不同誘變處理對苦荬菜M1代農藝性狀和品質影響的初報

唐鳳蘭,劉麗,陳積山,張月學,韓微波,劉杰淋,劉風岐

(1.黑龍江省農業科學院草業研究所,黑龍江哈爾濱 150086;2.哈爾濱師范大學,黑龍江 哈爾濱150086)

研究表明,空間飛行(AF)和60Co-γ射線輻照植物干種子均會發生明顯的變異,如生長勢變化、同工酶譜帶增減、染色體數目改變、葉綠體損傷[1-3]等。當前輻射誘變已成為世界上普遍應用的育種方法之一,獲得了許多寶貴的突變材料和優良品系[4,5]。目前對突變后代的研究多集中在水稻(Oryza sativa)、蔬菜等作物上[6-8],在牧草方面的研究相對較少。

苦荬菜(Lactuca indica)是菊科一年或越年生草本植物。它的高產、優質、適應性強、適口性好,適宜北方地區種植,是極具推廣價值的優良牧草[9]。因此,在經過多年的馴化和選育苦荬菜的基礎上,旨在為南方和華北、東北地區大面積種植提供各種畜禽的優良多汁飼料[10],本研究利用空間飛行和60Co-γ射線誘變育種技術處理苦荬菜風干種子,通過對當代突變體的主要農藝性狀、品質構成因子的分析,進一步探討輻照突變群體的遺傳變異規律,為輻射誘變育種進一步應用于生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用黑龍江省農業科學院草業研究所提供的龍飼0374苦荬菜干種子。

1.2 試驗方法

2003年11月3日通過第18顆返回式衛星搭載苦荬菜干種子在酒泉發射基地升空,在空間運行18 d后返地,用AF(空間飛行)表示該處理的所有種子及材料。同時在黑龍江省農業科學院玉米研究所,將相同等量的苦荬菜干種子利用60Co-γ鈷源進行輻照,分別為10,20,30 Gy的3個劑量水平。將未做任何處理的相同等量的苦荬菜干種子作為對照(CK)。

粗蛋白(CP):采用凱氏定氮法(Kjeldahl method,GB/T6432-94)測定。粗脂肪(CF):采用索氏(Soxhlet)脂肪法測定。粗纖維(CDF):采用濃H2SO4消煮法(GB/T6434-94),根據Van Soest和 Roberston方法測定[12]。株高:每個小區隨機取10株單株測定其生長高度,取平均值。

1.3 統計方法

本試驗數據應用Excel(Office 2000)和SPSS(版本11.5)軟件進行統計分析,5%水平下Student-Newman-Keuls(S-N-K)多重比較檢驗均值之間差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 發芽率與發芽勢的變化

發芽率是指一定數量的干種子在適宜條件下,在規定天數內,發芽的種子數占供試種子數的百分率。發芽勢表示種子發芽的快慢和整齊度,它們是測定種子萌發活力的重要指標[12]。空間飛行和60Co-γ射線3種劑量(10,20,30 Gy)處理下的發芽勢和發芽率差異顯著(P<0.05),空間飛行和60Co-γ射線處理均能提高苦荬菜M1代的發芽勢和發芽率,其中AF和20 Gy提高的幅度較對照最大(表1)。

2.2 株高的變化

空間飛行和60Co-γ射線3種劑量(10,20,30 Gy)處理的株高差異顯著(P<0.05),盡管處理的總體呈負增加,但AF和20 Gy劑量均較對照在株高方面提高7%,且達到差異極顯著(P<0.01)。這表明空間飛行和60Co-γ部分射線處理對苦荬菜的株高有較為顯著的影響(表2)。

2.3 產量的變化

空間飛行和60Co-γ射線3種劑量(10,20,30 Gy)處理的產量差異顯著(P<0.05),其中空間飛行處理的小區產量最高為15.91 kg,比對照(10.78 kg)高5.13 kg,達到極顯著差異。60Co-γ射線(10,20,30 Gy)處理中,產量分別為10.57,11.78,9.04 kg,其中20 Gy處理產量高于對照外,其他2個處理均低于對照,且差異極顯著(P<0.01),其中20 Gy劑量和AF均較對照在產量方面分別提高9%和48%(表3)。

表1 不同處理水平對M1代發芽勢和發芽率的影響Table 1 Effects of germination potential and germination potential subjected to different treatments with different levels

表2 不同處理水平對M1代株高的影響Table 2 Effects of height subjected to different treatments with different levels

表3 不同處理水平對M1代產量的影響Table 3 Effects of yield subjected to different treatments with different levels

2.4 品質構成因子的變化

空間飛行和60Co-γ射線輻射影響了苦荬菜的品質構成因子,表現在粗纖維含量、粗蛋白含量上存在顯著差異(P<0.05)。試驗表明,60Co-γ射線20 Gy劑量處理和空間飛行處理均能提高苦荬菜粗蛋白含量(表4)。

表4 不同處理水平對M1代品質因子的影響Table 4 Effects of different treatments with different levels on quality factors

2.5 變異系數分析

誘變M1代群體中各農藝性狀和品質構成因子的遺傳變異系數從大到小的順序是:產量(21.5%)>粗纖維(20.0%)>株高(12.5%)>粗蛋白(11.9%)>發芽勢(7.2%)>發芽率(5.4%)>粗脂肪(0.45%)。在這些指標中產量的變異系數最大(21.5%),說明這些特性選擇的潛力大,通過選擇容易達到預期目標。而其他特性的變異系數較低,被選擇的幾率有限,需擴大選擇群體來提高選擇效果[11]。

2.6 誘變處理對M1代苦荬菜農藝性狀與品質構成因子的相關性影響

由于基因連鎖和一因多效等使之不同性狀間發生相關,空間飛行和60Co-γ射線處理苦荬菜突變株各個農藝性狀和品質構成因子間的相關系數(表5)表明,各個農藝性狀和品質構成因子的相關性顯著(P<0.05)。試驗表明,空間處理和60Co-γ射線輻射苦荬菜突變株農藝性狀與品質構成因子的相關性更趨復雜、主要性狀特征更趨加強。

表5 苦荬菜農藝性狀、品質性狀間的簡單相關系數Table 5 Correlation coefficient of agronomic and quality characteristics of different treatment

2.7 誘變處理對M1代苦荬菜農藝性狀與品質構成因子的主成分分析

主成分分析是通過對一組變量的幾個線性組合來解釋這組變量的方差和協方差結構,以達到數據的壓縮和數據的解釋的目的。從因子提取后的特征值可看出,提取前2個主成分可以解釋86.446 1%的貢獻。如果主成分分析中所提取主成分的特征值能達到85%以上的貢獻率,就可以用這幾個主成分對事物的屬性進行概括性分析,基本可以得出影響事物性質的主要因素[13]。本試驗的前3個成分的累積貢獻率已達到86.446%,表明包含的信息已基本反應了各處理對苦荬菜誘變效應的影響。根據主要農藝性狀的主成分矩陣顯示,空間飛行和處理對M1代苦荬菜的影響主要在產量和品質2個方面。因此,以此為育種方向選育優質飼草品種具有可行性。

3 討論

1)種子發芽過程本身是一個極復雜的生理生化過程[13]。空間飛行和60Co-γ射線處理均能提高苦荬菜M1代的發芽勢和發芽率。

2)作為青綠飼料之一的苦荬菜的株高和產量研究較少,但紫花苜蓿的報道認為,在產草量上要有突破,應重點選擇植株高大、莖粗、側枝數多的材料[14]。苜蓿產草量與植株高度呈正相關[15]。因此,試驗表明,空間飛行和60Co-γ射線處理均能提高苦荬菜M1代的株高和產量。

3)飼草粗蛋白含量是影響飼用價值的重要指標,蛋白質含量越高,飼用價值就愈大,能夠提高.飼草中粗脂肪含量高,其適口性好,營養價值也高。飼草中粗纖維含量直接影響家畜對飼草的采食和消化率。干物質中粗纖維含量愈高,各類養分的消化率愈低反芻家畜的生產性能[16]。試驗表明,空間飛行和60Co-γ射線輻射影響了苦荬菜的品質構成因子。

4)通過空間飛行(AF)和60Co-γ射線輻射處理,苦荬菜M1代突變群體的變異主要通過產量因子、品質因子2主成分體現出來,因此本試驗根據主成分分析對突變株系的評價,以高產為主,綜合性狀好的品種作為苦荬菜輻射誘變后代群體的選擇依據,選用空間飛行(AF)和60Co-γ射線20 Gy處理的后代作為育種材料,以此進行培育新品種。

[1]Mei M,Qiu Y,He Y,et al.Mutational effects of spaceflight on Zea mays seeds[J].Advances in Space Research,1994,14(10):33-39.

[2]李金國,蔣興村,王長城.空間條件對幾種糧食作物的同工酶和細胞學的影響[J].遺傳學報,1996,23(1):48-55.

[3]劉麗,唐鳳蘭,張月學,等.空間飛行和60Co-γ射線輻照對苦荬菜種子的細胞學效應研究[J].草地學報,2007,15(5):469-472.

[4]王琳清.我國輻射育成的農作物品種[J].原子能農業應用,1985,(1):1-8.

[5]王培英,王連錚.大豆誘變育種及龍輻73-8955突變系的選育[J].大豆科學,1982,1(1):77-83.

[6]蔣昌順,馬欣榮,鄒冬梅,等.應用微衛星標記分析柱花草的遺傳多樣性[J].高技術通訊,2004,(4):25-30

[7]鹿金穎,劉敏,薛淮,等.俄羅斯“和平”號空間站搭載的番茄隨機擴增多態性DNA分析[J].航天醫學與醫學工程,2005,18(1):72-74.

[8]霍建泰,張廷綱,包文生,等.利用太空誘變、AFLP技術及日光溫室加代選育航椒3號辣椒一代雜種[J].干旱地區農業研究,2007,25(5):85-88.

[9]王長山,徐香玲,張月學,等.不同熟期苦荬菜的染色體數目及核型分析[J].草業科學,2006,23(4):32-36.

[10]張月學,李成權,申忠寶,等.太空環境誘變苦荬菜的細胞學效應研究[J].草業科學,2007,24(9):38-41.

[11]韓建國.牧草種子學[M].北京:中國農業出版社,2000.

[12]楊勝.飼料分析及飼料質量檢測技術[M].北京:農業大學出版社,1993:19-21,56-63.

[13]王贊,李源,吳欣明,高洪文,等.PEG滲透脅迫下鴨茅種子萌發特性及抗旱性鑒定[J].中國草地學報,2008,30(1):50-55.

[14]韓路,賈志寬,韓清芳,等.紫花苜蓿主要性狀的對應分析[J].中國草地,2003,25(5):38-42.

[15]孫建華,王彥榮,余玲.紫花苜蓿生長特性及產量性狀相關性研究[J].草業學報,2004,13(4):80-86.

[16]李孟良,鄭琳,楊安中,等.播期、密度對“雙低油菜”菜苔營養成分及菜籽產量的影響[J].草業學報,2008,17(3):137-141.

[17]黃迎新,周道瑋,岳秀,等.不同苜蓿品種再生特性的研究[J].草業學報,2007,16(6):14-22.

[18]郭艷麗,郝正里,曹致中,等.不同生育期和不同品種苜蓿的果膠含量及與其他營養素的相互關系[J].草業學報,2006,15(2):74-78.