染色體加倍對黃毛草莓葉片形態(tài)的影響

陳露茜　李寧寧　鄧晗彥

摘要：比較分析了四倍體黃毛草莓與二倍體黃毛草莓的的葉片數(shù)量、長寬比、葉柄長度、葉齒數(shù)、氣孔周長等葉片形態(tài)指標的差異。結(jié)果顯示，與二倍體黃毛草莓相比，四倍體黃毛草莓葉片長寬比極顯著變大、葉柄長度顯著伸長、中心小葉的寬度與復葉寬度比顯著變大、氣孔周長極顯著變長、氣孔密度極顯著降低。而葉片數(shù)量、葉片面積、葉片重疊率、葉齒數(shù)、葉基部形態(tài)、葉柄毛數(shù)量、氣孔長度等指標二者沒有顯著性差異。本研究結(jié)果可為為四倍體黃毛草莓的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

關鍵詞：黃毛草莓；四倍體；二倍體；葉片形態(tài)

中圖分類號： S668401文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2017）16-0123-03

收稿日期：2016-05-31

基金項目：國家自然科學基金（編號：31261120580）。

作者簡介：陳露茜（1988—），女，浙江臺州人，碩士，助理實驗師，從事植物生態(tài)學研究。E-mail：295280782@qqcom。

通信作者：李鈞敏，教授，從事植物生態(tài)學研究。E-mail：lijmtzc@126com。

染色體加倍技術是作物遺傳育種及品種改良的重要手段，近年來也應用于野生種優(yōu)良基因向栽培種轉(zhuǎn)移等領域。與二倍體植株相比，染色體加倍后的植物常具有新的表型，從而具有抗逆性強、器官大、有機合成速率快等特征，具有更強的遺傳可塑性和更好的生理適應性[1-2]。如Zhang等對二倍體草莓模式植物森林草莓Hawaii 4進行加倍，發(fā)現(xiàn)得到的四倍體植株和二倍體植株葉片形態(tài)存在顯著的差異[3]。

鳳梨草莓（Fragaria×ananassa）屬于薔薇科（Rosaceae）草莓屬（Fragaria）多年生草本植物，是一種深受大眾喜愛的水果。如何改良并獲得草莓優(yōu)良品種已成為我國草莓業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。我國具有豐富的野生草莓種質(zhì)資源，合理開發(fā)利用這些野生草莓種植資源將為草莓的育種提供重要的支撐。黃毛草莓（Fragaria nilgerrensis）為二倍體植株，分布于我國云南、四川、湖北、陜西、湖南、貴州、臺灣等地。黃毛草莓具有許多優(yōu)良特性，生長勢強、抗性強、果實色形較好，圓球形，白色，具香氣等[4]。但黃毛草莓染色體倍性低，與栽培品種雜交時親和力不足[5]，難以在草莓品種改良方面發(fā)揮作用，因此需要對其進行染色體加倍。開展多倍體植株的表型研究有助于進一步鑒別加倍的效果，對草莓保存和育種都具有重要的義。

本研究通過比較加倍的四倍體黃毛草莓與未加倍的二倍體黃毛草莓的葉片形態(tài)，探討四倍體草莓可能的適應性，為四倍體黃毛草莓的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11試驗材料

二倍體黃毛草莓于2012年7月采自西藏自治區(qū)林芝縣色季拉山，種子帶回實驗室萌發(fā)獲得，共8株。四倍體黃毛草莓幼苗以二倍體黃毛草莓種子經(jīng)秋水仙素誘變獲得，經(jīng)流式細胞儀鑒定染色體數(shù)量成功加倍，共18株。植株培養(yǎng)于智能溫室中，濕度80%，白天溫度20 ℃，晚上15 ℃。

12試驗方法

定植植株果實成熟后，調(diào)查每棵草莓植株葉片數(shù)。將每盆植株上完全展開的一張成熟葉片剪下，使用掃描儀（Epson Perfection 1670 Photo）分別對整葉和剪開三小葉進行掃描。利用ImageJ軟件分別對二倍體黃毛草莓和四倍體黃毛草莓植株的葉片進行長寬比、面積等指標的測量（圖1）。

測量3張小葉組成的復葉葉寬（B）、葉長（C），計算其比值（B/C），即為葉長寬比（R）；葉片面積（S）：測定完整葉片面積，包括三小葉和三葉柄；葉片重疊率（O）：先測出完整的復葉面積（S1），再測量分離后的3張小葉總面積（S2），葉片重疊率=復葉面積/3張小葉總面積×100%；中心小葉寬度/復葉寬度A/B；中心小葉葉柄長度（LP）；三小葉平均葉柄長（ALP）：測量3張小葉葉柄長度，求平均值；葉齒數(shù)（N）；中心小葉柄到第1個葉齒的距離（DP）。

測量完后，選取葉片的一小段葉柄（05 cm）置于解剖鏡下計數(shù)葉柄茸毛數(shù)量；用6 mm的打孔器在葉片主脈兩側(cè)打取葉圓片，置于5 mL氣孔解離液[10%的鉻酸和10%的硝酸銨按1 ∶1（V/V）的體積比例混合]暗中處理48 h，再使用鑷子剝離葉片遠軸面的表皮置于水中，于1%的番紅染液中染色 2 h，倒出染液，制成臨時裝片，置于數(shù)碼顯微鏡（麥克奧迪BA410E）下攝像，統(tǒng)計氣孔數(shù)量，同時采用ImageJ軟件測量獲得氣孔長度及周長。每樣品取5個視野，取其平均值。

13數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)采用平均素±標準差來表示，采用SPSS 180軟件進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

21四倍體黃毛草莓葉片形態(tài)變異

肉眼觀測發(fā)現(xiàn)，相比于二倍體黃毛草莓，四倍體黃毛草莓存在葉片形態(tài)的畸形，如二倍體黃毛草莓的葉片由3張小葉構成（圖2-a），而四倍體黃毛草莓植株葉片出現(xiàn)了中心小葉缺失的現(xiàn)象（圖2-b）；二倍體黃毛草莓葉片（圖2-a）為3張小葉相互獨立，而四倍體黃毛草莓植株葉片的下側(cè)2張小葉相連，且葉柄明顯縮短（圖2-c）。大部分四倍體黃毛草莓的葉片與二倍體相比，顏色更深、更加厚實，小葉葉片形狀更寬短，葉緣鋸齒變深變寬，小葉葉基部更寬，葉片絨毛更為豐富，并且葉片呈現(xiàn)波紋豎起的褶皺。

22染色體加倍對黃毛草莓葉片數(shù)量的影響

二倍體黃毛草莓的葉片數(shù)量為390±035，染色體加倍后的四倍體黃毛草莓的葉片數(shù)量為412±034。經(jīng)獨立樣本t檢驗，兩者之間不存在顯著性差異。

23染色體加倍對黃毛草莓葉片形態(tài)指標的影響

從表1可知，四倍體黃毛草莓的葉長寬比、中心小葉寬度與整葉的寬度比值、中心小葉葉柄長度均顯著或極顯著大于二倍體黃毛草莓；而四倍體黃毛草莓葉片面積、葉片的重疊率、三小葉葉柄長度、葉齒數(shù)及中心小葉葉柄到第1個葉齒距離與二倍體黃毛草莓差異不顯著。

24染色體加倍對黃毛草莓葉柄毛的影響

每05 cm長二倍體黃毛草莓葉柄毛的數(shù)量為22175±1247根，四倍體黃毛草莓葉柄毛的數(shù)量為20889±2400，兩者之間不存在顯著性差異。

25染色體加倍對黃毛草莓葉片氣孔形態(tài)指標的影響

從表2可知，四倍體黃毛草莓的氣孔周長和氣孔密度極顯著大于二倍體黃毛草莓；氣孔長度的均值大于二倍體黃毛草莓，但其差異不顯著。

3討論與結(jié)論

不同倍性植株的表型存在差異，主要體現(xiàn)在在細胞學、形態(tài)及生理生化等方面。本研究結(jié)果表明，經(jīng)秋水仙素誘導發(fā)生染色體成功加倍的四倍體黃毛草莓的葉片形態(tài)與二倍體黃毛草莓顯著不同，表現(xiàn)為葉片變寬變厚、葉色變深、中心小葉變得發(fā)達、葉柄長度伸長等。這與在細胞學上染色體組加倍往往導致細胞大小增大的現(xiàn)象是相一致的[8]，高秀巖等發(fā)現(xiàn)對鳳梨草莓品種威斯塔爾（Veestar）加倍后也出現(xiàn)葉色變深、葉片變寬、變厚等相似性狀[9]。

染色體加倍后黃毛草莓這些形態(tài)性狀的改變，可能會導致其適應性發(fā)生變化。江莎等認為鳳梨草莓葉片隨光強的減弱變得大而薄，是為了適應弱光而產(chǎn)生了適應對策，增強了光合作用能力[10]。本研究中四倍體黃毛草莓葉片變大變寬，同時葉柄伸長，避免了葉片的重疊，使得葉片能夠最大限度暴露于光照下，能夠捕獲更多的光來進行光合作用。這種性狀的變異讓四倍體黃毛草莓也能夠很好地適應弱光環(huán)境。同時，四倍體黃毛草莓的葉片增厚、葉色變深，這些性狀使得其對強光也能很好地吸收。因此，四倍體黃毛草莓的葉片變異可能會使得其對光的吸收范圍更廣，但尚需進一步試驗驗證。

水分在植物的生理生化活動中起著極其重要的作用，而蒸騰作用是指水分從植物體表面（主要是葉片）以水蒸氣的形式散失到大氣中，蒸騰作用不僅受外界環(huán)境條件的影響，還受植物自身葉片形態(tài)的影響。李永華等認為，葉片寬度的增加會快速提高葉面積，從而導致植物總體水分通過蒸騰作用的損失量加大[11]。因此四倍體黃毛草莓的葉片變寬將會導致植物耐旱性能下降。四倍體黃毛草莓的葉柄伸長，葉柄長度的變長會使葉片容易發(fā)生抖動，可以大大降低葉片表面溫度，并能規(guī)避一些物理傷害。葉片的氣孔和大小以及氣孔密度與染色體倍性密切相關[12-13]，本研究發(fā)現(xiàn)四倍體黃毛草莓葉片出現(xiàn)氣孔增大、氣孔密度下降等現(xiàn)象，與前人的研究結(jié)果[14]一致。氣孔與水分的蒸騰及呼吸作用密切相關[15]，葉片氣孔的大小是控制蒸騰速率的通道。黃毛草莓四倍體植株氣孔大于二倍體植株，會損失更多的水分，一般認為，抗旱性強的品種葉片氣孔小而多[16-17]，四倍體黃毛草莓的氣孔變大、密度下降也會導致植物抗旱能力下降。因此，四倍體黃毛草莓的葉片變異可能會使得其耐旱性下降，但尚需進一步試驗驗證。

倍性的變化必然會造成各種各樣的表型特征的變化，但是表型的變化方向卻是不定的[14]。本研究中發(fā)現(xiàn)四倍體黃毛草莓在葉片數(shù)量、葉柄毛數(shù)、葉片面積、葉片重疊率、葉齒數(shù)和葉基部形態(tài)方面并沒有表現(xiàn)出與二倍體顯著性的差異，數(shù)據(jù)離散性大，這表明有個別四倍體植株的葉片在形態(tài)上表現(xiàn)出有不同方向的變異存在，需要加大對四倍體黃毛草莓的優(yōu)良性狀的篩選。

參考文獻：[HT8SS][HJ167mm]

陶抵輝，劉明月，肖君澤，等 生物多倍體誘導方法研究進展[J] 生命科學研究，2007（增刊1）：10-17

韋榮昌，吳慶華，馬小軍，等 植物多倍體的研究進展[J] 種子，2013，32（7）：50-53

[3]Zhang Q，F(xiàn)olta K M，Davis T M Somatic embryogenesis，tetraploidy，and variant leaf morphology in transgenic diploid strawberry （Fragaria vesca subspecies vesca ‘Hawaii 4）[J] BMC Plant Biology，2014，14（1）：23

[4]雷家軍，楊高，代漢平，等 我國的草莓野生種質(zhì)資源[J] 果樹學報，1997（3）：198-200

[5]高鳳娟 野生草莓種質(zhì)資源在草莓育種中的應用[J] 北方果樹，1999（3）：1-4

[6]戴志聰，杜道林，司春燦，等 用掃描儀及Image J軟件精確測量葉片形態(tài)數(shù)量特征的方法[J] 廣西植物，2009，29（3）：342-347

[7]Dhooghe E，Van Laere K，Eeckhaut T，et al Mitotic chromosome doubling of plant tissues in vitro[J] Plant Cell，Tissue and Organ Culture，2011，104（3）：359-373

[8]傅世耀 植物多倍體與作物育種[J] 生物學通報，1965（3）：42-46

[9]高秀巖，杜國棟，張志宏，等 草莓染色體加倍的研究[J] 北方果樹，2006（4）：15-17

[10]江莎，胡陽，鄭書馨，等 不同光強與光質(zhì)對“達賽萊克特”草莓葉片形態(tài)結(jié)構的影響[J] 電子顯微學報，2009，28（5）：453-461

[11]李永華，盧琦，吳波，等 干旱區(qū)葉片形態(tài)特征與植物響應和適應的關系[J] 植物生態(tài)學報，2012，36（1）：88-98

[12]閆海鋒，黃夕洋，梁萍，等 二倍體與多倍體羅漢果生物學性狀的比較研究[J] 廣西科學，2011，18（2）：177-180

[13]付金娥，覃斯華，李天艷，等 秋水仙素誘變薄皮甜瓜同源四倍體研究[J] 中國瓜菜，2008，21（2）：11-15

[14]杜曉華，孫涌棟，袁少寒，等 兩種鳳仙花多倍體的誘導[J] 西北農(nóng)業(yè)學報，2011，20（7）：56-59

[15]樊明，楊濱齊，李紅霞，等 不同生態(tài)類型春小麥的光合生理特性差異[J] 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2015，43（4）：87-89

[16]馮曉敏 不同黍稷品種耐旱性差異及生理生態(tài)特性研究[D] 臨汾：山西師范大學，2012

[17]肖軍，袁林 四種闊葉樹葉片解剖結(jié)構特征及其耐旱性比較研究[J] 泰山學院學報，2010，32（6）：117-120