论文部分内容阅读
摘要：以2个甘蓝型油菜品种N370及宁油20号为试材，经神舟十号搭载进行航天诱变。对搭载后的SP1代植株与未经搭载的对照植株进行发芽率、幼苗生长状况、苗期光合性状及花期性状的观察与统计，并对收取的自交种进行品质分析，结果表明航天诱变对2个品种的发芽率、幼苗生长、苗期光合速率及种子品质影响不显著。但宁油20号经搭载后的SP1代植株在花期时存在少量畸变株。由此可见，甘蓝型油菜对航天诱变较不敏感，且不同品种的敏感程度有差异。
关键词：神州十号；甘蓝型油菜；航天诱变；发芽率；光合作用
中图分类号： S565.403文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0130-02
收稿日期：2014-09-15
油菜是世界主要油料作物，我国是油菜生产面积最大、产量最高的国家。在育种家们的推动下，甘蓝型油菜由于产量高、综合抗性强，逐渐成为我国最主要的油菜类型。但随着育种进程的推进，育种家手中的甘蓝型油菜种质资源间的遗传背景逐渐变窄，难以育成有较大突破的品种。
将作物种子或供试材料搭乘返回式卫星或宇宙飞船，送到距地球200～400 km的太空，利用空间宇宙射线的强辐射以及高真空、微重力和交变磁场等特殊环境对其进行诱变处理，使供试材料产生有利变异，即航天诱变[1]，是一种有效的作物种质创新方式。1987年，蒋兴邨等在国内率先利用返回式卫星搭载水稻等农作物种子，并在其后代中发现了遗传变异[2]。随后全国多个研究机构竞相开展了作物种子的卫星及高空气球搭载试验，我国的航天诱变育种进入飞速发展时期，特别是“十五”期间的“863”计划实施以来，先后获得水稻、小麦、棉花、番茄、青椒、芝麻、牧草等多种作物的优异新品系[3]。本研究以2个甘蓝型油菜品系种子为试材，通过考察空间环境对油菜SP1代生理性状的影响，以期揭示空间环境对油菜的诱变效应，为油菜航天育种技术的发展提供参考依据。
1材料与方法
1.1材料
以2个甘蓝型油菜品种（系）N370及宁油20号为试材，其中N370为国审杂交油菜品种宁杂19号的父本，宁油20 号为国审常规油菜品种。
1.2方法
1.2.1航天诱变2013年6月11日，2份材料经神舟十号宇宙飞船搭载，在轨飞行15 d后返回地面。以相应未经搭载的种子为对照。
1.2.2种子发芽率的测定搭载SP1代与未经搭载（CK）的种子分别随机取100粒，于2013年9月30日播种于装有营养土的穴盘内，每穴播种1粒，重复3次，7 d后统计发芽率。
1.2.3幼苗生长状况的观测出苗后，对幼苗的子叶及真叶的大小、形状、色泽等性状进行持续的观察。播种20 d后统计幼苗叶片数，并移栽入江苏省农业科学院溧水试验基地大田中，空间处理材料与相应对照相邻种植，每份材料设3个小区，缓苗后统计移栽成活率。
1.2.4苗期光合性状的测定2013年12月4日、6日（晴天）09：00—11：00，利用 LI-6400便携式光合仪分别对N370（SP1、CK）及宁油20号（SP1、CK）进行测量。选取长势一致的SP1 代植株50株及CK 20株，取其完整的倒数第3或第4张叶子（最大叶）进行测量。
1.2.5花期性状调查2014年3月下旬，油菜盛花期时，对N370（SP1、CK）及宁油20号（SP1、CK）的不育株率、花蕾发育情况，花瓣颜色、形状、大小等性状进行调查，并单株套袋自交，收取种子。
1.2.6种子品质分析将收取的自交种进行晾晒、清选，使其水分控制在8%～10%。利用近红外光谱仪测量种子的芥酸含量、硫苷含量及含油率。
2结果与分析
2.1航天搭载对油菜种子发芽率的影响
由表1可知，经航天搭载后，N370的发芽率比对照略有降低，而宁油20号的发芽率比对照略有升高。但t检验的结果显示，2组数据差异均不显著。表明航天搭载对油菜种子的发芽率影响不显著。
表1航天搭载油菜种子发芽率及幼苗叶片数
品种（系）处理发芽率（%）叶片数（张）N370SP193.03.4CK94.33.5宁油20号SP195.33.7CK92.73.9
2.2航天搭载对油菜幼苗生长的影响
通过对幼苗形态的持续观察表明，经航天搭载的油菜SP1代植株在子叶及真叶的大小、形状、色泽等表型性状上与对照差异不明显。幼苗叶片数统计结果（表1）显示，虽然搭载后的油菜SP1代植株幼苗平均叶片数均略低于对照，但差异都不显著。所有幼苗移栽入大田后均生长正常，成活率均为100%。表明航天搭载对油菜幼苗生长状况的影响不显著。
2.3航天搭载对油菜苗期光合特性的影响
经统计（表2），N370与宁油20号经航天诱变后，SP1代植株的平均光合速率与对照差异均不显著。但N370的SP1代植株的气孔导度、胞间 CO2浓度及蒸腾速率均显著低于对照。宁油20号经诱变后的SP1代植株与对照在光合速率及蒸腾速率上没有差异，但SP1代植株的气孔导度及胞间CO2浓度均极显著低于对照。表明甘蓝型油菜经航天诱变后，SP1代植株的气孔张开程度显著降低，影响了气体的交换，但并未影响植株的光合速率。表2航天搭载对油菜SP1代苗期光合作用的影响
品种（系）处理光合速率
2.4航天搭载对油菜花期性状的影响
盛花期时，对N370（SP1、CK）及宁油20号（SP1、CK）进行持续观察，2份材料的SP1代植株及对照都未出现不育株。在花蕾发育情况，花瓣颜色、形状、大小等性状上，N370的SP1代植株中未发现与对照不一致的单株；而在宁油20号中，发现4株SP1代植株存在死蕾的现象（图1），10株SP1代植株存在花蕾柱头外露的现象（图2），而在对照中均未发现这2种现象（图3），表明航天诱变对宁油20号的花蕾发育有一定影响。 2.5航天搭载对油菜种子品质的影响
2份材料经航天搭载后的SP1代植株上收取的种子与未经搭载的对照植株上收取的种子在芥酸含量、硫苷含量及含油率差异均不显著（表3）。表明航天搭载对SP1代植株种子的芥酸含量、硫苷含量及含油率影响不显著。
3结论与讨论
植物经航天诱变所发生的突变大多为隐性突变，一般在
SP1代不表现。即使发生少数显性突变，也多以嵌合体形式存在，SP1代仍难以在整体上表现出来，因此在SP1代可不进行选择。但在SP1代，经空间搭载的种子长出的植株会表现出一定程度的生理损伤和形态变异，这种变异体现了植物对诱变处理的敏感程度，一般不能遗传给后代。在许多物种中，均有经航天诱变后在SP1代表现出多种变异的报道，何明霞等的研究即如果表明，航天搭载对小桐子种子活力有抑制作用，对植株生长势及平均单株种子产量有促进作用，扩大了种子含油率的变异幅度[4]。汤泽生等发现，经过航天诱变后凤仙花SP1代小孢子在染色体、小孢子大小以及育性等方面都有不同程度的变异[5]。在本研究中，2份甘蓝型油菜材料经神舟十号搭载后SP1代在发芽率、成苗率、苗期植株形态及种子品质性状都变化不明显，与刘泽等研究结果[6-7]相似。仅在花期时发现少量变异单株，表明甘蓝型油菜对航天诱变处理不敏感。相关辐射诱变育种研究者认为，由于油菜种子中含有芥子碱对宇宙中各种射线有明显的保护作用，从而使其成为较耐辐射及对辐射损伤有一定抗性的作物[8]。
2份材料中，航天诱变后的N370在所有观测性状中仅有气孔开张程度与对照有差异，而航天诱变后的宁油20号还在花期性状调查时发现了畸变株，表明宁油20号对航天诱变环境更为敏感，可能更容易产生较多变异。在别的物种中，也存在不同品种（系）之间对诱变条件的敏感程度不一致的情况，如彭振等利用“实践八号”育种卫星搭载10个棉花品种（系），研究棉花不同材料对航天诱变的敏感性，其中7个材料对航天有一定的敏感性[9]；张月学等研究发现，同一批航天诱变的苜蓿，不同品种在发芽率、单株分枝数等性状上均存在差异[10]。笔者于2014年5月收获到SP2种子，将进一步对SP2代变异进行观察，并利用分子检测方法验证航天诱变后的遗传变异。
参考文献：
[1]刘录祥，赵林姝，郭会君. 作物航天育种研究现状与展望[J]. 中国农业科技导报，2007，9（2）：26-29.
[2]蒋兴邨，李金国，陈芳远，等. 返地卫星搭载对水稻种子遗传的影响[J]. 科学通报，1991，36（23）：1820-1824.
[3]刘录祥，郭会君，赵林姝，等. 我国作物航天育种20年的基本成就与展望[J]. 核农学报，2007，21（6）：589-592，601.
[4]何明霞，胡庭兴，费世民，等. 航天搭载小桐子种子SP1的生物学效应[J]. 江苏农业科学，2010（3）：233-235.
[5]汤泽生，杨军，刘平，等. 卫星搭载凤仙花SP1代单株小孢子变化的比较研究[J]. 西南农业学报，2006，19（3）：476-481.
[6]刘泽，赵仁渠. 空间条件对油菜诱变效果的研究——突变类型的观察与筛选[J]. 中国油料作物学报，2000，22（4）：7-9.
[7]蒲晓斌，张锦芳，李浩杰，等. 甘蓝型油菜太空诱变后代农艺性状调查及品质分析[J]. 西南农业学报，2006，19（3）：373-377.
[8]徐冠仁. 植物诱变育种学[M]. 北京：中国农业出版社，1996.
[9]彭振，宋美珍，喻树迅，等. 棉花航天诱变敏感材料的筛选及多态性分析[J]. 棉花学报，2010，22（4）：312-318.
[10]张月学，刘杰淋，韩微波，等. 空间环境对紫花苜蓿的生物学效应[J]. 核农学报，2009，23（2）：266-269.
关键词：神州十号；甘蓝型油菜；航天诱变；发芽率；光合作用
中图分类号： S565.403文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0130-02
收稿日期：2014-09-15
油菜是世界主要油料作物，我国是油菜生产面积最大、产量最高的国家。在育种家们的推动下，甘蓝型油菜由于产量高、综合抗性强，逐渐成为我国最主要的油菜类型。但随着育种进程的推进，育种家手中的甘蓝型油菜种质资源间的遗传背景逐渐变窄，难以育成有较大突破的品种。
将作物种子或供试材料搭乘返回式卫星或宇宙飞船，送到距地球200～400 km的太空，利用空间宇宙射线的强辐射以及高真空、微重力和交变磁场等特殊环境对其进行诱变处理，使供试材料产生有利变异，即航天诱变[1]，是一种有效的作物种质创新方式。1987年，蒋兴邨等在国内率先利用返回式卫星搭载水稻等农作物种子，并在其后代中发现了遗传变异[2]。随后全国多个研究机构竞相开展了作物种子的卫星及高空气球搭载试验，我国的航天诱变育种进入飞速发展时期，特别是“十五”期间的“863”计划实施以来，先后获得水稻、小麦、棉花、番茄、青椒、芝麻、牧草等多种作物的优异新品系[3]。本研究以2个甘蓝型油菜品系种子为试材，通过考察空间环境对油菜SP1代生理性状的影响，以期揭示空间环境对油菜的诱变效应，为油菜航天育种技术的发展提供参考依据。
1材料与方法
1.1材料
以2个甘蓝型油菜品种（系）N370及宁油20号为试材，其中N370为国审杂交油菜品种宁杂19号的父本，宁油20 号为国审常规油菜品种。
1.2方法
1.2.1航天诱变2013年6月11日，2份材料经神舟十号宇宙飞船搭载，在轨飞行15 d后返回地面。以相应未经搭载的种子为对照。
1.2.2种子发芽率的测定搭载SP1代与未经搭载（CK）的种子分别随机取100粒，于2013年9月30日播种于装有营养土的穴盘内，每穴播种1粒，重复3次，7 d后统计发芽率。
1.2.3幼苗生长状况的观测出苗后，对幼苗的子叶及真叶的大小、形状、色泽等性状进行持续的观察。播种20 d后统计幼苗叶片数，并移栽入江苏省农业科学院溧水试验基地大田中，空间处理材料与相应对照相邻种植，每份材料设3个小区，缓苗后统计移栽成活率。
1.2.4苗期光合性状的测定2013年12月4日、6日（晴天）09：00—11：00，利用 LI-6400便携式光合仪分别对N370（SP1、CK）及宁油20号（SP1、CK）进行测量。选取长势一致的SP1 代植株50株及CK 20株，取其完整的倒数第3或第4张叶子（最大叶）进行测量。
1.2.5花期性状调查2014年3月下旬，油菜盛花期时，对N370（SP1、CK）及宁油20号（SP1、CK）的不育株率、花蕾发育情况，花瓣颜色、形状、大小等性状进行调查，并单株套袋自交，收取种子。
1.2.6种子品质分析将收取的自交种进行晾晒、清选，使其水分控制在8%～10%。利用近红外光谱仪测量种子的芥酸含量、硫苷含量及含油率。
2结果与分析
2.1航天搭载对油菜种子发芽率的影响
由表1可知，经航天搭载后，N370的发芽率比对照略有降低，而宁油20号的发芽率比对照略有升高。但t检验的结果显示，2组数据差异均不显著。表明航天搭载对油菜种子的发芽率影响不显著。
表1航天搭载油菜种子发芽率及幼苗叶片数
品种（系）处理发芽率（%）叶片数（张）N370SP193.03.4CK94.33.5宁油20号SP195.33.7CK92.73.9
2.2航天搭载对油菜幼苗生长的影响
通过对幼苗形态的持续观察表明，经航天搭载的油菜SP1代植株在子叶及真叶的大小、形状、色泽等表型性状上与对照差异不明显。幼苗叶片数统计结果（表1）显示，虽然搭载后的油菜SP1代植株幼苗平均叶片数均略低于对照，但差异都不显著。所有幼苗移栽入大田后均生长正常，成活率均为100%。表明航天搭载对油菜幼苗生长状况的影响不显著。
2.3航天搭载对油菜苗期光合特性的影响
经统计（表2），N370与宁油20号经航天诱变后，SP1代植株的平均光合速率与对照差异均不显著。但N370的SP1代植株的气孔导度、胞间 CO2浓度及蒸腾速率均显著低于对照。宁油20号经诱变后的SP1代植株与对照在光合速率及蒸腾速率上没有差异，但SP1代植株的气孔导度及胞间CO2浓度均极显著低于对照。表明甘蓝型油菜经航天诱变后，SP1代植株的气孔张开程度显著降低，影响了气体的交换，但并未影响植株的光合速率。表2航天搭载对油菜SP1代苗期光合作用的影响
品种（系）处理光合速率
2.4航天搭载对油菜花期性状的影响
盛花期时，对N370（SP1、CK）及宁油20号（SP1、CK）进行持续观察，2份材料的SP1代植株及对照都未出现不育株。在花蕾发育情况，花瓣颜色、形状、大小等性状上，N370的SP1代植株中未发现与对照不一致的单株；而在宁油20号中，发现4株SP1代植株存在死蕾的现象（图1），10株SP1代植株存在花蕾柱头外露的现象（图2），而在对照中均未发现这2种现象（图3），表明航天诱变对宁油20号的花蕾发育有一定影响。 2.5航天搭载对油菜种子品质的影响
2份材料经航天搭载后的SP1代植株上收取的种子与未经搭载的对照植株上收取的种子在芥酸含量、硫苷含量及含油率差异均不显著（表3）。表明航天搭载对SP1代植株种子的芥酸含量、硫苷含量及含油率影响不显著。
3结论与讨论
植物经航天诱变所发生的突变大多为隐性突变，一般在
SP1代不表现。即使发生少数显性突变，也多以嵌合体形式存在，SP1代仍难以在整体上表现出来，因此在SP1代可不进行选择。但在SP1代，经空间搭载的种子长出的植株会表现出一定程度的生理损伤和形态变异，这种变异体现了植物对诱变处理的敏感程度，一般不能遗传给后代。在许多物种中，均有经航天诱变后在SP1代表现出多种变异的报道，何明霞等的研究即如果表明，航天搭载对小桐子种子活力有抑制作用，对植株生长势及平均单株种子产量有促进作用，扩大了种子含油率的变异幅度[4]。汤泽生等发现，经过航天诱变后凤仙花SP1代小孢子在染色体、小孢子大小以及育性等方面都有不同程度的变异[5]。在本研究中，2份甘蓝型油菜材料经神舟十号搭载后SP1代在发芽率、成苗率、苗期植株形态及种子品质性状都变化不明显，与刘泽等研究结果[6-7]相似。仅在花期时发现少量变异单株，表明甘蓝型油菜对航天诱变处理不敏感。相关辐射诱变育种研究者认为，由于油菜种子中含有芥子碱对宇宙中各种射线有明显的保护作用，从而使其成为较耐辐射及对辐射损伤有一定抗性的作物[8]。
2份材料中，航天诱变后的N370在所有观测性状中仅有气孔开张程度与对照有差异，而航天诱变后的宁油20号还在花期性状调查时发现了畸变株，表明宁油20号对航天诱变环境更为敏感，可能更容易产生较多变异。在别的物种中，也存在不同品种（系）之间对诱变条件的敏感程度不一致的情况，如彭振等利用“实践八号”育种卫星搭载10个棉花品种（系），研究棉花不同材料对航天诱变的敏感性，其中7个材料对航天有一定的敏感性[9]；张月学等研究发现，同一批航天诱变的苜蓿，不同品种在发芽率、单株分枝数等性状上均存在差异[10]。笔者于2014年5月收获到SP2种子，将进一步对SP2代变异进行观察，并利用分子检测方法验证航天诱变后的遗传变异。
参考文献：
[1]刘录祥，赵林姝，郭会君. 作物航天育种研究现状与展望[J]. 中国农业科技导报，2007，9（2）：26-29.
[2]蒋兴邨，李金国，陈芳远，等. 返地卫星搭载对水稻种子遗传的影响[J]. 科学通报，1991，36（23）：1820-1824.
[3]刘录祥，郭会君，赵林姝，等. 我国作物航天育种20年的基本成就与展望[J]. 核农学报，2007，21（6）：589-592，601.
[4]何明霞，胡庭兴，费世民，等. 航天搭载小桐子种子SP1的生物学效应[J]. 江苏农业科学，2010（3）：233-235.
[5]汤泽生，杨军，刘平，等. 卫星搭载凤仙花SP1代单株小孢子变化的比较研究[J]. 西南农业学报，2006，19（3）：476-481.
[6]刘泽，赵仁渠. 空间条件对油菜诱变效果的研究——突变类型的观察与筛选[J]. 中国油料作物学报，2000，22（4）：7-9.
[7]蒲晓斌，张锦芳，李浩杰，等. 甘蓝型油菜太空诱变后代农艺性状调查及品质分析[J]. 西南农业学报，2006，19（3）：373-377.
[8]徐冠仁. 植物诱变育种学[M]. 北京：中国农业出版社，1996.
[9]彭振，宋美珍，喻树迅，等. 棉花航天诱变敏感材料的筛选及多态性分析[J]. 棉花学报，2010，22（4）：312-318.
[10]张月学，刘杰淋，韩微波，等. 空间环境对紫花苜蓿的生物学效应[J]. 核农学报，2009，23（2）：266-269.