秋水仙素誘變薄皮甜瓜同源四倍體研究

摘要：為了獲得四倍體薄皮甜瓜材料，研究薄皮甜瓜多倍體的特征特性，以二倍體薄皮甜瓜金美為材料，以0.2％、0.4％、0.6％的秋水仙素采用滴苗和浸種2種方法進行誘變四倍體試驗，并通過染色體觀察和細胞學鑒定對其進行倍性分析。結果表明，滴苗法比浸種法誘變率高，其中以0.4％秋水仙素滴苗誘變率最高，為6.67％；與二倍體相比，四倍體植株子葉和真葉長寬比變小，莖增粗，節間變短，花冠變大，果肉變厚，種子增寬，可育性降低，中心可溶性固形物含量增高：保衛細胞變大，氣孔密度變小，保衛細胞內葉綠體數目增加；獲得了同源四倍體材料。

關鍵詞：秋水仙素；薄皮甜瓜；四倍體；誘變

薄皮甜瓜(sp.conomon)屬于二倍體物種，染色體數目為2n=24。多倍體效應能提高植株的抗性，增加果皮、果肉的厚度，而且其耐貯性、可溶性固形物含量等性狀也可獲得改善。鑒于多倍體的效應，利用我國薄皮甜瓜資源豐富之優勢，通過誘變大量獲得四倍體，可從中選出抗性強、耐貯、品質優的品種(品系)直接應用于生產，擴大栽培區域，或者將其作為中間育種材料，選育三倍體或四倍體雜種一代品種。多倍體甜瓜材料具有生長勢強，抗逆性強，品質優等特點。Lotfi、Sari、Abak、Sauton等對甜瓜單倍體進行了加倍研究，并成功獲得雙單倍體；Adel—berg、Rhodes、Ezura、何歡樂、馬國斌等對甜瓜進行了離體誘導獲得四倍體的研究；吳明珠等對甜瓜進行輻射誘變并獲得多個多倍體甜瓜材料；柴興容、魏育國等采用誘導生長點分裂細胞染色體加倍，獲得綜合性狀較好的四倍體甜瓜材料；王雙伍等用秋水仙堿進行了離體誘導薄皮甜瓜四倍體的研究。但迄今為止，甜瓜多倍體育種工作主要集中于厚皮甜瓜，對薄皮甜瓜的研究較少。本研究以薄皮甜瓜作為材料，通過化學活體誘導對其進行多倍體誘變。詳細觀察并總結出薄皮甜瓜經不同秋水仙素濃度誘變后的變異規律，從中得到了有利的變異性狀，為薄皮甜瓜育種提供了新的育種材料。

1 材料與方法

1．1 材料

試驗于2006年2月至2007年6月在廣西農業科學院園藝研究所科研基地進行：材料為廣西農業科學院園藝研究所提供的薄皮甜瓜品種金美。代號：JMI-1。

1．2 方法

1．2．1 誘變方法 (1)滴苗法：2006年2月24日常規浸種催芽；2月26日點播于營養杯中：3月8日幼芽2片子葉微張開時，把1小塊脫脂棉放在兩片子葉之間，每天上午8：30-9：30進行滴苗處理1次，連續處理6 d。處理時在棉球上分別滴濃度0.2％、0.4％、0.6％的秋水仙素溶液，直到脫脂棉球浸滿液體，生長點浸在溶液中，但又不下滴。處理期間注意遮陰，以減緩藥液分解速度。處理后去掉脫脂棉球，精心照管，促進幼苗生長，幼苗2-3片真葉時移栽大田。每個處理90株。以不做任何處理的植株為對照。(2)浸種法：2006年2月24日，常溫下用0.2％、0.4％、0.6％的秋水仙素溶液浸泡干種子8 h，藥液用量以剛好浸過種子為度，處理后用清水沖洗數次，將種子置于32-34℃恒溫條件下催芽。種子出芽后，2月27日點播于營養杯，幼苗2-3片真葉時移栽大田。每個處理90粒種子，以清水浸泡種子為對照。

1．2．2 變異觀察鑒定方法 (1)植株形態觀察初步鑒定：經誘導處理的幼苗移栽大田后，根據植株莖、葉、花、果、種子等形態變異特征。從誘變群體中初選出與四倍體特征相符合的植株。(2)細胞形態學鑒定：取對照和根據植株形態觀察初選具有變異特征植株的新鮮葉片，用鑷子小心撕下葉主脈兩側的下表皮，然后用碘一碘化鉀染色(碘難溶于水，先將2 g碘化鉀溶于100 mL的蒸餾水中，完全溶解后加入1g碘，震蕩溶解)，染色10-30 min后，在10x40倍顯微鏡下觀察記數。每個單株隨機統計10個視野的氣孔數目和500個保衛細胞葉綠體的數目。(3)根尖染色體數目直接鑒定：經器官形態觀察和細胞形態學鑒定篩選的植株自交留種(D1)，每株(單瓜)分別取10粒種子，在32～34℃條件下催芽，待根芽長至1.5 cm左右時，進行根尖染色體鑒定。其他步驟參考張永兵等人的根尖染色體鑒定法，

1．2．3 四倍體植株器官形態特征觀察測定 經染色體數目鑒定為四倍體的自交瓜種子當年秋季繼續種植觀察(D2)，隨機取3株，觀察測定第10～15片葉子的節間距、莖粗、葉片長和寬、葉柄長度和粗度：每株分別取3朵當天開放的雌、雄花，分別測量花冠長和寬、萼片長、子房縱徑和橫徑；每株取1個自交果實測量果實縱徑和橫徑、果臍大小、果肉厚度、種腔縱徑和橫徑、單瓜正常種子數和單瓜空秕種子數、種子長和寬、千粒重及可育率。

1．2．4 其他性狀的比較 (1)中心可溶性固形物含量；隨機取成熟度一致的四倍體和二倍體甜瓜各3個，用手持測糖儀測定其中心可溶性固形物含量。(2)高滲脅迫下四倍體和二倍體甜瓜種子發芽率：利用不同濃度(分別為0、3％、5％)的蔗糖溶液進行發芽試驗，發芽容器為直徑8 cm的玻璃培養，每個處理(加蔗糖溶液)重復3次，對照(加蒸餾水)重復2次，每處理10粒種子，加溶液10 mL，然后移入人工智能氣候箱，控制在30℃發芽。根據其發芽勢和發芽率評價品種苗期對不良外界環境的抵抗能力。萌芽脅迫指數=水分脅迫下種子萌發指數(PIS)/對照種子萌發指數(PIC)；其中萌發指數(PI)：(1.00)nd₁+(0.75)nd₂+(0.50)nd₃+(0.25)nd₄，nd₁、nd₂、nd₃，nd₄分別為第1、2、3、4天的種子萌發率。

2 結果與分析

2．1 植株形態觀察及細胞形態學鑒定

根據植株器官的形態變異特征，初選出15株與四倍體相符合的植株。在光學顯微鏡下觀察對照和變異植株葉片下表皮，發現15株中有12株的下表皮氣孔保衛細胞與對照相比明顯增大，且其上葉綠體數明顯增多，而單位視野中氣孔數目卻明顯減少。

2．2 根尖染色體計數鑒定

經根尖染色體鑒定，12個變異株經植株形態觀察和細胞形態學鑒定篩選為四倍體的單株，染色體都從原來的2n=2x=24條變為2n=4x=48條，證明二倍體甜瓜發生變異成為同源四倍體。植株器官形態觀察結合細胞形態學鑒定篩選與染色體直接鑒定的吻合率為100％。

2．3 不同處理誘變同源四倍體甜瓜的效果

試驗結果表明：滴苗法比浸種法效果好，誘變率高。滴苗法；以0.4％的處理加倍率最高，可達6.67％，其次是0.6％的處理。浸種法；只有0.4％的處理發生了誘變，誘變率為2.22％；0.2％處理得到的植株，有的苗期表現出變異特征，但隨著植株的生長，其變異特征逐漸消失；0.6％的處理得到的幼苗出現大量嚴重畸形，無法生長出正常的根系。無論是采用滴苗法還是浸種法，其植株成活率都隨處理濃度的升高呈下降趨勢，其中以0.2％的處理成活率最高。可見，雖然較高的秋水仙素濃度理論上應能獲得較高的變異率，但由于其藥害過重而導致成活率下降，誘變率也因之降低。

2．4 甜瓜同源四倍體與二倍體形態特征比較

2．4．1 莖葉 四倍體子葉厚而短，呈近圓形，葉色濃綠，葉脈上凸但不明顯：而二倍體子葉薄而長，呈橢圓形，葉色較淡，葉脈較平。四倍體葉色較深，葉片變厚增寬，葉面指數降低，葉緣呈明顯皺褶。葉柄變短增粗：二倍體葉色較淺，葉片薄而葉面指數較大，葉柄較長而弱。四倍體植株莖較粗壯，節間距較短：而二倍體植株莖細，節間距較長。這與柴興榮等研究的結果基本相似。

2．4．2 花器、果實與種子與二倍體相比。四倍體雌花和雄花花冠較大，花瓣皺褶較多且顏色較深。萼片變短，子房變短變粗。二倍體金美的果實為長橢圓形。而誘變成四倍體后果實變為近圓形或圓形。四倍體甜瓜的果實和種腔與二倍體相比有減小的趨勢，而果肉厚度和果臍大小則有增加的趨勢。與二倍體相比，四倍體種子增大且飽滿，千粒重顯著增加，但單瓜正常種子數卻明顯降低，僅為原二倍體的20％左右，同時種腔內出現了大量空秕籽粒。

2． 其他性狀的變化

2．5．1 中心可溶性固形物含量表5顯示：四倍體甜瓜果實中心可溶性固形物含量比二倍體高。二倍體為13.5％，而四倍體達15.2％，個別單瓜在16％以上，而且口感很好。由此可見，用秋水仙素誘變多倍體可以作為甜瓜品質育種的有效途徑。

2．5．2 高滲條件下四倍體與二倍體甜瓜種子發芽率和萌芽脅迫指數高滲條件對四倍體和二倍體甜瓜種子的發芽率和萌芽脅迫指數都有一定程度的影響，且隨著蔗糖濃度的增加，四倍體和二倍體甜瓜種子的發芽率和萌芽脅迫指數均呈下降趨勢。在3％的蔗糖濃度下，二倍體的發芽率和萌芽脅迫指數明顯低于四倍體；在5％的蔗糖濃度下，二倍體的發芽率和萌芽脅迫指數分別為22.2％和0.181，明顯低于四倍體的53.3％和0.573％。說明四倍體種子能夠忍受較高的滲透壓，對外界不良環境有較強的抵抗能力。

3 討論

3．1 秋水仙素濃度和處理方法對甜瓜四倍體誘變的影響

本研究中隨著秋水仙素濃度的提高，2種處理方法四倍體的誘變率有先上升然后下降的趨勢，但它們之間不是簡單的線性關系，這與陳勁楓等的研究結果相似。與浸種法相比，滴苗法的誘變加倍效果較好，其中0.4％的處理效果最佳，誘變加倍率達6.67％。用0.6％秋水仙素液直接浸泡甜瓜干種子的處理藥害較為嚴重，造成植株不能正常生長，而且甜瓜幼苗成活率較低，從而降低了甜瓜四倍體的誘變率。所以在甜瓜四倍體誘變試驗中，處理方法和濃度是影響加倍的主要因素。另外，處理時間和誘變率間也有很大關系，一般來說處理時間短，藥劑濃度低，效果差，誘變率低：處理時間過長，藥劑濃度過高，易發生藥害，根尖頂端和生長點都會發生萎縮現象。

試驗中發現，誘導溫度也是影響染色體加倍的主要因素。溫度低，植株生長緩慢，細胞分裂受影響，分裂可能迎合不上藥效作用，從而錯過誘變的最佳時期。如果溫度過高，藥液蒸發快，誘變效果也不夠理想。另外，因溫度高，藥液蒸發過快。導致短時間內藥液濃度提高造成藥害，從而影響成活率和誘變率。

3．2 四倍體種子的可育性

本試驗四倍體甜瓜單瓜正常種子數為40-60粒，僅為二倍體的15％左右，明顯低于二倍體，但四倍體甜瓜種子大而飽滿，千粒重也高，為四倍體甜瓜發芽率和成苗率的提高創造了有利條件。因此四倍體甜瓜在制種及以后的生產利用上既有有利的方面，也有困難的一面，有待進一步探索。

3．3 四倍體薄皮甜瓜的利用

3．3．1 四倍體薄皮甜瓜的直接利用 四倍體薄皮甜瓜植株粗壯，葉色較深。葉片厚而大，這些形態特征為其抵抗外界不良環境奠定了基礎。四倍體甜瓜果實外形較原二倍體略有減小，但種腔小。肉厚。因此，單果重與二倍體相差不大，尤其經株系選擇后，果實大小不但近于原二倍體，而且果個均勻。與原二倍體相比，四倍體果實可溶性固形物含量明顯提高，果肉顯著增厚，從而提高了薄皮甜瓜的商品性。利用豐富的薄皮甜瓜資源，大量誘變四倍體，從中選出抗性增強，果皮增厚變硬，果肉增厚致密，耐貯運性增強，從而擴大栽培區域和銷售區域，達到直接利用的目的。

3．3．2 四倍體薄皮甜瓜的間接利用 同源四倍體薄皮甜瓜可以作為甜瓜多倍體育種中間材料，經常規人工雜交后可以選育新甜瓜四倍體或者利用2個優良四倍體甜瓜組配成雜交一代品種應用于生產。它不但可保留原二倍體所不能比及的優良經濟性狀，而且能更突出其多倍體及雜種一代兩大優勢效應，其抗逆性及抗病性應具更突出的效果。

4 結論

以二倍體薄皮甜瓜金美為材料，以0.2％、0.4％、0.6％的秋水仙素采用滴苗和浸種2種方法進行誘變四倍體試驗，結果表明：(1)采用滴苗法二倍體甜瓜的誘變率明顯高于浸種法，其中用0.4％秋水仙素滴苗誘變率最高，可達6.67％。(2)薄皮甜瓜經秋水仙素處理加倍后，形態發生明顯變化，變異株表現為：苗期生長受阻，葉片變厚、顏色深綠，葉形指數變小，花變大，種腔變小，種子可育性降低。(3)通過細胞形態學鑒定和染色體鑒定，薄皮甜瓜通過有性繁殖的方式獲得了純合的同源四倍體材料。