黄瓜种质资源空腔性评价

秦智伟，顾晨冉，袁艳文，李笑月，辛 明

（东北农业大学园艺园林学院，哈尔滨 150030）

黄瓜果实内部出现空洞的现象被称为黄瓜果实空腔，严重影响黄瓜产量和品质。果实空腔存在于黄瓜果实及其他作物中。在西瓜育种，美国农业部将这一现象命名为HH，也称为内部开裂[1]。研究认为，这种现象因胚盘和果皮组织不均匀扩张形成[2-3]。空腔现象还存在于花序中，研究人员在西兰花和花椰菜花序中均发现茎洞，称为中空茎，是一种生理障碍，但尚未阐明其致病机制[4-5]。

果实空腔与环境条件相关。当黄瓜果实处于高温干燥或低温缺水条件下，管理不适易造成空腔[6]。黄瓜坐果时温度偏低也产生空腔，因温度低时细胞分裂速度变慢，果实内细胞数量不足，后期温度升高，果皮迅速膨大，内部细胞数量不足，无法填满果实内空间导致其空心[7]。西瓜膨大时供水不足会导致空心[8]。栽培土壤太砂，西兰花生长速度过快，易造成空心[9]。温度也影响马铃薯空心的形成。初生季节，马铃薯在发芽期间遇低温环境，会在茎端形成空心[10]。冬季用低于7℃水浇灌番茄时可能引发空心[11]。番茄空心形成还可能与水肥供应不足或施用氮肥过多相关[12]。陈科提出茄子在连续阴天环境中易出现空心茄[13]。低温、寡照或高温干旱环境会导致芹菜空心[14]。空腔不仅出现在果实中，豌豆种子中也发现空心现象，研究认为这种现象与环境关系较大，可能与种子在成熟过程中的高温有关[15]。

果实空腔影响果实品质价值及经济价值。美国农业部根据季节和对无籽西瓜的需求量，规定中度至重度空心的果实因适销性不足，不可出售[1]。美国、加拿大等国家根据马铃薯空心程度制定鉴定标准，空心程度＜5%为一级，5%＜空心程度＜10%为二级，超过10%不允许贩卖[16]。研究马铃薯空心结果表明，随空心程度增加，糖生物碱含量更高[17]，经济价值降低；空心程度大于规定限度情况下，马铃薯品质差，不可食用。黄瓜发育与内源激素含量关系密切。研究表明，IAA可增强黄瓜耐热能力[18]，GA3对黄瓜种子萌发有影响[19]，ABA可通过调节植株水分效率提高植株抗性[20]，ZT激素含量影响茎、叶、根系生长[21]。针对黄瓜果实空腔即其与内源激素含量之间关系的研究较少，需探明其发生机理，从品种选育上解决问题，提高黄瓜果实品质，更好服务生产，满足消费者需求。本研究通过确立黄瓜果实空腔性鉴定标准，评价黄瓜主要种质资源果实空腔性，为今后开展有关黄瓜果实空腔发生机理研究及选育无空腔优良品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

根据预备试验结果，选用黄瓜果实易空腔品种JZ6-1-2作为评价黄瓜果实空腔性标准的试材。选取华北型、华南型和欧洲温室型3种生态类型黄瓜种质资源共162份（其中：华南型110份，华北型32份，欧洲温室型20份），作为黄瓜果实空腔性鉴定材料。以上试材由东北农业大学黄瓜课题组提供。

1.2 方法

黄瓜品种JZ6-1-2定植于塑料大棚内。每个小区定植6垄，每垄种植14株，株行距35 cm×60 cm。在总体植株处于开花期时，分别于各个小区随机挑选长势良好且一致植株20株，于雌花刚开花时挂牌记录，人工授粉。

将162份黄瓜种质资源定植于塑料大棚中，株行距35 cm×60 cm，一品种为一小区，有序排列，每个小区由2垄构成，每垄种植14株。在整体植株处于开花期时，分别于各小区选择长势良好植株17株，于雌花初开花时挂牌记录。

以上试验均在东北农业大学阿城实验实习基地进行，采用常规田间管理。

1.3 黄瓜果实空腔性鉴定日期及标准测定

利用黄瓜易空腔品种JZ6-1-2，在植株10～15节位选取雌花挂牌标记，与雌花开放后第7～20天，选取不同植株商品瓜，观察调查。将果实分段切开，观察各区段空腔情况并记录，3次重复。

1.4 黄瓜果实种质资源空腔性评价

选用162份不同生态类型黄瓜品种，在雌花开放后第9天，选取长势良好且外观表现一致的不同植株的3个商品瓜，从瓜中间部位沿其横向切割，根据鉴定标准对其观察。

1.5 内源激素测定

测定内源激素为4种，分别为赤霉素（GA3）、生长素（IAA）、玉米素（ZT）和脱落酸（ABA）。试剂盒由中国农业大学作物化学控制中心提供。内源激素测定采用间接酶联免疫法（Enzyme-linked immunosorbent assays，ELISA）[22]，每个样品重复测定3次，取其平均值进行分析。

1.6 试验数据统计与分析

利用Microsoft Excel 2010软件处理试验数据，并结合GraphPadprism（8.0.2）及Photoshop（23.0.0）软件分析试验数据及绘图。

2 结果与分析

2.1 黄瓜果实空腔性鉴定标准测定

2.1.1 黄瓜果实空腔性鉴定时期确定

对黄瓜品种JZ6-1-2分别于雌花开放后7～20 d，将长势良好且外观表现一致商品瓜进行切割，观察其果实空腔性情况并记录所在节位。结果表明，雌花开放后7～8 d，果实无空腔发生，第9天开始出现空腔。雌花开花后第9天时黄瓜果实紧实，质感硬，外表皮呈原品种颜色，满足黄瓜商品瓜特性。

如图1所示，随开花日期增加，空腔率上下浮动，在第11天至第16天果实空腔率多数高于第9天，从第16天开始，空腔率开始下降，并低于第9天，但总体看，符合线性分布。因此，将雌花开花后第9天确定为品种JZ6-1-2果实发生空腔的起始日期。该时期黄瓜符合商品瓜特性，空腔表现明显，可作为黄瓜果实空腔性鉴定时期。

图1 不同时间黄瓜果实空腔率Fig.1 Hollow heart rateof cucumber fruit in different time

2.1.2 果实空腔性鉴定位置确定

通过观察JZ6-1-2不同果实、果实不同部位空腔表现（见表1），可初步将黄瓜果实空腔分为3种类型，即：基本型（A）、渐变型（B）、其他类型（C）。其中，基本型出现最多，渐变型其次，其他类型出现次数最少（不同黄瓜果实中间部位横截面空腔表现见图2）。对果实分段式观察发现，在果实顶部或果蒂处产生空腔的果实较少，基本型A与渐变型b2出现这种现象，渐变型b1与其他类型C则鲜少出现上述两个端点空腔。果实中间位置空腔现象仅在渐变型b2中不产生，其他类型均出现。分别计算果实位置空腔瓜占比，发现在黄瓜果实中间部位出现空腔性状的占比最大，为89.55%。因此，将黄瓜中间部位列为鉴定部位，以基本型空腔作为分类划分标准。

图2 黄瓜果实横截面空腔表现Fig.2 Expression of cross-section hollow heart in cucumber fruit

表1 黄瓜果实空腔分类Table 1 Classification of cucumber fruit hollow heart

2.1.3 果实空腔性等级划分

在黄瓜果实空腔性鉴定评价期，即雌花开花后第9天，取黄瓜果实中间部位，依据黄瓜品种JZ6-1-2空腔情况检测结果，如表2和图3所示，按照黄瓜果实空腔发生的严重程度，可将黄瓜果实空腔分为5个等级：0级-无空腔，1级-微弱空腔，2级-轻度空腔，3级-明显空腔，4级-重度空腔，可将此标准应用于黄瓜种质资源果实空腔性评价。

表2 黄瓜果实空腔性分级Table 2 Hollow trait classification of cucumber fruit

图3 黄瓜果实空腔性分级Fig.3 Classification of hollow trait of cucumber fruit

2.2 黄瓜种质资源果实空腔性评价

2.2.1 果实种质资源空腔性差异性

按照上述黄瓜果实空腔性鉴定时期、部位及分级标准，对162份不同生态类型黄瓜品种进行果实空腔性鉴定及差异性分析，结果如表3所示。在162份黄瓜种质资源中，无空腔品种110份，占67.90%。空腔品种52份，占32.10%。在110个华南型品种中，空腔品种44个，占所有供试材料27.16%，占华南型供试材料40.00%；华北型空腔品种共6个，占所有供试材料3.70%，占华北型供试材料18.75%；欧洲温室型空腔品种仅2个，占所有供试材料1.24%，占欧洲温室型供试材料10.00%。结果表明，不同生态类型黄瓜品种空腔率存在明显差异，说明生态类型与黄瓜果实空腔存在相关性。

表3 不同生态类型黄瓜品种果实空腔情况Table 3 Fruit hollow heart of cucumber with different ecological types

2.2.2 果实种质资源空腔性评价

在空腔品种比较中，发现黄瓜品种D1104-3-3-2C、D1158绿粗、JZ6-1-1-1、JZ6-1-2-2和D1104-3-3-2空腔程度最高均达到4级，占9.62%；2级与3级空腔黄瓜品种数量相同，均为8个，各占15.38%；1级空腔黄瓜品种共有31个，占比最大，为59.62%（见表4）。说明黄瓜果实空腔程度普遍不严重，但其中仍有25%黄瓜品种达到3级及以上等级，这部分品种均为华南型，证实生态类型与果实空腔存在一定关系。综合表4和图4分析可知，华南型品种空腔程度因品种不同差异性较大，分属于4个等级中，主要表现为1级和3级空腔；华北型空腔品种表现为1级和2级空腔，且1级空腔品种为2级空腔品种2倍；欧洲温室型空腔品种果实空腔性表现一致，均为1级空腔。说明果实空腔与生态类型之间存在明显相关，且在华南型及华北型生态类型中，因品种不同，表现出的空腔也有所差异。

图4 不同生态类型黄瓜果实空腔表现Fig.4 Expression of hollow heart in different ecological typesof cucumber fruit

表4 不同生态类型黄瓜果实空腔分布情况Table 4 Hollow heart distribution of cucumber fruit with different ecological types

不同生态类型易发生空腔排序为：华南型＞华北型＞欧洲温室型（见图5）。

图5 不同生态类型占黄瓜果实空腔品种比例Fig.5 Proportion of different ecological typesin cucumber fruit hollow heart

续表3

2.3 黄瓜果实空腔性内源激素分析

植物激素作为执行细胞通讯活化信息，在代谢、生长、形态建成等植物生理活动方面均发挥重要作用，可通过调控一系列基因表达控制果实生长。在果实生长过程中，激素含量动态变化，反映果实生长过程中激素起特定定向诱导作用。本试验将数据进行双因素方差分析，结果可知（见表5），IAA、ABA、GA含量与交互作用均存在极显著差异，说明3个激素在黄瓜果实空腔发育过程中，不同品种之间，随着花后果实发育时间的变化，激素含量有极显著差异。

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

分组多重比较结果可知，以D0432-3-4（无空腔）为对照，IAA在第9天时两组品种存在极显著差异，差异值达到0.0306μmol·g-1，第16天后不再有明显差异，二者均于第23天达到最大值（见图6a），在此过程中，D0432-3-4的IAA浓度优于JZ6-1-2的IAA浓度，说明果实发育前期IAA低浓度导致果实缺少所需营养物质，继而可能导致黄瓜果实空腔。

两个品种之间ABA浓度在第9天时无显著差异，在第16、23天存在显著和极显著差异，差异值分别达到137.685和123.931μmo·g-1。第9天后，ABA浓度在果实JZ6-1-2表现为先升后降，在果实D0432-3-4中表现相反（见图6b），可能源于ABA浓度升高提高果实抗逆性，即说明黄瓜果实此时段受环境胁迫。

GA3浓度分别在第9、23天两个品种之间存在极显著差异，差异值分别达到162.485和137.863 μmol·g-1，两个品种GA3浓度上升趋势也不同，GA3浓度在JZ6-1-2中表现为先升后降，在D0432-3-4中表现为下降（见图6c）。

两个品种ZT浓度变化趋势相同，均在第23天达到最高值，仅第16天两个品种之间存在显著差异（见图6d），ZT浓度未明显影响黄瓜果实空腔形成。结果表明，在黄瓜果实空腔性状中，IAA、ABA和GA3可能对黄瓜果实空腔形成造成影响，ZT对其影响小。激素通过互相作用影响黄瓜果实空腔形成。

图6 JZ6-1-2与D0432-3-4之间激素含量变化Fig.6 Changes of hormone content between JZ6-1-2 and D0432-3-4

3 讨论

3.1 黄瓜果实空腔性鉴定标准确立

果实空腔影响作物品质及经济价值，间接影响农民种植收入。根据前期预备试验，选取易空腔黄瓜品种JZ6-1-2为试验材料。研究表明，雌花开花后第9天，首次检测到空腔性状，此时果实果肉紧实，质感硬，外表皮呈原品种颜色，满足黄瓜商品瓜特性。黄瓜果实1/2处产生空腔的果实占全部空腔果实的89.55%，远超其他部位，确定其为鉴定部位可行。本试验未发现节位显著关联性，说明在鉴别时可将其看作单一个体。本试验将雌花开花后第9天作为果实空腔性鉴定时间，选取黄瓜果实中间作为鉴定部位。

3.2 黄瓜果实空腔性评级标准确立

将西瓜果实空腔根据面积比例分为4级[1]，马铃薯根据深度、面积及严重程度将空腔分为3级[23]。本试验借鉴上述作物研究标准，以空腔占面积比例作为评级标准，将黄瓜果实空腔性制定为5个等级，分别为：0级，无空腔；1级，微弱空腔；2级，轻度空腔；3级，明显空腔；4级，重度空腔。环境因素对果实空腔造成显著影响，尤其在黄瓜果实中温度和湿度的不适宜均会造成空腔[6]，本试验结合多年观测数据，保证分级和评价准确性，结合黄瓜果实空腔性分类标准发现，当出现a1、a2、a3情况，普遍为1～2级，少数为3、4级；出现a4、a5、b1情况，多数为3、4级，即对黄瓜果实品质价值造成显著影响；少数为2级。出现b2，c情况，多数为0、1级。因其个数确定但大小不确定性，若将此分类标准作为分级标准，并不可靠，所以试验未选取黄瓜果实空腔性分类标准作为鉴定依据，而是根据黄瓜果实横截面空腔占比分级，准确描述空腔程度，依据上述分类标准与分级标准之间分布情况，快速鉴别果实空腔分级。

3.3 黄瓜果实空腔差异性

品种与果实空腔关系紧密，在针对马铃薯[24]，草莓[25]，果梅[26]，黄瓜[27]，萝卜[28]，西兰花[29]等研究中均发现品种和果实空腔的相关性。本研究所供试162个品种中，空腔品种占32.10%。结果表明，华南型黄瓜空腔产生概率最高且高于平均水平，其余类型均低于平均值。说明华南型黄瓜更易产生空腔。不同生态类型黄瓜品种表现的空腔级数具有差异。华南型品种主要表现为1级与3级空腔，华北型品种主要表现1级与2级空腔，欧洲温室型品种表现为1级空腔。当空腔程度达到3级及以上等级时，空腔程度已较严重，影响销售。该试验中共有13个品种达到此标准，均为华南型品种，且华南型空腔品种空腔数量最多，共44个，占空腔果实84.62%，可见华南型品种空腔最为严重。华北型次之，共有6个品种表现出空腔，且集中在2级以内。欧洲温室型空腔轻微，仅两个品种出现空腔且均为1级。试验中欧洲温室型黄瓜样本不足，可能需填充更多数据。该试验初步验证生态类型与黄瓜空腔性状相关性，说明遗传基因起主导作用，后续可通过克隆相关基因，鉴定其分子机制，从育种方向解决该问题。

3.4 黄瓜果实空腔性与内源激素关系

IAA浓度在第9天时两组品种有显著差异，第16天后无显著差异，且D0432-3-4的IAA浓度一直优于JZ6-1-2，均于第23天达到最大值。GA3浓度在品种JZ6-1-2中低于D0432-3-4，可能因GA3浓度低导致器官膨大的基因未充分表达，造成果实生长缺陷，致使空腔。ABA含量也呈先增后减趋势，说明黄瓜果实空腔形成非单一因素，而由多个激素协同调控[30]。IAA与GA3含量在空腔品种中均低于无空腔品种，也可作为鉴定空腔与否的认定指标。需后续开展激素外源喷施等试验加以验证。

4 结论

①黄瓜商品果实空腔鉴定时期为雌花开花后第9天，鉴定部位为果实中间部位。

②确立黄瓜果实空腔性分级标准为5级。即：0级，无空腔；1级，微弱空腔，空腔面积占横截面1%以内；2级，轻度空腔，空腔面积占横截面1%～10%；3级，明显空腔，空腔面积占横截面10%～40%；4级，重度空腔，空腔面积占横截面≥40%。

③评价162份黄瓜种质资源果实空腔性，筛选出空腔品种52份，无空腔品种110份。明确黄瓜果实空腔性在不同生态类型间存在明显差异，从易空腔到无空腔排序为：华南型＞华北型＞欧洲温室型。

④激素研究表明，内源激素IAA、GA3、ABA影响黄瓜果实空腔形成；内源激素ZT与果实空腔关系不显著。