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.東北農業大學園藝學院，哈爾濱150030；2.黑龍江省農科院黑河分院，黑龍江 黑河 164300)

溫度是植物自然地理分布的主要限制因素,也是植物生長發育的必需條件之一,還是植物的生育動力的數量因子,因為植物要實現一定的生長量或完成某一生育時期必須要有一定量的活動積溫[1]。黃瓜(Cucumis sativus L.)野生種起源于喜馬拉亞山麓,經長期馴化，現已成為世界各國廣泛栽培的主要蔬菜。冬季溫室黃瓜生產普遍存在的問題是長期的偏低溫條件(即白天經常低于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失調、“化瓜”嚴重、產量下降[2]，后者常使黃瓜植株發生冷害，嚴重時造成成片死株甚至絕產。關于溫度對黃瓜的影響,前人做了大量的工作,包括溫度對黃瓜生長發育、產量形成、生理生化及光合作用的影響[3]。

從目前的研究來看，前人的研究大多都是黃瓜耐低溫性的鑒定[4-7]。而對品種間耐冷能力的篩選鑒定研究報道較少。黃瓜的耐冷力與低溫冷害有直接的關系，而耐冷力的強弱則是黃瓜自身長期適應環境形成的，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]。聚類分析是將數據合理歸類的一種方法,它把分類對象按一定的規則分組或類，這些組或類不是事先給定的，而是根據數據特征而定的。在一個給定的類里，這些對象在某種意義上是傾向于彼此相似，而在不同的類里的對象差別較大[9]。

本文以30份華北型三葉一心期黃瓜為試驗材料分析冷害指數、電導率、自由水、束縛水、自由水/束縛水5個植物幼苗耐冷性的基本指標，通過聚類分析明確不同材料耐冷力的強弱，對于選擇適宜的栽培品種、栽培地區以及育種中的親本選配等都有實際指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2012～2013年在東北農業大學設施園藝中心和蔬菜生產設施工程與環境調控實驗室中進行，供試材料的來源名稱及代碼見表1。

表1 30份華北型黃瓜品種

1.2 試驗方法

4月1日于溫室內播種育苗，幼苗子葉展平時分苗于8 cm×8 cm營養缽中，正常管理。當黃瓜幼苗長至三葉一心時，選取形態及長勢基本一致的幼苗直接放入PQX-450B-30H型人工氣候箱中進行低溫脅迫處理。溫度為(12±1)℃/(6±1)℃ (晝 /夜)，連續處理 8 d，每個品種處理 50株，在低溫脅迫結束后進行冷害指數、電導率、自由水、束縛水的測定，3次重復。冷害指數的測定參照姜述君等標準[10]，電導率的測定參照郝再彬等方法[11]，自由水和束縛水的測定采用郝建軍等方法[12]。應用皮爾遜積差相關進行相關性分析，O-rigin 8.0軟件進行繪圖。運用SPSS系統聚類法進行聚類分析，以歐氏距離作為品種間距離，以類平均法為聚類方法，結果用樹狀圖表示。

2 結果分析

2.1 不同華北型黃瓜幼苗品種間冷害指數的差異

通過對30份材料的冷害指數進行方差分析表明(表2)，低溫脅迫對不同品種黃瓜幼苗冷害指數表現不一，本試驗中將冷害指數小于2.0的材料定為強耐冷型，將冷害指數在2.0～3.0之間的材料定為弱耐冷型，將冷害指數大于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；強耐冷型材料有 29、30、27、24、14、12、4，其中材料 4、12 的冷害指數與材料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的差異

2.2 華北型不同耐冷能力黃瓜幼苗電導率差異

低溫誘導處理能使黃瓜幼苗細胞膜透性增大。從圖1得知，不同耐冷能力的黃瓜幼苗電導率值有明顯的變化規律。冷敏感型材料電導率總體大于弱耐冷型，二者均大于強耐冷型。對于冷敏感型材料，電導率高的材料有11、15、17，電導率低的材料有23、26。對于強耐冷型材料，材料30電導率最高，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冷害指數、電導率、自由水/束縛水的聚類分析

30份材料對冷害指數、電導率、自由水/束縛水進行聚類如圖5所示。當遺傳距離為15時，可將30份材料分為3個類群，第Ⅰ類群共有13個品 種 :18、20、26、25、9、16、17、22、23、3、27、19、11，占 43.3%；第Ⅱ類群共有 11 個品種：1、15、2、8、6、13、17、10、12、4、5，占 36.7%；第Ⅲ類群有 6個品種：24、30、28、14、29、21，占 20%。

圖5 黃瓜耐冷指標聚類分析

3 討論與結論

黃瓜的耐冷力與低溫冷害有直接的關系，而耐冷力的強弱則是黃瓜自身長期適應環境形成的，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]。本試驗根據冷害指數大小把30份華北型黃瓜幼苗分為三類即：冷敏感型、弱耐冷型和強耐冷型。植物電導率的變化是反映植物受逆境脅迫后細胞膜透性變化的重要生理指標,低溫對植物的傷害始于細胞膜系統，低溫脅迫可引起植物細胞膜透性的改變，使細胞膜的半透性降低或喪失，細胞內物質外滲，電導率增加。對于冷敏感型材料，電導率高的材料有11、15、17這與表2中材料11與15、17的冷害指數之間差異不顯著，但顯著高于其他材料相符合。強耐冷型材料12的電導率最低，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中所起的作用不同。自由水參與植物體內各種代謝活動，其含量直接影響植物的代謝強度。自由水/束縛水值的高低與植物生長及抗寒性有密切關系。自由水與束縛水是水分在植物體內2種不同的存在狀態。自由水/束縛水值高時，植物組織或器官的代謝活動旺盛，生長也較快，抗逆性較弱；反之，則生長較緩慢，但抗性較強。在低溫鍛煉過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[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的冷害指數顯著不相關不一致。材料30的束縛水含量最高，這與表 2 中材料 4、12、14、24、27 的冷害指數顯著小于其他材料不一致。

對于電導率大小、自由水含量、束縛水、自由水/束縛水值這些與低溫脅迫有關的生理指標中，不同耐冷能力的材料表現不同，其中在電導率、自由水含量、自由水/束縛水冷敏感型材料＞弱耐冷型＞強耐冷型；束縛水冷敏感型材料＜弱耐冷型＜強耐冷型。本試驗中，電導率、自由水、束縛水、自由水/束縛水值測定結果中均有與冷害指數結果不同的差異存在，這可能是因為冷害指數是經過肉眼觀察，統計計算，其中可能存在一些誤差。因此要對多個材料進行耐冷能力篩選時，需進行多個指標的聚類分析。本試驗采用聚類分析方法，把冷害指數、電導率、自由水/束縛水值三組數據綜合分析，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 為強耐冷型。

[1]Long S P,Humphries S,Falkowski P G.Photoinhibition of photosynthesis in nature[J].Annual review of plant biology,1994,45(1):633-662.

[2]閆世江，司龍亭，張建軍，等.黃瓜苗期耐低溫性及相關生理指標遺傳分析[J].西北植物學報，2011，31(3)：531-535.

[3]逯明輝 .黃瓜的冷害及耐冷性 [J].植物學通報，2004，21(5)：578-586.

[4]閆世江，張繼寧，劉 潔 .黃瓜耐低溫機理的研究進展[J].蔬菜，2011(1)：47-50.

[5]盧淑雯.黃瓜耐冷性育種研究進展 [J].黑龍江農業科學，2007(6)：105-107.

[6]閆世江.黃瓜耐低溫性的遺傳及生理生化特性的研究 [D].沈陽農業大學，2008.

[7]王永健，姜亦巍，曹宛虹.低溫對不同品種黃瓜種子萌發、過氧化物酶及同工酶的影響[J].華北農學報，1995，10(2)：72-76.

[8]劉鴻先，曾韶西，王以柔 .低溫對不同耐寒力黃瓜幼苗子葉各細胞器官中SOD的影響 [J].植物生理學報，1985，11(1)：48-57.

[9]戴穩勝，王 星，趙紹忠 .關聯規則挖掘概述[J].統計與信息論壇，2002(5)：2.

[10]姜述君，常 纓，范文艷，等.溫度逆境鍛煉對低溫脅迫下番茄幼苗細胞膜脂質過氧化產物及抗氧化酶活性的影響 [J].中國農學通報，2007，23(10)：444-448.

[11]郝再彬，蒼 晶，徐 仲 .植物生理實驗[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2004：115-116.

[12]郝建軍，劉延吉.植物生理學實驗技術[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2001：162-180.

[13]王震星，張 磊，劉玉芹，等.利用電導法測定西洋梨的耐寒性[J].農業與技術，2002，22(3)：94-100.

[14]Brush R A,Griffith M,Mlynarz A.Characterization and quantification of intrinsic ice nucleators in winter rye(Secale cereale)leaves[J].Plant physiology,1994,104(2):725-735.