耐高温胁迫西葫芦种质资源评价和筛选

关键词：高温；西葫芦；种质资源；筛选

西葫芦是葫芦科、南瓜属一年生蔓生草本植物，同时也是世界各国广泛种植的重要蔬菜作物之一［1］。温度是西葫芦生长发育的必要条件，是植物生长发育过程中最重要的环境影响因子，它能够在时间和空间上同时保证植物的正常生长发育，并且直接提供植物生长发育过程中所需要的能量［2］，西葫芦植株生长迅速、花芽分化较早，所以温度不仅影响西葫芦营养生长，也会影响生殖生长［3］。

高温胁迫是指当植物所处环境温度高于其自身生长所需的最适温度，并持续一段时间，致使植物生长发育受到不可逆转的伤害［4］，如叶气孔关闭、叶绿体受损、光合酶失活或变性、光合速率降低、多种同化过程减慢［5］。随着温室效应的增加，高温胁迫将是导致各国农作物减产的主要因素之一［6］。在我国北方春末至秋初农作物生产设施气温常可达50℃以上［7］，造成蔬菜植物处于亚高温或高温环境下，严重阻碍其生长和生理的正常过程，造成严重的农业生产损失。相关研究发现，植物生产中的环境温度每升高1℃，植物产量就会下降17%［8］。

不良的温度条件会严重影响西葫芦的产量及品质，近年来全球极端气候频发，夏季炎热现象显著增加，而西葫芦适宜生长温度范围狭窄：白天20～22℃，夜间10～12℃［9］，此外植物对温度的敏感程度与其起源地密切相关，起源于温带的瓜类作物对高温胁迫更为敏感［10］。在西葫芦露地春茬的中后期、夏秋茬和秋冬茬的前期，常常发生高温障碍，严重影响西葫芦正常的生长发育［11］。高温胁迫下，西葫芦幼苗的株高、茎粗、地上部鲜重、地下部鲜重、叶绿素含量显著降低，细胞内活性氧（MDA、O2-、H2O2含量）的产生显著升高［12］。西葫芦是我国第二大瓜类栽培作物，但对其高温胁迫的研究却十分缺乏。

西葫芦耐高温能力因种类、品种、组织的不同而表现出极大的差异，其耐高温能力的大小取决于遗传特性和高温胁迫的强度及适应胁迫反应的能力。对西葫芦幼苗耐高温能力进行品种筛选，对于种质资源的利用、合理规划布局和耐热育种、评价，推广耐热性品种都具有重要的意义，同时可以为生产上制定耐热栽培措施提供科学的理论依据。对相关性高的指标进行测量，不仅简化了鉴定方法，在减少工作量的同时还可以有效科学地鉴定西葫芦种质资源的耐高温能力。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

试验由华盛农业集团股份有限公司提供30份西葫芦种质资源，种子编号为1～30，具体表型特征见表1。西葫芦幼苗在山东农业大学岱宗校区玻璃温室进行培养。采用常规方法催芽，选取萌芽一致的种子播种在装有基质（草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1）的50孔穴盘中，子叶展平后，用1/2的营养液代替自来水浇灌，第一片真叶展平后，选择长势一致的苗子移到营养钵（10×10cm）中，用全营养液浇灌。移栽完成后浇透，之后浇等量的营养液，营养液采用日本山崎黄瓜配方。待植株长到两叶一心时，选取长势一致的幼苗放入培养箱中进行处理，常温对照组、高温处理组的温度设置分别为25/15℃、40/30℃，光照设置均为540μmol·m−2·s−1，光周期均为12/12h。测量不同处理7d后西葫芦幼苗的生长指标、相对电导率、丙二醛含量、热害指数。

1.2 形态指标测定方法

1.2.1生长指标株高：测量茎基部到生长点的距离；茎粗：用游标卡尺测量子叶到第一片叶中间位置的茎干直径；全株叶面积：采用校正系数法［13］，测定除生长点外的全株的真叶，用直尺分别测量叶片的叶长和叶宽，叶面积=0.5781+0.7748×叶长×叶宽；干鲜重：将地上部分和地下部分分开，分别测定鲜重，之后放于烘箱中105℃杀青15min，然后置于75℃条件下烘至恒重。

1.2.2热害指数根据孙胜楠的方法，并依据高温胁迫下实际表型修改评价等级标准（表2），热害指数（%）=Σ（每个级别的株数×级数）（/总株数×最高级数）×100%［14］。

1.3 生理指的测定

1.3.1相对电导率采用美国产的ORIONTDS型电导率仪测定。

1.3.2丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法［10］。

1.4 数据统计与分析

数据采用MicrosoftExcel365和IBMSPSSStatistics27进行整理分析（Plt;0.05），采用Pearson方法对数据进行相关性分析。

相对变化率X=（XHT-XNT）/XNT×100%，式中XHT为高温胁迫组中各指标的测定值，XNT为常温对照组中各指标的测定值。

隶属函数值μ（X）=（X-Xmin）（/Xmax-Xmin），与耐高温能力呈负相关的指标计算公式应为μ（X）=1-（X-Xmin）（/Xmax-Xmin）。式中μ表示高温胁迫处理下供试品种各指标的相对变化率的隶属函数值，Xmax、Xmin分别为各指标相对变化率或热害指数的最大值、最小值。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对西葫芦幼苗各项指标的影响

2.1.1高温胁迫对西葫芦幼苗生长指标的影响由图1和表3可知，高温处理下西葫芦幼苗生长指标与常温对照相比均有不同程度的下降，且不同西葫芦种质资源幼苗的生长指标差异明显。生长指标的相对变化率与高温耐受性成正比，通过相对变化率可知：3号、4号、11号、19号、27号的株高在高温下发生了徒长，其中3号最高，为39.2%，而其他品种的株高在高温下显著下降，其中22号最低，为−58.9%；27号的茎粗相对变化率最高，为−1.7%，23号最低，为−46.1%；除11号品种外，其他29份品种的全株叶面积相对变化率为负值，其中相对变化率最低的是22号，为−77.6%；4号、27号的地上部鲜重和干重相对变化率较高，1号、20号、26号较低；3号、4号、8号的地下部鲜重和干重相对变化率较高，26号最低。

2.1.2高温胁迫对西葫芦幼苗生理指标的影响由表2可知，高温处理下相对电导率和丙二醛含量跟常温对照相比均有明显的上升，同时不同西葫芦种质资源幼苗的变化幅度存在显著差异，其中相对电导率相对增加率最高的是23号，提高了6.4倍，最低的是27号，提高了0.3倍；丙二醛含量相对增加率最高的是1号，提高了5.6倍，3号、27号较低，与常温对照相比变化不显著。

2.1.3高温胁迫下西葫芦幼苗的热害指数高温胁迫下不同西葫芦种质资源幼苗的热害指数差异显著（图2）。热害指数与高温耐受性成反比，西葫芦种质资源耐受性最为敏感的是22号和23号，热害指数为90.0%；耐受性最强的是4号和27号，热害指数为10.0%。

2.2 高温胁迫下西葫芦幼苗各项指标的隶属函数分析

采用各项指标的相对变化率和热害指数的隶属函数值进行计算，并根据隶属函数平均值将西葫芦种质资源的高温耐受性进行排序（表4），排名顺序与西葫芦幼苗耐受性成正比，排名越小，耐受性越强。排名第一的为27号，耐受性最强；排名最后的为23号，耐受性最敏感。

2.3 高温胁迫下西葫芦幼苗各项指标的聚类分析

由图3可知，当欧氏距离为13时，可将供试的30份西葫芦种质资源分为3大类：第Ⅰ类（高温敏感性品种）包括：5号、25号、7号、20号、26号、1号、22号、23号，第Ⅱ类（强耐高温性品种）包括：11号、27号、3号、8号、4号，第Ⅲ类（中耐高温性品种）包括10号、16号、9号、6号、15号、29号、2号、18号、17号、24号、13号、21号、12号、14号、19号、30号、28号。

2.4 高温胁迫下西葫芦幼苗各项指标的相关性分析

由表5可以看出，西葫芦种质资源9项指标与热害指数的相关性差异较大，生长指标与热害指数均呈负相关，而相对电导率与丙二醛含量与热害指数呈正相关且相关系数较高，分别为0.850、0.806。

3 讨论

瓜类作物在不同生长发育阶段均能感受到高温伤害，而苗期是整个生长周期中对外界环境最为敏感的时期［15］。本研究以30份西葫芦种质资源为试材，对其高温耐受性进行综合评价和分类，强高温耐受性品种为11号、27号、3号、8号、4号，可作为高温胁迫频发地区的主导品种，对扩大西葫芦种植规模和保障我国蔬菜供应和出口具有重要现实意义。

高温影响西葫芦幼苗的形态和生理等多个指标，且各性状指标之间存在一定的相关性，单独采用某一个或少数几个指标很难正确反映品种的耐高温性。相关研究表明，植物的耐高温性机制受多基因控制，是多个生理过程互作的结果［16］。利用多元分析方法对不同品种耐高温性进行综合评价，被认为具有较高的准确性［17，18］。植物形态特征的变化可较为直观地反映植物受伤害情况，是评价植物逆境抗性的可靠指标［19］。高温胁迫可能会导致植株徒长［20］。本研究结果显示，西葫芦幼苗受高温胁迫后部分品种与常温对照组相比，表现为株高增加，而茎粗、全株叶面积降低，这与前人的研究结果一致。

生理指标比生长指标更具有客观性。相对电导率可以判断高温下细胞的伤害程度［21］，在高温胁迫下多种作物的相对电导率随时间的增加呈上升趋势［22-24］。丙二醛含量可以反映出膜脂过氧化程度［25］，在高温胁迫下丙二醛含量会显著增加，温度越高增加趋势越明显［26］，且耐热品种丙二醛含量增加幅度小、速度慢［27］。本研究结果表明相对电导率、丙二醛含量与西葫芦耐高温能力密切相关，可以作为评价西葫芦种质资源耐高温能力的快捷评价指标。这与在黄瓜［28］、苦瓜［29］、西瓜［30］幼苗植株耐高温研究中的结果一致。

仅凭热害指数筛选种质方便快捷，但易忽略西葫芦高温耐受能力受多方面的影响。16号品种热害指数低，却未被划分到耐高温材料，观察其隶属函数值，可知耐热性排名较后与其株高、茎粗的相对变化率有密切的相关性。而且作物耐热机制受自身基因型和外界环境因素的影响，仅通过某一方面性状的测定，很难准确反映出不同种质间的耐热性差异［31］，因此以热害指数为主因素去评价西葫芦的耐高温性是否具有可靠性还有待商榷。

隶属函数法可以将不同维度的指标统一标准化，通过贡献值总分排名，可以清晰明确地将西葫芦种质资源的耐受性进行划分。隶属函数法可消除各指标之间因单位不同存在信息重叠以及交叉的现象，从原有的指标中提取出新的相互独立、具有概括性、可快速筛选的综合指标，利用计算出的隶属函数平均值进行排名，从而鉴定植物的耐高温能力。在种质资源的筛选上隶属函数法应用广泛，发挥了重要作用：李雪等利用隶属函数法对13种不同基因型的秋葵进行了耐盐碱性的分析与评价［32］；陈同森等利用隶属函数法对3个观赏树进行了抗寒性综合评价［33］；冯琛等用隶属函数法对3类不同苹果矮化砧穗组合进行了抗旱性比较［34］。而本研究初次将隶属函数法应用到了西葫芦耐高温品种的筛选上，同时，结合聚类分析法，从30个西葫芦种质资源中筛选出5个品种为强耐高温性品种，为生产和后续研究提供了耐高温的西葫芦品种。

4 结论

西葫芦幼苗在高温胁迫下的各项指标与对照组相比均有不同程度的差异，且30份西葫芦种质资源之间差异显著。聚类分析与隶属函数分析可以从30个西葫芦种质资源中筛选出5个品种为强耐高温性品种；株高、茎粗、全株叶面积、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重、相对电导率、丙二醛含量与热害指数都有显著的相关性，且相对电导率、丙二醛含量与热害指数的相关系数较高，可以作为鉴定不同西葫芦种质资源高温耐受性的重要指标。本研究结果为生产和后续研究提供了耐高温的西葫芦品种，并提供西葫芦耐高温的快捷评价指标。