高溫對唐山秋瓜種子萌發的影響及耐熱性鑒定指標初探

， ， ， ， (.唐山市農業科學研究院， 河北 唐山 063000； .北京市植物保護站， 北京 0009)

高溫對唐山秋瓜種子萌發的影響及耐熱性鑒定指標初探

付麗軍1，李玉華1，李聰曉1，蘇勝宇1，岳瑾2
(1.唐山市農業科學研究院， 河北 唐山 063000； 2.北京市植物保護站， 北京 100029)

以4個唐山秋瓜品系為試驗材料,在種子萌發期進行不同溫度的高溫處理，研究高溫對其種子萌發的影響，并通過對不同溫度下各品系的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數進行分析，比較不同品系間種子萌發的耐熱差異，從而篩選出唐山秋瓜種子發芽期耐熱性鑒定的溫度指標。試驗結果表明：26～32 ℃是唐山秋瓜種子萌發的適宜溫度。當溫度達到35 ℃以上，4個品系的種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數均呈遞減趨勢，38 ℃處理對4個品系發芽指標的抑制作用顯著高于35 ℃處理，且同一處理溫度下不同品系對高溫脅迫的反應不同。通過對各項指標進行綜合比較分析，認為38 ℃是唐山秋瓜種子萌發期耐熱性鑒定的適宜溫度，適宜鑒定指標為種子活力指數。不同脅迫溫度下唐山秋瓜各品系間的發芽能力存在明顯差異，4個品系中LB在高溫下發芽能力最強，其次為XL，A 5和S 5發芽期耐熱性較差。

唐山秋瓜； 高溫脅迫； 種子萌發； 耐熱性； 鑒定溫度

唐山秋瓜是眾多唐山秋黃瓜品種的總稱，其品質優良、營養豐富、清脆爽口，是非常具有代表性的河北地方特色黃瓜品種，同時也是我國冀東主栽果菜類蔬菜之一[1]。

唐山秋瓜喜溫怕熱，生產試驗表明,田間溫度大于35 ℃會引起高溫脅迫，38 ℃以上就會導致結果不良，產量降低。近年來，隨著全球氣候變暖和設施栽培面積的擴大，高溫已經成為黃瓜生產上的主要限制因素。我國北方保護地生產的設施氣溫?？蛇_到40 ℃以上，夏季露地的氣溫也常達35 ℃以上[2]。篩選耐熱性強的唐山秋瓜種質用于耐高溫新品種選育，是解決高溫黃瓜生產障礙的根本途徑。

黃瓜種質資源耐熱性鑒定是實現耐熱品種篩選的重要途徑。近年來，對于黃瓜種質資源耐熱性鑒定方面的研究已有一些進展，其中種子發芽期耐熱性鑒定技術研究較為廣泛，且成果顯著。多項研究表明，種子萌發期經人工高溫處理可能是篩選黃瓜耐熱種質的有效方法，耐熱性不同的黃瓜品種在種子發芽活力方面存在差異，根據高溫脅迫下種子的發芽指標或形態指標可以鑒定黃瓜品種早期耐熱性高低[3-6]。但是對于耐熱性鑒定溫度及指標的研究上仍存在爭議。車江旅等認為，黃瓜種子在42 ℃下的發芽率能夠作為早期耐熱性鑒定指標來反映品種的耐熱性[3]；孟令波[4]、汪祖程[5]研究表明,42 ℃下種子發芽指數可作為黃瓜種子萌發期的耐熱性鑒定指標，而聶文娟研究認為,38 ℃所篩選出的種子活力指數更適合于黃瓜耐熱性鑒定[7]。

黃瓜種質資源類型豐富多樣，不同生態類型或不同品種的黃瓜耐熱性差異很大，且依品種來源和遺傳特性不同,其高溫發芽能力也有所不同。對于唐山秋瓜在高溫下種子萌發特性和耐熱性鑒定的研究鮮見報道，前人的研究結果是否同樣適用于唐山秋瓜,有待于進一步的驗證。為此，本試驗以4個唐山秋瓜品系為材料，通過研究不同高溫脅迫下種子的萌發特性，初步探索適宜唐山秋瓜種子發芽期耐熱性鑒定的溫度指標，旨在篩選耐熱性較強的唐山秋瓜試材，為唐山秋瓜和黃瓜耐熱性育種提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料A 5、S 5、LB、XL均為唐山秋瓜品系，由唐山市農業科學研究院黃瓜育種課題組提供。所用種子均為 2016年春季采收，挑選飽滿度和整齊度較高的種子用于試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理

將4個唐山秋瓜品系的種子經55 ℃溫湯浸種15 min，冷卻至室溫，繼續浸種5 h。種子處理好后均勻擺放在鋪有2層濕潤濾紙的發芽盒內，每個發芽盒放50粒種子。

1.2.2 試驗處理

將發芽盒內的種子置于恒溫生化培養箱內，在黑暗中萌發。設置26，32，35，38，40 ℃ 5個溫度梯度，以26 ℃為對照。每品系每溫度處理3次重復。每天在相同時間統計種子發芽數，以胚根長度超過1 cm視為發芽，第2天統計發芽勢，第4天統計發芽率和幼苗生長勢(以平均根長cm表示)。

1.2.3 數據統計及處理

發芽勢(%)=第2天發芽種子數/供試種子總數×100%；

發芽率(%)=第4天正常發芽種子數/供試種子總數×100%；

發芽指數=∑Gt/Dt(式中：Gt為在t日的發芽數，Dt為其相應的發芽日數。)；

活力指數=GI×S(式中：GI為發芽指數，S為幼苗生長勢)；

單項指標相對值=高溫脅迫下某項指標的值/26 ℃下該項指標的值。

試驗數據采用SPSS.11數據處理系統進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同溫度梯度對唐山秋瓜種子發芽率的影響

一般來說,唐山秋瓜種子發芽的適宜溫度為25～30 ℃，在參考前人研究的基礎上，設置26 ℃為對照溫度。由圖1可見，32 ℃處理下，4個品系的發芽率與對照相比略有升高，并且發芽率品系間無明顯差異，說明在26～32 ℃范圍內，溫度的升高有利于種子的萌發， 32 ℃同26 ℃一樣，是唐山秋瓜種子萌發的適宜溫度。隨著溫度進一步升高,發芽率呈明顯下降的趨勢；35 ℃下，各品系的發芽率與對照相比顯著下降；38 ℃下種子發芽率進一步降低；當溫度升至40 ℃時，各品系的相對發芽率數值均低于10%，說明種子大多停止發芽，失去了活性。以上結果表明，32 ℃下種子正常萌發，40 ℃下種子趨于死亡，這2種溫度均不適合作為唐山秋瓜種子發芽期的耐熱性鑒定溫度；而35 ℃與38 ℃高溫在一定程度上抑制了唐山秋瓜種子的萌發，因此篩選出35 ℃和38 ℃這2個溫度做進一步研究。

2.2 高溫脅迫對唐山秋瓜種子萌發的影響

2.2.1 高溫脅迫對種子發芽率的影響

發芽率是衡量種子萌發能力的重要指標，發芽率越高說明種子萌發能力越強[8]。由圖2可見，26 ℃下唐山秋瓜4個品系的發芽率在90.67%～95.33%之間，種子正常發芽且品系間無顯著性差異。35 ℃高溫下，4個品系的發芽率與26 ℃相比均有所下降，但各品系下降幅度不同：A 5、S 5、XL 3個品系35 ℃下的發芽率全部顯著低于對照(plt;0.01)，與對照相比發芽率分別下降了13.78%、15.29%和13.45%；而LB品系的發芽率僅下降10.12%，與對照相比無顯著性差異(plt;0.01)，說明LB在35 ℃高溫脅迫下仍能保持較高的發芽率。38 ℃處理下，4個品系的發芽率急劇下降，下降幅度在20.38%～83.98%之間，品系間差距進一步拉大，說明38 ℃高溫對唐山秋瓜種子萌發的抑制強度顯著高于35 ℃。

圖1 不同溫度梯度對唐山秋瓜發芽指標的影響

圖2 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的發芽率

2.2.2 高溫脅迫對種子發芽勢的影響

發芽勢是衡量種子發芽速度和整齊度的重要指標。由圖3可見，3個處理溫度下，品系間的發芽勢差異顯著。35 ℃下，LB和XL的發芽勢雖有降低但與26 ℃相比并無顯著性差異，而A 5和S 5的發芽勢則顯著低于26 ℃處理(plt;0.01)。38 ℃下，A 5和S 5的發芽勢顯著低于26 ℃和35 ℃處理，但LB和XL的發芽勢與35 ℃相比差異不顯著，這表明35 ℃高溫對于LB和XL的發芽勢影響較小，而38 ℃對4個品系的發芽勢影響較大，A 5和S 5品系對高溫脅迫更敏感。

2.2.3 高溫脅迫對種子發芽指數的影響

發芽指數是衡量種子發芽速度快慢的指標，發芽指數越高，說明種子發芽速度越快，出苗越早[8]。由圖4可看出，與26 ℃相比，35 ℃下各品系的發芽指數均有所下降，與對照相比下降幅度分別為6.72%、6.91%、5.34%和9.43%。38 ℃處理下，各品系的發芽指數迅速下降且顯著低于26 ℃和35 ℃處理；4個品系中LB的發芽指數下降幅度最小為17.30%，A 5、S 5、XL的發芽指數與對照相比分別下降了56.74%、62.53%、32.31%，說明38 ℃高溫顯著抑制了唐山秋瓜種子的萌發速度。

圖3 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的發芽勢

圖4 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的發芽指數

圖5 26，35，38 ℃下各唐山秋瓜品系的活力指數

2.2.4 高溫脅迫對種子活力指數的影響

活力指數反映了種子對外界環境的適應能力，表征幼苗能否健壯生長[8]。圖5顯示，35 ℃處理下各品系活力指數顯著低于26 ℃處理(plt;0.01)，下降幅度在16.36%～26.14%之間。38 ℃處理下，種子活力指數進一步下降且明顯低于26，35 ℃處理，各品系間活力指數差異顯著，A 5、S 5、LB、XL的活力指數較對照分別下降了354.0%、392.01%、144.50%和164.32%，說明38 ℃高溫顯著抑制了唐山秋瓜種子的活力指數。

綜合上述結果，35 ℃和38 ℃高溫處理對唐山秋瓜各品系的4項種子萌發指標均有不同程度的抑制，38 ℃比35 ℃的抑制作用更顯著。不同秋瓜品系對高溫脅迫的適應能力不同，4個品系中，LB在35 ℃和38 ℃高溫處理下發芽指標受抑制程度最小，發芽能力最強，而A 5和S 5在高溫脅迫下發芽能力較弱。

2.3 唐山秋瓜種子萌芽期耐熱性鑒定

2.3.1 耐熱性鑒定溫度指標的選擇

由于26 ℃對照處理下4項發芽指標在各品系間均有一定差異，為消除各材料自身的差異，故采用各項指標在高溫和對照下測定值的比值即相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數和相對活力指數，作為進一步篩選唐山秋瓜發芽期的耐熱性指標。35 ℃和38 ℃下4項發芽指標的相對值見表1。從表1可以看出， 35 ℃高溫下，各唐山秋瓜品系間的相對發芽率、相對發芽指數和相對活力指數在0.05和0.01水平上均不存在顯著性差異， LB、XL與A 5、S 5的相對發芽勢在0.05水平上差異顯著，但在0.01水平上仍沒有顯著差異，說明35 ℃高溫雖然對唐山秋瓜的種子萌發產生了脅迫，但脅迫程度較輕，不能區分出品系間的耐熱性差異。而在38 ℃高溫下，各品系的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數都受到了較大程度的抑制且品系間差異明顯，因此38 ℃更適合作為唐山秋瓜種子發芽期的耐熱性鑒定溫度。從各發芽指標上來看，相同處理溫度下，LB的4項發芽指標值均顯著高于其他3個品系，因此認為LB種子萌芽期的耐熱性最強；XL的各項發芽指標低于LB但顯著高于A 5和S 5，耐熱性次之；A 5和S 5耐熱性較差。

2.3.2 種子發芽指標與高溫脅迫的相關性分析

為了驗證種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數是否可以作為種子耐熱性鑒定指標，對26，35 ℃和38 ℃處理下的各種子萌發指標與脅迫溫度的相關性進行了分析，結果見表2。由表2可以看出，各種子萌發指標與脅迫溫度之間的線性關系顯著，發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數隨脅迫溫度的升高而下降，呈明顯負相關；發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數4項指標兩兩之間呈極顯著正相關，說明各發芽指標對高溫脅迫敏感性一致，其中發芽率和活力指數與高溫脅迫溫度相關性達極顯著，說明發芽率和活力指數相比其他2個發芽指標更適宜作為種子萌發期耐熱性鑒定指標。

表1 35，38 ℃高溫下唐山秋瓜種子發芽指標的相對值

溫度品系相對發芽率相對發芽勢相對發芽指數相對活力指數35℃A587．95aA85．32bA93．74aA82．42aAS586．75aA85．20bA93．54aA79．38aALB90．84aA93．55aA94．95aA86．01aAXL88．14aA92．52aA91．38aA83．66aA38℃A559．35cC63．55cC63．82cC22．01cCS554．44cC61．09cC61．53cC20．35cCLB83．13aA93．47aA85．26aA40．92aAXL71．32bB78．43bB75．57bB37．11bB

注：大寫字母表示在0.01水平上顯著相關；小寫字母表示在0.05水平上顯著相關。

表2 種子萌發指標與高溫脅迫溫度的相關系數

指標發芽率發芽勢發芽指數活力指數溫度發芽率10．935??0．937??0．954??-0．794??發芽勢0．935??10．974??0．867??-0．642?發芽指數0．937??0．947??10．920??-0．615?活力指數0．954??0．867??0．920??1-0．79??

注：“**”表示在0.01水平上顯著相關；“*”表示在0.05水平上顯著相關。

3 結論與討論

前人對黃瓜種子發芽極限溫度的研究上存在爭議。孟令波[4]和汪祖程[5]研究表明，45 ℃是黃瓜種子萌發的上限溫度，而稻川認為，黃瓜發芽的極限溫度為40 ℃[9]。本研究結果表明，26～32 ℃是唐山秋瓜種子萌發的適宜溫度，在此范圍內，溫度的升高有利于種子的萌發。當溫度達35 ℃時，唐山秋瓜的種子發芽率開始下降，當溫度升至40 ℃時，唐山秋瓜的發芽率僅為10%左右，說明40 ℃是唐山秋瓜種子發芽的上限溫度，這一結果與稻川等的研究結果較為一致。不同試驗結果可能是由于黃瓜品種或類型不同所致。

在黃瓜[4]、番茄[10]、蘿卜[11]等研究中表明，當溫度超出作物的發芽適溫時，發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數等發芽指標會隨著溫度的升高而降低，并且在同一高溫下，不同類型或品種間的種子發芽能力不同, 隨著溫度的升高, 發芽能力差異加大。本研究結果也符合這一結論。35 ℃高溫即對唐山秋瓜種子萌發產生了抑制，但從品種間來看，消除材料自身差異的影響后，方差分析顯示各品系間的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數等指標均沒有顯著性差異，說明35 ℃雖對發芽產生了影響，但脅迫程度較輕，不足以區分品種間的耐熱性差異。隨著溫度升高到38 ℃，種子發芽的抑制作用明顯高于35 ℃且品系間的發芽能力達到顯著性差異。

利用高溫下的種子發芽指標作為黃瓜早期耐熱性鑒定的方法前人已有研究，但研究結果并不一致。孟令波[4]通過設置不同溫度梯度對黃瓜種子進行處理，測定各品系的發芽指標后得出42 ℃下的發芽指數可作為黃瓜種子萌發期耐熱性的鑒定指標；車江旅等[3]通過測定種子發芽率和幼苗耐熱指數并對二者進行相關分析后得出，42 ℃下的種子發芽率能夠作為早期耐熱性鑒定指標來反映黃瓜品系的耐熱性；而聶文娟[7]和程智慧等[12]認為，38 ℃下的種子活力指數更適合于黃瓜芽期耐熱性鑒定。本試驗結果表明，38 ℃對于唐山秋瓜種子發芽的抑制作用明顯且品系間的發芽能力差異顯著，認為38 ℃適合作為唐山秋瓜種子發芽期耐熱性鑒定的溫度。通過對4項發芽指標與高溫脅迫溫度進行相關性分析，發現發芽率和活力指數這2個指標與高溫脅迫溫度呈極顯著負相關，但從品系間來看，活力指數的變化幅度較發芽率大，即活力指數更能敏捷地反映各品系間的耐熱性差異，因此初步推薦將38 ℃下的活力指數作為唐山秋瓜種子發芽期耐熱性鑒定的溫度指標。依照38 ℃下的種子活力指數，將4個秋瓜品系的耐熱性排序由高到低依次為LBgt;XLgt;A 5gt;S 5。

[1]李聰曉,袁素芳,薛晶,等.唐山秋瓜新品系綠玉[J].蔬菜,2009(10):9-10.

[2]杜永臣.園藝作物高溫逆境生理的研究進展[J].園藝學年評,1996(2):1-13.

[3]車江旅,周生茂,尚小紅,等．黃瓜種質資源耐熱性鑒定[J].浙江農業學報,2012,24(5):808-813.

[4]孟令波.黃瓜耐高溫種質資源篩選及耐高溫特性的研究[D].哈爾濱:東北農業大學,2002.

[5]汪祖程.黃瓜耐熱耐漬性指標鑒定及抗性材料篩選的研究[D]. 武漢:華中農業大學,2008.

[6]孟煥文,張彥峰,程智慧,等.黃瓜幼苗對熱脅迫的生理反應及耐熱鑒定指標篩選[J].西北農業學報,2000,9(1):96-99.

[7]聶文娟.黃瓜耐熱性形態學鑒定技術研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2010.

[8]沈丹婷,劉曉嵩,唐東梅,等. 高溫脅迫下菠菜種子萌發特性及耐熱性[J].上海交通大學學報,2012,30(4):31-38.

[9]稻川.蔬菜生物生理學基礎[M].北京大學譯,農業出版社,1985.

[10]王冬梅. 番茄耐熱性鑒定方法的研究及其種質資源的篩選鑒定[D].哈爾濱:東北農業大學,2003.

[11]梁超英,李錫香,張恩慧.蘿卜種質萌發期耐熱性鑒定方法初探[J].中國蔬菜,2006(S 0):56-60.

[12]程智慧,聶文娟,孟煥文,等.黃瓜耐熱性芽苗期鑒定指標篩選及預測方程的建立[J].西北農林科技大學學報, 2011,39(4):121-126.

Study on the Effects of High Temperature Stress to Seed Germination and the Index of Heat Tolerance in Tangshan Autumn Cucumber

FULijun1,LIYuhua1,LICongxiao1,SUShengyu1,YUEJin2

2017-03-26

河北省科技攻關項目“唐山秋黃瓜夏秋茬種質資源創新”(16226308 D)。

付麗軍(1984—)，女，河北唐山人；助理研究員，碩士研究生，研究方向：蔬菜逆境生理。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.10.087

S 642.2

A

1001-4705(2017)10-0087-04