姜柄瓜不同品种发芽期抗旱性鉴定及评价*

刘院梅，裴徐梨，荆赞革，梁正娇，焦 鹏

(昆明学院 农学与生命科学学院，云南 昆明 650214)

姜柄瓜属于葫芦科南瓜属中国南瓜圆南瓜品种，是云南的优良地方品种，也是滇中地区栽培面积最大的南瓜品种.其嫩瓜品质好，价格稳定，产值效益好[1]，深受消费者喜爱.干旱是制约农业生产的主要生态因子[2]，对农作物的不同生育时期均有影响，尤其种子发芽时期易受干旱影响，将直接影响作物的品质和产量，导致生产受限[3，4].云南省一直以来都是干旱较为严重的地区，农作物的大规模的种植与生产不仅要依赖于水利资源，也要优选抗旱品种，以应对干旱造成的减产损失.因此，筛选抗旱姜柄瓜种质具有重要生产意义[5，6].

种子发芽期是衡量该作物抗旱性强弱的重要时期之一[7].Bouslama M.等[8]提出可以作为干旱胁迫下的种子萌发指标有种子的发芽率、发芽势及萌发指数.郭晓丽[9]对10个不同甘蓝型油菜品种萌发期进行PEG胁迫，提出种子萌发期抗旱性评价方法，并采用隶属函数法[10，11]进行抗旱性综合评价.王敬东[12]以胚芽鞘的长度为参考值，胚根长可作为春小麦萌发期的抗旱指标来鉴定抗旱材料[12].张树林[13]采用20%的PEG对小麦进行模拟干旱胁迫，结果表明发芽势、芽长、根鲜重等指标可以用于萌发期抗旱性鉴定的筛选依据.

在玉米[14-17]、小麦[18，19]、绿豆[20]、水稻[21]等植物的耐旱性研究中常使用PEG溶液来模拟干旱胁迫.但在姜柄瓜种子萌发期抗旱性方面的研究报道较少.本试验拟对姜柄瓜发芽期的抗旱性进行鉴定，以期筛选出优质抗旱品种，同时为姜柄瓜抗旱育种提供一定的理论依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试种均为云南栽培生产常用姜柄瓜品种，详见表1.

表1 各姜柄瓜品种信息

1.2 试验方法

首先，随机选取供试姜柄瓜品种进行预试验，分别配置质量分数为5%，10%，15%，20%和25%的PEG-6000(以下简称PEG，天津市科密欧化学试剂有限公司生产)溶液为培养液，并以清水(CK)作对照，重复3次，在上海一恒科学仪器有限公司生产的光照培养箱中培养(温度：30 ℃，时长：7 d，光照强度(光合有效辐射)为 150 μmol/(m2·s).发芽试验中测量各相关测定指标，并进行分析，从而筛选出适宜的PEG质量分数进行进一步试验.然后，以筛选出的适宜PEG溶液模拟干旱对19种姜柄瓜品种进行发芽期抗旱性鉴定.测量并记录数据进行整理和统计分析，从而筛选出抗旱的姜柄瓜品种.试验设3次生物学重复.

1.3 指标测定和计算公式

测定指标有胚根长、胚轴长、鲜质量、发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数，公式参考廖博通[22]等人的方法.

发芽势(GP)=(PEG处理下第 4 d 种子发芽数/每个皿种子总数)×100%；

(1)

发芽率(GR)=(PEG处理下第7 d种子发芽数/每个皿种子总数)×100%；

(2)

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt；

(3)

活力指数(VI)=S×GI.

(4)

式中：Gt代表种子发芽数，Dt代表相应种子萌发天数，S代表鲜质量(g).

1.4 耐旱性综合评价

本试验采用隶属函数法对姜柄瓜品种各项指标进行综合评价，具体参考孙彩霞等[10]和龚明[11]的抗旱鉴定评价方法.计算公式如下：

U(Xj)=u(Xj)=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin),j=1,2,3…,

(5)

式中，u(Xj)为姜柄瓜第j个指标的隶属函数值；Xij为姜柄瓜第i个品种第j个指标的测定值；Xmax、Xmin为各供试姜柄瓜品种中第j个指标测定值的最大值和最小值.总隶属函数值：各项指标的隶属函数值求和算其平均值，总隶属函数值越大，耐旱性越强.

1.5 数据统计及分析

试验数据采用Excel 2010进行数据分析及差异性分析、相关性分析，聚类分析采用SPSS 25软件.

2 结果与分析

2.1 姜柄瓜干旱胁迫溶液PEG质量分数筛选

2.1.1 不同PEG质量分数对测定指标的影响

图1 不同质量分数PEG溶液处理后 种子胚根长和胚轴长

随着PEG质量分数的升高，姜柄瓜胚根长和胚轴长明显呈下降趋势，当PEG质量分数高达25%，出现了种子无法生长胚轴的现象.显然PEG溶液对胚轴生长的抑制比胚根更强(图1).由表2可见，随着PEG质量分数的上升，种子鲜质量呈下降趋势.胚根长在5%PEG、25%PEG的处理下较对照组分别减少了 3.17 cm、1.72 cm，胚轴长在5%PEG、25%PEG的处理下较对照组分别减少了 16.22 cm、10.99 cm.可见胚轴长受PEG溶液的影响更大.和对照组相比，发芽指数随着PEG质量分数的升高先增加0.2后在减少1.7.经过5%PEG处理后样品的活力指数较对照组下降29.44，经25%PEG处理后样品的活力指数较对照组下降114.70.当PEG质量分数>10%，发芽指数和活力指数随PEG质量分数变化不明显.除发芽指数没有显著差异外，其余指标的差异都较为显著(P<0.05).由此可见，PEG溶液对姜柄瓜种子有明显的抑制作用，各PEG质量分数处理下的胚根长、胚轴长、鲜质量、发芽指数、活力指数与对照组相比都被抑制，抑制程度随质量分数升高而增强，指标间的变化程度随着PEG质量分数的升高先变化明显后变化减弱.

表2 不同质量分数的PEG溶液处理下姜柄瓜种子各测定指标与CK对比

2.1.2 不同处理测定指标差异性分析

和对照组(CK)相比(表3)，发芽指数指标没有达到显著性差异(P≥0.05)，在PEG质量分数为5%时除姜柄瓜胚根长未达到显著性差异(P≥0.05)，其余都具有显著性差异(P<0.05).在PEG质量分数为0(CK)到15%区间内各处理间除发芽指数外都差异性显著，PEG质量分数超过10%的各项指标间差异不显著.PEG质量分数从0(CK)到10%区间内处理间除发芽指数外差异性显著，10%以后处理间差异不显著.

综上所述：各项测量指标在PEG质量分数从0(CK)到10%总体差异显著，在10%之后差异不显著，所以10%的PEG浓度为姜柄瓜模拟抗旱处理的最适质量分数.

表3 不同质量分数的PEG溶液处理下姜柄瓜种子各测定指标

2.2 不同姜柄瓜品种抗旱性综合分析

2.2.1 姜柄瓜测定指标的变异分析

在10%PEG胁迫下姜柄瓜品种的抗旱相关性状指标差异明显(表4、表5)，其中发芽势在20%～90%之间，发芽率在23.33%～96.67%之间，发芽指数在2.02%～11.61%之间，活力指数在5.70%～46.76%之间，胚根长在0.57～5.17 cm 之间，胚轴长在0.35～2.78 cm 之间，鲜质量在2.42～3.95 g 之间.鲜质量的变异系数0.13为最小，活力指数的变异系数0.54为最大.

表4 姜柄瓜种子干旱胁迫下发芽相关指标的统计数据

表5 姜柄瓜种子干旱胁迫下发芽相关指标的变异系数

2.2.2 干旱胁迫对各项测定指标的影响

利用10%PEG溶液对不同姜柄瓜种子模拟干旱胁迫，19个姜柄瓜品种的发芽相关指标均受到了抑制，各品种的抑制程度存在差异(表6).在所测品种当中，发芽势指标的最大值是G11的90%，最小值是G9的20%.发芽率指标达到90%及以上的品种有G3、G7、G11、G13，最小值是G9的23%.胚根长的最大值是G14(5.17 cm)，其余大多数介于2.00～3.00 cm，最小值是G17的 0.57 cm.G7、G11、G13、G14和G16的胚轴长明显高于其余14个品种，其余多数胚轴长介于1.00～3.00 cm 之间，最小值是G17的 0.35 cm.鲜质量多数介于3.00～4.00 g 之间，其最小值是G6的 2.42 g，差异较小.发芽指数指标在11～12之间的有G7、G11、G13和G16，最小值是2.02(G9).活力指数指标测量值介于40～50的有G7、G11、G13、G14，最小值是5.70(G9).

表6 各品种姜柄瓜种子干旱胁迫下发芽相关测定指标

续表6

综上所述，各品种间的抗旱指标表现出较高的差异.而鲜质量这个指标的差异明显低于其他各项指标，说明鲜质量受到干旱胁迫的影响较小.并且品种间抗旱指标高低不同，所以单一指标进行姜柄瓜抗旱性鉴定不够准确，若要体现出评价结果的准确性需综合分析.

2.2.3 不同测定指标间的相关性分析

相关性分析表明，7个指标间均成正相关(表7).其中，胚根长与胚轴长、发芽指数与活力指数，这2个指标的相关性系数最高，r=0.986.发芽率与鲜质量指标的相关性系数最小，r=0.749，其余指标相关性系数均在这两者之间，相关性系数值整体较高，说明这些指标与指标之间的变化具有一致性和相关性，关联程度较高.下一步采用隶属函数法对19个品种进行抗旱性综合评价分析.

表7 不同测定指标间相关性分析

2.2.4 各测定指标隶属值及综合分析

计算7个测定抗旱指标的隶属函数值，对姜柄瓜发芽期的抗旱性进行综合评价，总隶属值越大，抗旱性越强.

供试姜柄瓜品种的总隶属值均在0.04～0.99之间，抗旱性最强的是G11，其次是G7、G14，总隶属函数值大于0.9，总隶属值达到0.8以上的还有G16、G13.此外，抗旱性最弱的是G9，总隶属函数值为0.04.隶属函数值的综合排序详见表8，从中可以清晰看到每个品种的测定指标的隶属值以及抗旱性排序，排序越靠前的总隶属值越高抗旱性越强.

表8 各品种姜柄瓜种子干旱胁迫下各发芽相关指标隶属函数值

2.2.5 聚类分析及品种抗旱性等级分类

图2 姜柄瓜抗旱指标隶属函数值聚类分析

在10%PEG溶液处理下测定指标进行系统聚类分析(图2).根据总隶属函数值对19个姜柄瓜品种进行抗旱性等级的划分.

结果表明，在欧氏距离为5处，可将19份姜柄瓜供试材料划分为4个类型.第1类为G19、G15、G2、G5、G10、G12，6份种质，其主要特征是发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、胚轴长、鲜质量的测量值偏低，属于干旱较敏感型，在干旱地区不适宜种植.第2类为G1、G8、G4、G3，4份种质，其主要特征是发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、胚轴长、鲜质量的测量值较高，属于较抗旱型，一般较干旱地适宜种植，第3类为G6、G9、G17、G18，4份种质，其主要特征是发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、胚轴长、鲜质量的测量值相比于其他3类的值最低，属于不抗旱型，干旱地区不适宜种植.第4类为G13、G16、G11、G14、G7，共5份种质，其主要特征是发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、胚轴长、鲜质量的测量值在这4类中最高，属于抗旱型，适宜在干旱地区种植.此结果与上述隶属函数值分析结果一致.试验结果当中的抗旱品种G7、G11、G13、G14和G16可作为优良抗旱种质资源.

3 讨论

干旱是姜柄瓜在生产中要面临的主要问题之一，筛选出优良的抗旱品种对于姜柄瓜干旱胁迫研究具有重要意义.但单一指标鉴定姜柄瓜抗旱性不够准确，比如鲜重这个指标的差异明显低于其他各项指标，说明鲜重受到干旱胁迫的影响较小，这有可能与代谢和鲜质量自身的特性相关.并且品种间抗旱指标高低不同，所以单一指标进行姜柄瓜抗旱性鉴定不够准确，若要体现出评价结果的准确性需综合分析.

不同品种间同一指标变化差异较大，差异变化较为分散，没有系统的区分，鲜质量指标在干旱胁迫下的影响较小，变异系数最小为0.13，因此，本实验采用隶属函数法和聚类分析法对姜柄瓜品种的各项指标进行综合评价.

鞠乐等[23]、任毅等[24]以PEG溶液作为胁迫剂来对植物种子萌发期进行干旱胁迫模拟试验，结果表明，可以把种子发芽率、种子发芽势、种子发芽指数、活力指数、根长、芽长作为萌芽期抗旱性鉴定的主要指标.这与本研究进行的姜柄瓜发芽期抗旱性指标鉴定的结果一致.为了进一步验证各项指标之间抗旱性的准确程度，本研究对PEG-6000溶液质量分数进行筛选，结果发现在10%的PEG-6000质量分数下各项指标的抗旱表现最好，在选取PEG质量分数的参考方法上，这与冯举伶等[25]以20%PEG溶液作为胁迫剂对春小麦萌发期指标进行干旱胁迫模拟试验时一致，以10%PEG溶液对姜柄瓜进行胁迫试验，对各项指标之间进行相关性分析.结果显示，各项指标间均成正相关，整体相关性系数较高，表明指标与指标之间相关性较高，这也从侧面表明本试验所选取的供试姜柄瓜品种可用于干旱胁迫实验.这7项指标的综合评价可以有效地对姜柄瓜发芽期的抗旱性进行鉴定，同时也说明不同作物之间抗旱鉴定指标的选取具有相似性，抗旱机理也有可能相似.

作物的抗旱机制非常复杂，需要鉴定多个抗旱性指标来进行综合分析[26].各品种间的抗旱指标都表现出较高的差异.并且不同的抗旱指标在PEG干旱胁迫下的变化不同.不同性状在干旱胁迫下做出的响应各异[27].本试验利用10%PEG溶液作为胁迫剂对19份姜柄瓜品种进行萌发期抗旱性鉴定，通过对种子的发芽势、发芽率、胚根长、胚轴长、鲜质量、发芽指数和活力指数指标的测定，分析品种间抗旱性的指标差异，然后利用隶属函数法和聚类分析法进行抗旱性综合分析.结果表明，抗旱型品种有5个：G7、G11、G13、G14和G16，其余14个品种抗旱性较差，不适宜做抗旱品种使用，抗旱品种可提高干旱地区的姜柄瓜种子育苗发芽率，在干旱环境下有利于产量的提高，本研究结果可为姜柄瓜抗旱品种育种提供材料，并为姜柄瓜种子萌发期抗旱鉴定提供参考.