神舟十號搭載甘藍型油菜種子SP1代性狀調查

張維等

摘要：以2個甘藍型油菜品種N370及寧油20號為試材，經神舟十號搭載進行航天誘變。對搭載后的SP1代植株與未經搭載的對照植株進行發(fā)芽率、幼苗生長狀況、苗期光合性狀及花期性狀的觀察與統(tǒng)計，并對收取的自交種進行品質分析，結果表明航天誘變對2個品種的發(fā)芽率、幼苗生長、苗期光合速率及種子品質影響不顯著。但寧油20號經搭載后的SP1代植株在花期時存在少量畸變株。由此可見，甘藍型油菜對航天誘變較不敏感，且不同品種的敏感程度有差異。

關鍵詞：神州十號；甘藍型油菜；航天誘變；發(fā)芽率；光合作用

中圖分類號： S565.403文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0130-02

收稿日期：2014-09-15

油菜是世界主要油料作物，我國是油菜生產面積最大、產量最高的國家。在育種家們的推動下，甘藍型油菜由于產量高、綜合抗性強，逐漸成為我國最主要的油菜類型。但隨著育種進程的推進，育種家手中的甘藍型油菜種質資源間的遺傳背景逐漸變窄，難以育成有較大突破的品種。

將作物種子或供試材料搭乘返回式衛(wèi)星或宇宙飛船，送到距地球200～400 km的太空，利用空間宇宙射線的強輻射以及高真空、微重力和交變磁場等特殊環(huán)境對其進行誘變處理，使供試材料產生有利變異，即航天誘變[1]，是一種有效的作物種質創(chuàng)新方式。1987年，蔣興邨等在國內率先利用返回式衛(wèi)星搭載水稻等農作物種子，并在其后代中發(fā)現了遺傳變異[2]。隨后全國多個研究機構競相開展了作物種子的衛(wèi)星及高空氣球搭載試驗，我國的航天誘變育種進入飛速發(fā)展時期，特別是“十五”期間的“863”計劃實施以來，先后獲得水稻、小麥、棉花、番茄、青椒、芝麻、牧草等多種作物的優(yōu)異新品系[3]。本研究以2個甘藍型油菜品系種子為試材，通過考察空間環(huán)境對油菜SP1代生理性狀的影響，以期揭示空間環(huán)境對油菜的誘變效應，為油菜航天育種技術的發(fā)展提供參考依據。

1材料與方法

1.1材料

以2個甘藍型油菜品種（系）N370及寧油20號為試材，其中N370為國審雜交油菜品種寧雜19號的父本，寧油20 號為國審常規(guī)油菜品種。

1.2方法

1.2.1航天誘變2013年6月11日，2份材料經神舟十號宇宙飛船搭載，在軌飛行15 d后返回地面。以相應未經搭載的種子為對照。

1.2.2種子發(fā)芽率的測定搭載SP1代與未經搭載（CK）的種子分別隨機取100粒，于2013年9月30日播種于裝有營養(yǎng)土的穴盤內，每穴播種1粒，重復3次，7 d后統(tǒng)計發(fā)芽率。

1.2.3幼苗生長狀況的觀測出苗后，對幼苗的子葉及真葉的大小、形狀、色澤等性狀進行持續(xù)的觀察。播種20 d后統(tǒng)計幼苗葉片數，并移栽入江蘇省農業(yè)科學院溧水試驗基地大田中，空間處理材料與相應對照相鄰種植，每份材料設3個小區(qū)，緩苗后統(tǒng)計移栽成活率。

1.2.4苗期光合性狀的測定2013年12月4日、6日（晴天）09：00—11：00，利用 LI-6400便攜式光合儀分別對N370（SP1、CK）及寧油20號（SP1、CK）進行測量。選取長勢一致的SP1 代植株50株及CK 20株，取其完整的倒數第3或第4張葉子（最大葉）進行測量。

1.2.5花期性狀調查2014年3月下旬，油菜盛花期時，對N370（SP1、CK）及寧油20號（SP1、CK）的不育株率、花蕾發(fā)育情況，花瓣顏色、形狀、大小等性狀進行調查，并單株套袋自交，收取種子。

1.2.6種子品質分析將收取的自交種進行晾曬、清選，使其水分控制在8%～10%。利用近紅外光譜儀測量種子的芥酸含量、硫苷含量及含油率。

2結果與分析

2.1航天搭載對油菜種子發(fā)芽率的影響

由表1可知，經航天搭載后，N370的發(fā)芽率比對照略有降低，而寧油20號的發(fā)芽率比對照略有升高。但t檢驗的結果顯示，2組數據差異均不顯著。表明航天搭載對油菜種子的發(fā)芽率影響不顯著。

表1航天搭載油菜種子發(fā)芽率及幼苗葉片數

品種（系）處理發(fā)芽率（%）葉片數（張）N370SP193.03.4CK94.33.5寧油20號SP195.33.7CK92.73.9

2.2航天搭載對油菜幼苗生長的影響

通過對幼苗形態(tài)的持續(xù)觀察表明，經航天搭載的油菜SP1代植株在子葉及真葉的大小、形狀、色澤等表型性狀上與對照差異不明顯。幼苗葉片數統(tǒng)計結果（表1）顯示，雖然搭載后的油菜SP1代植株幼苗平均葉片數均略低于對照，但差異都不顯著。所有幼苗移栽入大田后均生長正常，成活率均為100%。表明航天搭載對油菜幼苗生長狀況的影響不顯著。

2.3航天搭載對油菜苗期光合特性的影響

經統(tǒng)計（表2），N370與寧油20號經航天誘變后，SP1代植株的平均光合速率與對照差異均不顯著。但N370的SP1代植株的氣孔導度、胞間 CO2濃度及蒸騰速率均顯著低于對照。寧油20號經誘變后的SP1代植株與對照在光合速率及蒸騰速率上沒有差異，但SP1代植株的氣孔導度及胞間CO2濃度均極顯著低于對照。表明甘藍型油菜經航天誘變后，SP1代植株的氣孔張開程度顯著降低，影響了氣體的交換，但并未影響植株的光合速率。表2航天搭載對油菜SP1代苗期光合作用的影響

品種（系）處理光合速率

2.4航天搭載對油菜花期性狀的影響

盛花期時，對N370（SP1、CK）及寧油20號（SP1、CK）進行持續(xù)觀察，2份材料的SP1代植株及對照都未出現不育株。在花蕾發(fā)育情況，花瓣顏色、形狀、大小等性狀上，N370的SP1代植株中未發(fā)現與對照不一致的單株；而在寧油20號中，發(fā)現4株SP1代植株存在死蕾的現象（圖1），10株SP1代植株存在花蕾柱頭外露的現象（圖2），而在對照中均未發(fā)現這2種現象（圖3），表明航天誘變對寧油20號的花蕾發(fā)育有一定影響。

2.5航天搭載對油菜種子品質的影響

2份材料經航天搭載后的SP1代植株上收取的種子與未經搭載的對照植株上收取的種子在芥酸含量、硫苷含量及含油率差異均不顯著（表3）。表明航天搭載對SP1代植株種子的芥酸含量、硫苷含量及含油率影響不顯著。

3結論與討論

植物經航天誘變所發(fā)生的突變大多為隱性突變，一般在

SP1代不表現。即使發(fā)生少數顯性突變，也多以嵌合體形式存在，SP1代仍難以在整體上表現出來，因此在SP1代可不進行選擇。但在SP1代，經空間搭載的種子長出的植株會表現出一定程度的生理損傷和形態(tài)變異，這種變異體現了植物對誘變處理的敏感程度，一般不能遺傳給后代。在許多物種中，均有經航天誘變后在SP1代表現出多種變異的報道，何明霞等的研究即如果表明，航天搭載對小桐子種子活力有抑制作用，對植株生長勢及平均單株種子產量有促進作用，擴大了種子含油率的變異幅度[4]。湯澤生等發(fā)現，經過航天誘變后鳳仙花SP1代小孢子在染色體、小孢子大小以及育性等方面都有不同程度的變異[5]。在本研究中，2份甘藍型油菜材料經神舟十號搭載后SP1代在發(fā)芽率、成苗率、苗期植株形態(tài)及種子品質性狀都變化不明顯，與劉澤等研究結果[6-7]相似。僅在花期時發(fā)現少量變異單株，表明甘藍型油菜對航天誘變處理不敏感。相關輻射誘變育種研究者認為，由于油菜種子中含有芥子堿對宇宙中各種射線有明顯的保護作用，從而使其成為較耐輻射及對輻射損傷有一定抗性的作物[8]。

2份材料中，航天誘變后的N370在所有觀測性狀中僅有氣孔開張程度與對照有差異，而航天誘變后的寧油20號還在花期性狀調查時發(fā)現了畸變株，表明寧油20號對航天誘變環(huán)境更為敏感，可能更容易產生較多變異。在別的物種中，也存在不同品種（系）之間對誘變條件的敏感程度不一致的情況，如彭振等利用“實踐八號”育種衛(wèi)星搭載10個棉花品種（系），研究棉花不同材料對航天誘變的敏感性，其中7個材料對航天有一定的敏感性[9]；張月學等研究發(fā)現，同一批航天誘變的苜蓿，不同品種在發(fā)芽率、單株分枝數等性狀上均存在差異[10]。筆者于2014年5月收獲到SP2種子，將進一步對SP2代變異進行觀察，并利用分子檢測方法驗證航天誘變后的遺傳變異。

參考文獻：

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