臭椿多倍體誘變的初步研究

岳建芳

(山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009)

一般所講的多倍體(polyploid)是指染色體數(shù)目在3(3x)或3以上(＞3x)的個(gè)體。多倍體包括同源多倍體和異源多倍體，前者指增加的染色體來(lái)源于同一物種，如馬鈴薯、香蕉、苜蓿、長(zhǎng)山藥等;后者則指增加的染色體來(lái)源于不同的物種或?qū)?，如紅花、栗子、小黑麥、菊花等。臭椿[Ailanthus altissima(Mill.)swingle.］又名臭楮，落葉喬木，高達(dá) 20 m，樹皮平滑有直紋。單數(shù)羽狀復(fù)葉，互生，長(zhǎng)45 mm～60 mm.花小，綠色，雜性，花瓣5片;翅果長(zhǎng)橢圓形，淡黃綠色，花期4月至5月，果熟期8月至9月。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

試驗(yàn)材料為苦木科(Simaroubaceae)臭椿屬(Ailanthus)臭椿，種子采于山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院東山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)。選用大田土6份配比充分腐熟的馬糞4份為培養(yǎng)土，用50%多菌靈可濕性粉劑對(duì)培養(yǎng)土進(jìn)行消毒，用量50 g/m3.苗床寬1.5 m，整平。將消毒后的營(yíng)養(yǎng)土裝入規(guī)格為10 cm×10 cm的塑料營(yíng)養(yǎng)缽中，再將營(yíng)養(yǎng)缽放于苗床上，排列整齊，澆透水，備用。用涼水浸種1 d，第2天均勻播于營(yíng)養(yǎng)缽中，每個(gè)缽中播3粒種子，之后覆土、澆水。

1.2 藥劑制備

1)0.4%秋水仙堿母液的配制。將1 g秋水仙堿用少量95%的分析純酒精充分溶解，再加入249 mL水。

2)0.2%秋水仙堿溶液+1.0%瓊脂凝膠的配制。取200 mg瓊脂溶解于10 mL去離子水中加熱約10 min.加熱前先用玻璃筆做記號(hào)，加熱后再加水至記號(hào)處。取0.4%秋水仙堿母液10 mL與上述溶液充分混合，水密保存(保證溶液基本不變)。

1.3 誘變

1)判斷頂芽萌動(dòng)。2)整苗，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽中保留1株～3株健康苗木。3)將瓊脂秋水仙堿凝膠水浴加熱至38℃變成溶膠，手掌保溫。4)用竹簽挑取1滴溶膠，涂抹于頂芽(不得有氣泡)及子葉基部下方。5)涂后用透明塑料杯蓋上，防止漏氣，置于溫室。6)處理時(shí)間順序延遲上述方法。7)處理結(jié)束后去掉塑料杯，曬干瓊脂凝膠，再用鑷子將瓊脂凝膠撕掉，精確控制處理時(shí)間。

1.4 觀察生物學(xué)性狀

處理結(jié)束，在幼苗恢復(fù)正常生長(zhǎng)后，通過(guò)觀察可以看到植株生長(zhǎng)受阻、植株畸形、葉色濃綠、葉片皺縮等明顯變化，以此為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算誘變成功率。

2 結(jié)果與分析

2.1 誘變率列表

以秋水仙堿涂抹法處理臭椿幼苗，幼苗變異情況見(jiàn)表1.

表1 秋水仙堿處理幼苗的變異情況

由表1可以看出，用秋水仙堿處理植株72 h的誘變率是46.88%，48 h的誘變率是62.07%，24 h的誘變率是61.90%.

2.2 臭椿株高分析

不同處理時(shí)間下的臭椿高度見(jiàn)表2.

表2 在不同處理時(shí)間下的臭椿高度cm

對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，見(jiàn)表3.

表3 不同處理臭椿幼苗高度的方差分析

由表3得知，F(xiàn)=10.68＞F0.01=4.31，表明秋水仙堿的不同處理間臭椿幼苗高度有顯著差異。

采用Tukey法對(duì)不同處理平均株高進(jìn)行多重比較，見(jiàn)表4.

表4 不同處理平均株高的多重比較

由表4可知，對(duì)照與處理間存在顯著差異，但各處理間差異不明顯。

2.3 臭椿葉形指數(shù)分析

不同處理的臭椿葉形指數(shù)見(jiàn)表5.對(duì)表5數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，見(jiàn)表6.

表5 臭椿在不同處理的葉形指數(shù)

表6 不同處理臭椿幼苗葉形指數(shù)的方差分析

由表6知，F(xiàn)=23.2＞F0.01=4.31，表明秋水仙堿的不同處理間臭椿幼苗葉形指數(shù)有顯著差異。

利用Tukey法對(duì)不同處理的平均葉形指數(shù)進(jìn)行多重比較，見(jiàn)第39頁(yè)表7.

由表7可知，對(duì)照與處理間存在顯著差異，且各處理間差異明顯。

表7 不同處理時(shí)間下平均葉形指數(shù)的多重比較

2.4 臭椿形態(tài)分析

將臭椿處理24 h后，植株比處理48 h的高，葉色比對(duì)照濃綠，葉畸形不明顯。將臭椿處理48 h后，植株明顯矮小，葉色濃綠，節(jié)間縮短，葉畸形。臭椿處理72 h后，植株矮化明顯，葉畸形明顯，葉色濃綠，節(jié)間明顯縮短。

3 討論

3.1 誘變植株的判定

3.1.1 生長(zhǎng)受阻

因?yàn)榍锼蓧A具有較大的毒害作用，所以無(wú)論是分裂期細(xì)胞還是間期細(xì)胞都會(huì)有很長(zhǎng)時(shí)間停止生長(zhǎng)，細(xì)胞必須將其分解才能繼續(xù)生長(zhǎng)。

3.1.2 葉色濃綠

雖然秋水仙堿造成核基因染色體加倍，但并不直接影響細(xì)胞質(zhì)基因。由于核基因數(shù)目增加的劑量效應(yīng)，會(huì)間接影響細(xì)胞質(zhì)基因的表達(dá)，使細(xì)胞質(zhì)中葉綠體的數(shù)量增加，或者使葉綠素含量增加，從而產(chǎn)生多倍體，致使葉色濃綠。

3.1.3 葉片皺縮

由于有絲分裂中期細(xì)胞在整個(gè)分生組織中所占比值很小，且成孤島狀分散存在，而秋水仙堿只對(duì)中期細(xì)胞起作用。因此，加倍后的多倍體細(xì)胞將以孤島狀存在于二倍體細(xì)胞的分隔包圍中。多倍體細(xì)胞雖然體積較大，但分成雙倍的染色體需要耗費(fèi)更多的能量和時(shí)間，其生長(zhǎng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二倍體細(xì)胞。所以，二倍體細(xì)胞分裂后代的體積在或長(zhǎng)或短的時(shí)間后必將大于多倍體細(xì)胞團(tuán)，會(huì)從葉面中鼓起，造成多倍體細(xì)胞嵌合體葉片的皺縮。

3.1.4 植物畸形

由于秋水仙堿破壞了中期細(xì)胞的紡錘絲，使分離分裂細(xì)胞的植物極(N)、動(dòng)物極(S)這種方向性的立體感被破壞，造成生物個(gè)體紊亂。這個(gè)基質(zhì)非常復(fù)雜，這種紊亂將會(huì)造成植株畸形。作用機(jī)理:抑制中期細(xì)胞紡錘絲的形成，由于紡錘絲不能拉向兩極，從而造成染色體加倍，這就說(shuō)明在細(xì)胞分裂的其它時(shí)間非但不能引起染色體加倍，反而有毒害作用。但是，在細(xì)胞有絲分裂平均長(zhǎng)達(dá)9.5 h的時(shí)間內(nèi)，中期分裂只需20 min左右。因此，在特定時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞鏡片視野內(nèi)中期細(xì)胞分裂只占極少數(shù)。

3.2 試驗(yàn)的特點(diǎn)與不足

由于筆者未查閱到關(guān)于臭椿多倍體誘變的報(bào)道，因此，本試驗(yàn)具有開拓性;由于多倍體可能提高藥用植物有效成分的含量，因此對(duì)臭椿多倍體誘變的研究具有極其重要的意義。多倍體植物由于基因的劑量效應(yīng)，使其不但有許多優(yōu)良的特征，還蘊(yùn)育著豐富的遺傳變異潛力。但就生產(chǎn)來(lái)講，我們要同時(shí)考慮藥用部分的產(chǎn)量和活性成分的含量，以取得最佳效益。

筆者只對(duì)臭椿的苗期形態(tài)特征進(jìn)行了初步判定(采用的種子是非純合體)，而細(xì)胞學(xué)鑒定和染色體組核型分析還有待于進(jìn)一步的研究觀察。

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