温度与生长调节剂对西瓜性型分化的影响

龚诗琦刘宏彬宋慧娟黎 豪梁少华楚 箫姜 波戴思慧熊 程孙小武，*

（1 湖南农业大学园艺学院，湖南长沙 410128；2 湖南雪峰种业有限公司，湖南邵阳 422001；3 湖南怀化国家农业科技园区管理委员会，湖南怀化 418005）

西瓜（Citrullus lanatus）是葫芦科西瓜属（Citrullus）一年生草本植物，是我国夏季主要的消暑食品，深受人们的欢迎。西瓜中含有丰富的营养成分，比如类胡萝卜素、瓜氨酸、VC 和多糖等（高美玲 等，2012），对人体可以起到保健作用，能降低胆固醇、降血压、降血脂、调节肠道微生态环境（季秀芹 等，2014）。西瓜花有雄花、雌花、两性花3 种类型，大多数西瓜都是着生雄花和雌花2 种单性花，在连续开放4～5 朵雄花后开放1 朵雌花。在传统的制种过程中，繁琐的母本去雄和父本去雌是用工最多的程序，占整个制种过程用工的很大一部分。随着劳动力成本的不断增加，西瓜制种成本也大大提高，严重制约了西瓜产业的进一步发展。调控西瓜开花可以为西瓜制种过程中利用新型授粉技术奠定基础，从而降低制种成本。探究温度与生长调节剂对西瓜开花的影响并掌握其规律，可以调控西瓜开花顺序，从而简化西瓜杂交制种过程中的去雄或者去雌工作，对西瓜制种和育种产业具有重要的理论和应用价值。

有研究指出，一些环境因子在瓜类作物雌雄器官分化表达过程中起着重要的作用，包括光照强度、光周期和温度等，可以改变其性型分化表达。短日照、低光照强度和低温促进雌花的产生，长日照、高光照强度和高温促进雄花的产生（Wien，1997；Peñaranda et al.，2007；史建廷 等，2016）。低温短日照有利于黄瓜、苦瓜、丝瓜、节瓜、西葫芦等葫芦科瓜类作物的雌花发育，高温长日照则有利于雄花的发育，且雄花数显著增加（李明珠 等，2008）。低温可以增强短日效应，即促进雌花表达，高温则抑制苦瓜的生殖生长（汪俏梅 等，1997）。汪本里和曹宗巽（1963）在黄瓜茎尖无菌培养中发现，在高温下培养，雄花的数量比雌花的数量显著增加，并占据绝对优势；在低温下培养，雌花增加占据绝对优势。任吉君等（2007）发现低温能显著降低飞碟瓜第1 雌花节位、增加雌花数。

植物的内源激素水平与其性型分化表达密切相关，外施植物激素和硝酸银、硫代硫酸银（STS）、缩节胺等化学药剂可通过改变植物内源激素水平从而达到影响其性型分化的目的。Adhikari 等（2012）研究显示，赤霉素与雄花表达相关，细胞分裂素与雌花表达相关。然而不同作物对激素的响应机制不同，导致相同激素在不同的物种间有相反的作用。比如赤霉素对西瓜、黄瓜、丝瓜、瓠瓜等具有诱雄作用，然而对苦瓜来说却是诱雌剂，此外对玉米也具有促雌作用（寿森炎和汪俏梅，2000；丁一和徐启江，2014）。乙烯作为一种重要的植物激素，对不同作物性型分化的作用效果也有差异，研究发现外施乙烯能促进黄瓜（杨声澉 等，2011）、甜瓜（Manzano et al.，2011）等的雌花表达，却促进西瓜雄花的发育（Manzano et al.，2011）。缩节胺是一种用于调节植物营养生长的植物生长调节剂，在棉花生产上较为常见，能促进棉花叶片同化物向生殖器官转移，缩小叶片气孔面积，抑制棉花植株氨挥发（唐光木 等，2010），主要有延缓植物生长，缩短节间，提高抗逆性的作用；也有研究表明缩节胺可诱导黄瓜雌花发育，对性型表达也有一定的影响（崔辉梅 等，2002），但其对瓜类性型分化的调控还未见深入研究。本试验探究不同温度和外施不同浓度乙烯利、缩节胺对西瓜性型分化的影响，以期为调控西瓜的开花提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试西瓜品种为雪龙1 号，由湖南雪峰种业有限公司提供。

1.2 试验方法

试验于2019 年4—8 月在湖南农业大学蔬菜瓜类研究所内进行。

1.2.1 种子消毒处理 配制2%的硫酸铜溶液，将种子浸泡10 min 后取出，用清水冲洗干净后自然晾干，然后用消毒后的湿毛巾将种子包住，放入恒温干燥箱内30～33 ℃恒温催芽。

1.2.2 幼苗处理 种子出芽以后将每粒种子单独播种于直径10 cm 的营养钵内育苗，将营养钵整齐摆放入温度设置为30 ℃的育苗机并盖上薄膜保湿，使种子在相同环境下出苗，出苗后将幼苗放入人工气候箱中生长，待幼苗子叶平展后在人工气候箱内进行试验处理：昼/夜温度分别设置为30 ℃/25℃、25 ℃/20 ℃、20 ℃/15 ℃，光照为30 000 lx、湿度为65%、光周期为昼12 h/夜12 h。使用乙烯利与缩节胺2 种植物生长调节剂，浓度设为50、200、400 mg·L-1等3 个梯度。西瓜幼苗在不同温度下生长，分别在幼苗二叶一心期和四叶一心期喷施不同浓度的乙烯利、缩节胺以及乙烯利+缩节胺，同时以喷施清水作为对照。待幼苗生长至五叶一心后，从各处理中选取生长势较一致的幼苗移栽到人工气候室内，并按照不同处理分区摆放让其正常生长，统计不同处理西瓜第1 雄花节位、第1 雌花节位和前30 节雌花数目。每处理统计10 株，3次重复。

另外，选择30 ℃/25 ℃下喷施乙烯利处理的西瓜为测定对象，当幼苗生长到五叶一心期时取西瓜幼苗茎尖2 cm 左右的部位为试验材料，每3 个茎尖为1 组，3 次生物学重复，取样后用液氮速冻，然后放入-80 ℃冰箱中保存，利用高效液相色谱串联质谱法（杜维 等，2018）进行多种内源激素（生长素IAA，茉莉酸甲酯JA，脱落酸ABA，赤霉素GA1、GA3、GA4）含量测定。

1.3 数据处理

采用SPSS 22.0 和Excel 软件对试验数据进行统计分析，运用Duncan’s 新复极差法进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同生长调节剂处理对西瓜幼苗形态的影响

由图1、2 可知，在昼/夜温度25 ℃/20 ℃下喷施50 mg·L-1的生长调节剂，西瓜幼苗喷施乙烯利以后，茎尖叶片皱缩畸形，节间距离缩短，茎秆变粗，而喷施缩节胺后西瓜幼苗形态与喷施清水无明显区别。

2.2 不同温度和不同浓度生长调节剂处理对西瓜性型分化的影响

对不同处理后的西瓜幼苗进行性型分化统计，从表1 可以看出，在30 ℃/25 ℃处理下喷施缩节胺，与对照相比，西瓜第1 雄花节位、第1 雌花节位显著降低，第1 雄花提早4.2～5.4 节，第1 雌花提早5.1～7.3 节，雌花数目也显著增多。从3 种缩节胺浓度来看，随着缩节胺浓度增大，第1 雄花节位和第1 雌花节位均上升，雌花数目减少。喷施50 mg·L-1缩节胺对西瓜有着最好的效果，与其他2 种浓度相比第1 雄花和第1 雌花均提早分化表达；雌花数目也最多，并且显著多于喷施400 mg·L-1缩节胺的处理。在25 ℃/20 ℃处理下喷施缩节胺，与对照相比也均能降低西瓜的第1 雄花节位和第1雌花节位，第1 雄花节位降低2.1～4.9 节，第1 雌花节位降低2.4～5.1 节，还能促进西瓜雌性表达，30 节内雌花数目显著增加。随着缩节胺浓度增大，第1 雄花节位和第1 雌花节位均降低，雌花数目基本不变。3 种浓度的缩节胺中喷施400 mg·L-1对西瓜有最佳的调控效果，200 mg·L-1次之，喷施50 mg·L-1缩节胺效果最差。在20 ℃/15 ℃处理下喷施3 种浓度的缩节胺，发现在该温度下缩节胺却表现出对西瓜性型表达的抑制效果，西瓜第1 雄花节位和第1 雌花节位均显著升高，第1 雄花节位升高4.5～6.7 节，第1 雌花节位升高5.2～8.4 节，雌花数目显著降低。因此，总的来看，在25 ℃/20℃下喷施400 mg·L-1缩节胺对第1 雄花和第1 雌花节位的促进以及对雌花数目的增加效果最好。

值得注意的是，如表2 所示，在3 种温度下不管是喷施乙烯利还是喷施乙烯利+缩节胺2 种调节剂，西瓜前30 节均没有雌花分化表达而且只在第19 节之后才开始有雄花分化表达。

表1 不同温度下喷施缩节胺对西瓜性型表达的影响

由表2 可知，喷施乙烯利后西瓜第1 雄花节位较对照大幅度升高，随着乙烯利浓度增加，西瓜第1 雄花节位进一步升高。在30 ℃/25 ℃下喷施乙烯利后，第1 雄花平均节位为第22.9 节，在25℃/20 ℃下喷施乙烯利后，第1 雄花平均节位为第21.7 节，在20 ℃/15 ℃下喷施乙烯利后，第1 雄花平均节位为第24.1 节。3 个温度下喷施3 种浓度乙烯利后西瓜第1 雄花节位均在19 节以后，较对照均升高7.8 节以上，变化十分明显。喷施乙烯利+缩节胺后，与单独喷施乙烯利一样，第1 雄花节位大幅度推迟，平均推迟10 节左右，随着调节剂浓度增大，推迟节数也进一步增多。在30 ℃/25℃下，乙烯利+缩节胺处理平均第1 雄花节位为第24.1 节，在25 ℃/20 ℃下，平均第1 雄花节位为第21.6 节，20 ℃/15 ℃下，平均第1 雄花节位为第24.3 节，远高于对照。

表2 不同温度下喷施乙烯利或者乙烯利+缩节胺对西瓜性型表达的影响

2.3 不同浓度乙烯利处理对西瓜内源激素含量的影响

由于喷施乙烯利的处理西瓜前30 节均只有雄花而没有雌花分化表达，因此选取30 ℃/25 ℃下喷施乙烯利处理后的西瓜五叶一心期茎尖2 cm 的部位进行内源激素含量测定。由表3 可以看出，喷施3 种浓度乙烯利后西瓜茎尖内源IAA、JA、GA1含量均低于喷施清水的对照，内源ABA、GA4、GA3含量均显著低于对照。内源IAA、ABA 和GA4含量随着喷施乙烯利浓度的增加而降低，说明高浓度的乙烯可能抑制了西瓜内源IAA、ABA、GA4的合成。内源JA 和GA3含量处于一个波动状态，而内源GA1含量随着喷施乙烯利浓度的升高基本保持稳定。

表3 不同浓度乙烯利处理后西瓜茎尖内源激素的含量对比

3 讨论与结论

3.1 温度和生长调节剂对西瓜性型的影响

缩节胺是一种植物生长调节剂，主要作用是延缓植株生长，缩短节间，使得植株株型紧凑，增强植株抗逆性，同时也有促进黄瓜雌花发生的作用（杨贵先 等，2016），生产上也利用缩节胺处理南瓜，从而诱导出雌花（屈长荣和张雪梅，2015）。植物生长调节剂对植株的作用在不同温度下可能会存在差异，杨超臣等（2019）研究表明在适当温度下喷施油菜素内酯可以促进香椿幼苗的生长，提高抗逆性。而本试验发现缩节胺对西瓜幼苗形态几乎没有影响，其对西瓜性型分化的影响与温度有关，在25 ℃/20 ℃下喷施浓度为400 mg·L-1的缩节胺对第1 雄花和第1 雌花发生的促进以及对雌花数目的增加效果最好；30 ℃/25 ℃和25 ℃/20 ℃温度下喷施缩节胺均可促进西瓜雄花和雌花的发生，更有利于西瓜雌花的分化表达，跟对照相比西瓜第1雄花和第1 雌花均提早发生，雌花数目显著增多。但是在20 ℃/15 ℃的温度下，喷施3 种浓度的缩节胺却均对西瓜花的发生有推迟作用，跟对照相比第1 雄花节位和第1 雌花节位均显著升高，雌花数目显著减少。试验结果表明在适宜的较高温度下喷施缩节胺能取得更好的效果。此外，在不同温度下缩节胺的效果随浓度变化也存在差异：在30 ℃/25℃下，随着浓度增大，缩节胺对西瓜花表达的促进效果逐渐减弱，雌花数目也逐渐减少，而在25℃/20 ℃下，随着浓度增大，缩节胺对西瓜第1 雄花节位和第1 雌花节位的提前作用逐渐增强，但是雌花数目却变化不大，这更进一步说明了缩节胺对西瓜作用效果的复杂性。缩节胺对西瓜性型分化的作用效果可为实际制种过程提供参考，对于母本材料，在30 ℃/25 ℃下喷施低浓度缩节胺，可增加雌花数量、降低雌花开花节位；对于自交系材料，在25 ℃/20 ℃下喷施高浓度缩节胺，雌雄花节位均可提前，可提前收瓜。总的来说，缩节胺处理对西瓜开花有着显著影响，在生产上可以利用缩节胺提前或推迟母本和父本开花时间，使得母本和父本盛花期较一致，而缩节胺的这种调控作用也为后续精确调控西瓜开花顺序提供了一定的参考。

乙烯是植物生长发育和性型表达过程中不可或缺的一种激素，乙烯利是一种乙烯释放剂，与乙烯具有相同的生理作用，是一种重要的植物生长调节剂。乙烯与瓜类作物的性型分化息息相关，外施乙烯利可以对其性型分化起到一定的调控作用。用乙烯利处理苦瓜，可以增加雌雄比，增加雌花数量（严良文 等，2017）。在黄瓜、南瓜上也发现乙烯利能够诱导出雌花，促进雌花的分化（杨声澉 等，2011；杨晓霞，2015）。但是乙烯利在西瓜上的作用却有所不同，Manzano 等（2011）发现乙烯利对西瓜雌雄花的诱导作用跟其他瓜类不一样，乙烯利促进了西瓜的雄花发育。胡宝刚（2010）也发现乙烯对西瓜有明显的抑雌作用，且高浓度的乙烯（300、500 mg·L-1）在抑雌的同时还会对西瓜幼苗产生药害作用，使得西瓜茎尖变粗，节间缩短，叶片皱缩。本试验结果表明，3 种浓度的乙烯利（50、200、400 mg·L-1）均使植株矮化，使西瓜幼苗茎尖叶片皱缩畸形，节间缩短，茎秆变粗，这一现象与胡宝刚（2010）的研究一致。喷施乙烯利极大地推迟了西瓜雌花的发育，在前30 节内无一朵雌花发育表达，同时乙烯利也推迟了西瓜第1 雄花的发生，使第1 雄花节位大幅度升高。在3 个温度下喷施乙烯利后，西瓜第1 雄花节位的变化规律一致，均是随着乙烯利浓度的增大而升高，这与喷施缩节胺后不一样，说明乙烯利对西瓜性型分化表达的影响更稳定。在制种过程中，喷施乙烯利可以达到对父本去雌的目的。通过3 个温度下喷施缩节胺+乙烯利这2 种植物生长调节剂，可以发现乙烯利对西瓜的影响比缩节胺更大，喷施乙烯利所产生的效果会掩盖喷施缩节胺产生的效果。夏仁学（1996）认为脱落酸跟细胞分裂素、赤霉素对植株的生理效应正好相反，当它们配合施用的时候，脱落酸会将后两者的作用抑制。本试验结果与此类似，这可能是由于2 种不同的植物生长调节剂竞争性地与植株体内的特异性受体结合，而脱落酸与受体特异性结合的能力强于细胞分裂素和赤霉素，乙烯利与受体特异性结合的能力高于缩节胺。

3.2 温度和生长调节剂导致内源激素变化对西瓜性型分化的影响

通过测定喷施乙烯利后西瓜幼苗茎尖的内源激素含量，发现不论是高水平下有利于西瓜雌花分化表达的内源IAA，还是高水平下有利于西瓜雄花分化表达的内源ABA、JA、GA3和GA1，其含量均低于对照。Manzano 等（2016）的试验也得到类似的结果，他们发现西瓜的乙烯调控合成基因CitACS4突变会减少雌蕊花芽中乙烯的产生，乙烯的量过少不能抑制其雄蕊的发育，从而产生了两性花。因此笔者推测可能是西瓜幼苗喷施乙烯利以后其体内某些与性型分化相关的激素合成量不够，没有达到西瓜雄花和雌花表达的一个阈值，从而导致其开花节位大幅度推迟，雌花的分化表达更是严重受阻。今后可以进一步测定乙烯利处理后2 个西瓜性型分化最主要的基因CitACS4和CIWIP1的相对表达量，分析其表达情况，深入探究乙烯利对西瓜性型分化的作用机理。值得注意的是，在喷施乙烯利后西瓜茎尖内源ABA 含量也有一定程度的降低。ABA 作为一种植物生长抑制剂，可促使植物叶片脱落，施用外源ABA 可以通过改变植物体内激素间的平衡来诱导抗寒基因的表达，增强抗寒力（卢少云 等，2003），但也可促进一些果树（如苹果）的花芽分化，以及促使一些短日植物（如黑醋栗）在长日条件下开花（王镜岩 等，2002），因此喷施乙烯利后西瓜茎尖内源ABA 含量下降，可能是导致西瓜前30 节无雌花生成，且雄花开花节位升高的一个原因。

本试验结果可运用于实际西瓜杂交制种中，用熊蜂授粉等技术代替人工授粉，能将制种程序简化、省时省力、降低成本，有效提高制种效率及种子质量，对西瓜制种和育种工作有着重要的意义。