華北型黃瓜苗期耐低溫能力的篩選

蘆 露，李寶華，蔣欣梅，于廣建*，于錫宏*，李一凡

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，哈爾濱150030；2.黑龍江省農(nóng)科院黑河分院，黑龍江 黑河 164300)

溫度是植物自然地理分布的主要限制因素,也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需條件之一,還是植物的生育動(dòng)力的數(shù)量因子,因?yàn)橹参镆獙?shí)現(xiàn)一定的生長(zhǎng)量或完成某一生育時(shí)期必須要有一定量的活動(dòng)積溫[1]。黃瓜(Cucumis sativus L.)野生種起源于喜馬拉亞山麓,經(jīng)長(zhǎng)期馴化，現(xiàn)已成為世界各國(guó)廣泛栽培的主要蔬菜。冬季溫室黃瓜生產(chǎn)普遍存在的問(wèn)題是長(zhǎng)期的偏低溫條件(即白天經(jīng)常低于20℃；夜間處于10～12℃或更低)以及短期的臨界低溫(白天低于15℃；夜間處于4～8℃),前者使黃瓜生理活動(dòng)失調(diào)、“化瓜”嚴(yán)重、產(chǎn)量下降[2]，后者常使黃瓜植株發(fā)生冷害，嚴(yán)重時(shí)造成成片死株甚至絕產(chǎn)。關(guān)于溫度對(duì)黃瓜的影響,前人做了大量的工作,包括溫度對(duì)黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成、生理生化及光合作用的影響[3]。

從目前的研究來(lái)看，前人的研究大多都是黃瓜耐低溫性的鑒定[4-7]。而對(duì)品種間耐冷能力的篩選鑒定研究報(bào)道較少。黃瓜的耐冷力與低溫冷害有直接的關(guān)系，而耐冷力的強(qiáng)弱則是黃瓜自身長(zhǎng)期適應(yīng)環(huán)境形成的，并受遺傳因素控制的一種生理特性，存在著不同品種之間的差異[8]。聚類分析是將數(shù)據(jù)合理歸類的一種方法,它把分類對(duì)象按一定的規(guī)則分組或類，這些組或類不是事先給定的，而是根據(jù)數(shù)據(jù)特征而定的。在一個(gè)給定的類里，這些對(duì)象在某種意義上是傾向于彼此相似，而在不同的類里的對(duì)象差別較大[9]。

本文以30份華北型三葉一心期黃瓜為試驗(yàn)材料分析冷害指數(shù)、電導(dǎo)率、自由水、束縛水、自由水/束縛水5個(gè)植物幼苗耐冷性的基本指標(biāo)，通過(guò)聚類分析明確不同材料耐冷力的強(qiáng)弱，對(duì)于選擇適宜的栽培品種、栽培地區(qū)以及育種中的親本選配等都有實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012～2013年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施園藝中心和蔬菜生產(chǎn)設(shè)施工程與環(huán)境調(diào)控實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，供試材料的來(lái)源名稱及代碼見(jiàn)表1。

表1 30份華北型黃瓜品種

1.2 試驗(yàn)方法

4月1日于溫室內(nèi)播種育苗，幼苗子葉展平時(shí)分苗于8 cm×8 cm營(yíng)養(yǎng)缽中，正常管理。當(dāng)黃瓜幼苗長(zhǎng)至三葉一心時(shí)，選取形態(tài)及長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗直接放入PQX-450B-30H型人工氣候箱中進(jìn)行低溫脅迫處理。溫度為(12±1)℃/(6±1)℃ (晝 /夜)，連續(xù)處理 8 d，每個(gè)品種處理 50株，在低溫脅迫結(jié)束后進(jìn)行冷害指數(shù)、電導(dǎo)率、自由水、束縛水的測(cè)定，3次重復(fù)。冷害指數(shù)的測(cè)定參照姜述君等標(biāo)準(zhǔn)[10]，電導(dǎo)率的測(cè)定參照郝再彬等方法[11]，自由水和束縛水的測(cè)定采用郝建軍等方法[12]。應(yīng)用皮爾遜積差相關(guān)進(jìn)行相關(guān)性分析，O-rigin 8.0軟件進(jìn)行繪圖。運(yùn)用SPSS系統(tǒng)聚類法進(jìn)行聚類分析，以歐氏距離作為品種間距離，以類平均法為聚類方法，結(jié)果用樹(shù)狀圖表示。

2 結(jié)果分析

2.1 不同華北型黃瓜幼苗品種間冷害指數(shù)的差異

通過(guò)對(duì)30份材料的冷害指數(shù)進(jìn)行方差分析表明(表2)，低溫脅迫對(duì)不同品種黃瓜幼苗冷害指數(shù)表現(xiàn)不一，本試驗(yàn)中將冷害指數(shù)小于2.0的材料定為強(qiáng)耐冷型，將冷害指數(shù)在2.0～3.0之間的材料定為弱耐冷型，將冷害指數(shù)大于3.0的材料定為冷敏感型。冷敏感型的材料有11、15、17、1、16、9、23、20、16、18、25，其中材料 11 與 15、17 之間差異不顯著，但顯著高于其他材料；強(qiáng)耐冷型材料有 29、30、27、24、14、12、4，其中材料 4、12 的冷害指數(shù)與材料14、24、27之間差異不顯著，而顯著低于其他材料。其余材料為弱耐冷型。

表2 不同華北型黃瓜幼苗品種間冷害指數(shù)的差異

2.2 華北型不同耐冷能力黃瓜幼苗電導(dǎo)率差異

低溫誘導(dǎo)處理能使黃瓜幼苗細(xì)胞膜透性增大。從圖1得知，不同耐冷能力的黃瓜幼苗電導(dǎo)率值有明顯的變化規(guī)律。冷敏感型材料電導(dǎo)率總體大于弱耐冷型，二者均大于強(qiáng)耐冷型。對(duì)于冷敏感型材料，電導(dǎo)率高的材料有11、15、17，電導(dǎo)率低的材料有23、26。對(duì)于強(qiáng)耐冷型材料，材料30電導(dǎo)率最高，除了與24差異不明顯外，明顯高于該組其他的材料；材料12電導(dǎo)率最低，明顯低于30和27，而與該組其他材料不明顯。

圖1 華北型不同耐冷能力黃瓜幼苗電導(dǎo)率差異

2.3 華北型不同耐冷能力黃瓜幼苗自由水、束縛水、自由水/束縛水的差異

圖2 華北型不同耐冷能力黃瓜幼苗自由水差異

圖3 華北型不同耐冷能力黃瓜幼苗束縛水差異

從圖2～4得知，不同耐冷能力的黃瓜幼苗葉片中的自由水、束縛水、自由水/束縛水的值有明顯的變化規(guī)律。冷敏感型材料自由水含量和束縛水/自由水的值總體大于弱耐冷型，二者均大于強(qiáng)耐冷型；冷敏感型材料束縛水含量總體小于弱耐冷型，兩者均小于強(qiáng)耐冷型。其中在冷敏感型材料中，材料11、16自由水含量除了不明顯高于9、23外，明顯高于該組其他材料；材料11的束縛水含量最低；材料11的自由水/束縛水的值最大。而在弱耐冷型材料中，材料30的自由水含量最低，明顯低于材料4，不明顯低于該組其他材料；材料30的束縛水含量最高；材料30的自由水/束縛水的值最小。

圖4 華北型不同耐冷能力黃瓜幼苗自由水和束縛水比值的差異

2.4 不同華北型黃瓜幼苗品種對(duì)冷害指數(shù)、電導(dǎo)率、自由水/束縛水的聚類分析

30份材料對(duì)冷害指數(shù)、電導(dǎo)率、自由水/束縛水進(jìn)行聚類如圖5所示。當(dāng)遺傳距離為15時(shí)，可將30份材料分為3個(gè)類群，第Ⅰ類群共有13個(gè)品 種 :18、20、26、25、9、16、17、22、23、3、27、19、11，占 43.3%；第Ⅱ類群共有 11 個(gè)品種：1、15、2、8、6、13、17、10、12、4、5，占 36.7%；第Ⅲ類群有 6個(gè)品種：24、30、28、14、29、21，占 20%。

圖5 黃瓜耐冷指標(biāo)聚類分析

3 討論與結(jié)論

黃瓜的耐冷力與低溫冷害有直接的關(guān)系，而耐冷力的強(qiáng)弱則是黃瓜自身長(zhǎng)期適應(yīng)環(huán)境形成的，并受遺傳因素控制的一種生理特性，存在著不同品種之間的差異[8]。本試驗(yàn)根據(jù)冷害指數(shù)大小把30份華北型黃瓜幼苗分為三類即：冷敏感型、弱耐冷型和強(qiáng)耐冷型。植物電導(dǎo)率的變化是反映植物受逆境脅迫后細(xì)胞膜透性變化的重要生理指標(biāo),低溫對(duì)植物的傷害始于細(xì)胞膜系統(tǒng)，低溫脅迫可引起植物細(xì)胞膜透性的改變，使細(xì)胞膜的半透性降低或喪失，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外滲，電導(dǎo)率增加。對(duì)于冷敏感型材料，電導(dǎo)率高的材料有11、15、17這與表2中材料11與15、17的冷害指數(shù)之間差異不顯著，但顯著高于其他材料相符合。強(qiáng)耐冷型材料12的電導(dǎo)率最低，明顯低于30和27，與該組其他材料不明顯，這與表2中材料4、12的冷害指數(shù)與材料14、24、27之間差異不顯著低于其他材料有一定的差異。

自由水和束縛水在植物生命活動(dòng)中所起的作用不同。自由水參與植物體內(nèi)各種代謝活動(dòng)，其含量直接影響植物的代謝強(qiáng)度。自由水/束縛水值的高低與植物生長(zhǎng)及抗寒性有密切關(guān)系。自由水與束縛水是水分在植物體內(nèi)2種不同的存在狀態(tài)。自由水/束縛水值高時(shí)，植物組織或器官的代謝活動(dòng)旺盛，生長(zhǎng)也較快，抗逆性較弱；反之，則生長(zhǎng)較緩慢，但抗性較強(qiáng)。在低溫鍛煉過(guò)程中葉片含水率下降，自由水/束縛水值變小了，有利于提高植物體的抗寒能力，這已被研究證實(shí)[13-14]。冷敏感型材料中，材料11的自由水/束縛水的值最大，與表1中材料11的冷害指數(shù)最大相一致。材料11、16自由水含量除了不明顯高于9、23外，明顯高于該組其他材料這，與表2中材料11、16的冷害指數(shù)顯著不相關(guān)不一致。材料30的束縛水含量最高，這與表 2 中材料 4、12、14、24、27 的冷害指數(shù)顯著小于其他材料不一致。

對(duì)于電導(dǎo)率大小、自由水含量、束縛水、自由水/束縛水值這些與低溫脅迫有關(guān)的生理指標(biāo)中，不同耐冷能力的材料表現(xiàn)不同，其中在電導(dǎo)率、自由水含量、自由水/束縛水冷敏感型材料＞弱耐冷型＞強(qiáng)耐冷型；束縛水冷敏感型材料＜弱耐冷型＜強(qiáng)耐冷型。本試驗(yàn)中，電導(dǎo)率、自由水、束縛水、自由水/束縛水值測(cè)定結(jié)果中均有與冷害指數(shù)結(jié)果不同的差異存在，這可能是因?yàn)槔浜χ笖?shù)是經(jīng)過(guò)肉眼觀察，統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其中可能存在一些誤差。因此要對(duì)多個(gè)材料進(jìn)行耐冷能力篩選時(shí)，需進(jìn)行多個(gè)指標(biāo)的聚類分析。本試驗(yàn)采用聚類分析方法，把冷害指數(shù)、電導(dǎo)率、自由水/束縛水值三組數(shù)據(jù)綜合分析，最終得出材料 3、9、11、16、17、18、19、20、22、23、25、26、27 為冷敏感型；材料 1、2、4、5、6、8、10、12、13、15、17 為弱耐冷型；材料14、21、24、28、29、30 為強(qiáng)耐冷型。

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