航天誘變甜瓜的形態(tài)學(xué)變異

王洋洋　袁麗偉　盛云燕

摘要：以神舟八號(hào)飛船搭載的7種甜瓜材料（1 050株）及未搭載的對(duì)照種子（650株）為研究對(duì)象，經(jīng)連續(xù)自交2代并開展田間調(diào)查，對(duì)植株開花期、葉片、果實(shí)及抗病性開展突變體的初步鑒定，初步得到53株突變單株。其中，早熟單株4株，大葉單株12株，HM1-2-10 最明顯，葉面積為CM1-2 的2倍；單果質(zhì)量明顯變大的單株15株，其中HM1-7-36最突出，單果質(zhì)量為其對(duì)照的3倍左右；抗病單株22株。在所突變的單株中，期望獲得高產(chǎn)、高質(zhì)的甜瓜新品種，以擴(kuò)大甜瓜的市場(chǎng)范圍，提高甜瓜的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為甜瓜的航天育種提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：甜瓜；航天誘變；田間調(diào)查；形態(tài)學(xué)變異；突變體；早熟；單果質(zhì)量

中圖分類號(hào)： S652.036 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0203-03

甜瓜（Cucumis melo L.）別稱甘瓜或香瓜，是人們夏季消暑的主要水果之一。我國(guó)是甜瓜生產(chǎn)大國(guó)，多年來，我國(guó)的甜瓜栽培面積一直位居世界第一，隨著栽植面積的增大，選育出具有產(chǎn)量高、抗性好、早熟等特點(diǎn)的新品種成為當(dāng)務(wù)之急[1]。航天育種作為一個(gè)新的育種手段進(jìn)入人們的視野，其變異因其基于植物自身基因的變異，并非導(dǎo)入外源性基因所致，不存在基因安全性問題而成為培育新品種的方法之一[2]。世界對(duì)太空領(lǐng)域的新的研究始于1957年[3]，自前蘇聯(lián)成功發(fā)射首枚衛(wèi)星后，美國(guó)、中國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家也相繼開始了衛(wèi)星的發(fā)射及空間領(lǐng)域的研究。迄今為止，我國(guó)航天育種研究已開展27年，在此期間，我國(guó)成功誘變培育出水稻[4]、小麥[5]、棉花[6]、高粱[7]等作物的一系列優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗的新品種、新品系和新種質(zhì)，表明航天誘變技術(shù)可以成為新的育種手段[8]，同時(shí)為我國(guó)糧食綜合生產(chǎn)能力和農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了重要的技術(shù)支撐[9]。隨著我國(guó)科技的發(fā)展及對(duì)空間育種的重視，蔬菜的空間培育工作也得到了發(fā)展[10]。目前，航天誘變技術(shù)不僅在番茄[11-12]、辣椒[13]、大蔥[14]、黃瓜[14-15]等蔬菜中得到了應(yīng)用，在甜瓜育種技術(shù)中也受到了研究人員的重視。伊鴻平等針對(duì)皇后坐果不整齊、有畸形果的特點(diǎn)，于1996 年將皇后純系干種子搭載進(jìn)行空間誘變處理，經(jīng)過8代的選育，培育出2個(gè)優(yōu)良自交系，并于2000 年配組選育出2個(gè)優(yōu)良組合，在品質(zhì)風(fēng)味、果實(shí)大小、外觀、坐果整齊度以及抗性等綜合性狀方面超過目前新疆哈密瓜露地主栽品種新皇后[16]；朱方紅等對(duì)西瓜、甜瓜航天誘變進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道，認(rèn)為航天誘變技術(shù)可用于西瓜、甜瓜選育[17]；田書沛等選育出的具有高抗、高產(chǎn)等特點(diǎn)的新的甜瓜品種[18-22]為本試驗(yàn)提供了大量的試驗(yàn)依據(jù)。2012年，筆者針對(duì)甜瓜HM1-3 及其對(duì)照進(jìn)行10個(gè)指標(biāo)檢測(cè)，并初步獲得了21個(gè)有利變異單株，且須要進(jìn)一步試驗(yàn)完成HM1-3群體中新品種的選育[23]。本試驗(yàn)以連續(xù)自交2代的航天誘變材料及其對(duì)照為研究對(duì)象開展田間調(diào)查，對(duì)植株開花期、葉片、果實(shí)及抗病性開展突變體的初步鑒定，以期選育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的甜瓜新品種，擴(kuò)大甜瓜的市場(chǎng)范圍，提高甜瓜的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

7種航天搭載甜瓜材料（共1 050株）：HM1-1、HM1-2、HM1-3、HM1-4、HM1-5、HM1-6、HM1-7的單株及其對(duì)應(yīng)的對(duì)照（CK，對(duì)照為未搭載的品種），它們的基本性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料處理 將精選的7種材料甜瓜種子各分2份，一份以神舟八號(hào)飛船為載體，進(jìn)行空間誘變；另一份作為地面對(duì)照（CK），稱為未搭載原種，地面低溫儲(chǔ)存[24]。2011年11月1日5時(shí)58分10秒由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)篩選的甜瓜種子經(jīng)由神舟八號(hào)飛船搭載送上太空，并于11月17日19時(shí)32分30秒返回地面，歷時(shí)397 h，于2011年12月19日回到大慶。2012年4月初育苗，4月29日定植于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)塑料大棚，7個(gè)品種分7個(gè)小區(qū)種植，株距、行距各 0.5 m，單株無重復(fù)，5月16日開始自交授粉，1株留1個(gè)果。

1.2.2 性狀調(diào)查 2012年4月5日至8月中旬，先后于黑龍江八一農(nóng)大學(xué)校內(nèi)塑料大棚中進(jìn)行發(fā)芽率、成活率、第1朵雌花的出現(xiàn)時(shí)間、成熟時(shí)間、葉面積（利用方格法測(cè)量單株每一生長(zhǎng)期的葉面積，3次重復(fù)）、白粉病抗性及單果質(zhì)量的調(diào)查。在觀察試驗(yàn)中，每個(gè)植株均為獨(dú)立樣本。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)芽率及成活率

通過對(duì)發(fā)芽率和成活率的調(diào)查[25]可知，不同品種的甜瓜經(jīng)過空間誘變后， 其發(fā)芽率和成活率受影響的程度不同。

圖1、圖2所示，HM1-7的發(fā)芽率和成活率均為100%，受到的影響最小，而HM1-5分別為83.4%、80.7%，大大低于其對(duì)照。此外，對(duì)甜瓜種子發(fā)芽率及成活率進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其相關(guān)系數(shù)達(dá)0.955 497（>0.8），呈高度正相關(guān)，表明種子的發(fā)芽率很大程度上影響甜瓜幼苗的成活率。

2.2 生育期

生育期按育苗、發(fā)芽、定植、第1朵結(jié)實(shí)花開花時(shí)間、成熟期進(jìn)行記載（表2），于2012年4月1日統(tǒng)一催芽，經(jīng)3～4 d后催芽結(jié)束，并于4月29日定植于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)大棚內(nèi)；由于甜瓜的品種不同，成熟期差別較大（薄皮甜瓜約 35 d，厚皮甜瓜約45 d）；HM1-1及HM1-5發(fā)現(xiàn)早熟單株，均提前 5 d左右成熟，分別為HM1-1-7、HM1-1-35、HM1-5-66、HM1-5-141。

2.3 葉面積

在葉面積的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，部分甜瓜葉面積增大且葉形不變，并從中獲得12株高于其對(duì)照30%的單株，分別來自于HM1-2（4株）、HM1-7（2株）、HM1-3（6株）。在HM1-2中發(fā)現(xiàn)特大葉單株HM1-2-10，其葉面積約為其對(duì)照的2倍（表3）。

2.4 抗白粉病單株endprint

在生育期后期，加大棚內(nèi)濕度，減少通風(fēng)，提供有利于植株感染病毒的環(huán)境，定期進(jìn)行調(diào)查記錄，根據(jù)甜瓜白粉病等級(jí)（0～6級(jí)）進(jìn)行鑒定[26]，初步篩選出≤2級(jí)的抗病單株。據(jù)調(diào)查，得到的抗病單株22株，其中HM1-4為12株，分別為

2.5 單果質(zhì)量

經(jīng)調(diào)查，得到15株大果單株，包括HM1-2（3株）、HM1-7（4株）、HM1-3（8株），其單果質(zhì)量平均比對(duì)照高40%。HM1-7-36單果質(zhì)量801 g，約為其對(duì)照的3倍，單果質(zhì)量增大最明顯。就7個(gè)群體來說，HM1-3中單果質(zhì)量增大的單株最多（表5）。

3 結(jié)論與討論

由于空間誘變育種周期短，能在較短的時(shí)間里創(chuàng)造出目前其他誘變方法難以獲得的罕見的突變基因資源，這就有可能徹底改變近年來瓜類育種中育種資源匱乏的局面，培育出突破性的優(yōu)良品種，直接服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨著空間誘變育種的發(fā)展，越來越多的育種工作者正嘗試通過空間誘變育種途徑選育新品種。我國(guó)在航天育種事業(yè)中，棉花、水稻等大田作物也獲得了很多新品種，但蔬菜的發(fā)展卻較慢。盡管如此，西瓜、甜瓜在航天育種中也取得了一些成果，例如，崔艷玲等利用返回式衛(wèi)星于1996年搭載了5個(gè)西瓜、甜瓜品種，通過4代選種、配種、篩選與培育，選育出6個(gè)雜交西瓜新品種，并采用復(fù)播技術(shù)進(jìn)行示范種植獲得航興1號(hào)[27]，深受瓜農(nóng)喜愛；田書沛等也先后在甜瓜品種選育中作出貢獻(xiàn)[18-22]。在這些科研人員的帶領(lǐng)下，大家對(duì)甜瓜的航天育種事業(yè)寄予希望，期望可以獲得新的甜瓜品種，擴(kuò)大甜瓜市場(chǎng)范圍。

由于每種育種材料較少，本試驗(yàn)以繁育為主，并通過調(diào)查主要田間性狀，初步篩選出突變單株，其表達(dá)性狀的差異原因及是否能夠穩(wěn)定遺傳，須要繼續(xù)對(duì)其后代進(jìn)行調(diào)查，直至獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的新品種[28]；種子萌發(fā)及植株成活過程中出現(xiàn)的死亡，可能是由基因變異或生理損傷導(dǎo)致的，其根本原因須要進(jìn)一步調(diào)查測(cè)定[29]。此次SP1篩選中共獲得53個(gè)田間性狀表現(xiàn)優(yōu)良的單株，這些植株須進(jìn)一步自交純化，按株系種植，以保證其純度，方便后續(xù)研究驗(yàn)證。由于材料數(shù)量較多，抗病性的測(cè)定須要經(jīng)過人工接菌的手段進(jìn)一步驗(yàn)證。本試驗(yàn)產(chǎn)生的抗白粉病單株只是初步篩選，下一步須要按照白粉病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)甜瓜的莖和葉進(jìn)行梯度觀察與分級(jí)；對(duì)田間表達(dá)性狀進(jìn)行調(diào)查后，再結(jié)合其果實(shí)性狀的測(cè)定，以加快對(duì)突變單株的篩選。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，航天誘變甜瓜HM1-1、HM1-2、HM1-3、HM1-4、HM1-5、HM1-6、HM1-7均有不同程度的變異，其中HM1-2、HM1-3、HM1-7葉面積和單果質(zhì)量增大較明顯，HM1-1、HM1-5早熟較突出，HM1-4、HM1-6抗白粉病比較明顯，可見航天誘變并非盲目、無規(guī)律變異，與品種自身特性相關(guān)；甜瓜SP1代種子受空間輻射影響，其發(fā)芽率和成活率普遍降低；在篩選過程中，存在1株多表現(xiàn)性狀改變的現(xiàn)象，能否保存其差異性，須進(jìn)一步調(diào)查。

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