薄皮甜瓜四倍体的诱变选育

薄皮甜瓜四倍体的诱变选育

杏仁是碳水化合物的两倍种类，染色体数量为2n。24。多倍体效应能提高植株的抗性,增加果皮、果肉的厚度,而且其耐贮性、可溶性固形物含量等性状也可获得改善。鉴于多倍体的效应,利用我国薄皮甜瓜资源丰富之优势,通过诱变大量获得四倍体,可从中选出抗性强、耐贮、品质优的品种(品系)直接应用于生产,扩大栽培区域,或者将其作为中间育种材料,选育三倍体或四倍体杂种一代品种。多倍体甜瓜材料具有生长势强,抗逆性强,品质优等特点,Lotfi、Sari、Abak、Sauton等对甜瓜单倍体进行了加倍研究,并成功获得双单倍体;Adelberg、Rhodes、Ezura、何欢乐、马国斌等对甜瓜进行了离体诱导获得四倍体的研究;吴明珠等对甜瓜进行辐射诱变并获得多个多倍体甜瓜材料;柴兴容、魏育国等采用诱导生长点分裂细胞染色体加倍,获得综合性状较好的四倍体甜瓜材料;王双伍等用秋水仙碱进行了离体诱导薄皮甜瓜四倍体的研究。但迄今为止,甜瓜多倍体育种工作主要集中于厚皮甜瓜,对薄皮甜瓜的研究较少。本研究以薄皮甜瓜作为材料,通过化学活体诱导对其进行多倍体诱变,详细观察并总结出薄皮甜瓜经不同秋水仙素浓度诱变后的变异规律,从中得到了有利的变异性状,为薄皮甜瓜育种提供了新的育种材料。1材料和方法1.1广西农业所有权试验于2006年2月至2007年6月在广西农业科学院园艺研究所科研基地进行;材料为广西农业科学院园艺研究所提供的薄皮甜瓜品种金美,代号:JM1-1。1.2方法1.2.1秋水仙素水浸法(1)滴苗法:2006年2月24日常规浸种催芽;2月26日点播于营养杯中;3月8日幼芽2片子叶微张开时,把1小块脱脂棉放在两片子叶之间,每天上午8:30-9:30进行滴苗处理1次,连续处理6d。处理时在棉球上分别滴浓度0.2%、0.4%、0.6%的秋水仙素溶液,直到脱脂棉球浸满液体,生长点浸在溶液中,但又不下滴。处理期间注意遮阴,以减缓药液分解速度。处理后去掉脱脂棉球,精心照管,促进幼苗生长,幼苗2~3片真叶时移栽大田。每个处理90株,以不做任何处理的植株为对照。(2)浸种法:2006年2月24日,常温下用0.2%、0.4%、0.6%的秋水仙素溶液浸泡干种子8h,药液用量以刚好浸过种子为度,处理后用清水冲洗数次,将种子置于32~34℃恒温条件下催芽。种子出芽后,2月27日点播于营养杯,幼苗2~3片真叶时移栽大田。每个处理90粒种子,以清水浸泡种子为对照。1.2.2形态观察和根尖染色体数目的鉴定(1)植株形态观察初步鉴定:经诱导处理的幼苗移栽大田后,根据植株茎、叶、花、果、种子等形态变异特征,从诱变群体中初选出与四倍体特征相符合的植株。(2)细胞形态学鉴定:取对照和根据植株形态观察初选具有变异特征植株的新鲜叶片,用镊子小心撕下叶主脉两侧的下表皮,然后用碘—碘化钾染色(碘难溶于水,先将2g碘化钾溶于100mL的蒸馏水中,完全溶解后加人1g碘,震荡溶解),染色10~30min后,在10×40倍显微镜下观察记数。每个单株随机统计l0个视野的气孔数目和500个保卫细胞叶绿体的数目。(3)根尖染色体数目直接鉴定:经器官形态观察和细胞形态学鉴定筛选的植株自交留种(D1),每株(单瓜)分别取10粒种子,在32~34℃条件下催芽,待根芽长至1.5cm左右时,进行根尖染色体鉴定。其他步骤参考张永兵等人的根尖染色体鉴定法。1.2.3各主要各测定视角经染色体数目鉴定为四倍体的自交瓜种子当年秋季继续种植观察(D2),随机取3株,观察测定第10~15片叶子的节间距、茎粗、叶片长和宽、叶柄长度和粗度;每株分别取3朵当天开放的雌、雄花,分别测量花冠长和宽、萼片长、子房纵径和横径;每株取1个自交果实测量果实纵径和横径、果脐大小、果肉厚度、种腔纵径和横径、单瓜正常种子数和单瓜空秕种子数、种子长和宽、千粒重及可育率。1.2.4萌芽胁迫指数(1)中心可溶性固形物含量:随机取成熟度一致的四倍体和二倍体甜瓜各3个,用手持测糖仪测定其中心可溶性固形物含量。(2)高渗胁迫下四倍体和二倍体甜瓜种子发芽率:利用不同浓度(分别为0、3%、5%)的蔗糖溶液进行发芽试验,发芽容器为直径8cm的玻璃培养皿,每个处理(加蔗糖溶液)重复3次,对照(加蒸馏水)重复2次,每处理10粒种子,加溶液10mL,然后移入人工智能气候箱,控制在30℃发芽。根据其发芽势和发芽率评价品种苗期对不良外界环境的抵抗能力。萌芽胁迫指数=水分胁迫下种子萌发指数(PIS)/对照种子萌发指数(PIC);其中萌发指数(PI)=(1.00)nd1+(0.75)nd2+(0.50)nd3+(0.25)nd4,nd1、nd2、nd3,nd4分别为第1、2、3、4天的种子萌发率。2结果与分析2.1叶片下表皮气孔数目的变化根据植株器官的形态变异特征,初选出15株与四倍体相符合的植株。在光学显微镜下观察对照和变异植株叶片下表皮,发现15株中有12株的下表皮气孔保卫细胞与对照相比明显增大,且其上叶绿体数明显增多,而单位视野中气孔数目却明显减少。见表1和图版1、2。[注]单位视野是指在10×40倍显微镜下所观察到的面积。2.2同源四倍体的鉴定经根尖染色体鉴定,12个变异株经植株形态观察和细胞形态学鉴定筛选为四倍体的单株,染色体都从原来的2n=2x=24条变为2n=4x=48条,证明二倍体甜瓜发生变异成为同源四倍体。植株器官形态观察结合细胞形态学鉴定筛选与染色体直接鉴定的吻合率为100%。见图版3、4。2.3不同浓度秋水仙素对植株生长和成活率的影响试验结果表明:滴苗法比浸种法效果好,诱变率高。滴苗法:以0.4%的处理加倍率最高,可达6.67%,其次是0.6%的处理。浸种法:只有0.4%的处理发生了诱变,诱变率为2.22%;0.2%处理得到的植株,有的苗期表现出变异特征,但随着植株的生长,其变异特征逐渐消失;0.6%的处理得到的幼苗出现大量严重畸形,无法生长出正常的根系。无论是采用滴苗法还是浸种法,其植株成活率都随处理浓度的升高呈下降趋势,其中以0.2%的处理成活率最高。可见,虽然较高的秋水仙素浓度理论上应能获得较高的变异率,但由于其药害过重而导致成活率下降,诱变率也因之降低。详见表2。2.4以四倍体和二倍体为特征的甜美同行2.4.1植株叶的发育四倍体子叶厚而短,呈近圆形,叶色浓绿,叶脉上凸但不明显;而二倍体子叶薄而长,呈椭圆形,叶色较淡,叶脉较平。四倍体叶色较深,叶片变厚增宽,叶面指数降低,叶缘呈明显皱褶,叶柄变短增粗;二倍体叶色较浅,叶片薄而叶面指数较大,叶柄较长而弱(图版5)。四倍体植株茎较粗壮,节间距较短;而二倍体植株茎细,节间距较长。这与柴兴荣等研究的结果基本相似。见表3。2.4.2倍体甜瓜的果实和种腔与二倍体相比,四倍体雌花和雄花花冠较大,花瓣皱褶较多且颜色较深,萼片变短,子房变短变粗(表4,图版6)。二倍体金美的果实为长椭圆形,而诱变成四倍体后果实变为近圆形或圆形。四倍体甜瓜的果实和种腔与二倍体相比有减小的趋势(表5,图版7),而果肉厚度和果脐大小则有增加的趋势。与二倍体相比,四倍体种子增大且饱满,千粒重显著增加,但单瓜正常种子数却明显降低,仅为原二倍体的20%左右,同时种腔内出现了大量空秕籽粒(表6)。2.5其他属性的变化2.5.1个别单瓜的感官评分体为13.5%,而四倍体达15.2%,个别单瓜在16%以上,而且口感很好。由此可见,用秋水仙素诱变多倍体可以作为甜瓜品质育种的有效途径。2.5.2甜瓜种子发芽率和萌芽胁迫指数高渗条件对四倍体和二倍体甜瓜种子的发芽率和萌芽胁迫指数都有一定程度的影响,且随着蔗糖浓度的增加,四倍体和二倍体甜瓜种子的发芽率和萌芽胁迫指数均呈下降趋势。在3%的蔗糖浓度下,二倍体的发芽率和萌芽胁迫指数明显低于四倍体;在5%的蔗糖浓度下,二倍体的发芽率和萌芽胁迫指数分别为22.2%和0.181,明显低于四倍体的53.3%和0.573%(表7)。说明四倍体种子能够忍受较高的渗透压,对外界不良环境有较强的抵抗能力。3讨论3.1药剂诱变试验本研究中随着秋水仙素浓度的提高,2种处理方法四倍体的诱变率有先上升然后下降的趋势,但它们之间不是简单的线性关系,这与陈劲枫等的研究结果相似。与浸种法相比,滴苗法的诱变加倍效果较好,其中0.4%的处理效果最佳,诱变加倍率达6.67%。用0.6%秋水仙素液直接浸泡甜瓜干种子的处理药害较为严重,造成植株不能正常生长,而且甜瓜幼苗成活率较低,从而降低了甜瓜四倍体的诱变率。所以在甜瓜四倍体诱变试验中,处理方法和浓度是影响加倍的主要因素。另外,处理时间和诱变率间也有很大关系,一般来说处理时间短,药剂浓度低,效果差,诱变率低;处理时间过长,药剂浓度过高,易发生药害,根尖顶端和生长点都会发生萎缩现象。试验中发现,诱导温度也是影响染色体加倍的主要因素。温度低,植株生长缓慢,细胞分裂受影响,分裂可能迎合不上药效作用,从而错过诱变的最佳时期。如果温度过高,药液蒸发快,诱变效果也不够理想。另外,因温度高,药液蒸发过快,导致短时间内药液浓度提高造成药害,从而影响成活率和诱变率。3.2不同生长阶段,四倍体甜瓜品质好,自然发芽率高,成苗率高。成苗率高,生长迅速,成苗率高,成苗率高。成苗率高,成苗率高,成苗率高。成苗率高,生长迅速本试验四倍体甜瓜单瓜正常种子数为40~60粒,仅为二倍体的15%左右,明显低于二倍体,但四倍体甜瓜种子大而饱满,千粒重也高,为四倍体甜瓜发芽率和成苗率的提高创造了有利条件。因此四倍体甜瓜在制种及以后的生产利用上既有有利的方面,也有困难的一面,有待进一步探索。3.3四倍体薄皮南瓜的使用3.3.1倍体的果实大小四倍体薄皮甜瓜植株粗壮,叶色较深,叶片厚而大,这些形态特征为其抵抗外界不良环境奠定了基础。四倍体甜瓜果实外形较原二倍体略有减小,但种腔小,肉厚。因此,单果重与二倍体相差不大,尤其经株系选择后,果实大小不但近于原二倍体,而且果个均匀。与原二倍体相比,四倍体果实可溶性固形物含量明显提高,果肉显著增厚,从而提高了薄皮甜瓜的商品性。利用丰富的薄皮甜瓜资源,大量诱变四倍体,从中选出抗性增强,果皮增厚变硬,果肉增厚致密,耐贮运性增强,从而扩大栽培区域和销售区域,达到直接利用的目的。3.3.2选育和利用优良四倍体甜瓜品种同源四倍体薄皮甜瓜可以作为甜瓜多倍体育种中间材料,经常规人工杂交后可以选育新甜瓜四倍体或者利用2个优良四倍体甜瓜组配成杂交一代品种应用于生产。它不但可保留原二倍体所不能比及的优良经济性状,而且能更突出其多倍体及杂种一代两大优势效应,其抗逆性及抗病性应具更突出的效果。4不同处理对薄皮甜瓜诱变的影响以二倍体薄皮甜瓜金美为材料,以0.2%、0.4%、