致。

对于电导率大小、自由水含量、束缚水、自由水/束缚水值这些与低温胁迫有关的生理指标中，不同耐冷能力的材料表现不同，其中在电导率、自由水含量、自由水/束缚水冷敏感型材料＞弱耐冷型＞强耐冷型；束缚水冷敏感型材料＜弱耐冷型＜强耐冷型。本试验中，电导率、自由水、束缚水、自由水/束缚水值测定结果中均有与冷害指数结果不同的差异存在，这可能是因为冷害指数是经过肉眼观察，统计计算，其中可能存在一些误差。因此要对多个材料进行耐冷能力筛选时，需进行多个指标的聚类分析。本试验采用聚类分析方法，把冷害指数、电导率、自由水/束缚水值三组数据综合分析，最终得出材料 3、9、11、16、17、18、19、20、22、23、25、26、27 为冷敏感型；材料 1、2、4、5、6、8、10、12、13、15、17 为弱耐冷型；材料14、21、24、28、29、30 为强耐冷型。

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