秋水仙素對(duì)雜交水稻發(fā)芽率及主要農(nóng)藝性狀的影響

(上饒師范學(xué)院，江西 上饒 334001)

引言

秋水仙素能抑制細(xì)胞分裂中紡錘絲的收縮、使細(xì)胞染色體加倍，從而在技術(shù)上為人們提供了染色體加倍的手段．利用秋水仙素加倍植物染色體的工作在多倍體育種中廣為利用．到目前為止，不少學(xué)者已在水稻[1]、高粱[2]、蕎麥[3]、除蟲菊[4]等植物中利用秋水仙素誘導(dǎo)組織細(xì)胞加倍成功，得出不少有意義的結(jié)論．目前，利用秋水仙素對(duì)常用的雜交水稻三系材料以及育種上廣泛應(yīng)用的水稻材料幼穗愈傷組織進(jìn)行加倍，誘變獲得水稻同源四倍體雄性不育三系材料，進(jìn)行四倍體水稻雜種優(yōu)勢研究還未見相關(guān)報(bào)道。

水稻是世界上最重要的糧食作物之一,全世界一半左右的人以其為主食,鑒于它的重要性,其高產(chǎn)和抗性育種是非常重要的[5-6]。同源四倍體水稻是二倍體水稻經(jīng)過染色體加倍而成的新種質(zhì)。由于其基因組增加一倍,可能具有更高增產(chǎn)潛力和更高的抗性,引起水稻育種家的高度關(guān)注[7]。那么同源四倍體水稻原種和雜種的農(nóng)藝性狀在不同的季節(jié)有何表現(xiàn)規(guī)律,與相應(yīng)的二倍體水稻相比有何不同,以及有何遺傳特征等都是值得研究的問題，本研究通過用秋水仙素對(duì)二倍體水稻種子進(jìn)行處理，通過不同的處理濃度與處理時(shí)間得到相應(yīng)不同類型的同源四倍體水稻，首先對(duì)不同類型的同源四倍體與二倍體原種的發(fā)芽情況進(jìn)行比較研究,然后對(duì)它們的水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素等方面分析比較，目的是為育種上通過秋水仙素增加水稻倍性，從而提高水稻產(chǎn)量與品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)所用水稻品種為田兩優(yōu)4號(hào)，該品種屬秈型兩系雜交早稻種子。

1.2 方法

1.2.1 種子處理方法

雜交早稻種子先用30%濃度鹽水篩選出籽粒飽滿的種子,用50%濃度乙醇消毒,再將已消毒種子置清水中在20℃恒溫下浸種24小時(shí),然后轉(zhuǎn)移至濃度為0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的秋水仙素溶液中20℃恒溫下繼續(xù)浸種,每種濃度都以36小時(shí)、48小時(shí)和60小時(shí)這三種不同時(shí)間處理。處理后,除去藥液,并用清水洗凈,在20℃恒溫下繼續(xù)催芽,同時(shí)設(shè)只用清水浸種催芽作對(duì)照。出芽后,播種于實(shí)驗(yàn)田中進(jìn)行育秧。從種子萌發(fā)開始,觀察出芽情況和秧苗、生長與發(fā)育時(shí)期等各個(gè)階段進(jìn)行觀察、記載、分析。

1.2.2 測定方法

(1)發(fā)芽率=(發(fā)芽的種子粒數(shù)/種子總粒數(shù))×100%。

(2)測胚芽長：從每小組中隨機(jī)選取10粒種子進(jìn)行測量，計(jì)算每組的平均值。

(3)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定：在每組中隨機(jī)選取3蔸，進(jìn)行室內(nèi)考種，測定株高、有效穗、穗長、每穗實(shí)粒與總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋水仙素對(duì)水稻種子發(fā)芽情況的影響

表1 秋水仙素對(duì)水稻種子發(fā)芽率及胚芽長的影響

2.1.1 秋水仙素對(duì)水稻種子發(fā)芽率的影響

從表1、圖1可以看出，0.1%、0.15%、0.20%、0.25%四種濃度的秋水仙素對(duì)發(fā)芽率均有不同程度的影響，它們的發(fā)芽率分別為97.30%、95.30%、93.70%、78.30%，其中濃度為0.25%對(duì)種子發(fā)芽率影響較大，種子發(fā)芽率比對(duì)照降低20.8%，達(dá)顯著水平。從處理時(shí)間來看，隨著時(shí)間的增加，種子發(fā)芽率相應(yīng)有所降低。

2.1.2 秋水仙素對(duì)水稻種子胚芽長的影響

由表1和圖2可知：水稻種子胚芽的長度隨處理濃度的增加逐漸降低，分別比對(duì)照減少43.7%、54.5%、60.8%和66.2%，達(dá)極顯著水平。說明經(jīng)過秋水仙素處理后，胚芽的生長受到抑制。秋水仙素會(huì)抑制胚芽的生長，是因?yàn)榉稚?xì)胞受秋水仙素的影響，分裂發(fā)生延遲，造成胚芽生長緩慢。

圖1 不同處理濃度對(duì)發(fā)芽率的影響

圖2 不同處理濃度對(duì)胚芽長的影響

由表1可知：胚芽的長度隨處理時(shí)間增加而變短。說明藥物處理時(shí)間越長，秋水仙素對(duì)胚芽生長的抑制效果越明顯。分生細(xì)胞受秋水仙素的影響，分裂發(fā)生延遲，造成胚芽生長緩慢。處理時(shí)間越長，秋水仙素使分生細(xì)胞分裂發(fā)生延遲的效果越明顯，胚芽的生長越緩慢。

2.2 秋水仙素對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表2 秋水仙素對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

續(xù)表2 秋水仙素對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

圖3 不同處理濃度水稻株高的影響

2.2.1 秋水仙素對(duì)水稻株高的影響

從表2和圖3可看出：水稻植株高度隨秋水仙素處理濃度的增加而增高，對(duì)照株高為93.6cm，處理的株高分別為95.6cm(0.10%)、96.4cm(0.15%)、97.4cm(0.20%)和98.0cm(0.25%)；分別增加2.0cm、2.8cm、3.8cm和4.4cm。水稻植株高度隨秋水仙素處理時(shí)間的增加而呈增高的趨勢。說明水稻植株經(jīng)秋水仙素處理后可以提高高度。

2.2.2 秋水仙素對(duì)水稻有效穗的影響

由圖4可知：處理組有效穗數(shù)都比對(duì)照組少，說明用秋水仙素處理水稻種子后會(huì)抑制水稻的分蘗，降低水稻有效穗；其平均有效穗數(shù)分別為24.6(對(duì)照)、21.7(0.10%)、20.5(0.15%)、19.7(0.20%)、19.0(0.25%)。同時(shí)，隨著秋水仙素處理水稻種子的時(shí)間越長，水稻有效穗數(shù)就越少(見表2)。

圖4 秋水仙素對(duì)水稻有效穗的影響

2.2.3 秋水仙素對(duì)水稻穗長的影響

由表2可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后，其穗長均增長。隨著處理濃度的增加和處理時(shí)間的延長，水稻穗長也均有增長的趨勢，說明用秋水仙素處理有助于稻穗的伸長。

2.2.4 秋水仙素對(duì)水稻每穗實(shí)粒數(shù)和每穗總粒數(shù)的影響

由表2可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后水稻的每穗總粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)均少于對(duì)照組的，說明用秋水仙素處理在一定程度上不利于稻穗結(jié)出更多更飽滿的谷粒。同樣隨著秋水仙素處理時(shí)間越長，水稻的每穗總粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)也就越少，有下降的趨勢。

2.2.5 秋水仙素對(duì)水稻結(jié)實(shí)率的影響

由表2結(jié)實(shí)率數(shù)據(jù)可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后水稻的結(jié)實(shí)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低均于對(duì)照組的，其數(shù)值為74.6%(0.10%)、73.6%(0.15%)、73.2%(0.20%)、72.9%(0.25%)，分別比為83.1%(對(duì)照)降低10.2%、11.4%、11.9%、12.3%。同樣隨著秋水仙素處理時(shí)間越長，水稻的結(jié)實(shí)率也就越低。說明用秋水仙素處理在一定程度上不利于稻穗結(jié)出更多更飽滿的谷粒。

圖5 秋水仙素對(duì)水稻千粒重的影響

2.2.6 秋水仙素對(duì)水稻千粒重的影響

由表2千粒重?cái)?shù)據(jù)與圖5可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后水稻的的千粒重均高于對(duì)照組的，其數(shù)值分別為21.2(對(duì)照)、22.3(0.10%)、22.4(0.15%)、22.6(0.20%)、22.7(0.25%)，說明用秋水仙素處理有助于水稻千粒重的增加。同樣隨著秋水仙素處理時(shí)間越長，水稻的千粒重也隨著增加。

3 討論與結(jié)論

藥物處理后，稻種的發(fā)芽率與劉金香[8]所作的實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果基本相同，當(dāng)處理濃度達(dá)到0.25%時(shí)，發(fā)芽率僅為78.3%，劉金香處理濃度達(dá)到0.30%時(shí)發(fā)芽率僅為48～50%，說明秋水仙素處理濃度越高，發(fā)芽率越低。同樣隨著處理時(shí)間的增加，發(fā)芽率也隨著降低。

有人提到多倍化的種質(zhì)在形態(tài)、細(xì)胞學(xué)特性和分子特性方面發(fā)生的變異是多樣而復(fù)雜的，株高的變異是個(gè)典型的例子：盡管在較多情況下多倍體種質(zhì)傾向于具有更加巨大化的形態(tài)，這其中也包括株高的顯著增加[9-10]。這與我們多年實(shí)踐發(fā)現(xiàn)不少同源四倍體水稻株系盡管莖干更加粗壯，葉色加深，葉寬加大，株高增加相符合，但某些情況下甚至有變矮的趨勢,與本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不太相符合。他們通過研究發(fā)現(xiàn)：植株高度的變化較為復(fù)雜，大多數(shù)略有下降，少數(shù)略有增加，極少數(shù)持平[11]。黃慧君等人用秋水仙素處理水稻的愈傷組織，也得到株高變化不大的結(jié)果。也有人用秋水仙素處理水稻的分蘗，得到了株高普遍降低的結(jié)果[12-13]，原因可能是測量的時(shí)間不同或可能是由于上文討論發(fā)芽率所提到的實(shí)驗(yàn)材料、清水浸種時(shí)間、處理稻種的溫度以及處理時(shí)間與本實(shí)驗(yàn)不同。

本實(shí)驗(yàn)得出秋水仙素處理后水稻的有效穗降低這一結(jié)果與他們[13]研究結(jié)果基本一致，但與涂祖榮等人研究結(jié)果不一致[12]。結(jié)果的不一致可能在于研究方法和實(shí)驗(yàn)材料上的不同，涂祖榮等人是用一種濃度(0.04%)的秋水仙素處理水稻不同的分蘗。

本實(shí)驗(yàn)各小組的穗長數(shù)據(jù)結(jié)果與欒麗等人研究結(jié)果一致。說明用秋水仙素處理有助于稻穗的伸長。

秋水仙素處理后水稻每穗實(shí)粒數(shù)與總粒數(shù)數(shù)據(jù)均有減少的趨勢，結(jié)果與涂祖榮等人研究結(jié)果基本一致，但與欒麗等人研究結(jié)果不一致。結(jié)果的不一致可能在于研究方法和實(shí)驗(yàn)材料上的不同，欒麗等人和黃慧君等人是用秋水仙素處理水稻的愈傷組織，宋文昌等人是用秋水仙素處理水稻的分蘗苗，以及用秋水仙素和富民農(nóng)處理水稻萌動(dòng)的種芽[14]。

秋水仙素處理后水稻的結(jié)實(shí)率明顯降低，數(shù)據(jù)結(jié)果與黃慧君等人和宋文昌等人研究結(jié)果基本一致。說明用秋水仙素處理在一定程度上不利于稻穗結(jié)出更多更飽滿的谷粒。

秋水仙素處理后水稻的的千粒重明顯增加，結(jié)果與宋文昌和黃慧君等人得出千粒重明顯增加的結(jié)論相一致，可說明用秋水仙素處理有助于水稻千粒重的增加。欒麗等人提到多倍化帶來種子質(zhì)量增加，這是多倍體植株的顯著特征[15-16]。

盡管金亮提到用秋水仙素浸種法來誘導(dǎo)多倍體的形成的加倍效率不高，但此方法操作簡單，通過本實(shí)驗(yàn)得出的胚芽長、有效穗、穗長、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)和千粒重等數(shù)據(jù)可說明：本實(shí)驗(yàn)中秋水仙素對(duì)稻種產(chǎn)生了誘變效果。

綜合上述發(fā)芽情況比較和水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素比較的數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)秋水仙素對(duì)胚芽的生長有抑制作用；能促進(jìn)水稻植株升高，有助于稻穗的伸長和千粒重的增加；但水稻的每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)減少、結(jié)實(shí)率降低。同時(shí)隨著處理濃度和處理時(shí)間的增加上述的效果就越明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃群策，代西梅，李玉峰．水稻多倍化的誘導(dǎo)技術(shù)研究[J]．雜交水稻，2005，20(5)，54—56.

[2] 羅耀武，喬子靖，閻學(xué)忠，等．誘導(dǎo)高粱同源四倍體初報(bào)[J]．遺傳，1981，3(4)：29—31.

[3] 朱必才，高立榮．同源四倍體蕎麥的研究I．同源四倍體養(yǎng)麥與二倍體普通養(yǎng)麥的外部形態(tài)及細(xì)胞學(xué)比較[J]．遺傳，1988。10(6)：6—7.

[4] 劉蓁，高山林．岳磊，等．白花除蟲菊同源四倍體的誘導(dǎo)及鑒定[J]．藥物生物技術(shù)，2006，13(3)：178.

[5] 彭盡暉，張良波，彭曉英. 秋水仙素在植物倍性育種中的應(yīng)用進(jìn)展[J].湖南林業(yè)科技，2004,31(5)：22—25.

[6] 徐冠仁.植物誘變育種學(xué)[M].中國農(nóng)業(yè)出版社,1996.66—67.

[7] 欒麗;涂升斌;龍文波;劉玉花,孔繁倫,何濤 Cytological studies on two hybrids of autotetraploid rice varieties showing extremely high level of heterosis [J].2007：1(4)： 3—6.

[8] 劉金香. 秋水仙堿對(duì)水稻誘變效果的初步研究[J].生物學(xué)雜志，1993，18(5)：19-21.

[9] 欒麗，龍文波，王興，等.秋水仙素誘導(dǎo)水稻幼穗愈傷組織創(chuàng)制同源四倍體種質(zhì)的研究[J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，46(3)：829-837.

[10] 黃群策，代西梅，李玉峰.水稻多倍化的誘導(dǎo)技術(shù)研究[J].雜交水稻 2005, 20(5)：54.

[11] 龍文波，王興，陳英，等.同源四倍體水稻變異胚囊分類及結(jié)實(shí)性影響因素[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2009, 15(1) ：021-027.

[12] 涂祖榮，張秋英，張紹南，等.秋水仙素誘導(dǎo)水稻性狀變異的初步研究[J].福建稻麥科技，1998,16(3)：34-36.

[13] 劉玉花，欒麗，陳英，等. 同源四倍體水稻親本材料的結(jié)實(shí)研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào) ，2007, 13(5) ：620-623.

[14] 李亞娟，房三虎，張洪勝，等.同源四倍體水稻農(nóng)藝性狀的遺傳分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011, 27(3) ：56-59.

[15] 欒麗，涂升斌，孔繁倫，等.同源四倍體與二倍體水稻W(wǎng)x基因位點(diǎn)的遺傳差異[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào) ， 2005, 11(4) ：404-407.

[16] 李玉峰．黃群策．N+離子注入對(duì)同源四倍體水稻誘導(dǎo)效果的影響[J]．雜交水稻，2006，21(2)：69.