西瓜嫁接砧木种子芽期耐低温评价指标和评价方法的研究

王 冲，齐红岩，李 猛，刘 曼，陈俊琴

（沈阳农业大学园艺学院/设施园艺省部共建教育部重点实验室，沈阳 110161）

西瓜（

Citrullus lanatus

）原产于热带地区，属于典型喜温耐热植物，其产量和种植面积在世界所有水果当中排在第5位。随着我国人民生活水准的提高，西瓜种植面积越来越广，但在中国北方地区的设施反季节栽培中，早春低温胁迫严重制约了西瓜的正常生产，西瓜受到冷害后轻则减产重则绝产。目前，市场上耐低温西瓜品种较少，耐低温品种选育周期较长，而利用抗性砧木嫁接是提高西瓜耐冷性的有效途径之一。孙胜等研究表明，使用日本南瓜砧、黑籽南瓜砧和葫芦砧嫁接西瓜，均能提高西瓜接穗对低温的忍耐能力。湖南省园艺研究所多年的试验结果证实，嫁接提高了西瓜植株的耐寒性，对于小果型西瓜早春设施栽培和早熟栽培十分有利。可见，适宜的砧木能够提高西瓜对低温的抗性。但是不同砧木西瓜嫁接苗的耐低温性会有所差异，因此，对不同西瓜砧木的耐低温性进行评价，并筛选耐低温砧木是解决西瓜冷害问题的主要方法之一。目前，种质资源评价时期主要集中在芽期和苗期，整个评价过程具有评价时间长、任务量大等缺点。芽期是种子受低温胁迫的第一个时期，对生产具有决定性的作用，所以建立种质资源芽期耐低温评价体系并选出芽期耐低温品种对种质资源的耐低温性鉴定有重要意义。此外，在芽期筛选耐低温品种能够极大地缩短评价时间，快速的获得鉴定结果，因此，在芽期筛选耐低温品种是目前种质资源耐低温性评价的主要方法之一。在甜瓜、苦瓜、水稻和辣椒等作物上已经得到了广泛的应用，而在西瓜砧木种质资源芽期评价方面的研究鲜有报道，尤其是对不同品种西瓜砧木的综合性评价。

所以，本试验在前人研究的基础上，以27份西瓜砧木为材料，测定了各品种在低温处理和对照处理条件下的发芽指标，并采用主成分分析等方法综合评价各西瓜砧木品种芽期的耐低温性，以期筛选出芽期耐低温西瓜砧木并建立西瓜砧木芽期耐低温回归模型，为西瓜耐低温砧木的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试27份砧木材料分别为白籽南瓜[

Cucurbita moschata

(Duch.ex Lam.)Duch.ex Poiret]20份，砧用葫芦[

Lagenaria siceraria

(Molina)Standl.]6份，西瓜[

Citrullus lanatus

(Thunb.)Matsum.et Nakai]1份（表1）。种子萌发所用恒温培养箱（PLY-70）为天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司生产。

表1 供试砧木信息
Table 1 The information of tasted rootstocks

?

1.2 方法

试验于2018年3~10月在沈阳农业大学园艺学院实验室中进行。每个西瓜砧木品种随机选取90粒饱满且大小一致的种子，首先将其置于55℃温水中消毒20min，消毒期间不断搅拌种子，当温度降到28℃时，放到恒温培养箱中，28℃浸种6h后，取出用清水洗净，再用干毛巾将种子表面的粘液擦掉（葫芦种子催芽前要用指甲刀将种子尖端磕开一个小豁口，注意不要破坏种子内部）。然后取2张直径为12cm的滤纸，用蒸馏水润湿后铺到培养皿中，每个培养皿中均匀放置30粒种子，3次重复，加入适量蒸馏水，加上培养皿盖后放到恒温培养箱中避光培养，每天补水2次（补水量需要根据实际情况来确定，在2个培养箱中各放置1瓶蒸馏水，以保证补水的水温）。其中胁迫处理温度为15℃，对照处理温度为28℃，时间为10d。从处理当天开始，每隔24h统计1次发芽数，在第7天计算发芽势和测量胚根长度，最后一天计算发芽率。

1.2.1 发芽指标测定 发芽指标为发芽率（GR）、发芽势（GP）、发芽指数（GI）、胚根长度（RL）和活力指数（VI）。各项指标按照以下公式计算：

1.2.2 西瓜砧木芽期耐低温性评价指标和评价方法 评价指标为发芽指标的相对值，即低温处理下的发芽指标与常温对照处理下的发芽指标的比值，分别为相对发芽率（relative germination rate，RGR）、相对发芽势（rela⁃tive germination potential，RGP）、相对发芽指数（relative germination index，RGI）、相对胚根长度（relative radicle length，RRL）和相对活力指数（relative vigor index，RVI）。

首先利用主成分分析确定各相对指标的权重（

W

），利用隶属函数计算隶属度（

X

），隶属度计算公式为：

式中：

i

为各砧木品种；

X

为测定指标；

X

和

X

分别为所有西瓜砧木品种中该项指标的最大值和最小值。

然后基于权重和隶属度，计算各砧木品种的耐冷指数值（chilling tolerance index，CRI），计算公式为：

式中：

W

和

X

分别为权重和隶属度。

基于耐冷指数值对各品种的耐低温性进行聚类分析，根据聚类结果，对各西瓜砧木品种进行耐低温级别划分。以耐冷指数值为因变量，各相对指标为自变量，利用逐步回归分析的方法得到西瓜砧木芽期耐低温性回归模型。

1.2.3 数据处理方法 采用Microsoft Office Excel 2010软件处理数据和作图，采用SPSS22.0软件进行显著性差异分析、主成分分析、聚类分析和多元线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 芽期低温对西瓜砧木种子发芽和生长的影响

由表2可知，27份西瓜砧木的各相对指标值均小于100%，说明在低温条件下，种子的发芽会受到抑制；不同西瓜砧木种子对低温的耐性不同，11，13，16，27号材料在低温胁迫下没有发芽，表现为不耐低温；10，20，23号材料的相对发芽率达到85%以上，表现出强耐低温性；南瓜砧木种子相对发芽率的变化范围为0~94.52%，葫芦砧木种子和西瓜砧木种子的相对发芽率的变化范围为0~44.11%。所以，与葫芦砧木种子和西瓜砧木种子相比，南瓜砧木种子的耐低温性普遍更强。

表2 低温胁迫下砧木种子发芽指标的相对值
Table 2 Relative value of germination index of rootstock seeds under low temperature stress

注：同列数据后不同小写字母表示=0.05水平差异显著。
Note:Thedifferent small letter after datain thesamecolumn standsfor significant differenceat 0.05.

?

2.2 西瓜砧木种子发芽指标的主成分分析和隶属度

由表3可知，第1主成分提取的特征值贡献率达到88.388%，能够代表原始指标的大部分信息，所以本研究提取了第1主成分，并且根据第1主成分中各指标的负荷量来计算各相对指标对西瓜砧木种子耐低温性影响的大小，确定各相对指标的权重（

W

），从表中能够发现，各相对指标对西瓜砧木种子耐低温。性的影响由大到小分别为RGI、RGP、RGR、RVI、RRL。由于本试验中所选用的砧木种类不同，为了使结果更加准确，使用隶属函数的方法对每个相对指标的值进行定量转换，结果见表4。

表3 发芽指标的主成分分析
Table 3 Principal component analysis of germination index

?

表4 发芽指标的隶属度和耐冷指数
Table 4 Membership degree and chilling tolerance index 0f germination index

?

根据各指标权重与隶属度值，计算各品种耐冷指数（CRI），结果表明，27份材料的CRI值为0~0.974；耐低温性最强的3份材料为10，20，23号，CRI值达到0.682以上，耐低温性较弱的材料为3，11，13，16，19，21，22，24，25，27号，CRI值在0.087以下。

2.3 西瓜砧木种子耐低温性的聚类分析

对27份西瓜砧木的耐冷指数进行聚类分析（图1），聚类结果将27份材料萌芽期的耐低温性分为5个耐低温级别，第Ⅰ级别为强耐低温型（high resistant，HR），包括10，20，23号材料，CRI值为0.682~0.974；第Ⅱ级别为耐低温型（resistant，R），包括5，8，9，12，15号材料，CRI值为0.420~0.559；第Ⅲ级别为中度耐低温型（middle re⁃sistant，MR），包括6，14，17号材料，CRI值为0.297~0.331；第Ⅳ级别为不耐低温型（low sensitive，LS），包括1，2，4，7，18，26号材料，CRI值为0.117~0.196；第Ⅴ级别为冷敏感型（sensitive，S），包括3，11，13，16，19，21，22，24，25，27号材料，CRI值为0~0.087。

图1 27份西瓜砧木材料的耐低温性聚类分析Figure 1 Cluster analysis of low temperature tolerance of 27 watermelon rootstock materials

2.4 西瓜砧木种子芽期耐低温性回归模型的建立

以27份材料的耐冷指数（CRI）为因变量，各相对指标的平均值为自变量进行逐步回归分析，建立西瓜砧木种子芽期耐低温评价体系：

Y

=0209

RGI

+0.212

RRL

+0.251

RGP

+0.165

RVI

+0.226

RGR

，

R

=0.999，

p

<0.001。由评价体系方程可知，5个指标都对西瓜砧木种子的耐低温性有影响。利用回归模型得到27份西瓜砧木种子材料耐低温性预测精度（表5），发现有4个品种的预测精度低于90%，其他品种的预测精度均达到90%以上。将27份材料耐低温性预测值与耐冷指数作相关分析，相关系数

r

=0.998，达到极显著水平。所以，该回归模型可以用于西瓜砧木种子萌芽期耐低温性评价。

表5 27份西瓜砧木种质耐低温性回归方程预测精度分析和排序
Table 5 Analysis and sequencing of prediction accuracy of regression equation of low temperature tolerance in germination stage of 27 watermelon rootstocks

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3 讨论与结论

西瓜砧木种质资源丰富，种类繁多，地域性强。因此，在进行种质资源评价之前，应该广泛收集砧木。本试验共搜集到33份西瓜砧木品种，为了消除种子本身造成的误差，剔除了常温（28℃）下发芽率低于80%的种质，剩余27份，品种包括白籽南瓜、砧用葫芦和西瓜，来源遍布中国9个省份。

本试验发现，低温会推迟出芽时间，影响不同种质发芽率和胚根长度等指标，这与前人研究结果一致。在低温胁迫后，供试的西瓜砧木种子没有发芽，相对发芽率为0，表现出了极低的芽期耐低温性，而参试的20份南瓜砧木，只有1份砧木没有发芽，相对发芽率的变化范围为0~94.52%，其中砧木品种龙凤呈祥、京欣砧9号和先锋1号的相对发芽率达到85%以上，表现出了极强的耐低温性，参试的4个葫芦砧木品种的相对发芽率最大的仅为44.11%，可见，南瓜砧木种子的芽期耐低温性较强，葫芦砧木种子次之，西瓜砧木种子最弱。

为了更加全面地反映种子的芽期耐低温性，本试验测定了砧木种子的GR、GP、GI、RL和VI，此外，为了更准确的反映各品种在低温胁迫下的发芽能力，本试验采用相对值作为种子芽期耐低温性的评价指标。试验中发现，单一的指标不能够真实准确地反映种子的耐低温性，如品种龙凤呈祥的相对发芽率小于品种先锋1号，但是品种龙凤呈祥的相对发芽势高于品种先锋1号，此时不能确定2个品种的芽期耐低温性孰强孰弱，需要用到主成分分析的方法赋予5个指标权重，权重越大说明这个指标对种子芽期耐低温性的贡献越大，影响越大，再结合隶属函数计算各品种的耐冷指数，耐冷指数的大小就反映了各品种耐低温性大小，最后利用聚类分析的方法将各品种的耐冷指数进行分级，结果将各品种的耐低温性分为了5个级别，每个级别有其对应的耐冷指数范围。

本试验以27份西瓜砧木种子为材料，进行西瓜砧木芽期的耐冷性评价，建立西瓜砧木芽期耐低温评价体系并筛选出了4个芽期耐低温差异较大砧木。综合评价27份西瓜砧木种子，筛选出强耐低温型品种为龙凤呈祥和京欣砧9号，低温敏感型品种为京欣砧1号、壮士1号和壮士2号。建立了西瓜砧木芽期耐低温评价体系：

Y

=0.209

RGI

+0.212

RRL

+0.251

RGP

+0.165

RVI

+0.226

RGR

。其中RGI为相对发芽指数，RRL为相对胚根长度，RGP为相对发芽势，RVI为相对活力指数，RGR为相对发芽率，且预测精度达到90%以上，该评价体系方程可以用于南瓜、葫芦和西瓜等西瓜砧木的芽期耐低温性的评价。