倍性甜瓜種子萌發(fā)特性研究

0不同倍性甜瓜種子萌發(fā)特性[研究意義]甜是cuurbatacea的一種藤蔓植物，屬于世界一流的水果之一。利用多倍體效應(yīng)能提高作物植株的抗性、改善品質(zhì)、提高產(chǎn)量,而種子萌發(fā)是育苗的初始階段,能否很好地育苗是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)。因此,研究不同倍性甜瓜種子萌發(fā)特性,對(duì)甜瓜多倍體栽培與育種具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】付金娥等(2008)和張文倩等(2010)研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)于薄皮甜瓜和厚皮甜瓜的二倍體而言,四倍體植株子葉和真葉長(zhǎng)寬比變小、莖增粗、節(jié)間變短、花冠變大、果肉變厚、種子增寬、可育性降低、中心可溶性固形物含量增高;保衛(wèi)細(xì)胞變大、氣孔密度變小、保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)葉綠體數(shù)目增加。陳友根等(2010)以不同倍性的甜瓜屬二倍體種間雜種F1、異源三倍體和異源四倍體為試材,比較了三者間光合特性和超微結(jié)構(gòu)的差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與種間雜種F1相比,異源四倍體的凈光合速率、蒸騰速率、葉綠體、線粒體、基粒和片層的數(shù)目等顯著增加,異源三倍體的光合速率、線粒體和片層數(shù)目等顯著高于異源四倍體。黃金艷等(2011a)在水分脅迫下比較了二倍體和同源四倍體薄皮甜瓜苗期的生長(zhǎng)指標(biāo)和生理生化特性,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在水分脅迫下四倍體薄皮甜瓜株高脅迫指數(shù)、莖徑脅迫指數(shù)、干物質(zhì)脅迫指數(shù)、葉綠素含量、相對(duì)可溶性糖含量和脯氨酸含量顯著高于二倍體,二倍體葉片中自由水含量和水分飽和虧明顯高于四倍體,說明四倍體薄皮甜瓜苗期抗旱性比二倍體強(qiáng)。而后又以二倍體甜瓜品種及其人工誘導(dǎo)的同源四倍體、三倍體為材料研究不同倍性甜瓜果實(shí)品質(zhì)的差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同倍性甜瓜果實(shí)成熟期可溶性糖、中心可溶性固形物、可溶性蛋白質(zhì)、維生素C含量存在差異,可溶性糖、中心可溶性固形物和可溶性蛋白質(zhì)含量有同樣趨勢(shì),表現(xiàn)為三倍體>四倍體>二倍體;維生素C含量為四倍體>三倍體>二倍體(黃金艷等,2011b)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前,對(duì)不同染色體倍性甜瓜種子萌發(fā)特性的研究鮮見報(bào)道。對(duì)不同倍性厚皮甜瓜和薄皮甜瓜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行比較,研究不同倍性甜瓜種子萌發(fā)特性,有助于多倍體的開發(fā)利用?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過研究不同倍性甜瓜種子萌發(fā)特性,為多倍體甜瓜栽培與育種提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1同源四倍體及其人工誘導(dǎo)供試材料為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所提供的二倍體厚皮甜瓜Y2x、薄皮甜瓜J2x及其人工誘導(dǎo)的同源四倍體Y4x、J4x和同源三倍體Y3x(Y3x=Y4x×Y2x)、J3x(J3x=J4x×J2x)。1.2種子濾紙的制備挑選籽粒飽滿、大小一致的種子,用0.2%高錳酸鉀溶液浸種15min,取出后自來水沖洗干凈,25℃恒溫箱中蒸餾水浸種4h后,50粒為一組,均勻擺放于培養(yǎng)皿(直徑90mm)兩層濾紙之間,3次重復(fù),30℃恒溫箱培養(yǎng)7d,每日加入適量的蒸餾水以保持濾紙濕潤(rùn)。1.3測(cè)定指標(biāo)的測(cè)定每隔1d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù),以胚根突破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn);每隔2d測(cè)量記錄胚根長(zhǎng)度、下胚軸長(zhǎng)及側(cè)根數(shù);7d后從每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)取20粒發(fā)芽種子,測(cè)量胚根鮮重,并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率(Gr)、發(fā)芽指數(shù)(Gi)、活力指數(shù)(Vi)。各統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的計(jì)算公式如下:發(fā)芽率(Gr,%)=x/X×100式中,x為發(fā)芽數(shù);X為種子總數(shù)。發(fā)芽指數(shù)(Gi)=∑Gt/Dt式中,Gt為在時(shí)間t(d)的發(fā)芽數(shù);Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)?；盍χ笖?shù)(Vi)=S·∑Gt/Dt式中,S為胚根的平均鮮重。1.4統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)采用Excel2003和DPS7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1倍性間差異如圖1所示,薄皮甜瓜J二倍體、三倍體和四倍體種子發(fā)芽率分別為100.00%、96.00%和95.33%,倍性間差異不顯著;厚皮甜瓜Y二倍體種子發(fā)芽率為99.33%,比三倍體和四倍體分別高7.33%和9.33%(絕對(duì)值,下同),差異達(dá)極顯著水平,而三倍體種子發(fā)芽率比四倍體高2.00%,差異不顯著?？傮w來看,甜瓜二倍體種子發(fā)芽率比多倍體高,薄皮甜瓜種子發(fā)芽率比厚皮甜瓜高。2.2種子活力指數(shù)種子活力的高低直接關(guān)系到作物出苗的整齊度、幼苗長(zhǎng)勢(shì),最后對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生影響。發(fā)芽率是檢驗(yàn)種子質(zhì)量的常規(guī)指標(biāo),而發(fā)芽指數(shù)既反映發(fā)芽率,又反映發(fā)芽速度,種子發(fā)芽指數(shù)高,則表示種子活力強(qiáng),發(fā)芽整齊,出苗一致。從表1可以看出,不同品種間不同倍性甜瓜種子發(fā)芽指數(shù)存在差異,兩個(gè)甜瓜品種種子發(fā)芽指數(shù)均以二倍體最高,其次是三倍體,最小是四倍體。其中,厚皮甜瓜Y二倍體種子發(fā)芽指數(shù)與三倍體和四倍體種子發(fā)芽指數(shù)差異極顯著,三倍體與四倍體之間種子發(fā)芽指數(shù)差異不顯著;薄皮甜瓜J四倍體種子發(fā)芽指數(shù)與二倍體和三倍體種子發(fā)芽指數(shù)差異極顯著,而二倍體與三倍體之間種子發(fā)芽指數(shù)差異不顯著。種子活力指數(shù)在一定程度上反映種子在萌發(fā)過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解和重建狀態(tài)。由表1可知,厚皮甜瓜Y和薄皮甜瓜J種子的活力指數(shù)均以二倍體最高,分別達(dá)2.91和1.11,比三倍體種子活力指數(shù)分別高1.43和0.20,比四倍體種子活力指數(shù)分別高1.44和0.57。厚皮甜瓜Y三倍體和四倍體與二倍體種子活力指數(shù)差異極顯著,但三倍體和四倍體之間種子活力指數(shù)差異不顯著;薄皮甜瓜J二倍體、三倍體和四倍體之間種子活力指數(shù)差異極顯著。總體來看,甜瓜種子活力指數(shù)大小順序依次為二倍體>三倍體>四倍體,厚皮甜瓜Y種子的活力指數(shù)較薄皮甜瓜J高。2.3不同倍性甜瓜下胚軸長(zhǎng)度由表2可見,不同倍性厚皮甜瓜和薄皮甜瓜的胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)均表現(xiàn)為隨著催芽時(shí)間的增加而上升、隨著倍性的增加而下降的總趨勢(shì)。從胚根長(zhǎng)度上看,厚皮甜瓜Y二倍體胚根長(zhǎng)度比三倍體和四倍體的長(zhǎng),差異達(dá)極顯著水平;三倍體的胚根長(zhǎng)高于四倍體,除催芽第4d時(shí)差異顯著外,第2d和第6d時(shí)差異不顯著。薄皮甜瓜J種子催芽第2d時(shí),二倍體胚根長(zhǎng)極顯著高于三倍體和四倍體,四倍體和三倍體之間差異達(dá)顯著水平;第4d時(shí),不同倍性甜瓜的胚根長(zhǎng)差異極顯著;第6d,二倍體和三倍體胚根長(zhǎng)分別為5.36和5.12cm,差異不顯著,但分別比四倍體長(zhǎng)3.46和3.22cm,差異均達(dá)極顯著水平。從下胚軸長(zhǎng)度上看,厚皮甜瓜Y在催芽第2和第6d時(shí),二倍體極顯著長(zhǎng)于三倍體和四倍體,三倍體和四倍體之間差異不顯著;第4d時(shí),不同倍性之間下胚軸長(zhǎng)度差異極顯著。薄皮甜瓜J種子在催芽第2d時(shí),二倍體下胚軸長(zhǎng)比三倍體長(zhǎng)0.08cm,差異不顯著,比四倍體長(zhǎng)0.18cm,差異達(dá)極顯著水平,四倍體下胚軸長(zhǎng)比三倍體短0.10cm,差異達(dá)顯著水平;而在第4和第6d時(shí),不同倍性甜瓜下胚軸長(zhǎng)度差異達(dá)極顯著水平。從側(cè)根數(shù)上看,厚皮甜瓜Y和薄皮甜瓜J種子在催芽第2d時(shí),三倍體和四倍體都沒有發(fā)生側(cè)根,二倍體側(cè)根數(shù)分別為4.67和1.75條,極顯著多于三倍體和四倍體;第4和第6d時(shí),不同倍性之間發(fā)生的側(cè)根數(shù)差異達(dá)極顯著水平,表現(xiàn)為二倍體>三倍體>四倍體。3不同品種甜種子萌發(fā)能力的變化不同的植物種類在倍性水平上反應(yīng)不同,同一種內(nèi)的不同品種,不同基因型對(duì)染色體加倍的反應(yīng)也不一樣。趙寧等(2008)對(duì)不同倍性新麥草種子的研究發(fā)現(xiàn),與二倍體種子相比,染色體加倍后的四倍體種子的萌發(fā)能力明顯加強(qiáng),表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)顯著提高(P<0.01)及萌發(fā)速度明顯加快。劉文革(2003)在進(jìn)行NaCl脅迫對(duì)不同倍性西瓜種子發(fā)芽率的影響試驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)沒有NaCl脅迫的西瓜種子活力指數(shù)表現(xiàn)為四倍體>三倍體>二倍體,而在發(fā)芽率上卻是二倍體>四倍體>三倍體。孫嬡麗等(2008)觀察二倍體和四倍體薄皮甜瓜種子,發(fā)現(xiàn)四倍體發(fā)芽率低于二倍體。本研究發(fā)現(xiàn)二倍體甜瓜不僅在種子發(fā)芽率上比三倍體和四倍體的高,在種子活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、種子胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)上均表現(xiàn)為二倍體>三倍體>四倍體,原因可能是染色體倍性增加后,雖然種子變大變厚,三倍體和四倍體種子的種殼厚度及各組成部分的厚度,特別是種子萌發(fā)過程中抑制種子萌發(fā)的皮下組織和厚壁組織均高于其相應(yīng)的二倍體厚度(劉鵬等,2010)、種胚發(fā)育不全(BaskinandBaskin,2004)、種子發(fā)芽抑制物(如脫落酸)(陳杰和王文章,1987)等。另外,種子的成熟度對(duì)其活力也有很大影響。本研究根據(jù)不同品種果實(shí)成熟期的不同進(jìn)行采收,同一品種的二倍體、三倍體和四倍體甜瓜果實(shí)卻是同時(shí)采收,雖然挑選籽粒飽滿的種子進(jìn)行試驗(yàn),但不同倍性間的種子成熟度存在差異。在本研究中,厚皮甜瓜Y三倍體各項(xiàng)指標(biāo)雖然略高于四倍體,但差異不顯著(P>0.05)。薄皮甜瓜J三倍體種子的萌發(fā)能力較四倍體強(qiáng),表現(xiàn)為發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)顯著提高(P<0.01),其原因還有待進(jìn)一步研究。本研究采用的四倍體甜瓜種子是經(jīng)秋水仙素誘導(dǎo)二倍體變異后的自交第2代種子,如果采用第3代或者更高代數(shù)的種子進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果是否有所不同,有待進(jìn)一步研究。本研究還發(fā)現(xiàn)三倍體和四倍體甜瓜種子發(fā)芽速度和下胚軸、側(cè)根長(zhǎng)出的時(shí)間均慢于二倍體,說明多倍體植株的生長(zhǎng)發(fā)育一般比二倍體慢。生長(zhǎng)發(fā)育緩慢與細(xì)胞分裂緩慢或者生長(zhǎng)素含量少有關(guān);另外,多倍體細(xì)胞體積增大,細(xì)胞的表面積與體積之比相對(duì)減小,從而引起一系列的代謝問題也會(huì)造成生長(zhǎng)緩慢。浸種是種子催芽前非常重要的環(huán)節(jié),浸種可以提高三倍體和四倍體甜瓜種子的發(fā)芽率,但效果不明顯,這與浸種后種殼厚度的比例與干燥種殼相比有所降低、但皮下組織和厚壁組織的厚度增加有關(guān)(劉鵬等,2010)。針對(duì)三倍體、四倍體種子發(fā)芽困難的作物,可以采用浸種輔助其他方法如人工磕種等來提高多倍體種子的發(fā)芽率(丁泳和駱冬梅,2000;DuvalandNesmith,2000),還可以利用組織培養(yǎng)快繁等措施來解決種苗的大量繁殖問題(高新一等,1988;馬國(guó)斌等,1999)。由于本研究只對(duì)不同染色體倍性的甜瓜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等幾項(xiàng)指