黃瓜種質資源空腔性評價

秦智偉，顧晨冉，袁艷文，李笑月，辛 明

（東北農業大學園藝園林學院，哈爾濱 150030）

黃瓜果實內部出現空洞的現象被稱為黃瓜果實空腔，嚴重影響黃瓜產量和品質。果實空腔存在于黃瓜果實及其他作物中。在西瓜育種，美國農業部將這一現象命名為HH，也稱為內部開裂[1]。研究認為，這種現象因胚盤和果皮組織不均勻擴張形成[2-3]?？涨滑F象還存在于花序中，研究人員在西蘭花和花椰菜花序中均發現莖洞，稱為中空莖，是一種生理障礙，但尚未闡明其致病機制[4-5]。

果實空腔與環境條件相關。當黃瓜果實處于高溫干燥或低溫缺水條件下，管理不適易造成空腔[6]。黃瓜坐果時溫度偏低也產生空腔，因溫度低時細胞分裂速度變慢，果實內細胞數量不足，后期溫度升高，果皮迅速膨大，內部細胞數量不足，無法填滿果實內空間導致其空心[7]。西瓜膨大時供水不足會導致空心[8]。栽培土壤太砂，西蘭花生長速度過快，易造成空心[9]。溫度也影響馬鈴薯空心的形成。初生季節，馬鈴薯在發芽期間遇低溫環境，會在莖端形成空心[10]。冬季用低于7℃水澆灌番茄時可能引發空心[11]。番茄空心形成還可能與水肥供應不足或施用氮肥過多相關[12]。陳科提出茄子在連續陰天環境中易出現空心茄[13]。低溫、寡照或高溫干旱環境會導致芹菜空心[14]?？涨徊粌H出現在果實中，豌豆種子中也發現空心現象，研究認為這種現象與環境關系較大，可能與種子在成熟過程中的高溫有關[15]。

果實空腔影響果實品質價值及經濟價值。美國農業部根據季節和對無籽西瓜的需求量，規定中度至重度空心的果實因適銷性不足，不可出售[1]。美國、加拿大等國家根據馬鈴薯空心程度制定鑒定標準，空心程度＜5%為一級，5%＜空心程度＜10%為二級，超過10%不允許販賣[16]。研究馬鈴薯空心結果表明，隨空心程度增加，糖生物堿含量更高[17]，經濟價值降低；空心程度大于規定限度情況下，馬鈴薯品質差，不可食用。黃瓜發育與內源激素含量關系密切。研究表明，IAA可增強黃瓜耐熱能力[18]，GA3對黃瓜種子萌發有影響[19]，ABA可通過調節植株水分效率提高植株抗性[20]，ZT激素含量影響莖、葉、根系生長[21]。針對黃瓜果實空腔即其與內源激素含量之間關系的研究較少，需探明其發生機理，從品種選育上解決問題，提高黃瓜果實品質，更好服務生產，滿足消費者需求。本研究通過確立黃瓜果實空腔性鑒定標準，評價黃瓜主要種質資源果實空腔性，為今后開展有關黃瓜果實空腔發生機理研究及選育無空腔優良品種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

根據預備試驗結果，選用黃瓜果實易空腔品種JZ6-1-2作為評價黃瓜果實空腔性標準的試材。選取華北型、華南型和歐洲溫室型3種生態類型黃瓜種質資源共162份（其中：華南型110份，華北型32份，歐洲溫室型20份），作為黃瓜果實空腔性鑒定材料。以上試材由東北農業大學黃瓜課題組提供。

1.2 方法

黃瓜品種JZ6-1-2定植于塑料大棚內。每個小區定植6壟，每壟種植14株，株行距35 cm×60 cm。在總體植株處于開花期時，分別于各個小區隨機挑選長勢良好且一致植株20株，于雌花剛開花時掛牌記錄，人工授粉。

將162份黃瓜種質資源定植于塑料大棚中，株行距35 cm×60 cm，一品種為一小區，有序排列，每個小區由2壟構成，每壟種植14株。在整體植株處于開花期時，分別于各小區選擇長勢良好植株17株，于雌花初開花時掛牌記錄。

以上試驗均在東北農業大學阿城實驗實習基地進行，采用常規田間管理。

1.3 黃瓜果實空腔性鑒定日期及標準測定

利用黃瓜易空腔品種JZ6-1-2，在植株10～15節位選取雌花掛牌標記，與雌花開放后第7～20天，選取不同植株商品瓜，觀察調查。將果實分段切開，觀察各區段空腔情況并記錄，3次重復。

1.4 黃瓜果實種質資源空腔性評價

選用162份不同生態類型黃瓜品種，在雌花開放后第9天，選取長勢良好且外觀表現一致的不同植株的3個商品瓜，從瓜中間部位沿其橫向切割，根據鑒定標準對其觀察。

1.5 內源激素測定

測定內源激素為4種，分別為赤霉素（GA3）、生長素（IAA）、玉米素（ZT）和脫落酸（ABA）。試劑盒由中國農業大學作物化學控制中心提供。內源激素測定采用間接酶聯免疫法（Enzyme-linked immunosorbent assays，ELISA）[22]，每個樣品重復測定3次，取其平均值進行分析。

1.6 試驗數據統計與分析

利用Microsoft Excel 2010軟件處理試驗數據，并結合GraphPadprism（8.0.2）及Photoshop（23.0.0）軟件分析試驗數據及繪圖。

2 結果與分析

2.1 黃瓜果實空腔性鑒定標準測定

2.1.1 黃瓜果實空腔性鑒定時期確定

對黃瓜品種JZ6-1-2分別于雌花開放后7～20 d，將長勢良好且外觀表現一致商品瓜進行切割，觀察其果實空腔性情況并記錄所在節位。結果表明，雌花開放后7～8 d，果實無空腔發生，第9天開始出現空腔。雌花開花后第9天時黃瓜果實緊實，質感硬，外表皮呈原品種顏色，滿足黃瓜商品瓜特性。

如圖1所示，隨開花日期增加，空腔率上下浮動，在第11天至第16天果實空腔率多數高于第9天，從第16天開始，空腔率開始下降，并低于第9天，但總體看，符合線性分布。因此，將雌花開花后第9天確定為品種JZ6-1-2果實發生空腔的起始日期。該時期黃瓜符合商品瓜特性，空腔表現明顯，可作為黃瓜果實空腔性鑒定時期。

圖1 不同時間黃瓜果實空腔率Fig.1 Hollow heart rateof cucumber fruit in different time

2.1.2 果實空腔性鑒定位置確定

通過觀察JZ6-1-2不同果實、果實不同部位空腔表現（見表1），可初步將黃瓜果實空腔分為3種類型，即：基本型（A）、漸變型（B）、其他類型（C）。其中，基本型出現最多，漸變型其次，其他類型出現次數最少（不同黃瓜果實中間部位橫截面空腔表現見圖2）。對果實分段式觀察發現，在果實頂部或果蒂處產生空腔的果實較少，基本型A與漸變型b2出現這種現象，漸變型b1與其他類型C則鮮少出現上述兩個端點空腔。果實中間位置空腔現象僅在漸變型b2中不產生，其他類型均出現。分別計算果實位置空腔瓜占比，發現在黃瓜果實中間部位出現空腔性狀的占比最大，為89.55%。因此，將黃瓜中間部位列為鑒定部位，以基本型空腔作為分類劃分標準。

圖2 黃瓜果實橫截面空腔表現Fig.2 Expression of cross-section hollow heart in cucumber fruit

表1 黃瓜果實空腔分類Table 1 Classification of cucumber fruit hollow heart

2.1.3 果實空腔性等級劃分

在黃瓜果實空腔性鑒定評價期，即雌花開花后第9天，取黃瓜果實中間部位，依據黃瓜品種JZ6-1-2空腔情況檢測結果，如表2和圖3所示，按照黃瓜果實空腔發生的嚴重程度，可將黃瓜果實空腔分為5個等級：0級-無空腔，1級-微弱空腔，2級-輕度空腔，3級-明顯空腔，4級-重度空腔，可將此標準應用于黃瓜種質資源果實空腔性評價。

表2 黃瓜果實空腔性分級Table 2 Hollow trait classification of cucumber fruit

圖3 黃瓜果實空腔性分級Fig.3 Classification of hollow trait of cucumber fruit

2.2 黃瓜種質資源果實空腔性評價

2.2.1 果實種質資源空腔性差異性

按照上述黃瓜果實空腔性鑒定時期、部位及分級標準，對162份不同生態類型黃瓜品種進行果實空腔性鑒定及差異性分析，結果如表3所示。在162份黃瓜種質資源中，無空腔品種110份，占67.90%?？涨黄贩N52份，占32.10%。在110個華南型品種中，空腔品種44個，占所有供試材料27.16%，占華南型供試材料40.00%；華北型空腔品種共6個，占所有供試材料3.70%，占華北型供試材料18.75%；歐洲溫室型空腔品種僅2個，占所有供試材料1.24%，占歐洲溫室型供試材料10.00%。結果表明，不同生態類型黃瓜品種空腔率存在明顯差異，說明生態類型與黃瓜果實空腔存在相關性。

表3 不同生態類型黃瓜品種果實空腔情況Table 3 Fruit hollow heart of cucumber with different ecological types

2.2.2 果實種質資源空腔性評價

在空腔品種比較中，發現黃瓜品種D1104-3-3-2C、D1158綠粗、JZ6-1-1-1、JZ6-1-2-2和D1104-3-3-2空腔程度最高均達到4級，占9.62%；2級與3級空腔黃瓜品種數量相同，均為8個，各占15.38%；1級空腔黃瓜品種共有31個，占比最大，為59.62%（見表4）。說明黃瓜果實空腔程度普遍不嚴重，但其中仍有25%黃瓜品種達到3級及以上等級，這部分品種均為華南型，證實生態類型與果實空腔存在一定關系。綜合表4和圖4分析可知，華南型品種空腔程度因品種不同差異性較大，分屬于4個等級中，主要表現為1級和3級空腔；華北型空腔品種表現為1級和2級空腔，且1級空腔品種為2級空腔品種2倍；歐洲溫室型空腔品種果實空腔性表現一致，均為1級空腔。說明果實空腔與生態類型之間存在明顯相關，且在華南型及華北型生態類型中，因品種不同，表現出的空腔也有所差異。

圖4 不同生態類型黃瓜果實空腔表現Fig.4 Expression of hollow heart in different ecological typesof cucumber fruit

表4 不同生態類型黃瓜果實空腔分布情況Table 4 Hollow heart distribution of cucumber fruit with different ecological types

不同生態類型易發生空腔排序為：華南型＞華北型＞歐洲溫室型（見圖5）。

圖5 不同生態類型占黃瓜果實空腔品種比例Fig.5 Proportion of different ecological typesin cucumber fruit hollow heart

續表3

2.3 黃瓜果實空腔性內源激素分析

植物激素作為執行細胞通訊活化信息，在代謝、生長、形態建成等植物生理活動方面均發揮重要作用，可通過調控一系列基因表達控制果實生長。在果實生長過程中，激素含量動態變化，反映果實生長過程中激素起特定定向誘導作用。本試驗將數據進行雙因素方差分析，結果可知（見表5），IAA、ABA、GA含量與交互作用均存在極顯著差異，說明3個激素在黃瓜果實空腔發育過程中，不同品種之間，隨著花后果實發育時間的變化，激素含量有極顯著差異。

表5 激素方差分析P值Table5 Hormoneanalysisof variance P value

分組多重比較結果可知，以D0432-3-4（無空腔）為對照，IAA在第9天時兩組品種存在極顯著差異，差異值達到0.0306μmol·g-1，第16天后不再有明顯差異，二者均于第23天達到最大值（見圖6a），在此過程中，D0432-3-4的IAA濃度優于JZ6-1-2的IAA濃度，說明果實發育前期IAA低濃度導致果實缺少所需營養物質，繼而可能導致黃瓜果實空腔。

兩個品種之間ABA濃度在第9天時無顯著差異，在第16、23天存在顯著和極顯著差異，差異值分別達到137.685和123.931μmo·g-1。第9天后，ABA濃度在果實JZ6-1-2表現為先升后降，在果實D0432-3-4中表現相反（見圖6b），可能源于ABA濃度升高提高果實抗逆性，即說明黃瓜果實此時段受環境脅迫。

GA3濃度分別在第9、23天兩個品種之間存在極顯著差異，差異值分別達到162.485和137.863 μmol·g-1，兩個品種GA3濃度上升趨勢也不同，GA3濃度在JZ6-1-2中表現為先升后降，在D0432-3-4中表現為下降（見圖6c）。

兩個品種ZT濃度變化趨勢相同，均在第23天達到最高值，僅第16天兩個品種之間存在顯著差異（見圖6d），ZT濃度未明顯影響黃瓜果實空腔形成。結果表明，在黃瓜果實空腔性狀中，IAA、ABA和GA3可能對黃瓜果實空腔形成造成影響，ZT對其影響小。激素通過互相作用影響黃瓜果實空腔形成。

圖6 JZ6-1-2與D0432-3-4之間激素含量變化Fig.6 Changes of hormone content between JZ6-1-2 and D0432-3-4

3 討論

3.1 黃瓜果實空腔性鑒定標準確立

果實空腔影響作物品質及經濟價值，間接影響農民種植收入。根據前期預備試驗，選取易空腔黃瓜品種JZ6-1-2為試驗材料。研究表明，雌花開花后第9天，首次檢測到空腔性狀，此時果實果肉緊實，質感硬，外表皮呈原品種顏色，滿足黃瓜商品瓜特性。黃瓜果實1/2處產生空腔的果實占全部空腔果實的89.55%，遠超其他部位，確定其為鑒定部位可行。本試驗未發現節位顯著關聯性，說明在鑒別時可將其看作單一個體。本試驗將雌花開花后第9天作為果實空腔性鑒定時間，選取黃瓜果實中間作為鑒定部位。

3.2 黃瓜果實空腔性評級標準確立

將西瓜果實空腔根據面積比例分為4級[1]，馬鈴薯根據深度、面積及嚴重程度將空腔分為3級[23]。本試驗借鑒上述作物研究標準，以空腔占面積比例作為評級標準，將黃瓜果實空腔性制定為5個等級，分別為：0級，無空腔；1級，微弱空腔；2級，輕度空腔；3級，明顯空腔；4級，重度空腔。環境因素對果實空腔造成顯著影響，尤其在黃瓜果實中溫度和濕度的不適宜均會造成空腔[6]，本試驗結合多年觀測數據，保證分級和評價準確性，結合黃瓜果實空腔性分類標準發現，當出現a1、a2、a3情況，普遍為1～2級，少數為3、4級；出現a4、a5、b1情況，多數為3、4級，即對黃瓜果實品質價值造成顯著影響；少數為2級。出現b2，c情況，多數為0、1級。因其個數確定但大小不確定性，若將此分類標準作為分級標準，并不可靠，所以試驗未選取黃瓜果實空腔性分類標準作為鑒定依據，而是根據黃瓜果實橫截面空腔占比分級，準確描述空腔程度，依據上述分類標準與分級標準之間分布情況，快速鑒別果實空腔分級。

3.3 黃瓜果實空腔差異性

品種與果實空腔關系緊密，在針對馬鈴薯[24]，草莓[25]，果梅[26]，黃瓜[27]，蘿卜[28]，西蘭花[29]等研究中均發現品種和果實空腔的相關性。本研究所供試162個品種中，空腔品種占32.10%。結果表明，華南型黃瓜空腔產生概率最高且高于平均水平，其余類型均低于平均值。說明華南型黃瓜更易產生空腔。不同生態類型黃瓜品種表現的空腔級數具有差異。華南型品種主要表現為1級與3級空腔，華北型品種主要表現1級與2級空腔，歐洲溫室型品種表現為1級空腔。當空腔程度達到3級及以上等級時，空腔程度已較嚴重，影響銷售。該試驗中共有13個品種達到此標準，均為華南型品種，且華南型空腔品種空腔數量最多，共44個，占空腔果實84.62%，可見華南型品種空腔最為嚴重。華北型次之，共有6個品種表現出空腔，且集中在2級以內。歐洲溫室型空腔輕微，僅兩個品種出現空腔且均為1級。試驗中歐洲溫室型黃瓜樣本不足，可能需填充更多數據。該試驗初步驗證生態類型與黃瓜空腔性狀相關性，說明遺傳基因起主導作用，后續可通過克隆相關基因，鑒定其分子機制，從育種方向解決該問題。

3.4 黃瓜果實空腔性與內源激素關系

IAA濃度在第9天時兩組品種有顯著差異，第16天后無顯著差異，且D0432-3-4的IAA濃度一直優于JZ6-1-2，均于第23天達到最大值。GA3濃度在品種JZ6-1-2中低于D0432-3-4，可能因GA3濃度低導致器官膨大的基因未充分表達，造成果實生長缺陷，致使空腔。ABA含量也呈先增后減趨勢，說明黃瓜果實空腔形成非單一因素，而由多個激素協同調控[30]。IAA與GA3含量在空腔品種中均低于無空腔品種，也可作為鑒定空腔與否的認定指標。需后續開展激素外源噴施等試驗加以驗證。

4 結論

①黃瓜商品果實空腔鑒定時期為雌花開花后第9天，鑒定部位為果實中間部位。

②確立黃瓜果實空腔性分級標準為5級。即：0級，無空腔；1級，微弱空腔，空腔面積占橫截面1%以內；2級，輕度空腔，空腔面積占橫截面1%～10%；3級，明顯空腔，空腔面積占橫截面10%～40%；4級，重度空腔，空腔面積占橫截面≥40%。

③評價162份黃瓜種質資源果實空腔性，篩選出空腔品種52份，無空腔品種110份。明確黃瓜果實空腔性在不同生態類型間存在明顯差異，從易空腔到無空腔排序為：華南型＞華北型＞歐洲溫室型。

④激素研究表明，內源激素IAA、GA3、ABA影響黃瓜果實空腔形成；內源激素ZT與果實空腔關系不顯著。