秦智偉，顧晨冉，袁艷文，李笑月，辛 明

（東北農業(yè)大學園藝園林學院，哈爾濱 150030）

黃瓜果實內部出現(xiàn)空洞的現(xiàn)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(yè)部將這一現(xiàn)象命名為HH，也稱為內部開裂[1]。研究認為，這種現(xiàn)象因胚盤和果皮組織不均勻擴張形成[2-3]?？涨滑F(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(huán)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(shù)量不足，后期溫度升高，果皮迅速膨大，內部細胞數(shù)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(jié)，馬鈴薯在發(fā)芽期間遇低溫環(huán)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(fā)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(xù)陰天環(huán)境中易出現(xiàn)空心茄[13]。低溫、寡照或高溫干旱環(huán)境會導致芹菜空心[14]。空腔不僅出現(xiàn)在果實中，豌豆種子中也發(fā)現(xiàn)空心現(xiàn)象，研究認為這種現(xiàn)象與環(huán)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(yè)部根據季節(jié)和對無籽西瓜的需求量，規(guī)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(guī)定限度情況下，馬鈴薯品質差，不可食用。黃瓜發(fā)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(fā)有影響[19]，ABA可通過調節(jié)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(fā)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(fā)生機理研究及選育無空腔優(yōu)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(tài)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(yè)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(qū)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(qū)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(qū)，有序排列，每個小區(qū)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(qū)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(yè)大學阿城實驗實習基地進行，采用常規(guī)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(jié)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(qū)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(tài)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(xiàn)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(yè)大學作物化學控制中心提供。內源激素測定采用間接酶聯(lián)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(shù)據統(tǒng)計與分析

利用Microsoft Excel 2010軟件處理試驗數(shù)據，并結合GraphPadprism（8.0.2）及Photoshop（23.0.0）軟件分析試驗數(shù)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(xiàn)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(jié)位。結果表明，雌花開放后7～8 d，果實無空腔發(fā)生，第9天開始出現(xiàn)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(shù)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(fā)生空腔的起始日期。該時期黃瓜符合商品瓜特性，空腔表現(xiàn)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(xiàn)（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(xiàn)最多，漸變型其次，其他類型出現(xiàn)次數(shù)最少（不同黃瓜果實中間部位橫截面空腔表現(xiàn)見圖2）。對果實分段式觀察發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)這種現(xiàn)象，漸變型b1與其他類型C則鮮少出現(xiàn)上述兩個端點空腔。果實中間位置空腔現(xiàn)象僅在漸變型b2中不產生，其他類型均出現(xiàn)。分別計算果實位置空腔瓜占比，發(fā)現(xiàn)在黃瓜果實中間部位出現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(tài)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(tài)類型黃瓜品種空腔率存在明顯差異，說明生態(tài)類型與黃瓜果實空腔存在相關性。

表3 不同生態(tài)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(tài)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(xiàn)為1級和3級空腔；華北型空腔品種表現(xiàn)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(xiàn)一致，均為1級空腔。說明果實空腔與生態(tài)類型之間存在明顯相關，且在華南型及華北型生態(tài)類型中，因品種不同，表現(xiàn)出的空腔也有所差異。

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

表4 不同生態(tài)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(tài)類型易發(fā)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(tài)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(xù)表3

2.3 黃瓜果實空腔性內源激素分析

植物激素作為執(zhí)行細胞通訊活化信息，在代謝、生長、形態(tài)建成等植物生理活動方面均發(fā)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(tài)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(shù)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(fā)育過程中，不同品種之間，隨著花后果實發(fā)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(yōu)于JZ6-1-2的IAA濃度，說明果實發(fā)育前期IAA低濃度導致果實缺少所需營養(yǎng)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(xiàn)為先升后降，在果實D0432-3-4中表現(xiàn)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(huán)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(xiàn)為先升后降，在D0432-3-4中表現(xiàn)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(fā)現(xiàn)節(jié)位顯著關聯(lián)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(huán)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(shù)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(fā)現(xiàn)，當出現(xiàn)a1、a2、a3情況，普遍為1～2級，少數(shù)為3、4級；出現(xiàn)a4、a5、b1情況，多數(shù)為3、4級，即對黃瓜果實品質價值造成顯著影響；少數(shù)為2級。出現(xiàn)b2，c情況，多數(shù)為0、1級。因其個數(shù)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(fā)現(xiàn)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(tài)類型黃瓜品種表現(xiàn)的空腔級數(shù)具有差異。華南型品種主要表現(xiàn)為1級與3級空腔，華北型品種主要表現(xiàn)1級與2級空腔，歐洲溫室型品種表現(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據。該試驗初步驗證生態(tài)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(xù)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(yōu)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(xié)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(xù)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(tài)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。