硝酸銀和赤霉素對西瓜雌性系誘雄效果的影響

史建廷 ，張 潔 ，張海英 ，宮國義 ，周 明 ，許 勇

（1.北京農學院植物科學技術學院 北京 102206； 2.北京市農林科學院蔬菜研究中心·農業部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室·北京蔬菜種質改良實驗室 北京 100097）

在葫蘆科作物中利用雌性系育種具有重要的價值，利用雌性系制種可以免除人工去雄或人工雜交、降低育種人工成本并有效提高種子品質，一直備受育種家關注[1]。雌性系本身無雄花，致使雌性系的自身繁殖非常困難，獲得后代的方法之一是利用化學藥劑進行苗期誘雄[2-3]。前人在誘雄劑種類、用量、處理時期等對誘雄效果的影響方面進行過大量研究，但主要在黃瓜上。由于西瓜雌性系材料發現較晚，在生產中的應用還相對較少?，F階段國內外生產上所用黃瓜誘雄劑主要是赤霉素、硝酸銀和硫代硫酸銀[4-7]。丁小濤等[8]在黃瓜1、2、3片真葉時期以質量濃度的250 mg·L-1的硝酸銀和500 mg·L-1的赤霉素處理，誘雄效果相對較好且對黃瓜植株傷害較小。姜躍文等[9]采用硝酸銀、赤霉素和硫代硫酸銀進行誘雄效果的試驗，結果顯示，在黃瓜上，硝酸銀最佳處理質量濃度為300 mg·L-1，赤霉素最佳處理質量濃度為500 mg·L-1，硫代硫酸銀最佳處理質量濃度為996 mg·L-1。張春平等[10]采用不同質量濃度的硝酸銀對處于不同時期的黃瓜幼苗進行誘雄試驗，結果表明，在黃瓜幼苗2葉期，連續2次對其噴施質量濃度300 mg·L-1的硝酸銀溶液，誘雄效果最好。硝酸銀和赤霉素在黃瓜雌性系育種中均已得到廣泛應用，但對西瓜的誘雄效果至今仍缺乏系統研究。另外，環境因素在葫蘆科性別分化過程中具有重要的作用，性別分化易被環境因子所改變，包括光照強度、光周期和溫度等。短日照、低光照強度和低溫促進雌花的產生；相反條件下，促進雄花的產生[11-12]。本研究選用血緣基礎相同的2對雌性系和雌雄異花同株西瓜材料，在春秋2個季節，苗期分別噴施不同質量濃度的硝酸銀、赤霉素，觀察不同處理后西瓜植株的性型及生長變化情況，探索生產上可用的植物生長調節劑種類與合適質量濃度，以期為西瓜雌性系的繁殖和制種工作提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

雌雄異花同株材料：‘XHB’和‘TS409’，同一植株上著生雄花和雌花，雌花節率大約25%。

雌性系材料：‘XHBGM’和‘TGS409’，分別是對應于‘XHB’和‘TS409’的自然突變體的雌性系，同一植株上20節內全部著生雌花，在秋季或者20節以外會少量出現兩性花和畸形花。

上述材料均來源于北京市農林科學院蔬菜研究中心。

春季試驗：2015年5—7月種植于北京市農林科學院蔬菜研究中心延慶農場露地。

秋季試驗：2015年8—10月種植于北京市農林科學院蔬菜研究中心四季青農場塑料大棚。

1.2 試驗方法

1.2.1 硝酸銀和赤霉素的處理方法及質量濃度設置 硝酸銀處理：用蒸餾水分別配成100、300、500 mg·L-1的溶液，配好的硝酸銀溶液用錫箔紙包裹避光；赤霉素處理：用少量無水乙醇溶解，然后用蒸餾水稀釋成 500、1 000、1 500 mg·L-1的溶液；對照組：噴施等量蒸餾水。所有溶液均現配現用，在傍晚17：00—19：00進行噴施處理，用普通手握噴壺對植株進行噴霧，待液珠布滿葉片為止，噴施時間分別為西瓜幼苗第1、2、3片真葉展開時，共3次。

1.2.2 不同處理對植株生長發育影響指標的調查植物生長調節劑處理3 d后用游標卡尺對西瓜植株高度、莖粗度、一二節節間長度進行測定。用便攜式葉綠素測定儀SPAD-502對不同處理葉片的葉綠素含量進行測定，以上指標重復測定5次，結果以平均值±標準誤表示。統計各處理后西瓜植株死株率，每處理3個重復，每個重復15株，結果以平均值±標準誤表示。應用SPSS 21.0數據分析軟件對統計結果進行差異顯著性分析。

1.2.3 植株田間花型調查 調查每個單株30節內的開花情況，各處理設置3個重復，每個重復15株。統計春、秋2個季節4份西瓜材料在各處理后雄花、雌花和兩性花的數量，并應用SPSS 21.0數據分析軟件對統計結果進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度硝酸銀和赤霉素處理對西瓜植株生長發育的影響

以‘XHBGM’為試材，研究不同濃度硝酸銀和赤霉素處理對西瓜植株生長發育情況的影響。結果表明（表1），各處理對西瓜植株生長發育均有一定的影響，500 mg·L-1硝酸銀處理后，植株高度、節間長度、莖粗度和葉片葉綠素含量均顯著降低，抑制了西瓜植株的正常生長，且死株率偏高，達到28.89%；100、300 mg·L-1的硝酸銀處理對植株傷害相對較小。500、1 000、1 500 mg·L-1的赤霉素處理后，植株均出現徒長趨勢，植株高度，節間長度均顯著增加，莖粗度和葉綠素含量顯著降低，未出現死株現象（表1）。

表1 不同濃度硝酸銀和赤霉素處理對西瓜植株生長發育的影響

2.2 硝酸銀和赤霉素處理濃度及季節對西瓜植株誘雄效果的影響

2.2.1 硝酸銀和赤霉素對雌性系材料誘雄效果的影響 對于雌性系材料‘XHBGM’（表2），對照組中，春季產生兩性花1.33朵，秋季產生兩性花3.17朵，秋季比春季產生更多兩性花，且差異顯著，表明秋季條件更有利于兩性花的出現；處理組中，硝酸銀可誘導植株產生更多的兩性花，且相同質量濃度下，秋季比春季誘導產生更多的兩性花，且差異顯著。100 mg·L-1的硝酸銀處理，春季產生兩性花6.27朵，秋季產生兩性花11.00朵；300 mg·L-1的處理，春季兩性花數量為12.13朵，秋季兩性花數量為16.47朵；500 mg·L-1的處理，春季兩性花數量為12.23朵，秋季兩性花數量為16.70朵。春、秋兩季300、500 mg·L-1的處理下兩性花數量顯著高于100 mg·L-1的處理，300 mg·L-1與 500 mg·L-1處理之間無明顯差異，各質量濃度處理均未誘導出雄花。赤霉素處理，沒有誘導出更多的雄花和兩性花，產生更多非正常發育的畸形花。雌性系材料‘TGS409’的處理結果與‘XHBGM’相似（表3）。

表2 硝酸銀和赤霉素對雌性系材料‘XHBGM’誘雄效果的影響

表3 硝酸銀和赤霉素對雌性系材料‘TGS409’誘雄效果的影響

2.2.2 硝酸銀和赤霉素對雌雄異花同株材料誘雄效果的影響 對于雌雄異花同株材料‘XHB’（表4），對照組和處理組結果均顯示秋季比春季產生更多的雄花，且差異顯著。硝酸銀和赤霉素均有誘雄效果，但效果存在差異。春、秋兩季，硝酸銀處理后，雄花數量無顯著變化，誘導雌花中雄蕊發育，促使部分雌花轉變為兩性花。100 mg·L-1的硝酸銀處理后，春季產生兩性花1.13朵，秋季產生兩性花1.20朵；300 mg·L-1的硝酸銀處理后，春季兩性花數量為1.73朵，秋季兩性花數量為2.33朵；500mg·L-1的硝酸銀處理后，春季兩性花數量為1.74朵，秋季兩性花數量為2.37朵。100 mg·L-1硝酸銀誘導在春、秋兩季未出現顯著差異，300 mg·L-1和500 mg·L-1的硝酸銀處理后，秋季與春季相比，雖然整株雌花數量整體下降，但誘導出的兩性花數量卻顯著增多，表明秋季比春季更容易誘導出兩性花。無論春季還是秋季，300 mg·L-1和 500 mg·L-1的硝酸銀處理誘導兩性花數量均顯著高于100 mg·L-1的處理，300 mg·L-1和 500 mg·L-1的處理之間無顯著差異。春、秋兩季，赤霉素均可誘導植株產生更多的雄花，降低雌花比例，并沒有兩性花出現。隨處理濃度升高，雄花數量隨之增多，但 500、1 000、1 500 mg·L-1處理之間差異不顯著。雌雄異花同株材料‘TS409’的結果與‘XHB’相似（表 5）。

表4 硝酸銀和赤霉素對雌雄異花同株材料‘XHB’誘雄效果的影響

表5 硝酸銀和赤霉素對雌雄異花同株材料‘TS409’誘雄效果的影響

3 結論和討論

3.1 硝酸銀和赤霉素對西瓜雌性系與雌雄異花同株系的誘雄效果的差異

本研究結果表明，對于西瓜雌性系材料，硝酸銀處理可以成功誘導兩性花的出現，而各濃度赤霉素處理均未在雌性系材料中誘導出雄花或兩性花；對于西瓜雌雄異花同株材料，硝酸銀和赤霉素處理均有誘雄效果，但誘雄效果存在差異：硝酸銀可誘導部分雌花中雄蕊的發育從而產生兩性花，赤霉素可誘導其產生更多雄花。據前人報道，在黃瓜雌性系和雌雄異花同株材料上，硝酸銀可誘導黃瓜產生兩性花和更多的雄花[4-5，13]，赤霉素促進雄花的發育，誘導植株產生更多雄花，同樣具有明顯的促雄作用[14-16]。在甜瓜上，硝酸銀可誘導雌雄異花同株材料產生兩性花[17]，赤霉素促使雌雄異花同株材料產生更多雄花，但在雌性系材料上無明顯作用[18-19]。西瓜上，誘導劑只誘導雌花轉變為兩性花，未出現更多雄花，此結果與甜瓜結果相同。西瓜和甜瓜與黃瓜不同的原因可能在于控制雌性系基因的遺傳基礎不同，西瓜和甜瓜雌性系為隱性遺傳[12，20]，而黃瓜雌性系為顯性遺傳[21]，有可能導致西瓜與黃瓜對硝酸銀和赤霉素的敏感程度不同。前人的研究表明，ACC合成酶是乙烯合成的關鍵酶，在葫蘆科作物性別決定過程中起重要作用[22-24]。西瓜CitACS4基因的表達抑制雌花中雄蕊的發育，其基因功能的喪失導致了雌花向兩性花的轉變，與甜瓜中CmACS7基因、黃瓜中CsACS2基因具有類似的作用[24]，硝酸銀作為乙烯的抑制劑，抑制乙烯合成及作用相關過程[25]，推測硝酸銀處理可能抑制了CitACS4基因的表達，從而導致了兩性花的出現。

3.2 不同季節對誘雄效果的影響

本研究選擇春、秋兩季試驗，探討季節對誘雄劑誘雄效果的影響。結果表明，對于雌性系材料，同濃度硝酸銀處理，秋季比春季誘導出更多的兩性花，西瓜在秋季更容易出現兩性花；對于雌雄異花同株材料，同濃度硝酸銀和赤霉素，秋季與春季相比會產生更多的兩性花或雄花，雌花數量隨之減少，誘雄效果更加明顯。前人的報道指出，環境因素在葫蘆科性別分化過程中具有重要的作用，性別分化易被環境因子所改變，包括光照強度、光周期和溫度等。短日照、低光照強度和低溫促進雌花的產生；相反條件下，促進雄花的產生。同一誘雄濃度，秋季處理產生的雄花或兩性花數量多于春季的，這主要與秋季的氣候情況有關。秋季栽培時，植株花芽分化期的日照時間長、溫度高等因素促進了雄蕊的發育。

3.3 不同西瓜材料間誘雄效果的差異

硝酸銀處理后，兩組雌雄異花同株材料及其血緣相同的雌性系突變體均被誘導產生更多的兩性花，且差異顯著。赤霉素處理后，兩組雌雄異花同株材料均被誘導產生更多的雄花，雌花比例減少，未出現兩性花；而對雌性系突變體無明顯誘雄效果。試驗所選兩組雌雄異花同株材料及其血緣相同的雌性系突變體均屬于東亞栽培類型，兩組材料對硝酸銀和赤霉素處理的反應趨于一致，無顯著性差異，說明兩組材料試驗結果得到了很好的相互驗證。

綜合全部試驗可以得出以下結論：在西瓜幼苗第1、2、3片真葉展開時3次噴施300 mg·L-1的硝酸銀，可以有效地將西瓜的雌花轉變為兩性花，且秋季效果更為明顯，雖與黃瓜雌性系誘雄效果不同，不能誘導出單獨的雄花，但兩性花產生的雄蕊與花粉可以解決雌性系自交繁殖，適用于西瓜雌性系的生產應用。