籽用西葫蘆果皮硬度與籽粒飽滿度相關性研究

朱紅艷 魏照信 張永久

（酒泉職業技術學院，甘肅酒泉 735000）

籽用南瓜（Cucurbita pepoL.）是我國特色優勢產業，主要包括光板（籽用美洲南瓜，也叫籽用西葫蘆）、白板（籽用印度南瓜）、毛邊（籽用中國南瓜）等（林德佩，2000），其中籽用西葫蘆占主要份額，在我國北方省區及西南省區都有分布，年播種面積近20萬hm2，瓜籽產量近40萬t，年出口12萬～18萬t。近年來，籽用南瓜品種單一且同質化嚴重，生產量過剩，市場疲軟（任建忠和魏照信，2018），新選育的品種多數存在抗病性不強，瓜蔓早衰、籽粒飽滿度不足等缺點，但是在籽粒加工中飽滿度是重要的加工品質。籽粒飽滿度與籽用西葫蘆品種、栽培環境有關，在育種研究中發現果皮硬度高的果實籽粒飽滿，不容易爛瓜，植株抗病性強（Kamarudin et al.，2014）。果皮硬度在鮮食西葫蘆品種選育中不是被關注的主要性狀，而在籽用西葫蘆品種選育中則需要考慮。有研究表明，南瓜硬度基因為Hr，木質化硬果皮的Hr對無木質化軟果皮的hr呈顯性（林德佩，2017）。關于西葫蘆果皮硬度研究目前國內還沒有相關報道，而其他瓜類作物如西瓜的果皮硬度與果皮厚度、果皮韌性、半纖維素含量、果實橫徑、果實縱徑、含水量、果膠含量等相關，其中與外果皮厚度相關性最高（王學征 等，2020）。

本試驗以籽用西葫蘆的白色果皮育種材料Q212-6-3中分離出的軟皮、硬皮果實姊妹系為研究對象，測定果皮硬度及籽粒飽滿度，顯微觀察果皮組織結構，結合前人對南瓜果皮硬度的遺傳研究結果，綜合分析西葫蘆果皮硬度差異及其與籽粒飽滿度之間的相關性，以期在西葫蘆籽粒飽滿度育種中加以利用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為籽用西葫蘆白色果皮種質資源Q212-6-3經6代分離純化的2個姊妹系Q212-6-3-1、Q212-6-3-2，由酒泉職業技術學院南瓜品種選育中心提供。這2個姊妹系的基本特性相似，差異主要在果皮硬度方面。

自交系Q212-6-3-1：中熟，生育期120 d，第1雌花節位為第11～13節；植株生長勢中等，短蔓，蔓長50～70 cm，莖綠色，抗南瓜白粉病，果實成熟時瓜蔓存活；葉片大，缺刻深；果實長棒形，瓜頭膨大，幼果白色，成熟瓜黃色，果皮堅硬；籽?；野咨?，極飽滿，百粒重31.4 g。

自交系Q212-6-3-2：中熟，生育期115 d，第1雌花節位為第11～13節；植株生長勢中等，短蔓，瓜蔓長50～70 cm，莖綠色，果實成熟時瓜蔓萎蔫；葉片大而??；果實長棒形，瓜頭膨大，幼果白色，成熟瓜淺黃色，果皮較軟；籽粒白色，飽滿度中等，百粒重26.0 g。

1.2 儀器設備

硬度計（邵氏LX-D型）、切片機（YD1508A）、游標卡尺（DL92150）、電子天平（YP40001）、照相顯微鏡（S800T-950HK）。

1.3 試驗方法

2020年8月，將供試籽用西葫蘆自交系種植于酒泉市肅州區戈壁農業示范區日光溫室內，每個自交系種植1個小區，每個小區25株，行距160 cm，株距40 cm，試驗條件一致，統一管理，采用壟溝爬地栽培、單蔓整枝方式。坐果后60 d采收，每個自交系選取果實長度、形狀一致，均達到種子采收成熟階段的4個瓜，觀察記載采收時瓜蔓存活狀態，田間用硬度計測定果皮硬度，實驗室顯微觀察果皮結構，并測定籽粒飽滿度。

1.3.1 果皮硬度測定 目前還未見籽用西葫蘆外果皮硬度測定的方法及儀器設備的相關報道。根據南瓜組織在機械加載前后的結構變化（Maryam &Prasad，2013）、果蔬材料力學性質壓痕測定法（吳亞麗和郭玉明，2009）、耐裂性不同的西瓜發育過程中果實力學特性及果皮結構動態（詹園鳳 等，2020）等研究，參照壓痕測定法進行穿刺試驗，選用邵氏硬度計（LX-D型）測定籽用西葫蘆果皮硬度。

D型硬度計一般用來測量硬塑料和硬橡膠的硬度，硬度計針尖直徑為0.2 mm。測定時把西葫蘆放置在堅固的平面上，拿住硬度計，平穩地把壓針垂直壓入西葫蘆外果皮，保持穩定，指針旋轉指示硬度值，壓力剛好壓破外果皮時指針讀數停止，即為果皮硬度。在果實的頂部、中部、底部不同位置分別測量3次，取平均值。

1.3.2 果皮顯微結構觀察與果皮細胞厚度測量 采收的籽用西葫蘆在實驗室用不銹鋼刀橫切瓜頭直徑最大處，從果實橫切面可以看到果實由果皮、種腔和種子3部分構成，用游標卡尺測量外果皮厚度。

從果實中部橫切面切取4.0 cm × 2.5 cm × 3.0 cm包含完整果皮的小塊作切片樣品，用YD1508A切片機切取厚度15～20 μm的切片。切片用次甲基藍染色，制作臨時裝片，在光學顯微鏡40倍鏡下觀察果皮角質層、表皮層、外果皮等結構，測量各結構數據。

1.3.3 籽粒飽滿度評價 分別取出單瓜全部種子，曬干后每個樣品隨機取100粒稱重，重復3次。利用（精度0.001）電子天平測定單瓜籽粒質量及樣品種子的百粒重，測量籽粒長度、寬度、厚度等，評價籽粒飽滿度。

1.4 數據分析

采用Excel 2010軟件和SPSS軟件處理試驗數據，并進行直線回歸相關性分析和樣本差異顯著性t測驗。

2 結果與分析

2.1 籽用西葫蘆采收時瓜蔓狀態

采收時硬度高的Q212-6-3-1多數瓜蔓仍然存活，植株基本沒有倒秧，白粉病發病輕；硬度小的Q212-6-3-2植株在采收時瓜蔓已經全部干枯。

2.2 籽用西葫蘆果皮硬度比較

2.2.1 直觀評價 根據成熟果實果皮顏色及切瓜過程中的費力程度，定性評價籽用西葫蘆姊妹系果皮硬度差異。由圖1、2可以看出，硬度高的Q212-6-3-1果皮顏色較深，呈黃色；用刀橫切時明顯感覺費力，切口呈鋸齒狀、不整齊。硬度低的Q212-6-3-2果皮顏色較淺，呈淺黃色；用刀橫切時不費力，切口整齊。分別將果實定性評價為硬皮、軟皮。

圖1 籽用西葫蘆姊妹系果實外觀差異

圖2 籽用西葫蘆姊妹系果實橫切面

2.2.2 硬度測定比較 采用邵氏硬度計對2個籽用西葫蘆姊妹系果實果皮作穿刺測試，Q212-6-3-1果皮硬度為30.3 HD，Q212-6-3-2果皮硬度為17.2 HD，兩者間差異達極顯著水平。

2.3 籽用西葫蘆果皮解剖結構比較

成熟的西葫蘆果實橫切后可以看到果皮、種腔、種子3個組成部分，果皮主要由角質層、表皮層、外果皮、中果皮、內果皮等5部分組成（圖3），中果皮又包括外部中果皮、中部中果皮、內部中果皮（陳榮賢 等，2012；段穎 等，2017）。

圖3 Q212-6-3-1果實表皮至外部中果皮細胞結構

2.3.1 角質層 角質層在果實表皮最外層，呈半透明，由幾層死亡表皮細胞組成。硬果皮的角質層厚度為808.52 μm，軟果皮的角質層厚度為464.89 μm，2個姊妹系角質層厚度有差異。

2.3.2 表皮層 表皮層有柱狀細胞的柵欄層，柱狀細胞為1層細胞，具有厚的外壁和側壁，并具有明顯條紋。Q212-6-3-1表皮層厚693.5 μm，柵欄層柱狀細胞長度396.1 μm，10個柱狀細胞寬度3 526.7 μm；Q212-6-3-2表皮層厚837.2 μm，柵欄層柱狀細胞長度389.1 μm，10個柱狀細胞寬度與Q212-6-3-1差異顯著，為2 492.8 μm（表1）。

2.3.3 外果皮 外果皮為表皮下區，含有15～17層細小而厚壁的細胞，細胞間隙小。Q212-6-3-1外果皮厚3 792.6 μm，Q212-6-3-2外果皮厚2 964.5 μm，兩者差異達顯著水平（表1）。

2.3.4 外部中果皮 外部中果皮細胞由大到小不等，壁厚，木栓化程度高。Q212-6-3-1外部中果皮厚4 208.9 μm，細胞呈圓形至多角形；Q212-6-3-2外部中果皮厚3 967.7 μm，細胞呈扁圓形（表1）。

2.3.5 中部中果皮 中部中果皮細胞逐漸增大，排列較疏松，Q212-6-3-1中部中果皮厚27 700.0 μm，Q212-6-3-2中部中果皮厚30 425.0 μm，兩者差異達到極顯著水平（表1）。

表1 籽用西葫蘆果皮結構顯微測量結果

2.4 籽用西葫蘆籽粒飽滿度分析

從表2可以看出，Q212-6-3-1和Q212-6-3-2單瓜籽粒數、單瓜籽粒質量差異不顯著，籽粒大小相近，長度和寬度差異不顯著，但是籽粒厚度差異極顯著，百粒重差異極顯著。其中，Q212-6-3-1的籽粒厚，百粒重大，籽粒飽滿度高。

表2 籽用西葫蘆籽粒飽滿度比較

2.5 籽用西葫蘆果皮硬度與百粒重的相關顯著性、回歸顯著性分析

采用SPSS軟件進行分析，籽用西葫蘆果皮硬度與籽粒百粒重的相關系數r=0.885，r0.01，6=0.834，r＞r0.01，6，說明果皮硬度與籽粒百粒重呈極顯著正相關，果皮硬度越高，籽粒百粒重越大（圖4）。

圖4 籽用西葫蘆果皮硬度與籽粒百粒重的相關性

回歸顯著性測定結果表明，回歸截距a=7.561，回歸系數b=0.759，回歸方程y=0.759x+7.561。依據統計學原理，相關顯著，回歸必然顯著，說明回歸系數也極顯著。根據回歸方程預測，果皮硬度每增加1個單位，籽粒百粒重增加約0.759 g。

3 結論與討論

3.1 籽用西葫蘆果皮硬度測定方法

考慮到構成西葫蘆堅硬外殼的外果皮木栓化程度高，果皮堅硬，本試驗沒有選用市場上用于梨、蘋果等果實果肉硬度測定的GY-4果實測定儀，而是參照壓痕測定法穿刺試驗，選用邵氏硬度計（LX-D型）。據研究報道，質構儀測定硬度原理與邵氏硬度計測定原理相同，但質構儀比邵氏硬度計測定的結果更精確與全面（Liao et al.，2020），今后研究中可選用質構儀測定西葫蘆果皮硬度性狀。

3.2 籽用西葫蘆果皮硬度差異與果皮細胞結構的關系

對2個果皮硬度不同的西葫蘆姊妹系進行顯微觀察，果皮硬度與表皮層細胞、柱狀細胞、外果皮、外部中果皮和中部中果皮細胞數量與結構等有關。硬皮與軟皮籽用西葫蘆的表皮層柱狀細胞寬度、外果皮厚度差異顯著，表皮層厚度、柱狀細胞長度、外部中果皮厚度差異不顯著；硬果皮的中部中果皮厚度較軟果皮小，差異極顯著，可能是由于軟果皮果實的中部中果皮細胞木栓化程度低。果皮硬度是各層結構綜合作用的結果。

3.3 籽用西葫蘆果皮硬度與籽粒百粒重的相關性

本試驗結果表明，籽用西葫蘆果皮硬度與籽粒百粒重呈極顯著正相關，即籽用西葫蘆果皮硬度越高，籽粒百粒重越大，籽粒越飽滿；根據回歸方程預測，果皮硬度每增加1個單位，籽粒百粒重增加約0.759 g。

通常情況下，百粒重會隨著單瓜籽粒數的增加而下降，即使籽粒飽滿也會出現這種趨勢，雖然百粒重下降但籽粒飽滿；而籽粒飽滿度較低的材料，當單瓜籽粒數少時籽粒變大，百粒重會升高。因此，籽粒飽滿度僅用百粒重表示似乎還不充分，需在百粒重基礎上結合籽粒厚度來判斷籽用西葫蘆籽粒飽滿程度，有待之后進一步研究。

3.4 果皮硬度對植株抗病性的影響

前人研究表明，品種的抗病性差異與果皮結構有關（常金梅 等，2012；Kamarudin et al.，2014）。本試驗發現，果皮硬度大的西葫蘆植株在采收時多數瓜蔓仍然存活，植株多數沒有倒秧，白粉病發病輕，田間不易爛瓜；果皮硬度小的植株在采收時瓜蔓已經全部干枯。說明果皮硬度較大的西葫蘆品種具有較高的抗病性。但本試驗僅僅從形態學角度考察了果皮硬度與抗病性，還需要從生理生化、病理角度進一步深入研究。

綜上所述，籽用西葫蘆軟皮果實、硬皮果實硬度有差異，果皮硬度與表皮層、柱狀細胞、外果皮、外部中果皮和中部中果皮等有關，其中表皮層、外果皮和外部中果皮形成南瓜堅硬的外殼。果皮硬度越高種子越飽滿，植株抗病性越強。因此，可將果實硬皮作為籽用西葫蘆育種的主要目標性狀。