疊氮化鈉對綠豆種子和幼苗生長的誘變效應

溫日宇，劉建霞，宋亞靜，劉支平

疊氮化鈉對綠豆種子和幼苗生長的誘變效應

溫日宇1，劉建霞2，宋亞靜2，劉支平3

（1.山西省農業科學院玉米研究所，山西忻州034000；2.山西大同大學生命科學學院，山西大同037009；3.山西省農業科學院高寒區作物研究所，山西大同037008）

以晉綠9號為試驗材料，測定不同濃度疊氮化鈉對綠豆誘變不同時間種子的發芽率、幼苗鮮質量、根長的改變情況，探究疊氮化鈉對綠豆種子和幼苗生長的誘變效應。結果表明，疊氮化鈉的濃度16 mmol/L、誘變時長6 h為最佳誘變條件；在低濃度溶液誘變下，隨著濃度的不斷增加，誘變效應逐漸增強，誘變濃度為15 mmol/L或誘變時間小于6 h時，可提高其根長和幼苗鮮質量；疊氮化鈉的濃度大于17 mmol/L或誘變時間超過6 h時，疊氮化鈉誘變能夠降低種子的萌發勢，甚至致其死亡，幼苗及其根長也低于對照組。

綠豆；疊氮化鈉；生長指標

綠豆（Vigna radiata（Linn.）Wilczek.），屬豆科作物，別名青小豆、菉豆、植豆等，在我國已有超過2 000 a的種植歷史。其原產于印度、緬甸地區，目前普遍種植于東南亞各國，在非洲、歐洲、美洲也有少量種植。在我國，綠豆的種植面積超過70.8萬hm2，是僅次于印度的綠豆種植大國[1-3]。綠豆作為一種藥用價值和經濟價值特別高的作物，有著豐富的營養成分，是人們理想的營養保健食品。

改革開放以來，我國人民生活水平不斷提高，膳食結構發生巨大變化，對于食品的保健作用愈加重視，再加上綠豆在食品工業、釀造工業和醫藥工業上的廣泛應用，國內對綠豆的需求持續增長。但由于我國長期種植綠豆，一些名優品種退化、混雜現象嚴重，而綠豆遺傳研究落后，近年來新品種選育進程緩慢，極大地制約了綠豆產業的發展[4-6]。因此，對綠豆種質創新，提高綠豆的產量、改善綠豆的品質顯得尤為重要。

應對綠豆生長的惡劣環境，國內外進行過一系列改變綠豆抗逆性和抗病性的研究，而對于提高綠豆產量和改善綠豆品質所進行的試驗研究中，雖然通過雜交育種和轉基因技術已獲得一些成效，但雜交育種的可遺傳性較差和轉基因的安全問題始終難以解決[7-10]。我國曾利用返回式衛星及氣球做了空間誘變育種的嘗試，但在綠豆方面收效甚微，而且空間誘變的成本昂貴，不適于長期使用[11-13]。相比于雜交育種，誘變育種周期短，效果明顯且能獲得較穩定的優良性狀。在諸多化學試劑中，疊氮化鈉（NaN3）因其效率高、低毒、價格便宜、使用安全等優點被廣泛應用于育種方面。其誘變原理為[12-13]：NaN3溶液在pH為3（等電點pH＝4.18）時可以生成最大量的HN3分子，容易通過膜滲透入細胞，HN3分子和DNA作用發生點突變，使其堿基置換，DNA單鏈斷裂，從而影響DNA合成蛋白質，以達到影響酶活性的目的。疊氮化鈉的誘變只能在DNA復制時才能發揮作用，所以種子在M1時期開始時用NaN3溶液進行處理，對DNA合成的胚胎進行預處理[14-18]。

目前，使用疊氮化鈉對綠豆種子進行誘變育種鮮有研究。本試驗以晉綠9號綠豆種子為試驗材料，疊氮化鈉作為誘變劑，探究綠豆在疊氮化鈉處理后種子萌發率、根長和幼苗鮮質量的變化，以期找出對綠豆種子誘變效果最好的誘變濃度和時間，獲得可遺傳的優良性狀，提高綠豆產量和品質。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為晉綠9號綠豆種子，由山西省農業科學院高寒區作物研究所提供；試驗所用的化學誘變試劑為疊氮化鈉（NaN3）。

1.2 方法

取1 250粒顆粒飽滿、大小均一的晉綠9號綠豆種子置于500 mL大燒杯中，用75%的乙醇將種子表面進行初步消毒，后用蒸餾水沖洗3次。用0.2%的HgCl2溶液消毒12 min，后用雙蒸水清洗干凈。取濃度為 15，16，17，18，19，20 mmol/L的疊氮化鈉（各濃度取30 mL）于6個50 mL的錐形瓶中，對照組用清水處理，再將消毒處理的綠豆種子分別取50粒放于錐形瓶中進行誘變處理。設置4組，誘變時間為5.0，5.5，6.0，6.5 h。將綠豆種子分別擺放進滅菌后（培養皿預先用LS-35LJ型立式壓力蒸汽滅菌器121℃下滅菌30 min）的5組（共25個）直徑為8.5 cm的培養皿中（培養皿保持干燥），各培養皿內墊2層大小同樣為直徑8.5 cm的濾紙（預先噴灑適量蒸餾水潤濕），每個培養皿放50顆種子，將種子擺放整齊，互相之間不要接觸，加蓋，放置于自然光照下，溫度為室溫，每日加入適量的清水，以保持濾紙的濕潤，保證種子有足夠的水分發芽。每天定時觀察記錄綠豆種子的發芽數，計算種子的發芽率。待綠豆種子的芽長超過自身長度后轉培在花盆中，置于YTP-1250型高效組織培養架上，使其自然生長至二葉一心時，進行指標測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 種子發芽率的測定 培養第1天開始至第7天計算各培養皿中種子的發芽率。

1.3.2 幼苗根長的測定 當幼苗生長至2個葉片時，每種幼苗各取5株，用精密不銹鋼尺測量幼苗根（根據最長根的長度測定）的生長長度，取平均值作為最終數值。

1.3.3 幼苗鮮質量的測定 當幼苗生長到2個葉片時，每種濃度各選5株長勢較好、大小均勻的幼苗，小心地從花盆中取出，根部先用蒸餾水沖洗，然后用去離子水沖洗，用吸收紙吸干表面水分，用J111102型電子天平測量5株幼苗的鮮質量。

1.4 數據分析

試驗數據用統計學的方法進行處理，最終數據均為3次重復平均值。種子發芽率采用SPSS軟件進行統計學分析；綠豆幼苗鮮質量、幼苗根長運用Excel做出標準誤差分析。

2 結果與分析

2.1 疊氮化鈉誘變對綠豆種子萌發率的影響

從表 1 可以看出，用濃度為 15，16，17，18，19，20 mmol/L的疊氮化鈉分別對綠豆種子進行4個時間（5.0，5.5，6.0，6.5 h）處理，隨著誘變濃度的增加，綠豆種子的發芽率和相對發芽率都呈遞減趨勢，除濃度為17，18 mmol/L的發芽率和相對發芽率差異不顯著外，其他幾個濃度差異都達顯著水平。說明在該誘變條件下疊氮化鈉對綠豆種子的萌發均有顯著影響。

當誘變時間為6 h、疊氮化鈉濃度為16 mmol/L時，綠豆種子的發芽率和相對發芽率分別為52%和51.32%，均接近50%，因此，本研究認為，疊氮化鈉濃度16 mmol/L、誘變時間6 h為最佳誘變條件。

當誘變時間為6.5 h時，疊氮化鈉對綠豆種子的萌發率有顯著性降低；隨著疊氮化鈉濃度的增加，致死效應逐漸增強，當疊氮化鈉的濃度為20 mmol/L時，綠豆種子的萌發率為2%；濃度為16，17，18，19 mmol/L時，綠豆種子的發芽率分別為34%，24%，12%和6%，對照的萌發率達到100%。

種子萌發率的試驗結果表明，采用不同濃度的疊氮化鈉對綠豆種子進行不同時長的誘變，對其萌 發率有不同的影響。

表1 不同濃度疊氮化鈉溶液處理下綠豆的發芽率和相對發芽率

2.2 疊氮化鈉誘變對綠豆根系生長的影響

由圖1可知，用不同濃度的疊氮化鈉進行不同時長的誘變對綠豆根系生長有不同的影響。其中，不同濃度疊氮化鈉對綠豆種子處理5 h時，疊氮化鈉濃度為15mmol/L時幼苗根系最長，其他濃度的根系較短，但均比對照明顯變長。疊氮化鈉對綠豆種子處理5.5 h時，15 mmol/L濃度處理的幼苗根長達到最大值，濃度不超過16 mmol/L時，對幼苗的根長有明顯的促進作用；濃度大于17 mmol/L時，根長有明顯變短的跡象。疊氮化鈉處理綠豆種子6 h時，濃度不超過16 mmol/L時對根長有促進作用，濃度為15 mmol/L時根長達到最大值；濃度大于16 mmol/L時，幼苗的根長表現出明顯的抑制效果。疊氮化鈉處理綠豆種子6.5 h時，濃度不超過16 mmol/L時會對根系有促進作用，但是效果不明顯；當濃度大于16 mmol/L時，疊氮化鈉的誘變使得綠豆幼苗的根系無法正常生長。

2.3 疊氮化鈉誘變對綠豆幼苗鮮質量的影響

試驗結果表明，疊氮化鈉誘變對綠豆幼苗鮮質量的影響也表現出明顯的誘變效應。由圖2可知，低濃度短時間處理會使幼苗的鮮質量明顯增加，且會有部分葉片發黃；高濃度下或者長時間誘變下，幼苗的鮮質量明顯降低，部分幼苗由于疊氮化鈉的誘變會出現矮化現象。

在用疊氮化鈉對綠豆種子誘變5 h時，濃度為17 mmol/L時會顯著增加幼苗的鮮質量，當疊氮化鈉的濃度大于17 mmol/L時，幼苗的鮮質量較對照逐漸降低；在用疊氮化鈉誘變5.5 h時，濃度為15～17 mmol/L時，誘變會使幼苗的鮮質量明顯增加，濃度大于17 mmol/L時，誘變會使幼苗的鮮質量較對照降低；在用疊氮化鈉對綠豆種子誘變6 h時，濃度為17 mmol/L時，誘變會使幼苗的鮮質量增加，但不明顯，其他濃度誘變會使幼苗的鮮質量降低；在用疊氮化鈉誘變6.5 h時，本試驗中所有濃度的誘變都會使得幼苗的鮮質量明顯減小。

3 討論與結論

綠豆是一種極易發芽的豆科植物，在室溫下置于清水中8 h便能完成發芽。本試驗用毒性較低的疊氮化鈉對綠豆種子予以不同時長的誘變處理，來探究綠豆種子發芽的變化情況。試驗結果表明，隨疊氮化鈉濃度增加，若處理時間長短適宜，對種子的發芽有促進作用；若疊氮化鈉的濃度高出一定范圍或誘變時間過長，種子的發芽率會大幅下降，甚至有可能全部致死，說明綠豆種子DNA受到疊氮化鈉的嚴重損壞。本試驗中，疊氮化鈉對種子發芽率、綠豆幼苗和根生長的影響顯示出顯著的濃度和時間效應。在低濃度的疊氮化鈉誘變下綠豆種子初期萌發勢能加快，綠豆幼苗和根系早期生長也得到提升，疊氮化鈉對綠豆根伸長率和幼苗鮮質量也有顯著的改善作用。疊氮化鈉對綠豆根伸長率和幼苗鮮質量有顯著的改善作用。當疊氮化鈉的濃度低于17 mmol/L時，處理時間少于6 h時，不會破壞種子的發芽率，一旦高于6 h，疊氮化鈉會對綠豆種子造成損害，使綠豆的發芽率顯著下降，綠豆發芽率低于10%，甚至不發芽，幼苗和根系也不能正常生長。

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Mutagenic Effects of Sodium Azide on the Growth of Mung Bean Seeds and Seedlings

WENRiyu1，LIUJianxia2，SONGYajing2，LIUZhiping3
（1.Instituteof Maize，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Xinzhou 034000，China；2.Collegeof Life Science，Datong University，Datong037009，China；3.Instituteof the Crops in High Latitudeamp;Cold Climate Area，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Datong 037008，China）

In this study,taking Jinlü 9 as the test material,the effects of different concentrations of sodium azide on the germination rate,fresh quality and root length of seedlings at different time were investigated.The results showed that the optimal right condition was that the concentration of sodium azide was 16 mmol/L and the mutation time was 6 h.In the low concentration of solution mutagenesis,with the increase of concentration,the mutagenic effect gradually increased.At the concentration of 15 mmol/L,the germination potential,root length and fresh quality of seedlings were significantly increased when the mutagenesis time was less than 6 h.When the concentration of sodiumazide wasmore than 17 mmol/L or themutation time was more than 6 h,sodium azide had the tendency to reduce the germination potential of seeds,and even the lethal would not germinate,and the seedlings and root length were lower than the control group.

mungbean;sodiumazide;growth index

S522

A

1002-2481（2017）12-1933-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.09

2017-07-25

山西省重點研發計劃項目（201603D221004-5）；山西省科技攻關項目（20140311005-3）

溫日宇（1976-），男，山西朔州人，副研究員，碩士，主要從事作物種質資源開發與利用研究工作。