中国南瓜幼苗低氮耐受性指标筛选及综合评价

摘    要：氮肥过量施用是导致土壤退化及环境污染的重要原因之一，选育低氮耐受性较强的品种对中国南瓜的减肥增效生产具有重要意义。以8个中国南瓜种质为试验材料，采用水培法并设置适氮（7.0 mmol·L-1）和低氮（0.7 mmol·L-1）2个处理，测定苗期18个性状的低氮耐受系数，采用主成分、隶属函数和回归分析等方法建立中国南瓜低氮耐受性综合评价体系。结果表明，不同种质各指标的低氮耐受系数存在显著差异；主成分分析表明，一些表征植株生物量和叶片光合作用能力的指标与低氮耐受能力密切相关，其中根部干质量、根部鲜质量、根体积、壮苗指数等4个指标可作为低氮耐受性鉴定指标。利用回归分析建立中国南瓜幼苗低氮耐受性预测方程D’=0.950 9-0.121 2X1-0.207 7X2+0.134 1X3-0.078 2X4（平均估算精度96.5%，R2=0.957），筛选获得1份苗期低氮耐受性较强的种质Cmo19（柿饼南瓜），初步实现中国南瓜幼苗期低氮耐受性种质资源的快速筛选鉴定，为中国南瓜氮高效利用品种选育及相关机制研究提供了依据。

关键词：中国南瓜；低氮胁迫；筛选；综合评价

中图分类号：S642.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）09-074-07

Index screening and tolerance evaluation of low nitrogen stress in seedling stage of Cucurbita moschata

LIAO Qinggui1， 2， LU Qiuchen2， LIU Ying3， DONG Jiamei1， 2， SUN Yapei2， HE Yadi2， BO Kailiang2， WANG Wenjiao1， DUAN Ying2， WANG Changlin2

（1. College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China; 2. Institute of Vegetables and Flowers， Chinese Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory of Vegetable Biobreeding， Beijing 100081， China; 3. Harbin Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150030， Heilongjiang， China）

Abstract： Excessive application of nitrogen fertilizer is one of the major causes of soil degradation and environmental pollution. The selection of high-yielding varieties with strong low-nitrogen tolerance is of great significance for the efficient production in Cucurbita moschata. In this study， eight germplasm were used as experimental materials， and two treatments of suitable nitrogen（7.0 mmol·L-1）and low nitrogen（0.7 mmol·L-1）were set up in hydroponics to determine the low nitrogen tolerance coefficients of 18 traits in the seedling stage. The comprehensive evaluation system was established by using the methods of principal component， subordinate function and regression analysis. The results showed that the low nitrogen tolerance coefficients of different germplasm indicators differed significantly. The principal component analysis showed that the index characterizing plant biomass and photosynthesis were closely related to the low nitrogen tolerance ability， and that the four index， including root dry mass， root fresh mass， root volume and seedling index， could be used as index of the tolerance identification. Regression analysis was used to establish a predictive equation for low nitrogen tolerance in seedlings D’=0.950 9-0.121 2X1-0.207 7X2+0.134 1X3-0.078 2X4（R2=0.957， average estimation accuracy 96.5%）. One germplasm with strong low-nitrogen tolerance were finally obtained， namely Cmo19（Shibing Nangua）. This study initially realized the high-throughput screening and identification of low nitrogen tolerance germplasm resources in Cucurbita moschata during the seedling stage， which provided a theoretical basis for the selection and breeding of nitrogen-efficient varieties of Cucurbita moschata and the study related mechanisms.

Key words： Cucurbita moschata; Low nitrogen stress; Screening; Comprehensive evaluation

收稿日期：2024-05-29；修回日期：2024-06-27

基金项目：北京市设施蔬菜创新团队项目（BAIC01）；中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-IVFCAAS）

作者简介：廖青桂，女，在读硕士研究生，研究方向为南瓜遗传育种。E-mail：18434766932@163.com

通信作者：王文娇，女，副教授，研究方向为蔬菜分子生物学。E-mail：sxndwwj@sxau.edu.cn

段    颖，女，助理研究员，研究方向为南瓜遗传育种。E-mail：duanying@caas.cn

王长林，男，副研究员，研究方向为南瓜遗传育种。E-mail：wangchanglin@caas.cn

氮元素（nitrogen，N）是生命体重要有机分子的基本组成元素之一，也是决定植物生长发育、产量及品质形成的重要营养元素之一[1]。氮元素缺乏会导致植物细胞生理生化活动受到抑制，降低作物产量和品质[2]。尽管大量施加氮肥可以提高作物产量，但也会引起资源浪费、土壤污染和破坏农田生态系统等一系列问题[3]。选育具有较高氮利用效率（nitrogen use efficiency，NUE）的耐低氮或氮高效利用作物品种，既可以降低氮肥施用量，也可以提高瘠薄土地的利用效率，是发展环境友好型农业的重要解决途径[4]。

中国南瓜（Cucurbita moschata）是葫芦科南瓜属一年生草本植物，在我国广泛栽培。中国南瓜起源于中南美洲地区，具有较强的抗逆能力[5-6]。中国南瓜也是黄瓜、甜瓜和西瓜等葫芦科作物的主要砧木之一。研究表明，采用中国南瓜为砧木嫁接甜瓜，氮利用效率提高1.3%～4.2%，果实氮素积累量和产量均显著提高[7]。中国南瓜嫁接黄瓜和西瓜也可明显促进盐胁迫下叶片和根系硝酸还原酶活性和氮素转化能力的提高，增强根际土壤酶活性，从而提高黄瓜和西瓜的耐盐性和产量[8-9]。因此，筛选中国南瓜耐低氮种质资源，对中国南瓜肉用及砧用品种选育均具有实际应用意义。

已有研究表明，不同种质资源的低氮耐受能力与自身基因型关系密切[10-12]，同时氮利用效率受到多种生理生化和代谢途径共同调控，少数几个性状不能准确反映出不同品种的耐受能力[13]。因此，有必要采用综合评价方法进行种质资源的评价与筛选。目前中国南瓜低氮耐受性研究主要集中于探讨不同生长指标在低氮处理前后的变化趋势，如南瓜根系长度、果实产量、植株氮利用效率等指标[14]，也有研究表明，氮肥施用量直接影响叶片总叶绿素含量、PSII活性等叶绿素荧光参数[15]，但尚未见中国南瓜氮利用效率鉴定评价方法的报道，因此有必要建立一套相对稳定且高效的中国南瓜低氮耐受性指标筛选评价体系。

笔者以8份中国南瓜种质资源为试验材料，利用水培法设置正常氮（7.0 mmol·L-1）和低氮胁迫（0.7 mmol·L-1）处理，进行18个生长和光合作用指标测定，并采用主成分分析和隶属函数分析法对种质低氮耐受性进行综合评价，建立适用于中国南瓜幼苗期低氮耐受性种质评价的实用性筛选鉴定体系，为中国南瓜耐低氮品种选育及氮高效利用基因的挖掘提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

8份中国南瓜种质均为中国农业科学院蔬菜花卉研究所南瓜育种课题组收集或育成的高代纯合自交系（表1）。

1.2 方法

试验于2022年8－9月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所人工气候室进行，培养温度为昼/夜=25 ℃/15 ℃（12 h/12 h）。选取颗粒饱满、种皮完整的种子播种于32孔穴盘，每份材料播种60粒，基质采用20目粗河砂，除正常浇水外，不添加其他措施，待其长至2叶1心时，挑选健壮且长势一致的幼苗移栽到水培盆中进行低氮胁迫。

试验采用Hogland营养液水培方式进行，低氮胁迫处理组的营养液氮浓度设置为0.7 mmol·L-1，对照组设置为7.0 mmol·L-1，其他条件保持一致。水培盆面积为1500 cm2 （50 cm × 30 cm），行间距为10 cm，每个水培盆间隔20 cm。使用小型通气泵对水培营养液进行加氧通气，每隔3 d通气1次，每次通气4 h。处理第0 天与第9天时测定植株生长指标和光合作用相关指标，设3次重复，每重复为5株幼苗。

1.2.1    水培营养液配制    对照组所施营养液为改良型Hogland营养液[16]：Ca（NO3）2·4H2O 2 mmol·L-1、KNO3 3 mmol·L-1、CaCl2 2 mmol·L-1、KCl 3 mmol·L-1、MgSO4·7H2O 2 mmol·L-1、NH4·H2PO4 1 mmol·L-1，并添加微量元素。低氮处理组所施营养液配方：Ca（NO3）2·4H2O 0.2 mmol·L-1、KNO3 0.3 mmol·L-1、CaCl2 3.8 mmol·L-1、KCl 4.7 mmol·L-1、MgSO4·7H2O 2 mmol·L-1、NH4·H2PO4 1 mmol·L-1，并添加微量元素。

微量元素配方：EDTA-NaFe 80 μmol·L-1、H3BO3 46.3 μmol·L-1、MnSO4·4H2O 9.5 μmol·L-1、ZnSO4·7H2O 0.8 μmol·L-1、CuSO4·5H2O 0.3 μmol·L-1、（NH4）6Mo7O24·4H2O 0.02 μmol·L-1。配方中不同氮浓度处理只改变硝态氮浓度，不改变铵态氮。