航天誘變處理對高粱產量以及品質的影響

楊偉 劉勇 王良群 白鴻燕 武擘 郝艷芳 張微

摘要：為了解航天誘變處理對高粱品種農藝、品質以及產量的影響，本試驗選用高粱材料‘7A和‘R111搭實踐8號衛星進行誘變處理，田間篩選出‘H16A、‘H275A、不育系和SP系列恢復系。組配出高粱品種‘H16AXSP91和‘H275AXR111與地面對照種子‘晉雜18號同期播種在試驗田內，于成熟期測定高粱植株農藝、品質以及產量指標。結果表明誘變處理能提高高粱的凈光合速率和葉綠素含量。與對照相比，處理1、處理2凈光合速率和氣孔導度分別增加了3.34%、2.86%（P<0.05）和11.72%、15.38%（P<0.05），蒸騰速率降低了6.37%、5.59%（P<0.05）。誘變處理能降低高粱的株高并提高產量。與對照相比，處理1、處理2株高分別降低了0.07%、0.04%（P<0.05），產量增加了1.73%、3.45%（P<0.05）。綜上所述：以‘H275AXR111對高粱產量以及品質效果最為明顯。

關鍵詞：航天誘變育種；高粱；產量；品質

中圖分類號：S-3 文獻標志碼：A 論文編號：cias15040012

0 引言

航天誘變育種是一項高科技育種新技術，中國已利用衛星對水稻、玉米、小麥、谷子、棉花、青椒、番茄、黃瓜等50多種作物進行了搭載試驗。

航天誘變育種就是利用衛星、飛船等返回式航天器，將植物種子、組織、器官或生命個體送到宇宙空間，在太空各種因素的誘導下，使植物材料發生基因突變，再經過地面繁殖、栽培、鑒定試驗，篩選出能夠穩定遺傳的優質、高產、抗逆性強的新品種。航天育種技術在有效創造罕見的突變體基因資源和培育作物新品種方面已發揮出越來越重要的作用，成為空間生命科學研究的重要組成部分，并突顯良好的產業發展優勢。

空間誘變處理的小麥株高、穗長、有效分蘗、有效小穗數和千粒重等農藝性狀都表現出廣泛變異，而且正向變異較多。從廣泛的變異中可以選育出具有特殊性狀的優異新種質資源和新品種。航天誘變對農作農藝性狀的影響，需要進一步深入的理論研究，以便航天誘變育種技術體系的完善和應用。

高粱是全球農業生態系統中重要的作物，具有抗逆性強，光合效率高等顯著特性，是干旱、鹽堿和瘠薄等邊際農田生長的先鋒作物、相對高產作物。在國內，高粱主要作為傳統釀造業的主要原料，隨著傳統釀造業和高粱配合飼料業的不斷發展，高粱種植面積呈逐步擴大的趨勢。

山西省農業科學院高粱研究所為探索高粱育種新途徑，創造高粱新種質、豐富高粱種質資源，從2002年開始選用高粱品種資源進行航天誘變處理，對高粱航天處理材料的后代觀察與篩選分析，本次試驗選用高粱材料‘7A和‘R111搭實踐8號衛星進行誘變處理，田間篩選出‘H16A，‘H275A不育系和‘SP系列恢復系。組配出高粱品種‘H16AXSP91和‘H275AXR111與地面對照種子同期播種在試驗田內，于成熟期測定高粱植株相關農藝、品質指標，以期研究航天技術對高粱產量以及品質影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設計和田間管理

試驗于2014年在山西省高粱研究所基地進行。

供試高粱品種選用高粱材料‘7A和‘R111搭實踐8號衛星進行誘變處理，田間篩選組配的高粱品種‘H16AXSP91和‘H275AXR111與‘晉雜18號同期播種在試驗田內。播種時間為2014年5月1日。收獲時間為2014年10月2日。小區面積長20 m，寬10 m，每個小區200 m²。播種前交足底水，配施硝酸磷復合肥。

試驗采用隨機區組設計，3次重復。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 產量測定收獲時隨機抽取10株正常生長的植株考種，調查株高、穗長、千粒重、穗粒重、穗粒數等，按小區取中間4行測產，然后統計平均數。

1.2.2 光合測定在自然光照下光照強度在1800～1900 μmol/（m²·s）采用便攜式光合測定系統（cl-340型）測定高粱各品系的凈光合速率、蒸騰速率、葉片氣孔導度、胞間CO₂濃度。

選擇10株長勢一致的植株記錄每片葉的測試數據，取平均值。

1.2.3 葉綠素測定葉綠素含量由QS-5p超便捷式調制葉綠素熒光儀測定，參考《植物生理實驗技術》中相關的方法進行。

1.2.4 籽粒品質測定每個處理取3份籽粒樣品進行測定，取均值。采用福斯華北京科貿有限公司生產的Grain-Analyzer儀。

1.3 統計分析方法

試驗數據利用Excel、DPS軟件統計分析，選用LSD進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 對高梁光合指標以及葉綠素含量的影響

作物光合速率的高低對有機物的合成和積累成正相關，對作物的生長發育有重要影響。

從表1數據得出，誘變處理后的高粱品種具有提高高粱凈光合速率、葉綠素含量的作用，與對照相比，處理1、處理2凈光合速率和氣孔導度分別增加了3.34%、2.86%（P<0.05）和11.72%、15.38%（P<0.05），處理1、處理2蒸騰速率降低6.37%、5.59%（P<0.05）。說明航天誘變處理組配的高粱品種有利于光合產物的累積，并且蒸騰作用較低，水分利用率較高。

2.2 對高粱產量影響分析

穗粒重是構成產量的主要因素。誘變處理降低了高粱植株高度，從而增強了高粱的抗倒性，另外縮短了高粱生育期，提高高粱產量。高粱航天誘變處理篩選后代的主要植物學特征見表2。

從表2數據得出，誘變處理后的高粱品種具有降低高粱株高、提高產量的作用。與對照相比，處理1、處理

2 株高分別降低了0.07%、0.04%（P<0.05），處理1、處理

2 高粱產量比對照增加了1.73%、3.45%（P<0.05）。

2.3 對高粱品質指標的影響

由于高粱籽粒中蛋白質、淀粉、脂肪等主要品質性狀的優劣直接影響著高粱的用途。成熟后收獲，精選取樣，進行淀粉、蛋白質和脂肪化驗分析。不同誘變處理對高粱品質影響分析見表3。誘變處理改善了高粱種子品質，其中以H275AXR111處理效果最好。

3 結論與討論

（1）航天誘變技術進行高粱育種篩選出有價值的特異種質資源已成為農作物育種的手段之一，該方法對于加快高粱育種步伐、提高育種質量具有十分重要的意義。航天育種具有變異多，變幅大，穩定快的特點，可以快速培育出高產，優質，早熟，抗病力強的新品種。隨著航天育種深入研究，生物技術的不斷發展，這一新育種方法一定有著十分廣闊的發展空間。

（2）本試驗結果表明誘變處理能提高高粱的凈光合速率、葉綠素含量。與對照相比，處理1、處理2凈光合速率和氣孔導度分別增加了3.34%、2.86%（P<0.05）和11.72%、15.38%（P<0.05）；蒸騰速率降低6.37%、5.59%（P<0.05）。誘變處理能降低高粱的株高并提高產量。與對照相比，處理1、處理2株高分別降低了0.07%、0.04%（P<0.05），產量比對照增加了1.73%、3.45%（P<0.05）。

（3）航天誘變技術可以提高抗倒伏能力，同時可以提高高粱產量；光合作用是作物產量的基礎。航天誘變技術會加強作物的光合作用，其影響表現在光合色素含量、葉綠體亞顯微結構、光合能量代謝以及PSⅡ活性、凈光合速率的變化。航天誘變高粱后代材料矮稈性狀變異規律基本穩定、籽粒中單寧含量降低。

（4）航天誘變技術對高粱植株的影響效果機理不明晰，在今后的試驗中，進一步了解航天誘變技術對作物的影響機理。本試驗大田示范面積還需要進一步擴大，以便更好的指導生產。