劉曉雯，張得芳,2，樊光輝,2，王占林,2*

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院,青海 西寧 810016；2.青海高原林木遺傳育種實(shí)驗(yàn)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(shí)味甘、性平，富含蛋白質(zhì)、枸杞多糖、微量元素、富含天然花色甙素等多種營(yíng)養(yǎng)成分，具有清除自由基、抗氧化的保健功能[1-4]。分布于我國(guó)陜西北部黃土高原、寧夏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古、新疆和西藏等地區(qū)，中亞、高加索和歐洲等地區(qū)亦有分布[5]。柴達(dá)木盆地黑果枸杞群落比較常見，多為鹽堿化程度較高地區(qū)[6]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】空間輻射誘變育種技術(shù)作為一種有效的誘變育種新技術(shù)已經(jīng)在有效創(chuàng)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(guò)空間輻射誘變育種，我國(guó)已經(jīng)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(huán)境會(huì)對(duì)植物體的不同細(xì)胞和細(xì)胞內(nèi)的不同基因產(chǎn)生影響[10]，基因表達(dá)的變化[11]，以及表型變化和非表型變化植物的蛋白質(zhì)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展，開展了黑果枸杞的輻射育種工作。本研究利用“實(shí)踐十號(hào)”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將黑果枸杞籽送入太空進(jìn)行輻射處理,并將輻射后的黑果枸杞籽在諾木洪地區(qū)進(jìn)行定植。通過(guò)對(duì)黑果枸杞籽空間微輻射條件下長(zhǎng)成的實(shí)生苗枝葉進(jìn)行田間觀察研究時(shí)發(fā)現(xiàn),空間微輻射狀態(tài)下的黑果枸杞枝葉比自然條件下的枝葉發(fā)生了明顯變化?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】筆者對(duì)于黑果枸杞的空間微輻射和未輻射2種狀態(tài)條件下的實(shí)生苗枝葉形態(tài)特征變化進(jìn)行了調(diào)查分析研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】旨在為黑果枸杞優(yōu)良種質(zhì)的選育提供相關(guān)理論依據(jù)和一定的技術(shù)支撐，也為豐富黑果枸杞的空間輻射育種知識(shí)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在青海諾木洪農(nóng)場(chǎng)，地處于青藏高原腹地，是柴達(dá)木盆地黑果枸杞主要分布區(qū)。試驗(yàn)點(diǎn)屬高原中溫帶極干旱氣候，降水極少且干燥，冬季漫長(zhǎng)、夏季短暫涼爽。自然資源豐富，日照時(shí)間長(zhǎng)、太陽(yáng)輻射強(qiáng)，水資源充足，海拔高度2800 m，土壤為鹽堿化荒漠土。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)黑果枸杞種子材料采自柴達(dá)木諾木洪天然黑果枸杞林。利用“實(shí)踐十號(hào)”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將黑果枸杞種子進(jìn)行空間微輻射，處理時(shí)間為12 d。保留部分為對(duì)照。將處理種子和對(duì)照種子進(jìn)行播種，培育黑果枸杞實(shí)生苗，并在青海省諾木洪枸杞基地進(jìn)行定植。

1.3 性狀指標(biāo)分析

對(duì)2年生實(shí)生苗進(jìn)行每木檢尺；在每株上隨機(jī)取樣，測(cè)定輻射及未輻射狀態(tài)下葉片的長(zhǎng)度、寬度、厚度、葉面積及葉形指數(shù)(葉長(zhǎng)/葉寬)；測(cè)定每株新生枝長(zhǎng)、枝刺數(shù)、刺長(zhǎng)，節(jié)間距等指標(biāo)。通過(guò)對(duì)各形態(tài)指標(biāo)的研究分析，了解經(jīng)不同環(huán)境狀態(tài)處理下的黑果枸杞葉片及枝條的表型性狀差異,最后通過(guò)相關(guān)分析確定形態(tài)指標(biāo)以及各性狀之間的相互關(guān)系。

圖1 輻射狀態(tài)下黑果枸杞葉長(zhǎng)分布Fig.1 Leaf length distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

2 結(jié)果與分析

2.1 黑果枸杞葉片形態(tài)分析

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

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

空間微輻射狀態(tài)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(nèi)分布數(shù)量最多，占總量的39.05 %；未輻射狀態(tài)下的葉面積服從正態(tài)分布(圖6)，在23～38 mm2范圍內(nèi)分布數(shù)量最多，占總量的40.41 %。

通過(guò)對(duì)葉形指數(shù)分布之間的對(duì)比研究表明：空間微輻射狀態(tài)條件下的葉形指數(shù)服從伽馬分布(α:8.8156, β:1.5453，圖7)，在3.85～5.35 mm范圍內(nèi)分布數(shù)量最多，占總量的35.81 %；未輻射狀態(tài)下的葉形指數(shù)服從正態(tài)分布(圖8)，在4.85～6.35 mm范圍內(nèi)分布數(shù)量最多，占總量的36.62 %。分析得出，空間微輻射狀態(tài)下的葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、葉形指數(shù)均服從伽馬分布，而未輻射狀態(tài)下均服從正態(tài)分布。2種狀態(tài)下呈現(xiàn)出不同的分布形式，說(shuō)明在這2種不同狀態(tài)下的黑果枸杞葉片形態(tài)指標(biāo)有明顯的分布差異。

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

圖3 輻射狀態(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)下黑果枸杞葉形指數(shù)分布Fig.7 Leaf shape index distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

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

表1 黑果枸杞葉片形態(tài)變異

2.1.2 黑果枸杞葉片的形態(tài)變異 從表1方差分析得出，空間微輻射與未輻射狀態(tài)下的黑果枸杞葉片葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積3個(gè)方面均有顯著性差異?？臻g微輻射葉片的平均葉長(zhǎng)、葉寬比未輻射葉片增加了0.20 和0.27 mm。通過(guò)方差分析顯示出葉長(zhǎng)達(dá)顯著性水平，葉寬達(dá)極顯著水平。但在兩種狀態(tài)條件下，平均葉厚之間無(wú)明顯的差異?？臻g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(guò)方差分析達(dá)顯著性水平?？臻g微輻射葉片的葉形指數(shù)比未輻射減少0.17，差異未達(dá)顯著水平。

空間微輻射及未輻射實(shí)生苗葉片從變異系數(shù)來(lái)看,輻射狀態(tài)下的葉長(zhǎng)、葉厚的變異系數(shù)分別是未輻射狀態(tài)下的1.18和1.09倍；輻射狀態(tài)下的葉面積和葉形指數(shù)分別是未輻射狀態(tài)下的1.05和1.13倍。輻射相比未輻射狀態(tài)下的黑果枸杞葉片，葉形指數(shù)明顯減小，葉形細(xì)長(zhǎng)并呈現(xiàn)披針形?？臻g微輻射處理使黑果枸杞的葉片形態(tài)特征也發(fā)生了較大變化。輻射處理對(duì)黑果枸杞在葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積這3個(gè)方面明顯的增加，變異系數(shù)明顯增大。

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

2.2 黑果枸杞枝條形態(tài)變化

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

在黑果枸杞枝條形態(tài)變異的研究中，通過(guò)對(duì)2種狀態(tài)下的新生枝長(zhǎng)、枝刺數(shù)、刺長(zhǎng)、節(jié)間距的對(duì)比分析，研究表明(表2)，兩者之間通過(guò)方差分析在枝刺數(shù)和節(jié)間距上均無(wú)顯著差異。輻射狀態(tài)及未輻射狀態(tài)下，新生枝長(zhǎng)平均值分別為 8.36 和9.27 cm，與未輻射狀態(tài)相比，輻射狀態(tài)下新生枝長(zhǎng)減少0.91 cm，方差分析顯示差異達(dá)顯著性水平。

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

表2 黑果枸杞枝條形態(tài)變異

通過(guò)對(duì)2種狀態(tài)枝刺數(shù)的比較分析得出，空間微輻射狀態(tài)及未輻射狀態(tài)下，枝刺數(shù)分別為6.0 和5.0個(gè)/5cm，相比較未輻射狀態(tài)數(shù)量有所增加。從變異系數(shù)來(lái)看，空間微輻射狀態(tài)下的新枝長(zhǎng)、枝刺數(shù)的變異系數(shù)分別是未輻射狀態(tài)下的1.78 和1.13倍；輻射狀態(tài)下的刺長(zhǎng)、節(jié)間距的變異系數(shù)分別是未輻射狀態(tài)下的1.141和4.136倍。

空間微輻射狀態(tài)下的黑果枸杞與未輻射狀態(tài)下的新生枝長(zhǎng)有較明顯差異。在空間微輻射狀態(tài)下，新生枝長(zhǎng)呈伽馬分布；未輻射狀態(tài)下新生枝長(zhǎng)呈正態(tài)分布。新枝長(zhǎng)、枝刺數(shù)、刺長(zhǎng)、節(jié)間距變異系數(shù)均有增大，且節(jié)間距變異程度更強(qiáng)。

3 討論與結(jié)論

通過(guò)對(duì)枸杞種子空間微輻射對(duì)實(shí)生苗枝葉形態(tài)的分析研究，發(fā)現(xiàn)在輻射狀態(tài)下和未輻射狀態(tài)條件下的實(shí)生苗枝葉形態(tài)中，葉片、枝條部分指標(biāo)均存在著明顯差異。

輻射狀態(tài)下的葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、葉形指數(shù)均服從伽馬分布,而未輻射狀態(tài)下均服從正態(tài)分布。2種呈現(xiàn)出不同的分布形式,說(shuō)明2種狀態(tài)下的黑果枸杞枝葉產(chǎn)生了明顯的分布差異。伽馬分布是概率統(tǒng)計(jì)中一類重要的分布。伽馬分布曲線與正態(tài)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(fā)生偏移。通過(guò)對(duì)輻射群體的表型分析中發(fā)現(xiàn)，輻射群體所體現(xiàn)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(shù)時(shí)，會(huì)對(duì)具有適當(dāng)?shù)臉颖救萘康臄?shù)據(jù)提供合適擬合[14]。

空間微輻射具有一定的隨機(jī)性,輻射能夠?qū)τ袡C(jī)體產(chǎn)生多種損傷效應(yīng)。這些影響既包括生物體表型性狀的突變和細(xì)胞學(xué)損傷同時(shí)也包括DNA分子水平的改變。主要導(dǎo)致遺傳物質(zhì)的損傷進(jìn)而產(chǎn)生一系列的影響，如基因突變、染色體畸變、癌變的發(fā)生、細(xì)胞失活和生長(zhǎng)發(fā)育的異常等[15-18]。因此，猜測(cè)由于空間隨機(jī)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致輻射群體的性狀位點(diǎn)發(fā)生變化，從而使輻射樣本的分布形式不遵循于正常生長(zhǎng)環(huán)境下群體的分布形式，與未輻射群體的正態(tài)分布形式形成了明顯的分布差異。

輻射狀態(tài)條件下的黑果枸杞在葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積這3個(gè)方面明顯的增加。猜測(cè)空間輻射造成了控制葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積這幾個(gè)數(shù)量性狀的位點(diǎn)變化，從而引起黑果枸杞這3個(gè)方面性狀發(fā)生明顯變化。由于生長(zhǎng)環(huán)境的改變,導(dǎo)致黑果枸杞在空間微輻射狀態(tài)下，使部分實(shí)生苗枝葉性狀的變異系數(shù)增大，輻射狀態(tài)下的葉長(zhǎng)、葉厚的變異系數(shù)分別是未輻射狀態(tài)下的1.18和1.09倍；葉面積和葉形指數(shù)分別是未輻射狀態(tài)下的1.05和1.13倍；刺長(zhǎng)、節(jié)間距的變異系數(shù)分別是未輻射狀態(tài)下的1.141和4.136倍，其中節(jié)間距變異程度更強(qiáng)。所以，有可能因?yàn)樘厥獾妮椛洵h(huán)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(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境的需要，使植物產(chǎn)生本身的適應(yīng)方式。