西瓜種子萌發期的耐冷性和耐熱性

周 丹，王吉明，李 娜，尚建立，馬雙武

（中國農業科學院鄭州果樹研究所 鄭州 450009）

西瓜（Citrullus lanatusvar.lanatus）的栽培種植范圍廣泛，味甘多汁，不僅是消熱解暑的最佳水果，還對某些疾病具有輔助治療的功效，是夏季的常見水果。隨著人們消費水平的提高，西瓜的跨季節栽培也越來越普遍。而溫度是限制西瓜跨季節栽培的主要因素，不論是早春栽培時的低溫還是秋延栽培時的高溫，都會給西瓜的栽培種植帶來巨大影響。研究表明，西瓜種子發芽適宜溫度為25～35℃,最適溫度為30℃左右[1]。因而在栽培時通常采用30℃左右作為種子催芽溫度，過高或過低的溫度都可能延長西瓜種子的發芽時間。關于西瓜的耐冷性和耐熱性研究多以幼苗為試驗材料[2-3]，且大多是以西瓜砧木品種為研究對象[4-6]，針對西瓜種子萌發時期以及種質資源的耐冷性和耐熱性篩選的研究相對較少。目前我國西瓜種質資源規模迅速擴大，種質類型呈現多樣化[7]，其中不乏耐冷耐熱資源品種。筆者用普通栽培品種西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜、藥西瓜和四倍體西瓜各3～5份種子進行了不同溫度萌發試驗，探究西瓜種子萌發期的耐冷性和耐熱性，以期為低溫或高溫耐受力較強的西瓜品種篩選與利用提供方法依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用西瓜材料共20份，編號X1～X20，均選自中國農業科學院鄭州果樹研究所國家西瓜甜瓜中期庫（National mid-term genebank for watermelon and melon）。其中X1～X5為隨機選擇的普通栽培二倍體西瓜（以下稱為普通西瓜），X6～X9為黏籽西瓜，X10～X13 為野生西瓜，X14～X16 為藥西瓜，X17～X20為四倍體西瓜。

1.2 方法

試驗于2017年春季在中國農業科學院鄭州果樹研究所國家西瓜甜瓜中期庫實驗室內完成。為了確定合適的低溫和高溫處理溫度，根據前人研究西瓜、甜瓜種子在不同溫度下的萌發情況[8-9]，在預備試驗基礎上并結合實際工作需要，選用33℃為最適發芽溫度，20℃為低溫處理溫度，40℃為高溫處理溫度。

將每份西瓜種子分成3組，每組試驗種子數為30粒。種子統一在20℃浸種24 h，甩干水分后，分別放入設定好溫度的恒溫培養箱中進行催芽。從處理的第2天開始每天統計各溫度下不同西瓜材料種子萌發數，至第8天各處理發芽種子數均不再增加視為完全發芽。

1.3 數據處理

通過統計和計算西瓜種子的發芽勢、發芽率、發芽指數，分析比較不同類型西瓜種子萌發過程的耐冷性和耐熱性。

1.3.1 發芽勢與最大萌發狀態的統計 在不同溫度培養條件下，統計西瓜種子發芽勢，確定最佳萌發狀態時間。發芽勢=（當天發芽種子總數/試驗種子總數）。最佳萌發狀態：西瓜種子的發芽勢達到最大值的狀態為最佳萌發狀態。

1.3.2 發芽率的和發芽指數的統計與計算 計算不同溫度培養條件下西瓜種子的發芽率和發芽指數，并進行統計分析。

發芽率/%=（種子達到完全發芽時發芽種子數/試驗種子總數）×100。

發芽指數= ∑（Gt/Dt）；Dt指不同發芽時間；Gt指不同發芽時間時的發芽總數。通過計算發芽指數的下降比例推斷低溫和高溫對種子萌發的影響。

2 結果與分析

2.1 不同類型西瓜種子發芽勢比較分析

2.1.1 對照（33℃）條件下不同類型西瓜種子的發芽勢 在33℃條件下（表1），所有西瓜種子均在1 d內啟動萌發，甚至有部分品種（普通西瓜X3，野生西瓜 X11、X13，四倍體西瓜 X18、X19）已達到最佳萌發狀態。絕大部分西瓜（除藥西瓜X15外）均在第3天能夠達到最佳萌發狀態，此后種子發芽勢不再增長。

表1 對照組（33℃）條件下不同類型西瓜種子0～8 d發芽勢

2.1.2 低溫（20℃）條件下不同類型西瓜種子的發芽勢 在20℃低溫條件下（表2），第1天全部試驗材料的種子發芽勢為0，表明此時種子尚未萌發，培養第3天，大部分野生西瓜和全部四倍體西瓜均已達到最佳萌發狀態。而普通西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜、藥西瓜則在第5天基本能夠達到最佳萌發狀態。表明在種子萌發期，野生西瓜和四倍體西瓜較其他類型的西瓜可能具有更好的耐冷性。

表2 低溫（20℃）條件下不同類型西瓜種子0～8 d發芽勢

2.1.3 高溫（40℃）條件下不同類型西瓜種子的發芽勢 高溫（40℃）條件下（表3），除普通西瓜和藥西瓜的個別品種，其余西瓜均于1 d啟動萌發。除個別品種（普通西瓜X5），絕大部分西瓜均在1～4 d達到最佳萌發狀態，其中四倍體西瓜和野生西瓜分別在第2天和第3天全部達到最佳萌發狀態，早于大部分普通西瓜、黏籽西瓜、藥西瓜，表明四倍體西瓜和野生西瓜在高溫培養條件下較其他類型西瓜萌發速度更快，四倍體西瓜和野生西瓜較其他類型的西瓜可能具有更好的耐熱性。

表3 高溫（40℃）條件下不同類型西瓜種子0～8 d發芽勢

綜合上述分析結果可知，大部分野生西瓜和四倍體西瓜種子在低溫和高溫下較其他類型種子更早達到最佳萌發狀態，可能具有更好的耐冷性和耐熱性。絕大部分西瓜種子在萌發5 d（20℃）、3 d（33℃）或4 d（40℃）后即可基本達到最佳萌發狀態，此后直到第8天種子發芽勢的變化不大。因此，筆者認為以33℃為對照，可以將西瓜種子耐冷性試驗時長縮減為5 d，耐熱性試驗時長縮減為4 d，下文中所用數據皆以此為標準。

2.2 不同西瓜種子的發芽率比較與耐冷性、耐熱性分析

2.2.1 低溫下西瓜種子發芽率比較及耐冷性分析 在20℃條件下，20份西瓜種子的發芽都受到一定程度的抑制，所有種子均在2 d后才開始萌發，大部分種子第5天才達到基本萌發狀態，發芽指數普遍降低（表4）。但不同類型的西瓜種子萌發受抑制的程度各不相同。

表4 20℃條件下不同類型的種子萌發數據統計分析

普通西瓜（X1～X5）中，不同材料的耐冷性差異較大。從表4可以看出，X1、X3、X5發芽率都與對照組一致，屬于耐冷性較好的品種；X2和X4受低溫處理影響較大，發芽率均下降50%以上，但從發芽指數來看，X4對低溫處理相對更敏感。不同黏籽西瓜（X6 ～X9）耐冷性也各不相同。X6、X7、X8耐冷性較好，發芽率與對照組相比變化不大；而X9的發芽率和發芽指數均下降了50%以上，表明該材料在低溫下種子活力顯著降低，耐冷性較差。低溫處理對野生西瓜（X10～X13）和四倍體西瓜（X17～X20）種子發芽率的影響相對較小。這8個材料中，除了X13在低溫下的萌發活力降低，其余7個材料的發芽率均與對照組沒有明顯差異。表明野生西瓜和四倍體西瓜種子萌發期的耐冷性普遍較強。低溫處理對藥西瓜（X14～X16）萌發的影響最大，3份藥西瓜發芽指數降低百分比均達到85%以上，種子活力均受到顯著抑制，其中X16在20℃下一直未有萌發跡象。

綜合分析表4數據并結合表2中不同類型西瓜的發芽勢結果表明，四倍體西瓜耐冷性較強，而藥西瓜耐冷性較差。不同的野生西瓜、黏籽西瓜及普通西瓜耐冷性差異較大。

2.2.2 高溫下西瓜種子發芽率比較及萌發期的耐熱性分析 綜合表4、表5數據發現，高溫處理對西瓜種子萌發的影響比低溫處理要小，發芽指數與對照相比下降幅度更小。但某些同一類型不同品種的種子在高溫下的萌發情況差異較大。

普通西瓜（X1～X5）在高溫處理中的耐受力各不相同，X1、X3、X4屬于對高溫具有一定耐受力的品種，3者的耐熱性表現為X3＞X1＞X4。發芽指數降低比率顯示X2、X5受抑制的程度較大，表明它們對高溫處理非常敏感。黏籽西瓜（X6～X9）普遍表現出較好的耐熱性。雖然黏籽西瓜發芽率、發芽指數均略有降低，但降低的差值都不大。藥西瓜（X14～X16）對高溫的耐受力則各不相同。對低溫表現出良好耐受力的四倍體西瓜對高溫也表現出有較好的耐受力，X17～X20的萌發數據與對照組（33℃）基本一致。同樣對低溫耐受力良好的野生西瓜中，X10、X11、X12的萌發數據變化不大，表明它們具有較好的耐熱性。但X13的發芽率和發芽指數均有明顯降低，表明該其耐熱性相對其他3個材料較差。

綜合分析表5發芽指數下降百分比，結合表3中不同類型西瓜的發芽勢，我們發現四倍體西瓜種子萌發期的耐熱性最好，大部分黏籽西瓜也都有較好的耐熱性；而對于普通西瓜、野生西瓜及藥西瓜，同一類型中不同品種的耐熱性差異較大。

表5 40℃條件下不同類型的種子萌發數據統計分析

3 討論

植物種子發芽是一個復雜的過程，期間成熟種子必須迅速從休眠狀態轉變為萌芽狀態，并為幼苗生長做準備，該過程具有重要的經濟和生態意義[10-11]。植物種子萌發是植物繁殖的主要特征和重要過程，是植物生命周期中最關鍵的時期，也是極易受到外界環境影響的時期[12]，溫度條件在此過程中尤為重要。

從萌發數據對比可以看出，不同類型西瓜種子萌發期的耐冷性和耐熱性存在較大差異。多倍體植物染色體倍數較高，通常具有更為優良的性狀，如葉、花、果增大，適應性廣，抗逆性強等。研究表明，四倍體西瓜相比于二倍體親本除擁有更高的雜合度，且具有適應性強、抗逆性強，如耐鹽等特性[13]。劉文革等[14]通過對不同倍性的西瓜幼苗低溫脅迫處理還發現，四倍體西瓜相較其二倍體親本具有較強的耐冷性，這與本試驗中四倍體西瓜在種子萌發期對低溫和高溫均有較好的耐受性的結果是一致的。野生西瓜原產非洲，具有較強的野生性狀和抗逆性。而本試驗中，除了X13對低溫和高溫的耐受力均相對較差外，其余3個材料在高溫和低溫處理中的發芽率變化不大，表現出較強的耐冷性和耐熱性。藥西瓜主產于北非、中亞和西亞各國，具有很強的野生性和抗逆性，而本試驗所用的藥西瓜均表現出萌發期對溫度的高度敏感性，高溫和低溫均強烈抑制其萌發活力，說明藥西瓜種子萌發期對低溫和高溫的耐受性均較差。黏籽西瓜原產非洲西部，具有耐干旱耐瘠薄且抗性強的特點[15-16]。本試驗中，黏籽西瓜種子萌發過程中對低溫和高溫的耐受性雖沒有四倍體西瓜強，但普遍高于藥西瓜及部分普通西瓜，表明黏籽西瓜也具有耐高溫和耐低溫的特性。普通西瓜種子在高溫和低溫脅迫下萌發情況各不相同，這可能是由于普通西瓜不同材料來源不一，遺傳多樣性豐富，因此相互之間遺傳差異較大，所表現出的抗逆性狀也各不相同。綜上所述，初步認為四倍體西瓜具有良好的耐冷性和耐熱性，而藥西瓜較差；黏籽西瓜耐熱性較好，耐冷性不同品種間差異較大；普通西瓜及野生西瓜不同材料的耐冷性和耐熱性差異較大。但由于樣本量有限，該結論還有待進一步試驗驗證。

通過對比分析萌發數據發現，西瓜種子基本在3～5 d即可達到最佳萌發狀態，因此認為在西瓜種子萌發期的耐冷性和耐熱性鑒定可以縮短統計天數至3～5 d，不僅能提高工作效率，還能節約成本。

4 結 論

通過觀察20個不同類型西瓜種子在不同溫度下的萌發情況，揭示了不同西瓜種子在萌發過程中對低溫和高溫處理的耐受性差異。通過比較不同類型西瓜種子萌發情況，發現在西瓜種子萌發期間，四倍體具有良好的耐冷性和耐熱性，藥西瓜耐冷性較差；而普通西瓜、黏籽西瓜、野生西瓜，同一類型不同材料間耐冷性或耐熱性差異較大，有待進一步研究確認。同時筆者初次提出了用種子萌發5 d（20℃）和 4 d（40℃）的發芽率作為判定種子萌發活力的指標，為今后對西瓜抗低溫和抗高溫種質資源的篩選與利用提供了方法依據。