葫芦砧木苗期低温弱光耐性鉴定指标分析

邢乃林,张慧波,王迎儿,黄芸萍,王毓洪

(浙江省宁波市农业科学研究院 宁波市瓜菜育种重点实验室,浙江 宁波 315040)

葫芦砧木苗期低温弱光耐性鉴定指标分析

邢乃林,张慧波,王迎儿,黄芸萍,王毓洪*

(浙江省宁波市农业科学研究院 宁波市瓜菜育种重点实验室,浙江 宁波 315040)

为了鉴定葫芦砧木苗期的低温弱光耐性,对28份葫芦砧木材料的8个苗期性状进行了考察。对考察结果进行系统聚类分析,将28份材料聚为3类。结合各性状间的相关性及R型因子聚类分析,从8个性状中选出株高、茎粗和叶片相对电导率作为低温弱光耐性的鉴定指标。通过对这3个性状在低温弱光处理前后的变化程度进行聚类分析,将28份材料分为2类。

葫芦；砧木；苗期；低温弱光；耐性；鉴定

西瓜是世界五大水果之一,2014年我国西瓜种植面积为186万hm2,居世界首位。目前西瓜栽培主要为冬春设施栽培,由于受连作障碍及低温等影响,西瓜栽培大面积采用嫁接栽培。西瓜嫁接主要采用葫芦、南瓜及野生西瓜等类型的砧木,其中葫芦砧木因低温耐性及对西瓜品质影响方面的优势而被广泛应用[1-2]。在南方地区，冬春连续的低温阴雨天气严重影响了西瓜种植及嫁接集约化育苗产业的发展[3]。因此筛选耐低温弱光的葫芦类型西瓜砧木对优良砧木品种选育及西瓜生产的健康发展具有重要作用。

目前已有大量有关植物耐低温及耐弱光机理方面的研究。西瓜等作物面对低温胁迫时,会产生一系列的变化进行应对,主要有生长速度变缓、降低营养吸收、细胞膜通透性改变、叶片开展度降低、地上和地下部比重降低、花期提前或延后、果实中部分成分改变、种子休眠等[4-5]。弱光则对作物株高、茎粗、光合作用效率、产量、种子及果实发育等均有影响[6-7]。

对冷水硅藻进行温度、光照、营养的单一及综合处理，研究结果表明,温度、光照和营养对冷水硅藻具有一定的相互作用[8]。因此,低温、弱光作为一个综合环境因素影响着作物的生长发育。在葫芦科黄瓜、南瓜、西瓜、瓠瓜等作物中均有低温、弱光影响方面的研究,瓠瓜等作物的生长速度及光合作用均受低温、弱光一定程度的抑制,抗氧化酶活性均显著升高[9-13]。但是目前尚未有针对葫芦砧木种质资源低温弱光耐性鉴定指标的研究报道。低温弱光对作物的许多生长性状均有影响,若考察鉴定全部生长性状则工作量会很大,因此应选择合适的性状对葫芦砧木的低温弱光耐性进行鉴定。

本研究对28份葫芦砧木种质资源材料进行苗期的低温弱光处理,考察了株高、茎粗、叶片大小、相对叶绿素含量等性状；采用R型因子聚类分析和相关分析方法,选择有代表性的性状,考察、分析了各葫芦砧木种质资源的低温弱光耐性。

1 材料与方法

1.1 实验材料

28份用于瓜类砧木育种的葫芦材料均由宁波市农业科学研究院提供。材料编号及来源等信息见表1。实验于2017年1～2月在宁波市农业科学研究院瓜菜育种重点实验室进行。

1.2 实验方法

选择成熟、饱满、完整的各材料的种子进行浸种,选用温汤浸种方法,55 ℃浸种10 min,然后常温浸种24 h。捞出后用湿毛巾包裹,置于28 ℃培养箱进行催芽,4 d后种子发芽,进行播种。实验设对照及处理,各3次重复,每个重复播种8株。播种采用32孔穴盘,基质为杭州康成农业科技有限公司生产的瓜菜育苗基质。材料培养及处理在宁波东邦电器有限公司生产的RDN-1000型智能人工气候箱中进行。白天温度24 ℃,时长16 h,光照强度24000 lx,相对湿度60%;夜晚温度16 ℃,时长8 h,相对湿度70%。待幼苗生长至1叶1心期时,选择其中3次重复进行低温弱光处理，处理条件为白天温度8 ℃,时长16 h,光照强度6000 lx,相对湿度60%;夜晚温度6 ℃,时长8 h,相对湿度70%。对照条件不变。在处理7 d后，考察株高、茎粗、叶长、叶宽、叶厚、子叶相对叶绿素含量、真叶相对叶绿素含量、叶片相对电导率。

叶片相对电导率测定方法：用直径1 cm的打孔器对材料真叶取样,每份材料取样5株。将叶片样品放入10 mL离心管中,向离心管加5 mL ddH2O,放置15 min,利用电导率仪测定液体电导率。然后置于100 ℃水浴锅中,煮15 min。取出后置于室温,待液体温度降至室温后,利用电导率仪测定煮沸后的液体电导率。煮沸后的电导率减去煮沸前的电导率即为该样品的相对电导率。

1.3 数据分析

采用EXCEL 2010对实验数据进行相关分析及基础处理,应用DPS数据处理系统V16.05进行R型因子聚类分析(类平均法)和系统聚类分析(离差平方和法)[14]。

2 结果与分析

2.1 性状表现

对28份葫芦砧木材料的株高等性状表现进行分析,结果(表2)显示：变异系数最大的性状为相对电导率,为82.55%,其变异范围为0.13%～10.80%；最小的为子叶相对叶绿素含量,为6.12%,其变异范围为67.06%～84.18%；除相对电导率外,各性状的变异幅度均低于20%,其中仅有株高与叶宽的变异系数超过10%。

表1 28份葫芦材料的信息

表2 28份葫芦砧木材料的性状表现

2.2 相关分析结果

对各性状间的相关性进行分析,结果表明：叶宽与叶长和茎粗之间均呈显著正相关,相关系数分别为0.47和0.46；茎粗与子叶和真叶的相对叶绿素含量间均呈极显著的正相关,相关系数分别为0.49和0.50；子叶相对叶绿素含量与叶厚和真叶相对叶绿素含量之间均呈极显著的正相关,相关系数分别为0.63和0.55；相对电导率与子叶和真叶的相对叶绿素含量则分别呈极显著和显著的负相关,相关系数分别为-0.51和-0.45；其余性状间的相关性均不显著(表3)。

表3 葫芦砧木材料各性状间的相关性

2.3 聚类分析结果

利用系统聚类方法,对28份材料的8个性状表现进行聚类分析,可以将这些材料分为3个大类：第一类有6份材料,包括2、26、28、31、33与34,果形主要为棒形、牛腿形、梨形；第二类有4份材料,包括8、9、27与30,果形主要为梨形与牛腿形；第三类又分为2个亚类,其中第一亚类有10份材料,包括3、4、7、11、13、15、17、18、24与32,果形主要为棒形和梨形，第二亚类有8份材料,包括1、6、10、12、14、15、25与29,果形主要为梨形与牛腿形(图1)。

图1 基于8个性状的28份葫芦材料的系统聚类分析结果

因考察的性状较多,不便于进行低温弱光耐性鉴定,所以利用R型因子聚类方法对8个性状进行降维,以选择较少的代表性性状进行低温弱光耐性鉴定。利用各葫芦种质材料8个性状的表现,采用R型因子聚类法进行聚类分析,结果将8个性状分为2类：第一类包括相对电导率、子叶相对叶绿素含量、叶厚、真叶相对叶绿素含量、茎粗共5个性状；第二类包括叶宽、叶长和株高3个性状。其中第一类又可分为两个亚类,相对电导率、子叶相对叶绿素含量和叶厚为一个亚类,真叶相对叶绿素含量和茎粗为另一个亚类(图2)。综合上述各性状间的相关性分析结果,选择相对电导率、茎粗和株高进行低温弱光耐性鉴定。

对28份材料低温弱光处理前后,相对电导率、茎粗和株高这3个性状的变化程度进行分析,结果3个性状在低温弱光处理前后的变化程度方差P值为0.008,达到统计学上的极显著水平,表明材料间低温弱光耐性差异显著。经低温弱光处理后，11、31、34这3份材料的3个性状均表现为下降；1、6、10、14、15、18、25、27、28、29这10份材料的3个性状均表现为上升；2、5、8和12这4份材料的株高和茎粗表现为上升,相对电导率表现为下降；9号材料的株高和相对电导率上升,茎粗下降；3、4、13和30这4份材料表现为茎粗和相对电导率上升,株高下降；7、17、24、26、32、33这6份材料则表现为株高和茎粗下降,相对电导率上升。株高变化程度最高为18号材料的23.01%,最低为24号材料的-22.43%,平均为0.94%。茎粗变化程度最高为18号材料的10.91%,最低为31号材料的-29.71%,平均为0.36%。相对电导率变化程度最高为13号材料的19.22%,最低为-0.92%,平均为2.59%(图3)。

图2 对8个性状的R型因子聚类分析结果

图3 低温弱光对28份材料的株高等3个性状的影响

通过对3个性状在低温弱光处理前后的变化程度进行聚类分析,可以将28份材料分为2个大类：第一类包含4、7、11、17等10份材料,主要为3个性状均降低或株高和茎粗2个性状降低的材料,表现为低温弱光耐性较差；第二类包含1、3、9、14等18份材料,主要为3个性状均上升或3个性状中2个上升的材料,表现为低温弱光耐性较好(图4)。

图4 基于3个性状的葫芦材料低温弱光耐性的聚类分析结果

3 讨论

低温弱光是南方地区早春设施栽培嫁接西瓜的葫芦砧木育苗期间的重要问题,对植株整体生长均有影响。低温使株高降低,茎粗增大；弱光则使株高上升,茎粗减小[15]。在本研究中，经低温弱光处理后,耐性较好的葫芦砧木材料总体表现为株高、茎粗及相对电导率上升,而耐性较差的材料总体表现为下降。这与前人的研究结果[10-11]相似。表明低温弱光对植物苗期的影响与低温或弱光单一因素的影响不同。

低温弱光对苗期株高、茎粗、干物质产量等生物学性状,以及叶片电导率、光合作用强度、MDA含量、有关酶活性等生理指标均有影响[8-10,15]。而考察大量性状对材料需求量大,较为耗时耗力,且易产生数据冗余,对分析结果影响较大[16]。提高指标鉴定体系的简明有效性,同时保持鉴定指标信息的代表性十分重要。本研究结合材料间性状表现的相关性,通过R型因子聚类分析方法,将8个考察性状简化为3个性状，进而对28份材料的低温弱光耐性进行分析,所得分析结果与各材料的实际表现基本一致。表明可通过此方法简化植物的逆境胁迫抗性鉴定指标,提高鉴定效率。

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(责任编辑:黄荣华)

Analysis of Indexes for Identification of Tolerance of Bottle Gourd Rootstock Seedlings to Low Temperature and Poor Light

XING Nai-lin, ZHANG Hui-bo, WANG Ying-er, HUANG Yun-ping, WANG Yu-hong*

(Ningbo Key Laboratory of Melon and Vegetable Breeding, Ningbo Academy of Agricultural Sciences in Zhejiang Province, Ningbo 315040, China)

In order to identify the tolerance of bottle gourd rootstock to low temperature and poor light at seedling stage, the author investigated the 8 seedling traits of 28 bottle gourd materials. Through the systematic clustering analysis of the investigation results, these 28 materials were divided into 3 types. According to the correlations among various traits and the results of R-type-factor clustering analysis, plant height, stem diameter and leaf relative electric conductivity were screened out from 8 traits as the identification indexes for tolerance of bottle gourd rootstock seedlings to low temperature and poor light. Through the clustering analysis of the performance of these 3 traits before and after low temperature and poor light treatment, these 28 bottle gourd materials were divided into two types.

Bottle gourd; Rootstock; Seedling stage; Low temperature and poor light; Tolerance; Identification

2017-04-17

宁波市瓜类砧木育种创新团队(2014B81002);国家西甜瓜产业技术体系(CARS-26)。

邢乃林(1985─),男,河南封丘人,助理研究员,博士,主要从事瓜类砧木分子辅助育种研究。*通讯作者:王毓洪。

S642.6

A

1001-8581(2017)09-0022-05