神舟十號(hào)搭載甘藍(lán)型油菜種子SP1代性狀調(diào)查

張維等

摘要：以2個(gè)甘藍(lán)型油菜品種N370及寧油20號(hào)為試材，經(jīng)神舟十號(hào)搭載進(jìn)行航天誘變。對(duì)搭載后的SP1代植株與未經(jīng)搭載的對(duì)照植株進(jìn)行發(fā)芽率、幼苗生長(zhǎng)狀況、苗期光合性狀及花期性狀的觀(guān)察與統(tǒng)計(jì)，并對(duì)收取的自交種進(jìn)行品質(zhì)分析，結(jié)果表明航天誘變對(duì)2個(gè)品種的發(fā)芽率、幼苗生長(zhǎng)、苗期光合速率及種子品質(zhì)影響不顯著。但寧油20號(hào)經(jīng)搭載后的SP1代植株在花期時(shí)存在少量畸變株。由此可見(jiàn)，甘藍(lán)型油菜對(duì)航天誘變較不敏感，且不同品種的敏感程度有差異。

關(guān)鍵詞：神州十號(hào)；甘藍(lán)型油菜；航天誘變；發(fā)芽率；光合作用

中圖分類(lèi)號(hào)： S565.403文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）09-0130-02

收稿日期：2014-09-15

油菜是世界主要油料作物，我國(guó)是油菜生產(chǎn)面積最大、產(chǎn)量最高的國(guó)家。在育種家們的推動(dòng)下，甘藍(lán)型油菜由于產(chǎn)量高、綜合抗性強(qiáng)，逐漸成為我國(guó)最主要的油菜類(lèi)型。但隨著育種進(jìn)程的推進(jìn)，育種家手中的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源間的遺傳背景逐漸變窄，難以育成有較大突破的品種。

將作物種子或供試材料搭乘返回式衛(wèi)星或宇宙飛船，送到距地球200～400 km的太空，利用空間宇宙射線(xiàn)的強(qiáng)輻射以及高真空、微重力和交變磁場(chǎng)等特殊環(huán)境對(duì)其進(jìn)行誘變處理，使供試材料產(chǎn)生有利變異，即航天誘變[1]，是一種有效的作物種質(zhì)創(chuàng)新方式。1987年，蔣興邨等在國(guó)內(nèi)率先利用返回式衛(wèi)星搭載水稻等農(nóng)作物種子，并在其后代中發(fā)現(xiàn)了遺傳變異[2]。隨后全國(guó)多個(gè)研究機(jī)構(gòu)競(jìng)相開(kāi)展了作物種子的衛(wèi)星及高空氣球搭載試驗(yàn)，我國(guó)的航天誘變育種進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期，特別是“十五”期間的“863”計(jì)劃實(shí)施以來(lái)，先后獲得水稻、小麥、棉花、番茄、青椒、芝麻、牧草等多種作物的優(yōu)異新品系[3]。本研究以2個(gè)甘藍(lán)型油菜品系種子為試材，通過(guò)考察空間環(huán)境對(duì)油菜SP1代生理性狀的影響，以期揭示空間環(huán)境對(duì)油菜的誘變效應(yīng)，為油菜航天育種技術(shù)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

以2個(gè)甘藍(lán)型油菜品種（系）N370及寧油20號(hào)為試材，其中N370為國(guó)審雜交油菜品種寧雜19號(hào)的父本，寧油20 號(hào)為國(guó)審常規(guī)油菜品種。

1.2方法

1.2.1航天誘變2013年6月11日，2份材料經(jīng)神舟十號(hào)宇宙飛船搭載，在軌飛行15 d后返回地面。以相應(yīng)未經(jīng)搭載的種子為對(duì)照。

1.2.2種子發(fā)芽率的測(cè)定搭載SP1代與未經(jīng)搭載（CK）的種子分別隨機(jī)取100粒，于2013年9月30日播種于裝有營(yíng)養(yǎng)土的穴盤(pán)內(nèi)，每穴播種1粒，重復(fù)3次，7 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

1.2.3幼苗生長(zhǎng)狀況的觀(guān)測(cè)出苗后，對(duì)幼苗的子葉及真葉的大小、形狀、色澤等性狀進(jìn)行持續(xù)的觀(guān)察。播種20 d后統(tǒng)計(jì)幼苗葉片數(shù)，并移栽入江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溧水試驗(yàn)基地大田中，空間處理材料與相應(yīng)對(duì)照相鄰種植，每份材料設(shè)3個(gè)小區(qū)，緩苗后統(tǒng)計(jì)移栽成活率。

1.2.4苗期光合性狀的測(cè)定2013年12月4日、6日（晴天）09：00—11：00，利用 LI-6400便攜式光合儀分別對(duì)N370（SP1、CK）及寧油20號(hào)（SP1、CK）進(jìn)行測(cè)量。選取長(zhǎng)勢(shì)一致的SP1 代植株50株及CK 20株，取其完整的倒數(shù)第3或第4張葉子（最大葉）進(jìn)行測(cè)量。

1.2.5花期性狀調(diào)查2014年3月下旬，油菜盛花期時(shí)，對(duì)N370（SP1、CK）及寧油20號(hào)（SP1、CK）的不育株率、花蕾發(fā)育情況，花瓣顏色、形狀、大小等性狀進(jìn)行調(diào)查，并單株套袋自交，收取種子。

1.2.6種子品質(zhì)分析將收取的自交種進(jìn)行晾曬、清選，使其水分控制在8%～10%。利用近紅外光譜儀測(cè)量種子的芥酸含量、硫苷含量及含油率。

2結(jié)果與分析

2.1航天搭載對(duì)油菜種子發(fā)芽率的影響

由表1可知，經(jīng)航天搭載后，N370的發(fā)芽率比對(duì)照略有降低，而寧油20號(hào)的發(fā)芽率比對(duì)照略有升高。但t檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，2組數(shù)據(jù)差異均不顯著。表明航天搭載對(duì)油菜種子的發(fā)芽率影響不顯著。

表1航天搭載油菜種子發(fā)芽率及幼苗葉片數(shù)

品種（系）處理發(fā)芽率（%）葉片數(shù)（張）N370SP193.03.4CK94.33.5寧油20號(hào)SP195.33.7CK92.73.9

2.2航天搭載對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)的影響

通過(guò)對(duì)幼苗形態(tài)的持續(xù)觀(guān)察表明，經(jīng)航天搭載的油菜SP1代植株在子葉及真葉的大小、形狀、色澤等表型性狀上與對(duì)照差異不明顯。幼苗葉片數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1）顯示，雖然搭載后的油菜SP1代植株幼苗平均葉片數(shù)均略低于對(duì)照，但差異都不顯著。所有幼苗移栽入大田后均生長(zhǎng)正常，成活率均為100%。表明航天搭載對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)狀況的影響不顯著。

2.3航天搭載對(duì)油菜苗期光合特性的影響

經(jīng)統(tǒng)計(jì)（表2），N370與寧油20號(hào)經(jīng)航天誘變后，SP1代植株的平均光合速率與對(duì)照差異均不顯著。但N370的SP1代植株的氣孔導(dǎo)度、胞間 CO2濃度及蒸騰速率均顯著低于對(duì)照。寧油20號(hào)經(jīng)誘變后的SP1代植株與對(duì)照在光合速率及蒸騰速率上沒(méi)有差異，但SP1代植株的氣孔導(dǎo)度及胞間CO2濃度均極顯著低于對(duì)照。表明甘藍(lán)型油菜經(jīng)航天誘變后，SP1代植株的氣孔張開(kāi)程度顯著降低，影響了氣體的交換，但并未影響植株的光合速率。表2航天搭載對(duì)油菜SP1代苗期光合作用的影響

品種（系）處理光合速率

2.4航天搭載對(duì)油菜花期性狀的影響

盛花期時(shí)，對(duì)N370（SP1、CK）及寧油20號(hào)（SP1、CK）進(jìn)行持續(xù)觀(guān)察，2份材料的SP1代植株及對(duì)照都未出現(xiàn)不育株。在花蕾發(fā)育情況，花瓣顏色、形狀、大小等性狀上，N370的SP1代植株中未發(fā)現(xiàn)與對(duì)照不一致的單株；而在寧油20號(hào)中，發(fā)現(xiàn)4株SP1代植株存在死蕾的現(xiàn)象（圖1），10株SP1代植株存在花蕾柱頭外露的現(xiàn)象（圖2），而在對(duì)照中均未發(fā)現(xiàn)這2種現(xiàn)象（圖3），表明航天誘變對(duì)寧油20號(hào)的花蕾發(fā)育有一定影響。

2.5航天搭載對(duì)油菜種子品質(zhì)的影響

2份材料經(jīng)航天搭載后的SP1代植株上收取的種子與未經(jīng)搭載的對(duì)照植株上收取的種子在芥酸含量、硫苷含量及含油率差異均不顯著（表3）。表明航天搭載對(duì)SP1代植株種子的芥酸含量、硫苷含量及含油率影響不顯著。

3結(jié)論與討論

植物經(jīng)航天誘變所發(fā)生的突變大多為隱性突變，一般在

SP1代不表現(xiàn)。即使發(fā)生少數(shù)顯性突變，也多以嵌合體形式存在，SP1代仍難以在整體上表現(xiàn)出來(lái)，因此在SP1代可不進(jìn)行選擇。但在SP1代，經(jīng)空間搭載的種子長(zhǎng)出的植株會(huì)表現(xiàn)出一定程度的生理?yè)p傷和形態(tài)變異，這種變異體現(xiàn)了植物對(duì)誘變處理的敏感程度，一般不能遺傳給后代。在許多物種中，均有經(jīng)航天誘變后在SP1代表現(xiàn)出多種變異的報(bào)道，何明霞等的研究即如果表明，航天搭載對(duì)小桐子種子活力有抑制作用，對(duì)植株生長(zhǎng)勢(shì)及平均單株種子產(chǎn)量有促進(jìn)作用，擴(kuò)大了種子含油率的變異幅度[4]。湯澤生等發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)航天誘變后鳳仙花SP1代小孢子在染色體、小孢子大小以及育性等方面都有不同程度的變異[5]。在本研究中，2份甘藍(lán)型油菜材料經(jīng)神舟十號(hào)搭載后SP1代在發(fā)芽率、成苗率、苗期植株形態(tài)及種子品質(zhì)性狀都變化不明顯，與劉澤等研究結(jié)果[6-7]相似。僅在花期時(shí)發(fā)現(xiàn)少量變異單株，表明甘藍(lán)型油菜對(duì)航天誘變處理不敏感。相關(guān)輻射誘變育種研究者認(rèn)為，由于油菜種子中含有芥子堿對(duì)宇宙中各種射線(xiàn)有明顯的保護(hù)作用，從而使其成為較耐輻射及對(duì)輻射損傷有一定抗性的作物[8]。

2份材料中，航天誘變后的N370在所有觀(guān)測(cè)性狀中僅有氣孔開(kāi)張程度與對(duì)照有差異，而航天誘變后的寧油20號(hào)還在花期性狀調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)了畸變株，表明寧油20號(hào)對(duì)航天誘變環(huán)境更為敏感，可能更容易產(chǎn)生較多變異。在別的物種中，也存在不同品種（系）之間對(duì)誘變條件的敏感程度不一致的情況，如彭振等利用“實(shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星搭載10個(gè)棉花品種（系），研究棉花不同材料對(duì)航天誘變的敏感性，其中7個(gè)材料對(duì)航天有一定的敏感性[9]；張?jiān)聦W(xué)等研究發(fā)現(xiàn)，同一批航天誘變的苜蓿，不同品種在發(fā)芽率、單株分枝數(shù)等性狀上均存在差異[10]。筆者于2014年5月收獲到SP2種子，將進(jìn)一步對(duì)SP2代變異進(jìn)行觀(guān)察，并利用分子檢測(cè)方法驗(yàn)證航天誘變后的遺傳變異。

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