秋水仙堿處理萊蕪小姜多倍體育種方法研究

李 玲，李慶芝，盧岫云，王教義

（1.萊蕪市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 萊蕪 271100；2.萊蕪市鳳城街道辦事處，山東 萊蕪 271100）

萊蕪小姜是20世紀(jì)八九十年代萊蕪地區(qū)的主栽品種，其根莖黃皮黃肉，肉質(zhì)細(xì)嫩，辛香味濃，含水量低，品質(zhì)優(yōu)良，耐貯運(yùn)，具有多種食用和藥用價(jià)值。由于萊蕪小姜一般667 m2產(chǎn)量2 000 kg左右，較萊蕪大姜產(chǎn)量明顯降低，近年來(lái)萊蕪地區(qū)農(nóng)民為追求產(chǎn)量，忽視了小姜種的種植生產(chǎn)，其種植面積越來(lái)越小，幾乎面臨絕跡的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這種現(xiàn)狀，萊蕪市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)過(guò)幾年的努力，在保持萊蕪小姜風(fēng)味特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，培育出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的萊蕪小姜品種——多倍體小姜。

秋水仙堿處理萊蕪小姜多倍體的育種原理是利用多倍體的巨大、抗逆性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)成分高的特點(diǎn)，使萊蕪小姜在保持原有風(fēng)味的同時(shí)，通過(guò)增加萊蕪小姜的倍性來(lái)達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。實(shí)踐證明，多倍體比率最高的是多年生草本，其次是1年生草本，木本植物最低。生姜是多年生草本植物，理論上講具有較高的多倍體比率。同時(shí)，生姜又是無(wú)性繁殖植物，可避免多倍體高度不育或性狀分離帶來(lái)的繁殖困難，在利用多倍體特性上更為有利[1-3]。萊蕪小姜的多倍體育種就是用不同濃度的秋水仙堿溶液處理萊蕪小姜的幼芽，使其產(chǎn)生化學(xué)誘變，然后在后代中通過(guò)選擇進(jìn)而培育出多倍體萊蕪小姜。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良的萊蕪小姜品種。

1.2 藥劑濃度及配制

秋水仙堿處理液濃度不宜過(guò)高或過(guò)低，過(guò)高會(huì)引起傷害，甚至致死，過(guò)低不起作用，一般采用臨界范圍內(nèi)高濃度短時(shí)間處理。試驗(yàn)采用4種濃度秋水仙堿處理液，分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%。

處理液配制：用去離子水將秋水仙堿溶解，分別配制成0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的處理液，并分別加入2%二甲基亞砜（DMSO）。

1.3 原始材料處理

1.3.1 催芽、抹芽處理

挑選塊大、皮色好、鮮嫩、無(wú)病蟲(chóng)凍害的姜塊作姜種。洗凈后曬種，消毒后于3月下旬進(jìn)行催芽[4-5]，用智能催芽室催芽，催芽溫度23～25 ℃，大約20 d，當(dāng)芽長(zhǎng)至1 cm左右時(shí)停止催芽，選芽壯且鮮亮的姜種作試驗(yàn)材料。將姜種掰成約100 g的小塊，保證每塊有1個(gè)壯芽（即處理芽），其余的芽全部抹去，注意要抹得干凈徹底，以免影響試驗(yàn)效果。

1.3.2 藥液處理

選出500塊姜種進(jìn)行試驗(yàn)處理，4種秋水仙堿處理液各用100塊，100塊用清水處理作對(duì)照。具體試驗(yàn)處理見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置

采用針刺包棉滴液法處理：將選好的姜塊擺在桌面上，用直徑0.5 mm的注射針對(duì)每個(gè)姜芽扎孔，用醫(yī)用脫脂棉包裹后，用移液管移取處理液滴到脫脂棉上，每芽用0.5 mL。采用脫脂棉包裹姜芽是為了使處理液通過(guò)浸濕棉花而滲入姜芽，液體可長(zhǎng)時(shí)間停留在姜芽表面。處理后在姜種上面蓋好塑料膜，以防止藥液揮發(fā)。在15 ℃環(huán)境下保持40 h后撤膜，補(bǔ)1次液，每芽0.5 mL，蓋膜，加溫，30 ℃環(huán)境下保持30 h。

處理完畢后，撤膜，除去脫脂棉（消除藥液的后續(xù)作用），準(zhǔn)備栽植到大田。

1.4 田間栽植

將處理好的姜種栽植到田間，行距60 cm，株距25 cm。采用常規(guī)田間管理方法，所有處理完全一致。

1.5 第1代材料的田間栽植、收獲及數(shù)據(jù)測(cè)定

重點(diǎn)是進(jìn)行普選。2013年4月下旬大田栽植，10月上旬收獲，設(shè)3次重復(fù)。生長(zhǎng)過(guò)程中，陸續(xù)調(diào)查各處理的出苗日期、出苗數(shù)，當(dāng)大約有50%出苗時(shí)，計(jì)算出苗率。收獲期分別測(cè)量株高、分枝數(shù)、單株根莖鮮質(zhì)量。根據(jù)性狀指標(biāo)，計(jì)算抑制率。抑制率=[（對(duì)照測(cè)量值－處理測(cè)量值）÷對(duì)照測(cè)量值]×100%

對(duì)照采用五點(diǎn)式取樣調(diào)查。秋水仙堿處理過(guò)的植株，每株都要仔細(xì)觀察，找出不同于原始材料典型性狀的植株，然后對(duì)其進(jìn)行性狀分類，每個(gè)單株單獨(dú)收獲，單獨(dú)收藏于網(wǎng)袋并均附上標(biāo)簽，以便識(shí)別。同一項(xiàng)目由同一人（組）進(jìn)行觀測(cè)，以避免人為誤差。地窖貯藏，次年單獨(dú)種植。

1.6 第2代材料的田間栽植、收獲及數(shù)據(jù)測(cè)定

重點(diǎn)是調(diào)查各性狀所占比例。將上一年所留材料按順序種植，2次重復(fù)，收獲期選擇各處理的各突變類型，調(diào)查其性狀指標(biāo)，并計(jì)算各表現(xiàn)型所表現(xiàn)出的性狀所占比例，根據(jù)各突變性狀所占比例的大小，觀察其變異趨向。收獲后對(duì)各變異類型進(jìn)行標(biāo)記，單獨(dú)收獲，單獨(dú)收藏于網(wǎng)袋中，準(zhǔn)備下一年種植。

1.7 第3代材料的田間栽植、收獲及數(shù)據(jù)測(cè)定

關(guān)鍵調(diào)查遺傳穩(wěn)定性。將第2代單獨(dú)收存的各變異類型隨機(jī)分布種植，2次重復(fù)，收獲期調(diào)查各表現(xiàn)性狀類型，并觀察各表現(xiàn)類型的性狀穩(wěn)定性，淘汰不穩(wěn)定的性狀株系，保留穩(wěn)定的性狀株系，選出表現(xiàn)優(yōu)異的植株，測(cè)定其性狀指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 第1代材料的田間表現(xiàn)情況

按照1.5方法進(jìn)行觀察測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2，不同濃度的秋水仙堿溶液處理萊蕪小姜，對(duì)其出苗率、50%出苗所用時(shí)間、株高、分枝數(shù)、單株根莖鮮質(zhì)量都有一定的抑制作用。在出苗率方面，0.05%的低濃度秋水仙堿溶液處理對(duì)其無(wú)抑制作用，其他3個(gè)濃度均受抑制，且隨濃度的增加抑制作用增強(qiáng)，LWX-4表現(xiàn)最明顯，出苗率僅為78%。50%出苗所用時(shí)間方面，所有處理出苗都比對(duì)照晚，說(shuō)明藥液對(duì)芽有一定傷害，但低濃度表現(xiàn)不明顯（與對(duì)照只差1 d）。株高方面，各處理均受到抑制，隨濃度的增加逐漸增強(qiáng)，其中，LWX-4抑制率最大，達(dá)到20.8%。分枝數(shù)方面，均受輕度抑制，但無(wú)規(guī)律，抑制最小的LWX-1只比對(duì)照少0.1個(gè)，抑制最大的LWX-2比對(duì)照少2.1個(gè)，這說(shuō)明秋水仙堿處理對(duì)初代分枝數(shù)影響不明顯。單株根莖鮮質(zhì)量方面，隨著處理濃度的增大，抑制作用逐漸增強(qiáng)，LWX-4平均單株根莖鮮質(zhì)量是對(duì)照的66.9%，抑制率為33.1%。總體來(lái)看，秋水仙堿處理后的萊蕪小姜初代單株質(zhì)量等性狀會(huì)受到明顯抑制。

2.2 第2代材料的田間表現(xiàn)情況

按照1.6方法進(jìn)行觀察測(cè)定，發(fā)現(xiàn)共有7種田間表現(xiàn)類型（表3），分別為：寬葉型、旺長(zhǎng)型、葉下披型、葉直立型、簇縮型、主莖畸形和扭曲花葉型。7種突變類型在同一處理中占所調(diào)查總數(shù)的比率差別很大，尤以處理LWX-4的突變比例最大，達(dá)21.9%；處理LWX-2次之，為17.9%；處理LWX-1最小，僅7.4%。

表2 不同秋水仙堿濃度對(duì)萊蕪小姜田間性狀的影響

表3 第2代材料7種田間表現(xiàn)類型所占比率 %

表4 第2代變異類型的田間性狀指標(biāo)

由表4調(diào)查結(jié)果來(lái)看，總體來(lái)講，葉下披型、葉直立型、簇縮型、主莖畸形、扭曲花葉型5種變異類型的株高、株幅等性狀指標(biāo)低于對(duì)照（指第1年收獲的對(duì)照種下后得到的植株）；寬葉型、旺長(zhǎng)型這2種表現(xiàn)類型的株高、株幅等指標(biāo)高于或接近于對(duì)照。特別指出的一點(diǎn)是分枝數(shù)，寬葉型的分枝數(shù)只有12.1個(gè)，這一特點(diǎn)類似于大姜品種的疏苗型性狀，而且在最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、單株根莖質(zhì)量方面表現(xiàn)出特別的優(yōu)勢(shì)。綜上可得，寬葉型、旺長(zhǎng)型是相對(duì)比較理想的變異類型。

綜合表3、表4可知，LWX-2、LWX-4處理中，突變率較高的變異類型為寬葉型、旺長(zhǎng)型，其中，LWX-2處理中，寬葉型突變比率為13.2%，占整個(gè)突變率的73.7%；LWX-4中，寬葉型、旺長(zhǎng)型的突變比率分別為8.2%、4.3%，二者占整個(gè)突變率的57.5%。所以LWX-2、LWX-4這2個(gè)處理都比較理想，待測(cè)定穩(wěn)定性之后方可確定最優(yōu)處理。

2.3 第3代材料的田間表現(xiàn)情況

按照1.7方法進(jìn)行觀察測(cè)定，淘汰不穩(wěn)定的性狀類型，對(duì)表現(xiàn)穩(wěn)定的性狀類型通過(guò)對(duì)比性狀指標(biāo)并進(jìn)行優(yōu)化，選出最優(yōu)的穩(wěn)定遺傳的性狀。表6結(jié)果表明，在所有的變異類型中，僅寬葉型和簇縮型這2種變異類型最為穩(wěn)定，但簇縮型的單株根莖質(zhì)量明顯低于對(duì)照，而寬葉型的單株根莖質(zhì)量比對(duì)照增加30.8%，是目標(biāo)變異類型。而旺長(zhǎng)型、主莖畸形、扭曲花葉型穩(wěn)定性最差，從第3代就陸續(xù)恢復(fù)原來(lái)性狀；葉下披型、葉直立型等隨著種植代數(shù)的增加，性狀也會(huì)部分丟失，這些都被予以淘汰。這些不穩(wěn)定類型可能只是秋水仙堿對(duì)試驗(yàn)材料的傷害或抑制作用而產(chǎn)生的表現(xiàn)類型，并非真正的突變類型。

綜合表6、表7可知，只有寬葉型才是最終的目標(biāo)變異類型，最大葉寬達(dá)到3.7 cm，葉長(zhǎng)達(dá)到25.8 cm，穩(wěn)定性強(qiáng)，產(chǎn)量高，從而可以進(jìn)一步確定4個(gè)秋水仙堿處理濃度中，只有LWX-2才是最佳的處理濃度。

表6 第3代各變異類型的穩(wěn)定性

表7 第3代田間性狀指標(biāo)

3 結(jié)論

綜合以上可知，采用不同濃度的秋水仙堿溶液處理萊蕪小姜，隨著濃度的增加，對(duì)性狀的抑制作用逐漸增強(qiáng)。在產(chǎn)生的7種突變類型中，寬葉型和旺長(zhǎng)型是較為理想的突變類型，產(chǎn)量都明顯比對(duì)照高，但旺長(zhǎng)型性狀穩(wěn)定性差。所以，只有寬葉型表現(xiàn)穩(wěn)定性強(qiáng)，產(chǎn)量高，比對(duì)照增產(chǎn)30.8%，是目標(biāo)突變類型，即萊蕪小姜的四倍體——寬葉型小姜，其對(duì)應(yīng)的最佳的處理方式是LWX-2，即0.10%秋水仙堿溶液針刺包棉滴液處理。

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