黑果枸杞籽空間微輻射對其實生苗枝葉形態的影響

劉曉雯，張得芳,2，樊光輝,2，王占林,2*

(1.青海大學農林科學院,青海 西寧 810016；2.青海高原林木遺傳育種實驗室,青海 西寧 810016)

【研究意義】黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)，屬于茄科枸杞屬的多年生多棘刺落葉灌木植物。黑果枸杞果實味甘、性平，富含蛋白質、枸杞多糖、微量元素、富含天然花色甙素等多種營養成分，具有清除自由基、抗氧化的保健功能[1-4]。分布于我國陜西北部黃土高原、寧夏、甘肅、青海、內蒙古、新疆和西藏等地區，中亞、高加索和歐洲等地區亦有分布[5]。柴達木盆地黑果枸杞群落比較常見，多為鹽堿化程度較高地區[6]。【前人研究進展】空間輻射誘變育種技術作為一種有效的誘變育種新技術已經在有效創造特異突變基因資源和培育作物新品種方面顯示出重要的作用[7-9]。通過空間輻射誘變育種，我國已經在小麥，水稻，玉米，油菜，番茄，大豆等植物的育種工作中取得了重要的研究成果。特殊的空間輻射環境會對植物體的不同細胞和細胞內的不同基因產生影響[10]，基因表達的變化[11]，以及表型變化和非表型變化植物的蛋白質組水平的變化等[12-13]。為了培育黑果枸杞新品種，支持枸杞產業的發展，開展了黑果枸杞的輻射育種工作。本研究利用“實踐十號”返回式科學實驗衛星將黑果枸杞籽送入太空進行輻射處理,并將輻射后的黑果枸杞籽在諾木洪地區進行定植。通過對黑果枸杞籽空間微輻射條件下長成的實生苗枝葉進行田間觀察研究時發現,空間微輻射狀態下的黑果枸杞枝葉比自然條件下的枝葉發生了明顯變化。【本研究切入點】筆者對于黑果枸杞的空間微輻射和未輻射2種狀態條件下的實生苗枝葉形態特征變化進行了調查分析研究?！緮M解決的關鍵問題】旨在為黑果枸杞優良種質的選育提供相關理論依據和一定的技術支撐，也為豐富黑果枸杞的空間輻射育種知識。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點設在青海諾木洪農場，地處于青藏高原腹地，是柴達木盆地黑果枸杞主要分布區。試驗點屬高原中溫帶極干旱氣候，降水極少且干燥，冬季漫長、夏季短暫涼爽。自然資源豐富，日照時間長、太陽輻射強，水資源充足，海拔高度2800 m，土壤為鹽堿化荒漠土。

1.2 試驗方法

試驗黑果枸杞種子材料采自柴達木諾木洪天然黑果枸杞林。利用“實踐十號”返回式科學實驗衛星將黑果枸杞種子進行空間微輻射，處理時間為12 d。保留部分為對照。將處理種子和對照種子進行播種，培育黑果枸杞實生苗，并在青海省諾木洪枸杞基地進行定植。

1.3 性狀指標分析

對2年生實生苗進行每木檢尺；在每株上隨機取樣，測定輻射及未輻射狀態下葉片的長度、寬度、厚度、葉面積及葉形指數(葉長/葉寬)；測定每株新生枝長、枝刺數、刺長，節間距等指標。通過對各形態指標的研究分析，了解經不同環境狀態處理下的黑果枸杞葉片及枝條的表型性狀差異,最后通過相關分析確定形態指標以及各性狀之間的相互關系。

圖1 輻射狀態下黑果枸杞葉長分布Fig.1 Leaf length distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

2 結果與分析

2.1 黑果枸杞葉片形態分析

2.1.1 黑果枸杞葉片的形態分布 通過對2種狀態下的黑果枸杞實生苗葉片的形態指標對比分析得出：空間微輻射狀態下比未輻射狀態下的葉長、葉寬增加較明顯。在空間微輻射狀態下的葉長呈伽馬分布(α:10.4337, β: 0.7075, 圖1)，在12～16 mm范圍內葉片數量最多，占總量的45 %；未輻射狀態下的葉長呈正態分布(圖2)，在13～16 mm的范圍內葉片數量最多，占總量的33.38 %。

空間微輻射狀態下的葉寬分布圖呈現出伽馬分布(α: 13.5873, β: 4.6788, 圖3)，在2.50～3.00 mm的范圍內葉片數量最多，占總量的27.84 %；未輻射狀態下的葉寬呈正態分布(圖4)，在2.00～2.75 mm的范圍內葉片數量最多，占總量的41.62 %。2種狀態下的葉厚分布均無差異。

空間微輻射狀態條件下的葉面積服從伽馬分布(α: 5.0042, β: 0.1327, 圖5)，在28～43 mm2范圍內分布數量最多，占總量的39.05 %；未輻射狀態下的葉面積服從正態分布(圖6)，在23～38 mm2范圍內分布數量最多，占總量的40.41 %。

通過對葉形指數分布之間的對比研究表明：空間微輻射狀態條件下的葉形指數服從伽馬分布(α:8.8156, β:1.5453，圖7)，在3.85～5.35 mm范圍內分布數量最多，占總量的35.81 %；未輻射狀態下的葉形指數服從正態分布(圖8)，在4.85～6.35 mm范圍內分布數量最多，占總量的36.62 %。分析得出，空間微輻射狀態下的葉長、葉寬、葉面積、葉形指數均服從伽馬分布，而未輻射狀態下均服從正態分布。2種狀態下呈現出不同的分布形式，說明在這2種不同狀態下的黑果枸杞葉片形態指標有明顯的分布差異。

圖2 未輻射狀態下黑果枸杞葉長分布Fig.2 Leaf length distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

圖3 輻射狀態下黑果枸杞葉寬分布Fig.3 Leaf width distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

圖4 未輻射狀態下黑果枸杞葉寬分布 Fig.4 Leaf width distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

圖5 輻射狀態下黑果枸杞葉面積分布Fig.5 Leaf area distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

圖6 未輻射狀態下黑果枸杞葉面積分布Fig.6 Leaf area distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

圖7 輻射狀態下黑果枸杞葉形指數分布Fig.7 Leaf shape index distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

圖8 未輻射狀態下黑果枸杞葉形指數分布Fig.8 Leaf shape index distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

表1 黑果枸杞葉片形態變異

2.1.2 黑果枸杞葉片的形態變異 從表1方差分析得出，空間微輻射與未輻射狀態下的黑果枸杞葉片葉長、葉寬、葉面積3個方面均有顯著性差異。空間微輻射葉片的平均葉長、葉寬比未輻射葉片增加了0.20 和0.27 mm。通過方差分析顯示出葉長達顯著性水平，葉寬達極顯著水平。但在兩種狀態條件下，平均葉厚之間無明顯的差異。空間微輻射葉片的平均葉面積比未輻射葉片的平均葉面積增加3.18 mm2，通過方差分析達顯著性水平?？臻g微輻射葉片的葉形指數比未輻射減少0.17，差異未達顯著水平。

空間微輻射及未輻射實生苗葉片從變異系數來看,輻射狀態下的葉長、葉厚的變異系數分別是未輻射狀態下的1.18和1.09倍；輻射狀態下的葉面積和葉形指數分別是未輻射狀態下的1.05和1.13倍。輻射相比未輻射狀態下的黑果枸杞葉片，葉形指數明顯減小，葉形細長并呈現披針形。空間微輻射處理使黑果枸杞的葉片形態特征也發生了較大變化。輻射處理對黑果枸杞在葉長、葉寬、葉面積這3個方面明顯的增加，變異系數明顯增大。

圖9 輻射狀態下黑枸杞新生枝長分布Fig.9 New shoots distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

2.2 黑果枸杞枝條形態變化

空間微輻射處理的使黑果枸杞實生苗枝條的形態也隨之發生明顯變化。由圖9可知，輻射狀態下的黑果枸杞與未輻射狀態下的新生枝長有較明顯差異。在空間微輻射狀態下，新生枝長呈伽馬分布(α: 8.1421, β: 0.9739)且在5.7～7.7 cm范圍內，新生枝長的數量分布最多，占總量的50 %；由圖10可知，在未輻射狀態下新生枝長呈正態分布，在6.7～9.7 cm范圍內，新生枝長的數量分布最多，占總量的53 %。

在黑果枸杞枝條形態變異的研究中，通過對2種狀態下的新生枝長、枝刺數、刺長、節間距的對比分析，研究表明(表2)，兩者之間通過方差分析在枝刺數和節間距上均無顯著差異。輻射狀態及未輻射狀態下，新生枝長平均值分別為 8.36 和9.27 cm，與未輻射狀態相比，輻射狀態下新生枝長減少0.91 cm，方差分析顯示差異達顯著性水平。

圖10 未輻射狀態下黑枸杞新生枝長分布Fig.10 New shoots distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

表2 黑果枸杞枝條形態變異

通過對2種狀態枝刺數的比較分析得出，空間微輻射狀態及未輻射狀態下，枝刺數分別為6.0 和5.0個/5cm，相比較未輻射狀態數量有所增加。從變異系數來看，空間微輻射狀態下的新枝長、枝刺數的變異系數分別是未輻射狀態下的1.78 和1.13倍；輻射狀態下的刺長、節間距的變異系數分別是未輻射狀態下的1.141和4.136倍。

空間微輻射狀態下的黑果枸杞與未輻射狀態下的新生枝長有較明顯差異。在空間微輻射狀態下，新生枝長呈伽馬分布；未輻射狀態下新生枝長呈正態分布。新枝長、枝刺數、刺長、節間距變異系數均有增大，且節間距變異程度更強。

3 討論與結論

通過對枸杞種子空間微輻射對實生苗枝葉形態的分析研究，發現在輻射狀態下和未輻射狀態條件下的實生苗枝葉形態中，葉片、枝條部分指標均存在著明顯差異。

輻射狀態下的葉長、葉寬、葉面積、葉形指數均服從伽馬分布,而未輻射狀態下均服從正態分布。2種呈現出不同的分布形式,說明2種狀態下的黑果枸杞枝葉產生了明顯的分布差異。伽馬分布是概率統計中一類重要的分布。伽馬分布曲線與正態分布曲線所處位置不同，其曲線的高峰不位于正中央而是發生偏移。通過對輻射群體的表型分析中發現，輻射群體所體現的分布曲線擬合形式與伽馬分布曲線的擬合形式相同。尤其是伽瑪分布具有較大的形狀參數時，會對具有適當的樣本容量的數據提供合適擬合[14]。

空間微輻射具有一定的隨機性,輻射能夠對有機體產生多種損傷效應。這些影響既包括生物體表型性狀的突變和細胞學損傷同時也包括DNA分子水平的改變。主要導致遺傳物質的損傷進而產生一系列的影響，如基因突變、染色體畸變、癌變的發生、細胞失活和生長發育的異常等[15-18]。因此，猜測由于空間隨機性的特點，導致輻射群體的性狀位點發生變化，從而使輻射樣本的分布形式不遵循于正常生長環境下群體的分布形式，與未輻射群體的正態分布形式形成了明顯的分布差異。

輻射狀態條件下的黑果枸杞在葉長、葉寬、葉面積這3個方面明顯的增加。猜測空間輻射造成了控制葉長、葉寬和葉面積這幾個數量性狀的位點變化，從而引起黑果枸杞這3個方面性狀發生明顯變化。由于生長環境的改變,導致黑果枸杞在空間微輻射狀態下，使部分實生苗枝葉性狀的變異系數增大，輻射狀態下的葉長、葉厚的變異系數分別是未輻射狀態下的1.18和1.09倍；葉面積和葉形指數分別是未輻射狀態下的1.05和1.13倍；刺長、節間距的變異系數分別是未輻射狀態下的1.141和4.136倍，其中節間距變異程度更強。所以，有可能因為特殊的輻射環境造成了樣本本身生活活力方面或者在輕度脅迫條件下生理上不同于正常未輻射的樣本，所以為了適應生長環境的需要，使植物產生本身的適應方式。