西瓜种子萌发期的耐冷性和耐热性

周 丹，王吉明，李 娜，尚建立，马双武

（中国农业科学院郑州果树研究所 郑州 450009）

西瓜（Citrullus lanatusvar.lanatus）的栽培种植范围广泛，味甘多汁，不仅是消热解暑的最佳水果，还对某些疾病具有辅助治疗的功效，是夏季的常见水果。随着人们消费水平的提高，西瓜的跨季节栽培也越来越普遍。而温度是限制西瓜跨季节栽培的主要因素，不论是早春栽培时的低温还是秋延栽培时的高温，都会给西瓜的栽培种植带来巨大影响。研究表明，西瓜种子发芽适宜温度为25～35℃,最适温度为30℃左右[1]。因而在栽培时通常采用30℃左右作为种子催芽温度，过高或过低的温度都可能延长西瓜种子的发芽时间。关于西瓜的耐冷性和耐热性研究多以幼苗为试验材料[2-3]，且大多是以西瓜砧木品种为研究对象[4-6]，针对西瓜种子萌发时期以及种质资源的耐冷性和耐热性筛选的研究相对较少。目前我国西瓜种质资源规模迅速扩大，种质类型呈现多样化[7]，其中不乏耐冷耐热资源品种。笔者用普通栽培品种西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜、药西瓜和四倍体西瓜各3～5份种子进行了不同温度萌发试验，探究西瓜种子萌发期的耐冷性和耐热性，以期为低温或高温耐受力较强的西瓜品种筛选与利用提供方法依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用西瓜材料共20份，编号X1～X20，均选自中国农业科学院郑州果树研究所国家西瓜甜瓜中期库（National mid-term genebank for watermelon and melon）。其中X1～X5为随机选择的普通栽培二倍体西瓜（以下称为普通西瓜），X6～X9为黏籽西瓜，X10～X13 为野生西瓜，X14～X16 为药西瓜，X17～X20为四倍体西瓜。

1.2 方法

试验于2017年春季在中国农业科学院郑州果树研究所国家西瓜甜瓜中期库实验室内完成。为了确定合适的低温和高温处理温度，根据前人研究西瓜、甜瓜种子在不同温度下的萌发情况[8-9]，在预备试验基础上并结合实际工作需要，选用33℃为最适发芽温度，20℃为低温处理温度，40℃为高温处理温度。

将每份西瓜种子分成3组，每组试验种子数为30粒。种子统一在20℃浸种24 h，甩干水分后，分别放入设定好温度的恒温培养箱中进行催芽。从处理的第2天开始每天统计各温度下不同西瓜材料种子萌发数，至第8天各处理发芽种子数均不再增加视为完全发芽。

1.3 数据处理

通过统计和计算西瓜种子的发芽势、发芽率、发芽指数，分析比较不同类型西瓜种子萌发过程的耐冷性和耐热性。

1.3.1 发芽势与最大萌发状态的统计 在不同温度培养条件下，统计西瓜种子发芽势，确定最佳萌发状态时间。发芽势=（当天发芽种子总数/试验种子总数）。最佳萌发状态：西瓜种子的发芽势达到最大值的状态为最佳萌发状态。

1.3.2 发芽率的和发芽指数的统计与计算 计算不同温度培养条件下西瓜种子的发芽率和发芽指数，并进行统计分析。

发芽率/%=（种子达到完全发芽时发芽种子数/试验种子总数）×100。

发芽指数= ∑（Gt/Dt）；Dt指不同发芽时间；Gt指不同发芽时间时的发芽总数。通过计算发芽指数的下降比例推断低温和高温对种子萌发的影响。

2 结果与分析

2.1 不同类型西瓜种子发芽势比较分析

2.1.1 对照（33℃）条件下不同类型西瓜种子的发芽势 在33℃条件下（表1），所有西瓜种子均在1 d内启动萌发，甚至有部分品种（普通西瓜X3，野生西瓜 X11、X13，四倍体西瓜 X18、X19）已达到最佳萌发状态。绝大部分西瓜（除药西瓜X15外）均在第3天能够达到最佳萌发状态，此后种子发芽势不再增长。

表1 对照组（33℃）条件下不同类型西瓜种子0～8 d发芽势

2.1.2 低温（20℃）条件下不同类型西瓜种子的发芽势 在20℃低温条件下（表2），第1天全部试验材料的种子发芽势为0，表明此时种子尚未萌发，培养第3天，大部分野生西瓜和全部四倍体西瓜均已达到最佳萌发状态。而普通西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜、药西瓜则在第5天基本能够达到最佳萌发状态。表明在种子萌发期，野生西瓜和四倍体西瓜较其他类型的西瓜可能具有更好的耐冷性。

表2 低温（20℃）条件下不同类型西瓜种子0～8 d发芽势

2.1.3 高温（40℃）条件下不同类型西瓜种子的发芽势 高温（40℃）条件下（表3），除普通西瓜和药西瓜的个别品种，其余西瓜均于1 d启动萌发。除个别品种（普通西瓜X5），绝大部分西瓜均在1～4 d达到最佳萌发状态，其中四倍体西瓜和野生西瓜分别在第2天和第3天全部达到最佳萌发状态，早于大部分普通西瓜、黏籽西瓜、药西瓜，表明四倍体西瓜和野生西瓜在高温培养条件下较其他类型西瓜萌发速度更快，四倍体西瓜和野生西瓜较其他类型的西瓜可能具有更好的耐热性。

表3 高温（40℃）条件下不同类型西瓜种子0～8 d发芽势

综合上述分析结果可知，大部分野生西瓜和四倍体西瓜种子在低温和高温下较其他类型种子更早达到最佳萌发状态，可能具有更好的耐冷性和耐热性。绝大部分西瓜种子在萌发5 d（20℃）、3 d（33℃）或4 d（40℃）后即可基本达到最佳萌发状态，此后直到第8天种子发芽势的变化不大。因此，笔者认为以33℃为对照，可以将西瓜种子耐冷性试验时长缩减为5 d，耐热性试验时长缩减为4 d，下文中所用数据皆以此为标准。

2.2 不同西瓜种子的发芽率比较与耐冷性、耐热性分析

2.2.1 低温下西瓜种子发芽率比较及耐冷性分析 在20℃条件下，20份西瓜种子的发芽都受到一定程度的抑制，所有种子均在2 d后才开始萌发，大部分种子第5天才达到基本萌发状态，发芽指数普遍降低（表4）。但不同类型的西瓜种子萌发受抑制的程度各不相同。

表4 20℃条件下不同类型的种子萌发数据统计分析

普通西瓜（X1～X5）中，不同材料的耐冷性差异较大。从表4可以看出，X1、X3、X5发芽率都与对照组一致，属于耐冷性较好的品种；X2和X4受低温处理影响较大，发芽率均下降50%以上，但从发芽指数来看，X4对低温处理相对更敏感。不同黏籽西瓜（X6 ～X9）耐冷性也各不相同。X6、X7、X8耐冷性较好，发芽率与对照组相比变化不大；而X9的发芽率和发芽指数均下降了50%以上，表明该材料在低温下种子活力显著降低，耐冷性较差。低温处理对野生西瓜（X10～X13）和四倍体西瓜（X17～X20）种子发芽率的影响相对较小。这8个材料中，除了X13在低温下的萌发活力降低，其余7个材料的发芽率均与对照组没有明显差异。表明野生西瓜和四倍体西瓜种子萌发期的耐冷性普遍较强。低温处理对药西瓜（X14～X16）萌发的影响最大，3份药西瓜发芽指数降低百分比均达到85%以上，种子活力均受到显著抑制，其中X16在20℃下一直未有萌发迹象。

综合分析表4数据并结合表2中不同类型西瓜的发芽势结果表明，四倍体西瓜耐冷性较强，而药西瓜耐冷性较差。不同的野生西瓜、黏籽西瓜及普通西瓜耐冷性差异较大。

2.2.2 高温下西瓜种子发芽率比较及萌发期的耐热性分析 综合表4、表5数据发现，高温处理对西瓜种子萌发的影响比低温处理要小，发芽指数与对照相比下降幅度更小。但某些同一类型不同品种的种子在高温下的萌发情况差异较大。

普通西瓜（X1～X5）在高温处理中的耐受力各不相同，X1、X3、X4属于对高温具有一定耐受力的品种，3者的耐热性表现为X3＞X1＞X4。发芽指数降低比率显示X2、X5受抑制的程度较大，表明它们对高温处理非常敏感。黏籽西瓜（X6～X9）普遍表现出较好的耐热性。虽然黏籽西瓜发芽率、发芽指数均略有降低，但降低的差值都不大。药西瓜（X14～X16）对高温的耐受力则各不相同。对低温表现出良好耐受力的四倍体西瓜对高温也表现出有较好的耐受力，X17～X20的萌发数据与对照组（33℃）基本一致。同样对低温耐受力良好的野生西瓜中，X10、X11、X12的萌发数据变化不大，表明它们具有较好的耐热性。但X13的发芽率和发芽指数均有明显降低，表明该其耐热性相对其他3个材料较差。

综合分析表5发芽指数下降百分比，结合表3中不同类型西瓜的发芽势，我们发现四倍体西瓜种子萌发期的耐热性最好，大部分黏籽西瓜也都有较好的耐热性；而对于普通西瓜、野生西瓜及药西瓜，同一类型中不同品种的耐热性差异较大。

表5 40℃条件下不同类型的种子萌发数据统计分析

3 讨论

植物种子发芽是一个复杂的过程，期间成熟种子必须迅速从休眠状态转变为萌芽状态，并为幼苗生长做准备，该过程具有重要的经济和生态意义[10-11]。植物种子萌发是植物繁殖的主要特征和重要过程，是植物生命周期中最关键的时期，也是极易受到外界环境影响的时期[12]，温度条件在此过程中尤为重要。

从萌发数据对比可以看出，不同类型西瓜种子萌发期的耐冷性和耐热性存在较大差异。多倍体植物染色体倍数较高，通常具有更为优良的性状，如叶、花、果增大，适应性广，抗逆性强等。研究表明，四倍体西瓜相比于二倍体亲本除拥有更高的杂合度，且具有适应性强、抗逆性强，如耐盐等特性[13]。刘文革等[14]通过对不同倍性的西瓜幼苗低温胁迫处理还发现，四倍体西瓜相较其二倍体亲本具有较强的耐冷性，这与本试验中四倍体西瓜在种子萌发期对低温和高温均有较好的耐受性的结果是一致的。野生西瓜原产非洲，具有较强的野生性状和抗逆性。而本试验中，除了X13对低温和高温的耐受力均相对较差外，其余3个材料在高温和低温处理中的发芽率变化不大，表现出较强的耐冷性和耐热性。药西瓜主产于北非、中亚和西亚各国，具有很强的野生性和抗逆性，而本试验所用的药西瓜均表现出萌发期对温度的高度敏感性，高温和低温均强烈抑制其萌发活力，说明药西瓜种子萌发期对低温和高温的耐受性均较差。黏籽西瓜原产非洲西部，具有耐干旱耐瘠薄且抗性强的特点[15-16]。本试验中，黏籽西瓜种子萌发过程中对低温和高温的耐受性虽没有四倍体西瓜强，但普遍高于药西瓜及部分普通西瓜，表明黏籽西瓜也具有耐高温和耐低温的特性。普通西瓜种子在高温和低温胁迫下萌发情况各不相同，这可能是由于普通西瓜不同材料来源不一，遗传多样性丰富，因此相互之间遗传差异较大，所表现出的抗逆性状也各不相同。综上所述，初步认为四倍体西瓜具有良好的耐冷性和耐热性，而药西瓜较差；黏籽西瓜耐热性较好，耐冷性不同品种间差异较大；普通西瓜及野生西瓜不同材料的耐冷性和耐热性差异较大。但由于样本量有限，该结论还有待进一步试验验证。

通过对比分析萌发数据发现，西瓜种子基本在3～5 d即可达到最佳萌发状态，因此认为在西瓜种子萌发期的耐冷性和耐热性鉴定可以缩短统计天数至3～5 d，不仅能提高工作效率，还能节约成本。

4 结 论

通过观察20个不同类型西瓜种子在不同温度下的萌发情况，揭示了不同西瓜种子在萌发过程中对低温和高温处理的耐受性差异。通过比较不同类型西瓜种子萌发情况，发现在西瓜种子萌发期间，四倍体具有良好的耐冷性和耐热性，药西瓜耐冷性较差；而普通西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜，同一类型不同材料间耐冷性或耐热性差异较大，有待进一步研究确认。同时笔者初次提出了用种子萌发5 d（20℃）和 4 d（40℃）的发芽率作为判定种子萌发活力的指标，为今后对西瓜抗低温和抗高温种质资源的筛选与利用提供了方法依据。