黄瓜雌性系NW-6诱雄技术

2020-03-08 12:53高明亮陈莹莹张春静李英尹德兴钱春桃
江苏农业科学 2020年21期
关键词:种子数雄花主成分分析

高明亮 陈莹莹 张春静 李英 尹德兴 钱春桃

摘要:为研究不同浓度硫代硫酸银、硝酸银和赤霉素对雌性系的诱雄效果,以雌性系黄瓜NW-6为材料,以雄花数、第1雄花节位、雄花节位数、花粉活力以及自交种子数为指标,采用主成分分析以及隶属函数法进行综合评价。试验结果表明,硫代硫酸银的诱雄效果优于硝酸银和赤霉素。300 mg/L硫代硫酸银处理雄花数和雄花节位数较多,对花粉活力以及自交种子数影响较小,综合评价值最高,诱雄效果最好。

关键词:雌性系;雄花;花粉活力;种子数;主成分分析;隶属函数

中图分类号:S642.203 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2020)21-0177-04

目前,市场上优良黄瓜品种大多为杂交种,杂交制种方法主要有3种,一是利用雌性系制种,二是利用化学杀雄制种,三是利用网室隔离人工制种。采用雌性系制种,可以极大地减轻工作量,提高繁种效率。亲本雌性系的保持是制种过程中的主要环节之一,其繁种需要依靠外界条件作用产生雄花,进而自交留种,生产上常用赤霉素或硝酸银来诱导雌性系产生雄花。雌性系的研究利用一直以来都备受重视,我国在20世纪70年代开始进行黄瓜雌性系研究[1],而诱雄技术研究主要采用赤霉素和硝酸银,近年来也有对硫代硫酸银诱雄效果的研究[2-4]。由于不同材料对诱雄剂的反应不同,诱雄效果也不尽一致,不同学者的观点也不尽相同。

主成分分析和隶属函数法可以综合全面地评价多个指标。前人对不同诱雄剂诱雄效果的研究主要以雄花数为评价指标,而对所诱导的雄花花粉活力以及雄花授粉后种子数未作评价。

参考前人的研究,本试验研究3种诱雄剂赤霉素(GA3)、硝酸银(AgNO3) 和硫代硫酸银(Ag2S2O3) 对雌性系NW-6的诱雄效果,采用主成分分析以及隶属函数法从雄花数、花粉活力和自交种子数3个方面综合评价诱雄效果,旨在筛选出最佳诱雄试剂及其浓度,以期为NW-6的保存与繁种提供实际可靠的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2019年春在南京市蔬菜花卉科学研究所基地进行,试验材料为来自黄瓜品种Wynia的高代自交系NW-6,它是全雌系,单性结实,欧洲温室型水果黄瓜。2月27日开始浸种催芽,于28 ℃条件下催芽18 h后,播种于50孔穴盘中,基质由草炭、蛭石、珍珠岩按照比例混合而成。

1.2 诱雄剂与试验设计

采用硫代硫酸银(Ag2S2O3)、硝酸银(AgNO3) 和赤霉素(GA3)3种诱雄剂,具体处理为A1:300 mg/L 硫代硫酸银处理;A2:600 mg/L硫代硫酸银处理;A3:900 mg/L硫代硫酸银处理;B1:150 mg/L硝酸银处理;B2:300 mg/L硝酸银处理;B3:450 mg/L硝酸银处理;C1:600 mg/L赤霉素处理;C2:900 mg/L赤霉素处理;C3:1 200 mg/L 赤霉素处理;CK:用清水进行处理,共10个处理。

1.3 方法

试验采用随机区组设计,两边设保护行,每个处理10株,3次重复。当幼苗生长至2叶1心时定植到设施大棚内,分别于3叶1心和5叶1心时喷施诱雄剂,将诱雄剂喷于生长点及叶片上,以布满液滴为止,喷施时间为17:00左右。

待有雄花开放时,每天统计雄花数、第1雄花节位和雄花节位数。雄花开放盛期采取新鲜雄花,采用花粉离体培养萌发法进行花粉活力测定。用各处理产生的雄花进行套袋自交,并挂牌记录,成熟后统计饱满种子数,计算单瓜平均种子数。

隶属函数法[5]计算公式为

式中:Yij为i处理j指标的隶属函数值;Xij为i处理j指标的均值;Xjmax为各处理j指标的最大值;Xjmin为各处理j指标的最小值;若j指标与诱雄效果呈负相关,则公式为

1.4 数据处理

数据采用Excel进行统计处理,利用SPSS进行方差分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同诱雄剂对雌性系作用产生雄花的影响

雄花指标可以直接反映诱雄效果好坏。从表1可以看出,与对照相比,硫代硫酸银具有很好的诱雄效果。其中900 mg/L硫代硫酸银处理效果最好,雄花数可达74朵,第1雄花节位较低,且雄花节位数最多。而600 mg/L的硫代硫酸银处理效果较差,雄花数较少且第1雄花节位高,与对照差异显著。

硝酸银也有较好的诱雄效果。与对照相比,浓度为450 mg/L的硝酸银处理效果最好,雄花数50朵左右,雄花节位数12节,第1雄花节位相对较低,与对照差异显著。300 mg/L硝酸银处理效果次之,而150 mg/L硝酸银处理效果较差,雄花数和雄花节位数都较少。

赤霉素也可以诱导雌性系亲本产生雄花,但效果较差。与对照相比,浓度为1 200 mg/L的赤霉素处理雄花数和雄花节位数较高,第1雄花节位较低,诱雄效果最好,且与对照差异显著;而浓度为 600 mg/L 和 900 mg/L的赤霉素处理效果较差。

从雄花诱导效果来看,3种诱雄剂都有显著的诱雄效果。硫代硫酸银效果最好,硝酸银次之,赤霉素效果最差,其中900 mg/L硫代硫酸银处理诱导雄花效果最好。

2.2 不同诱雄剂对雌性系产生雄花花粉活力的影响

花粉活力高低反映雄花质量的好坏,影响授粉受精效果。从图1可以看出,高濃度的硫代硫酸银处理会导致花粉活力的下降。与对照相比,900 mg/L硫代硫酸银处理组花粉活力仅为57.3%,与对照差异显著;而300、600 mg/L硫代硫酸银处理对花粉活力影响不显著,诱雄效果较好。在一定范围内,花粉活力随硝酸银浓度升高而上升。450 mg/L硝酸银处理效果最好,花粉活力为70.4%,与对照比差异不显著;150 mg/L硝酸银处理效果较差,花粉活力为62.7%,与对照差异显著。而赤霉素处理对花粉活力影响较大,显著降低花粉活力,诱雄效果较差。

从花粉活力来看,硫代硫酸银诱雄效果较好,硝酸银效果次之,赤霉素效果较差,其中300 mg/L硫代硫酸银处理效果最好。

2.3 不同诱雄剂诱导的雄花授粉种子数的影响

种子数是诱雄效果的最终评价指标。从图2可以看出,与对照相比,900 mg/L硫代硫酸银处理会使种子数显著减少;300、600 mg/L硫代硫酸银处理对种子数影响不显著。较高和较低浓度的硝酸银处理都会影响自交种子数,其中300 mg/L硝酸银处理效果较好,种子数与对照相比差异不显著。高浓度的赤霉素处理也会降低种子数,对诱雄效果产生负面影响。600、900 mg/L赤霉素处理对种子数影响较小,与对照差异不显著。

从自交种子数来看,低浓度的硫代硫酸银和赤霉素诱雄效果较好,其中900 mg/L赤霉素处理对种子数影响最小,诱雄效果最好。

2.4 采用主成分分析和隶属函数值评价诱雄效果

单一指标无法准确评价诱雄效果,王来平等利用主成分及隶属函数综合分析方法,对诱雄效果各个指标进行主成分分析,得到3个主成分,累计贡献率达94.94%[6]。从表2可以看出,前3个主成分就可以解释94.94%的方差,符合累计贡献率大于85%的原则 因此可以这3个主成分作为诱雄效果评价的主要指标。根据各主成分贡献率的占比 计算各主成分权重,结果见表2。表3列出了各成分得分系数矩阵,在各成分中系数绝对值最大的指标为该成分的主要指标,第1主成分中雄花数为其主要指标,第2主成分的主要指标为花粉活力,第3主成分的主要指标为第1雄花节位。由于雄花数和花粉活力与诱雄效果呈正相关,计算主成分1和主成分2的隶属值时采用正隶属函数,而第1雄花节位与诱雄效果呈负相关,故计算主成分3隶属值时采用反隶属函数。

各主成分的得分值见表4,主成分的得分是相应因子得分乘以相应方差的算数平方根,因子得分通过SPSS分析计算得出。利用该值可计算出各主成分隶属函数值,再根据各主成分权重计算出加权隶属函数值,即综合评价值。综合评价值越高,表示诱雄效果越好,300 mg/L硫代硫酸银处理综合评价值最高,诱雄效果最好。

3 讨论与结论

从诱雄产生雄花数角度来看,本试验研究结果表明,3种诱雄剂对雌性系亲本都有一定的诱雄作用,硫代硫酸银效果最佳,赤霉素效果最差。其中900 mg/L硫代硫酸银效果最好,雄花数和雄花节位数最多且第1雄花节位低;邓强等研究认为,600 mg/L 硫代硫酸银处理黄瓜可达最佳诱雄效果,这可能是由于不同材料对不同浓度的硫代硫酸银敏感程度不同,达到的效果也不尽一致[7]。本试验所用材料对高浓度硫代硫酸银较为敏感,顾兴芳等采用1 000 mg/L硫代硫酸银处理黄瓜雌性系时得到较多雄花数,但会导致植株死亡[8],而本试验未发现死株现象。

不同材料对硝酸银的反应也不同 张春平等认为,在黄瓜2叶期喷施2次浓度为300 mg/L的硝酸银溶液,诱雄效果最好[9]。于晓莹等认为,900 mg/L硝酸银处理诱雄效果最好[10]。顾兴芳等研究表明,在2叶1心和4叶1心时采用400 mg/L硝酸银处理,雄花数较多,第1雄花节位低且死株率低[8],该结果与本研究结果相近,本研究结果显示,450 mg/L硝酸银处理诱雄效果较好。

赤霉素对本研究材料虽有一定的诱雄效果,但效果较差。邓强等认为,800~900 mg/L的赤霉素对黄瓜有较好的诱雄效果[7,11]。丁小涛认为,500 mg/L 赤霉素对黄瓜雌性系的诱雄效果最好,对植株影响较小[12-13]。本试验诱雄效果最佳的赤霉素浓度为1 200 mg/L,但与硫代硫酸银和硝酸银相比效果较差。赤霉素处理会导致本材料第1雄花节位较高,前期无花芽分化的现象,可能是由于赤霉素对研究本材料植株影响较大,处理时会阻碍花芽原基分化和形态建成,导致发生空节,也可能与处理苗龄有关。

从雄花花粉活力以及雄花授粉后种子数的角度来看,本研究结果表明,300 mg/L硫代硫酸银对雄花数和自交种子数影响较小,诱雄效果较好。高浓度的硫代硫酸银和赤霉素对黄瓜雌性系的诱雄效果较差,900 mg/L硫代硫酸银和1 200 mg/L赤霉素处理导致花粉活力较低和种子数较少。高浓度硫代硫酸银和赤霉素处理会影响植株长势,甚至导致植株死亡,这可能也会影响所诱导雄花的发育,导致花粉活力降低,进而导致种子数减少。刘思宇等研究发现,一定浓度的有机硅助剂可缓解诱雄剂的伤害作用[14],但还要进一步研究。

雄花性状可直观反映诱雄效果,花粉活力可反映雄花的质量,诱雄的最终目的是得到种子。相关研究只通过雄花指标评价诱雄效果,而未考虑花粉活力以及自交种子数,利用单一指标不能准确反映诱雄效果。由于反映诱雄效果的指标间存在一定的相关性,使得信息发生重叠,因此采用主成分分析可以在不损失或很少损失原有信息的基础上,把错综复杂的单项指标转换成彼此不相关的综合指标,再利用隶属函数的方法进行综合评价,这样使得研究结果具有科学性和可靠性[6]。

本研究通过单一因素来评价诱雄效果时得出的最佳诱雄剂不尽一致,因此对诱雄效果进行综合评价。通过对雄花数、雄花节位数、第1雄花节位、花粉活力和自交种子数进行主成分分析,利用隶属函数和权重计算求得综合评价值,以此来进行综合评价,研究结果表明,300 mg/L硫代硫酸银处理综合评价值最高,诱雄效果最好。主成分分析及隸属函数法常用来评价种质资源抗性[15-18],本研究首次采用该方法评价了3种诱雄剂对黄瓜的雌性系的诱雄效果,筛选出300 mg/L硫代硫酸银为雌性系 NW-6 的最佳诱雄剂。

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