陳紅玉,馬光躍,郝學金,申仲妹
(1.山西省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所,山西太原030031;2.山西省農(nóng)業(yè)科學院旱地農(nóng)業(yè)研究中心,山西太原030006)
早在20世紀80年代,我國水稻育種工作者就已開始利用等離子體注入水稻品種,獲得了損傷輕、突變率高、突變譜廣的統(tǒng)計結(jié)果,證實了其作為誘變育種的一種新的誘變源是切實可行的、有效的[1]。等離子注入誘變主要設備是離子注入機,利用高壓加速的氣體離子轟擊目標材料,使之產(chǎn)生突變,極大地增加了生物基因的突變幾率,縮短了作物改良時間,減少了育種的工作量[2-4]。岳潔瑜等[5]通過對胚珠DNA的SSR標記分析,在DNA水平上檢測氮離子束誘變后胚珠的多態(tài)性變化,結(jié)果表明,離子注入陸地棉花花粉后再給雌蕊授粉,會對胚珠的DNA多態(tài)性產(chǎn)生影響,在一定程度上改變花粉中精細胞的DNA序列。馬海林等[6]研究不同劑量N+注入對菜用大豆出苗率及后代遺傳變異的影響,結(jié)果表明,誘變后代變異可能出現(xiàn)在誘變當代,也可能出現(xiàn)第2代中,因此,進行變異選擇時建議從第2代以后開始。徐明照等[7]用N+束注入玉米H65和H14D種子,研究其M1的細胞學效應,結(jié)果表明,離子注入不僅能夠誘發(fā)M1根尖細胞核和染色體畸變,而且還能誘發(fā)染色體出現(xiàn)多種變異類型;其畸變頻率隨離子注入劑量的增加而增大。山西省農(nóng)業(yè)科學院自從俄羅斯引進等離子注入設備以來,經(jīng)誘變處理已育成品黍1號[8]、品黍2號[9]、晉蕎麥(苦)4號[10]等一批農(nóng)作物新品種及新種質(zhì)材料,然而經(jīng)查新,該技術在果樹誘導芽變領域尚未見成功的報道。本試驗通過對棗樹接穗的等離子體注入,探索棗樹誘變育種的新途徑。
供試棗樹接穗為駿棗、壺瓶棗、葫蘆棗和大荔龍棗接穗;石蠟;寬度1.5 cm的防水耐高溫膠紙。供試設備為山西省農(nóng)業(yè)科學院旱地農(nóng)業(yè)研究中心真空等離子體注入機,供試氣體是高純氮,處理后的接穗嫁接于山西省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所棗苗圃。
1.2.1 接穗準備 供試接穗于2012年3月中旬采集,將健壯棗頭枝中段部分剪成單芽接穗,隨即在100~120℃的石蠟中快速浸蘸進行保水處理,蠟封后的接穗置于冷藏柜冷藏;等離子體注入前供試接穗用防水耐高溫膠帶紙嚴密纏裹2層,僅露出被輻照的芽體部分。
1.2.2 處理劑量 將準備好的接穗放入樣品盤固定,被照芽體朝上,送入離子注入機進行處理。注入氣體為氮氣(用N+表示數(shù)量),誘變劑量設3個處理,A.4×1016個/cm2;B.6×1016個/cm2;C.8×1016個/cm2。注入速度為10 mA×30 kV,靶室真空度為4×10-4MPa,每處理24個重復。對照接穗浸蠟纏繞膠帶紙,不進行等離子注入。樣品處理完畢后用濕毛巾包裹放入冷藏柜冷藏,待5月初將處理后的接穗纏裹物去除,用切接法嫁接,當日嫁接完畢,掛牌標記以備調(diào)查。
1.2.3 調(diào)查內(nèi)容及方法 (1)萌動率。嫁接后每2 d觀察各處理萌動情況,統(tǒng)計萌動數(shù),萌動的標準為主芽露出綠尖即確定為萌動。(2)生長情況。接穗萌動后每5 d測量一次所有新梢生長長度,待新梢停止生長后,計算每處理株的生長期。(3)變異情況。包括葉片大小、枝條分布等綜合狀況。對有明顯變異的單株進行拍照及取樣比較。
表1 不同處理對各品種萌動率的影響 %
從萌動率來看,各品種對照的萌動率均高于其他處理,其中,壺瓶棗和大荔龍棗對照萌動率顯著高于處理B、處理C,駿棗和葫蘆棗對照萌動率顯著高于其他3個處理(表1)。說明離子注入過程中可殺死部分接穗芽體,致使其無法萌動。
從萌動期早晚及集中度來看(圖1),各品種對照接穗萌動普遍早于誘變處理,而且CK>A>B>C。對照萌動的集中度最高,曲線有明顯的峰值,其次為處理A、處理B,處理C峰值最不明顯。說明離子注入過程中,隨著注入強度的增加,對芽體造成的損傷在加大,接穗芽體自愈需要時間越長,芽體恢復萌動能力的時間越長。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),各品種新梢在8月26日已全部停止生長,比較各品種不同處理新生棗頭長度,發(fā)現(xiàn)除駿棗處理A、處理C間存在顯著差異外,其他品種各處理間差異均不顯著。說明盡管離子注入對芽體產(chǎn)生了生理損傷,使芽體萌動受到影響,但對芽體萌動后的生長并未產(chǎn)生明顯影響(表2)。
表2 不同處理對各品種棗頭枝生長量的影響 cm
新梢生長期是棗樹的主要生物學指標,與果實成熟期有重要關系。本試驗表明,棗頭枝最早停止生長在7月10日,最晚在8月26日,相差46 d。為分析離子注入對棗頭枝生長期的影響,統(tǒng)計了各品種棗頭枝生長期長短,結(jié)果顯示,壺瓶棗C處理棗頭枝生長量與對照間存在顯著差異,且平均生長天數(shù)處理C>CK;駿棗平均生長天數(shù)處理A與處理B,C間存在顯著差異,且處理A>B>C;葫蘆棗、大荔龍棗各處理間差異不顯著。說明N+注入對棗頭枝生長期有影響,但不同品種對不同劑量的響應存在差異(表3)。
表3 不同處理對各品種棗頭枝生長天數(shù)的影響 d
試驗中所有棗樹只有2株有果,尚看不出離子注入對果實變異的影響,但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),壺瓶棗處理C有2株葉片明顯大于壺瓶棗其他處理,排除水肥條件、邊際效應可能引起的飾變,這2株壺瓶棗苗確實為離子注入產(chǎn)生的變異。表4為其中一變異株葉片與對照葉片的比較,可以明顯看出,對照葉片的面積明顯小于變異株,且二者間差異顯著。
表4 壺瓶棗變異株葉片與對照葉片的比較
等離子注入環(huán)境為低壓高溫環(huán)境,適宜劑量處理含水量低的作物種子不會全部殺死種子;而棗接穗含水量高,曾嘗試對浸蠟保水后的棗接穗進行小劑量注入處理,結(jié)果接穗全部失水死亡,為此,本試驗用雙層防水耐高溫膠帶紙嚴密纏裹接穗,只露出被輻照的芽體部分,并以芽體為靶進行集中注入,取得了成功。我們還對蘋果、葡萄接穗采用此法進行等離子注入,同樣取得了成功,為果樹接穗誘變處理探索出一種新的方法。
呂杰等[11]研究表明,N+注入劑量之間與2個苜蓿品種之間存在差異,不同劑量的影響要比2個不同品種影響大。離子束誘變育種及品質(zhì)改良中,應針對不同品種、不同處理目的靈活設計合適的劑量范圍與梯度,并采取不同處理方式。那日等[12]研究N+注入對紫花苜蓿幼苗生長和營養(yǎng)成分的影響表明,注入劑量為2.08×1016~8.32×1016個/cm2時,發(fā)芽率隨注入劑量加大,種子發(fā)芽率存在增加、平緩、下降直至降為零的過程。以上研究結(jié)果顯示,不同物種種子發(fā)芽率或出苗率對誘變劑量的響應不盡相同,但多數(shù)物種在合適劑量處理下可以提高種子發(fā)芽率或出苗率。本試驗結(jié)果顯示,不同品種的萌芽率對誘變劑量的響應不盡相同。在各品種棗頭枝生長量的比較中,除駿棗處理A和處理C棗頭枝生長量間存在顯著差異外,其他品種各處理間均不存在顯著差異。在棗頭枝生長期的比較中,壺瓶棗處理C與CK間存在顯著差異,駿棗處理A與處理B,C間有顯著差異,而葫蘆棗及大荔龍棗各處理間差異不顯著,說明葫蘆棗和大荔龍棗對本試驗所設誘變劑量響應不明顯。初步分析以為,試驗中所設誘變劑量處理較少,注入強度較輕,且未達到致死劑量,有必要在今后的試驗中在更大劑量范圍內(nèi)優(yōu)化注入?yún)?shù),以進一步提高突變率。
在誘變調(diào)查中發(fā)現(xiàn),壺瓶棗處理C中有2株突變,其中1株主要表現(xiàn)為葉片明顯變大,另1株沒有棗頭,只有3個棗吊,1個棗吊直立生長,長度達58 cm,葉片也明顯增大。也有駿棗個別株生長極慢或過早停止生長的現(xiàn)象,是否為變異,尚無法判斷。本研究所處理苗木2013年才可以結(jié)果,有關果實等經(jīng)濟學及其他生物學性狀變異需要進一步觀測。
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