秋水仙素處理對黃瓜生長發育及誘變效應研究

鄢郁霖，王小蓉，唐海東，藍麗，李煥秀，賀忠群，湯浩茹

（四川農業大學林學園藝學院，四川雅安，625014）

倍性育種常常是育種學家進行植物種質改良的重要途徑。同源四倍體的植株多在產量、品質或抗性等方面優于其二倍體。多倍體也是遺傳學和育種學研究中重要的中間材料，如用來作親本，可提高遠緣物種間的可雜交性，另外，同源多倍體與原二倍體雜交，獲得各種非整倍體后可進行該物種部分性狀基因定位和連鎖遺傳分析等研究[1]。

秋水仙素是從百合科秋水仙 （Colchicum autumnateL.）的營養器官和種子里提煉出來的一種倍性誘變劑，其作用機制在于阻止處于有絲分裂中期的細胞形成紡錘絲，使染色體不能分向兩極，導致有絲分裂細胞停留在中期，從而產生染色體加倍的核，這個核也不能形成隔膜，當秋水仙素的作用被解除后，受影響的細胞就產生了加倍效應，而后經選擇培育便可獲得多倍體植株[2]。用秋水仙素合成同源多倍體，在葉菜類[3～4]、茄果類[5～6]、根菜類[7]和瓜類[8～11]等蔬菜中都有成功報道。迄今國內對黃瓜倍性誘變的研究中，只有對同源四倍體的合成條件作初步說明或鑒定[9～11]。本文擬通過用不同濃度秋水仙素處理露地黃瓜干種子和萌動種子，探索秋水仙素對黃瓜生長及發育的誘變效應。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2006年3月中旬到5月下旬在四川農業大學園藝場進行。材料為露地黃瓜品種CU901，購自甘肅蘭州豐田種苗有限公司，為二倍體。

表1 秋水仙素誘導黃瓜的效應

1.2 試驗方法

①材料處理 取CU901種子，用紗布包好，放在清潔的水中浸泡3~4 h。把種子去水甩干，置于27~30℃條件下進行催芽，在催芽過程中常翻動種子，待種子露出0.5~1.0 cm長胚根時停止催芽[12～13]。

在預備試驗的基礎上，以4 h為處理時間，用0.005%，0.2%，0.4%，0.8%四種濃度梯度的秋水仙素溶液浸泡黃瓜干種子和已露出0.5~1.0 cm胚根長的萌動種子各55粒，同時以蒸餾水處理為對照。4 h后，用自來水沖洗種子，直到沖洗干凈為止。然后將處理后的種子播入營養缽，并放入培養箱進行恒溫培養，溫度保持在22~26℃。當幼苗長至2葉1心時，移入試驗地定植。

②秋水仙素誘變效應的田間觀測 待幼苗長出后，分別統計對照和每個處理的成活株數，計算對照和每個處理的萌芽率 （萌芽株數/處理株數）；待植株長成后，分別觀察統計每個處理的變異株數，計算對照和每個處理的變異率（植株形態發生變異的株數/處理株數）。

植株長成后，觀察記錄不同處理中每株的第一雌花節位，并測定莖粗、葉長、葉寬、葉柄長、葉柄粗、第1~5節每節的節間長等指標；每株分別取3朵當天開放的雄花，測定花萼長、花瓣長和寬；每株分別取3朵當天開放的雌花，測定花萼長、花瓣長和寬、子房長和直徑；每株取3條商品瓜測量其果梗長、瓜長、直徑、果形指數等指標。試驗數據采用DPS軟件進行顯著性檢驗。

③植株的細胞學鑒定 在形態學初步篩選的基礎上，取1.5~3 mm長的卷須進行壓片制作[14～15]，再進行染色體計數，分別統計每個處理染色體數目加倍的植株的數目，計算加倍率，加倍率（%）=加倍株數/處理株數×100%。

④花粉形態觀察及其可染力測定 參考熊慶娥[16]的方法，于晴天上午8：00左右，取當天開放的雄花進行可染性的觀察和統計。取少許黃瓜花粉放在干潔的載玻片上，加1~2滴I2-KI溶液，蓋上蓋玻片，在顯微鏡下觀察，凡是被染成藍色的為含有淀粉的活力較強的花粉粒，呈黃褐色的為發育不良的花粉粒。觀察2~3張片子，每片取5個視野，統計花粉的可染率，可染率（%）＝呈藍色的花粉粒數/該視野總花粉粒數×100%。

2 結果與分析

2.1 秋水仙素處理誘變黃瓜的效果

本試驗從550株CU901黃瓜植株中篩選到5株（占 1%）同源四倍體（2n=4x=28）植株，秋水仙素浸萌動種子比浸干種子誘導同源四倍體的效果更好，2種處理方式的植株萌芽率大體上是隨著處理濃度的升高而降低，變異率均隨處理濃度的升高而升高，其中浸萌動種子的變異率更高。2種處理均只有濃度為0.8%的處理出現倍性變異（2x→4x），并且0.8%濃度的秋水仙素浸萌動種子加倍效果顯著高于浸干種子，其加倍率為7.27%。

從生長勢的差異來看，經秋水仙素處理后的干種子和萌動的種子出苗明顯減慢且長勢不如對照植株，并且，秋水仙素濃度越高，對植株的抑制作用越明顯。用0.8%秋水仙素處理的有些植株嚴重畸形，甚至死亡。所有植株開花均延后，部分植株甚至不見其開花。由此可見，雖然較高的秋水仙素濃度能誘導較高的變異，加倍效果最好，但由于其毒害過重而導致植株成活率明顯下降。

表2 對照與最適的秋水仙素濃度處理后的黃瓜莖、葉及果實形態特征比較

表3 對照與最適的秋水仙素濃度處理后的黃瓜雄花和雌花形態特征比較

2.2 不同濃度秋水仙素處理黃瓜后形態特征變化

不同濃度秋水仙素處理黃瓜后在形態上與對照有很大差異。與對照相比，秋水仙素處理的植株側枝數減少、節間變短、莖變細、葉面積變小、葉柄長度變短、葉柄變細；雄花花瓣變長、第一雌花節位降低、雌花花瓣變長變寬、子房變短、子房直徑變小、結果數減少、果形指數減小（表2和表3）。而二倍體植株和四倍體植株相比較，在葉片、雌花和果實上又有明顯的不同：四倍體植株葉面積明顯變大、葉色變濃、葉片變厚、葉緣呈明顯皺褶；四倍體雌花花瓣明顯增大、萼片變長、子房直徑明顯增大；幼果果刺、果棱、果梗、瓜柄均更顯突出，果實的果形指數明顯減?。▓D 1-A，B，C，D）。

2.3 同源四倍體與二倍體黃瓜染色體及花粉活力的比較

對黃瓜卷須進行壓片，觀察染色體數，分別統計每個處理染色體數目加倍的植株的數目，可清晰看到黃瓜二倍體植株有14條染色體，而同源四倍體植株有28條染色體（圖1-G和 H），當切片中大部分細胞都有28條染色體時，則可認為是同源四倍體植株。對CU901黃瓜二倍體和同源四倍體的花粉進行比較鑒定，在顯微鏡下觀察到，二倍體的花粉粒大小一致，滴上I2-KI溶液后，絕大部分被染成藍色，可染率高，達95%；而四倍體黃瓜花粉粒大小不一致，多畸形，滴上I2-KI溶液后，很多都是呈黃色的發育不良的花粉粒，可染率為51%，顯著低于二倍體（圖1-E和 F）。

圖1 CU901二倍體與同源四倍體的部分形態學特征和體細胞染色體比較A：二倍體植株；B：同源四倍體植株；C：二倍體與四倍體的雌花比較（左為二倍體，右為四倍體）；D：二倍體與四倍體的果形比較（上為二倍體，下為四倍體）；E、F：二倍體和四倍體植株的花粉；G、H：二倍體和四倍體植株染色體 （2n=4x=28）

3 小結與討論

本試驗用秋水仙素處理CU901黃瓜萌動種子共獲得5株同源四倍體，其中，0.8%秋水仙素浸泡萌動種子4 h，加倍率可達7.27%，效果最好。研究結果表明，不同秋水仙素濃度處理相同時間，濃度越高，對黃瓜生長的抑制作用也越強，且畸變率增強，成活率下降，因此必須選擇適宜濃度對黃瓜進行處理。

本試驗在春季大棚里進行，溫度保持在20℃以上，可能較有利于誘變的四倍體細胞保持良好的分裂生長，而由于種子萌動階段的細胞處于代謝及合成的旺盛時期，這一時期體細胞易于發生突變，因此用秋水仙素浸泡黃瓜萌動種子取得了較好的誘導加倍效果。

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