何佳平, 張從合, 陳金節(jié), 梅加法, 陳獻生, 曹樹青

(1.合肥工業(yè)大學生物與食品工程學院,安徽合肥 230009;2.安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司,安徽合肥 230088)

油菜是草本十字花科作物,是我國主要油料作物和蜜源作物之一,其籽粒是制浸油脂原料主要品種之一。目前,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,重金屬污染越來越嚴重,所以探明油菜在低溫及重金屬污染環(huán)境下的生命活動規(guī)律并加以人為調(diào)控,對于奪取農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

雜種優(yōu)勢[1](heterosis,或又稱為hybrid vigor)是生物界的普遍現(xiàn)象,它是指雜合體在1種或多種性狀上表現(xiàn)優(yōu)于2個親本的現(xiàn)象。例如不同品系、不同品種、甚至不同種屬間進行雜交所得到的雜種一代往往比它的雙親表現(xiàn)出更強大的生長速率和代謝功能,從而導致器官發(fā)達、體型增大、產(chǎn)量提高,或者表現(xiàn)在抗病、抗蟲、抗逆力、成活力、生殖力及生存力等的提高,因此雜種優(yōu)勢是雜交育種的一個重要理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

實驗所用材料為安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司與合肥工業(yè)大學合作研究選育的雜油719油菜籽及其親本油菜籽,雜油123及其親本油菜籽。

1.2 低溫處理

將溫室中生長狀況相差不多的3組油菜幼苗分別放置在-4、-6、-8℃條件下,培養(yǎng)10 h后待測。各項實驗重復測定3次。

稱各品種幼苗0.12 g左右,放入50 mL注射器中,加去離子水10 mL,堵住注射器的口,抽真空處理20 min;將樣品靜置2 h后,加去離子水定容至30 mL,然后轉(zhuǎn)移到100 mL三角瓶中,用保鮮膜封住瓶口,放入22℃水浴搖床中180 r/min振蕩24 h;取出,定容至50 mL,先用去離子水矯正電導儀,得到電導率C0,然后測電導率C1,測完后,高壓滅菌20 min,取出,定容至50 mL,冷卻至室溫,檢測C2。相對電導率為：

按文獻[2]方法測定可溶性糖質(zhì)量分數(shù),按文獻[3,4]方法測定脯氨酸質(zhì)量分數(shù)。

1.3 重金屬脅迫處理

選取大小均勻的培養(yǎng)皿洗凈烘干,每12個為1組,共3組。培養(yǎng)皿的底部墊2層濾紙,將每個培養(yǎng)皿劃分為3個區(qū)域,分別點上雜交種及其2個親本種子各10粒。用去離子水配制不同濃度的重金屬溶液作為培養(yǎng)液,使用 CdCl2提供Cd2+,Pb(NO3)2提供 Pb2+,H 2 O2提供氧化脅迫。Cd2+的濃度分別為 0、250、500 μmol/L;Pb2+的濃度分別為0、2、4 mmol/L;H 2O2的濃度分別為0、50、100 mmol/L。用保鮮膜封閉置于4℃下低溫春化72 h。春化后轉(zhuǎn)移到22℃溫室光照培養(yǎng)。

春化3 d后將種子移至溫室中培養(yǎng)一段時間后,待幼苗長到適當?shù)拇笮r,從中選取長勢均勻的幼苗植株進行根長和鮮重的測定[5]。測量根長時,從每種中選取5株長勢良好的幼苗分別用尺子量取長度并記錄,求取平均值;測量鮮重時,從每種中挑選5株幼苗在分析天平上稱量總重,求平均值得每株幼苗鮮重。

分別計算在Cd、Pb和氧化脅迫條件下幼苗根長和鮮重的相對抑制率[6-8],然后使用相對抑制率計算雜種優(yōu)勢,反映對逆境的抗性大小。計算公式為：

相對根長抑制率=(對照根長-脅迫下根長)/對照根長×100%;

相對鮮重抑制率=(對照鮮重-脅迫下鮮重)/對照鮮重×100%;

雙親平均抑制率=(母本相對抑制率+父本相對抑制率)/2;

平均雜種優(yōu)勢=(雙親平均抑制率-雜種相對抑制率)/雙親平均抑制率×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜對低溫脅迫的響應

2.1.1 低溫脅迫下電導率的變化

油菜在低溫脅迫下的相對電導率如圖1所示,在圖1中,123和719代表油菜品系;♂表示父本;♀表示母本;F1表示雜交子一代,下同。

圖1 油菜在低溫脅迫下的相對電導率

2.1.2 低溫脅迫下可溶性糖相對增量的變化

低溫脅迫下可溶性糖相對增量如圖2所示,從圖2可看出,低溫對油菜幼苗的可溶性糖相對增量的影響非常大。123型雜交油菜和719型雜交油菜經(jīng)低溫處理后,可溶性糖的相對增量均介于其雙親之間,說明它們均未表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢。

圖2 低溫脅迫下可溶性糖相對增量

2.1.3 低溫脅迫下脯氨酸相對增量的變化

低溫脅迫下脯氨酸相對增量如圖3所示。

圖3 低溫脅迫下脯氨酸相對增量

由圖3可看出,123型雜交油菜經(jīng)低溫處理24 h和48 h后,脯氨酸的相對增量均小于其親本,說明其對低溫的抗性比親本強,具有雜種優(yōu)勢。719型雜交油菜經(jīng)低溫處理24 h和48 h后,脯氨酸的相對增量介于其雙親之間,不具有雜種優(yōu)勢。

2.2 油菜對重金屬脅迫和氧化脅迫的響應

2.2.1 Cd、Pb和H 2 O2脅迫下幼苗表型特征

選取生長適中的幼苗進行拍攝,如圖4所示。圖4中123和719代表油菜品系;♂代表父本;♀代表母本;F代表雜交子代。

從圖4可以看出,在Cd脅迫作用下,123型和719型雜交油菜及其親本的生長均受到了顯著的抑制。與對照比較,幼苗根、莖生長遲緩,葉片卷曲,葉色失綠呈現(xiàn)黃色;并且隨著Cd處理濃度的升高,毒害作用更加顯著。在Pb脅迫和氧化脅迫下,123型雜交油菜和719型雜交油菜及其親本的生長同樣也受到了類似的抑制。

圖4 Cd、Pb和 H2O2脅迫下油菜幼苗的表型特征

2.2.2 Cd、Pb和H 2 O2脅迫對根長的影響

雜交油菜根長的平均雜種優(yōu)勢如圖5所示,由圖5可看出,123型雜交油菜的平均雜種優(yōu)勢均大于零,說明其在受到Cd、Pb和H2O2脅迫時,在根長上具有雜種優(yōu)勢。而719型雜交油菜的平均雜種優(yōu)勢數(shù)值很小甚至出現(xiàn)負值,說明其在受到Cd、Pb和H 2O2脅迫時,在根長上沒有明顯的雜種優(yōu)勢。

2.2.3 Cd、Pb和H2O2脅迫對鮮重的影響

雜交油菜鮮重的平均雜種優(yōu)勢如圖6所示。

圖5 雜交油菜根長的平均雜種優(yōu)勢

圖6 雜交油菜鮮重的平均雜種優(yōu)勢

從圖6中可以看出,123型雜交油菜在Pb脅迫和H 2O2脅迫下的平均雜種優(yōu)勢大于零,而在Cd脅迫下的平均雜種優(yōu)勢小于零,說明其在受到Pb和H2O2脅迫時,在鮮重上具有雜種優(yōu)勢,而在受到Cd脅迫時在該指標上無雜種優(yōu)勢。719型雜交油菜在Cd、Pb和H2O2脅迫下的平均雜種優(yōu)勢數(shù)值為較低值或負值,說明其在受到Cd、Pb和H 2O2脅迫時,在鮮重上沒有雜種優(yōu)勢,甚至可能具有雜種劣勢。

3 結(jié) 論

低溫會破壞植物組織細胞,電解質(zhì)外滲導致電導率增大[9],因此低溫處理后,相對電導率的大小能體現(xiàn)植物受低溫破壞的程度,相對電導率小說明植物抗寒能力強?？扇苄蕴呛透彼崾侵参镌趹獙δ婢硶r大量合成的2種物質(zhì),它們的變化也能體現(xiàn)植物對低溫的耐受性。綜合這3個指標發(fā)現(xiàn),123型雜交油菜對低溫的抗性比其2個親本強,而719型雜交油菜對低溫的抗性介于它的2個親本之間。

植物受到重金屬脅迫時通常會產(chǎn)生活性氧[10],因此重金屬脅迫與氧化脅迫是相關的。重金屬及H 2 O2對植物的毒害,在形態(tài)上主要表現(xiàn)為根、莖生長遲緩和葉片失綠、卷曲[11],因此在受到重金屬和氧化脅迫時,植物根長和鮮重的變化能反映植物受毒害的程度。綜合根長和鮮重2個指標,發(fā)現(xiàn) 123型雜交油菜對Cd、Pb和H2O2脅迫的抗性要強于它的2個親本,表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢;而719型雜種油菜在抗Cd、Pb和H 2 O2脅迫上均無明顯的雜種優(yōu)勢。

作為雜交育種獲得的2個油菜新品種,在抗低溫和重金屬脅迫上,123型雜交油菜是一個較優(yōu)良品種,可能更適合在寒冷或受重金屬污染地區(qū)進行推廣種植。而719型雜交油菜在這些特性上沒有突出表現(xiàn)。然而對于受到脅迫時油菜產(chǎn)量和含油量等指標的變化有待進一步的研究。另外,作為后續(xù)工作,在重金屬污染環(huán)境下油菜的食用安全研究也具有重要意義。

[1] 朱 軍.遺傳學[M].第3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2002：333-334.

[2] 金妙華,陳東明.四棱豆可溶性總糖含量的測定[J].懷化學院學報,2008,27(8)：52-53.

[3] 范愛玲,李省云,朱金玲.分光光度法測定脯氨酸的含量[J]太原師范學院學報,2004,3(4)：48-50.

[4] 孫學文,劉艷芳.用甲苯萃取與未用甲苯萃取測定脯氨酸含量的比較：磺基水楊酸法[J].河北科技師范學院學報,2006,20(4)：26-29.

[5] 徐 進,魏 嵬,韓 璐,等.重金屬對油菜種子萌牙和胚根生長的影響[J].西北植物學報,2007,27(11)：2263-2268.

[6] Clemens S.Molecular mechanisms of plant metal tolerance and homeostasis[J].Planta,2001,212：475-486.

[7] 邵 云,馮淑利,李春喜,等.Cd2+脅迫對小麥幼苗生理活性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2006,34(5)：836-838.

[8] 石貴玉.重金屬Cr6+對水稻幼苗的毒害效應[J].廣西科學,2004,11(2)：154-156.

[9] 齊宏飛,陽小成.植物抗逆性研究概述[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2008,36(32)：13943-13946.

[10] 趙 胡,李裕紅.植物對重金屬耐性機理的研究進展[J].阜陽師范學院學報：自然科學版,2008,25(3)：35-39.

[11] 王志香,周光益.植物重金屬毒害及其抗性機理研究進展[J].河南林業(yè)科技,2007,27(2)：26-28.