航天誘變甜瓜的形態學變異

王洋洋　袁麗偉　盛云燕

摘要：以神舟八號飛船搭載的7種甜瓜材料（1 050株）及未搭載的對照種子（650株）為研究對象，經連續自交2代并開展田間調查，對植株開花期、葉片、果實及抗病性開展突變體的初步鑒定，初步得到53株突變單株。其中，早熟單株4株，大葉單株12株，HM1-2-10 最明顯，葉面積為CM1-2 的2倍；單果質量明顯變大的單株15株，其中HM1-7-36最突出，單果質量為其對照的3倍左右；抗病單株22株。在所突變的單株中，期望獲得高產、高質的甜瓜新品種，以擴大甜瓜的市場范圍，提高甜瓜的經濟價值，為甜瓜的航天育種提供理論基礎。

關鍵詞：甜瓜；航天誘變；田間調查；形態學變異；突變體；早熟；單果質量

中圖分類號： S652.036 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0203-03

甜瓜（Cucumis melo L.）別稱甘瓜或香瓜，是人們夏季消暑的主要水果之一。我國是甜瓜生產大國，多年來，我國的甜瓜栽培面積一直位居世界第一，隨著栽植面積的增大，選育出具有產量高、抗性好、早熟等特點的新品種成為當務之急[1]。航天育種作為一個新的育種手段進入人們的視野，其變異因其基于植物自身基因的變異，并非導入外源性基因所致，不存在基因安全性問題而成為培育新品種的方法之一[2]。世界對太空領域的新的研究始于1957年[3]，自前蘇聯成功發射首枚衛星后，美國、中國、日本、德國等國家也相繼開始了衛星的發射及空間領域的研究。迄今為止，我國航天育種研究已開展27年，在此期間，我國成功誘變培育出水稻[4]、小麥[5]、棉花[6]、高粱[7]等作物的一系列優質、高產、多抗的新品種、新品系和新種質，表明航天誘變技術可以成為新的育種手段[8]，同時為我國糧食綜合生產能力和農產品市場競爭力提供了重要的技術支撐[9]。隨著我國科技的發展及對空間育種的重視，蔬菜的空間培育工作也得到了發展[10]。目前，航天誘變技術不僅在番茄[11-12]、辣椒[13]、大蔥[14]、黃瓜[14-15]等蔬菜中得到了應用，在甜瓜育種技術中也受到了研究人員的重視。伊鴻平等針對皇后坐果不整齊、有畸形果的特點，于1996 年將皇后純系干種子搭載進行空間誘變處理，經過8代的選育，培育出2個優良自交系，并于2000 年配組選育出2個優良組合，在品質風味、果實大小、外觀、坐果整齊度以及抗性等綜合性狀方面超過目前新疆哈密瓜露地主栽品種新皇后[16]；朱方紅等對西瓜、甜瓜航天誘變進行了相關報道，認為航天誘變技術可用于西瓜、甜瓜選育[17]；田書沛等選育出的具有高抗、高產等特點的新的甜瓜品種[18-22]為本試驗提供了大量的試驗依據。2012年，筆者針對甜瓜HM1-3 及其對照進行10個指標檢測，并初步獲得了21個有利變異單株，且須要進一步試驗完成HM1-3群體中新品種的選育[23]。本試驗以連續自交2代的航天誘變材料及其對照為研究對象開展田間調查，對植株開花期、葉片、果實及抗病性開展突變體的初步鑒定，以期選育出高產、優質的甜瓜新品種，擴大甜瓜的市場范圍，提高甜瓜的經濟價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

7種航天搭載甜瓜材料（共1 050株）：HM1-1、HM1-2、HM1-3、HM1-4、HM1-5、HM1-6、HM1-7的單株及其對應的對照（CK，對照為未搭載的品種），它們的基本性狀見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料處理 將精選的7種材料甜瓜種子各分2份，一份以神舟八號飛船為載體，進行空間誘變；另一份作為地面對照（CK），稱為未搭載原種，地面低溫儲存[24]。2011年11月1日5時58分10秒由黑龍江八一農墾大學篩選的甜瓜種子經由神舟八號飛船搭載送上太空，并于11月17日19時32分30秒返回地面，歷時397 h，于2011年12月19日回到大慶。2012年4月初育苗，4月29日定植于黑龍江八一農墾大學校內塑料大棚，7個品種分7個小區種植，株距、行距各 0.5 m，單株無重復，5月16日開始自交授粉，1株留1個果。

1.2.2 性狀調查 2012年4月5日至8月中旬，先后于黑龍江八一農大學校內塑料大棚中進行發芽率、成活率、第1朵雌花的出現時間、成熟時間、葉面積（利用方格法測量單株每一生長期的葉面積，3次重復）、白粉病抗性及單果質量的調查。在觀察試驗中，每個植株均為獨立樣本。

2 結果與分析

2.1 發芽率及成活率

通過對發芽率和成活率的調查[25]可知，不同品種的甜瓜經過空間誘變后， 其發芽率和成活率受影響的程度不同。

圖1、圖2所示，HM1-7的發芽率和成活率均為100%，受到的影響最小，而HM1-5分別為83.4%、80.7%，大大低于其對照。此外，對甜瓜種子發芽率及成活率進行相關分析，結果發現其相關系數達0.955 497（>0.8），呈高度正相關，表明種子的發芽率很大程度上影響甜瓜幼苗的成活率。

2.2 生育期

生育期按育苗、發芽、定植、第1朵結實花開花時間、成熟期進行記載（表2），于2012年4月1日統一催芽，經3～4 d后催芽結束，并于4月29日定植于黑龍江八一農墾大學大棚內；由于甜瓜的品種不同，成熟期差別較大（薄皮甜瓜約 35 d，厚皮甜瓜約45 d）；HM1-1及HM1-5發現早熟單株，均提前 5 d左右成熟，分別為HM1-1-7、HM1-1-35、HM1-5-66、HM1-5-141。

2.3 葉面積

在葉面積的調查中發現，部分甜瓜葉面積增大且葉形不變，并從中獲得12株高于其對照30%的單株，分別來自于HM1-2（4株）、HM1-7（2株）、HM1-3（6株）。在HM1-2中發現特大葉單株HM1-2-10，其葉面積約為其對照的2倍（表3）。

2.4 抗白粉病單株endprint

在生育期后期，加大棚內濕度，減少通風，提供有利于植株感染病毒的環境，定期進行調查記錄，根據甜瓜白粉病等級（0～6級）進行鑒定[26]，初步篩選出≤2級的抗病單株。據調查，得到的抗病單株22株，其中HM1-4為12株，分別為

2.5 單果質量

經調查，得到15株大果單株，包括HM1-2（3株）、HM1-7（4株）、HM1-3（8株），其單果質量平均比對照高40%。HM1-7-36單果質量801 g，約為其對照的3倍，單果質量增大最明顯。就7個群體來說，HM1-3中單果質量增大的單株最多（表5）。

3 結論與討論

由于空間誘變育種周期短，能在較短的時間里創造出目前其他誘變方法難以獲得的罕見的突變基因資源，這就有可能徹底改變近年來瓜類育種中育種資源匱乏的局面，培育出突破性的優良品種，直接服務于農業生產。隨著空間誘變育種的發展，越來越多的育種工作者正嘗試通過空間誘變育種途徑選育新品種。我國在航天育種事業中，棉花、水稻等大田作物也獲得了很多新品種，但蔬菜的發展卻較慢。盡管如此，西瓜、甜瓜在航天育種中也取得了一些成果，例如，崔艷玲等利用返回式衛星于1996年搭載了5個西瓜、甜瓜品種，通過4代選種、配種、篩選與培育，選育出6個雜交西瓜新品種，并采用復播技術進行示范種植獲得航興1號[27]，深受瓜農喜愛；田書沛等也先后在甜瓜品種選育中作出貢獻[18-22]。在這些科研人員的帶領下，大家對甜瓜的航天育種事業寄予希望，期望可以獲得新的甜瓜品種，擴大甜瓜市場范圍。

由于每種育種材料較少，本試驗以繁育為主，并通過調查主要田間性狀，初步篩選出突變單株，其表達性狀的差異原因及是否能夠穩定遺傳，須要繼續對其后代進行調查，直至獲得高產、穩產、優質的新品種[28]；種子萌發及植株成活過程中出現的死亡，可能是由基因變異或生理損傷導致的，其根本原因須要進一步調查測定[29]。此次SP1篩選中共獲得53個田間性狀表現優良的單株，這些植株須進一步自交純化，按株系種植，以保證其純度，方便后續研究驗證。由于材料數量較多，抗病性的測定須要經過人工接菌的手段進一步驗證。本試驗產生的抗白粉病單株只是初步篩選，下一步須要按照白粉病分級標準對甜瓜的莖和葉進行梯度觀察與分級；對田間表達性狀進行調查后，再結合其果實性狀的測定，以加快對突變單株的篩選。

本試驗結果表明，航天誘變甜瓜HM1-1、HM1-2、HM1-3、HM1-4、HM1-5、HM1-6、HM1-7均有不同程度的變異，其中HM1-2、HM1-3、HM1-7葉面積和單果質量增大較明顯，HM1-1、HM1-5早熟較突出，HM1-4、HM1-6抗白粉病比較明顯，可見航天誘變并非盲目、無規律變異，與品種自身特性相關；甜瓜SP1代種子受空間輻射影響，其發芽率和成活率普遍降低；在篩選過程中，存在1株多表現性狀改變的現象，能否保存其差異性，須進一步調查。

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