生姜多倍體誘變技術(shù)方法的建立

尚春華，李慶芝，王教義，柳建增

（1.山東省萊蕪市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東萊蕪271100；2.山東省萬興果蔬有限公司，山東萊蕪271100）

生姜多倍體誘變技術(shù)方法的建立

尚春華1，李慶芝1，王教義1，柳建增2

（1.山東省萊蕪市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東萊蕪271100；2.山東省萬興果蔬有限公司，山東萊蕪271100）

生姜是無性繁殖作物，無法利用有性雜交等手段育種，因此，品種選育方法受到很大限制。本文總結(jié)了秋水仙堿處理“萊蕪小姜”得到多倍體生姜的最佳材料、濃度、方法、選擇世代及優(yōu)異表現(xiàn)型的特性，建立了一整套利用秋水仙堿進(jìn)行多苗型生姜幼芽根莖處理并選育出優(yōu)良變異系的方法體系。

多倍體誘變；秋水仙堿；萊蕪小姜；變異類型

生姜是我國出口創(chuàng)匯的重要作物，可作菜用、調(diào)料、藥用以及保健之用，最近幾年因其營養(yǎng)價值和保健價值較高，被開發(fā)成多種保健品，因此，市場對生姜的產(chǎn)量和品質(zhì)就提出了更多、更高的要求，許多傳統(tǒng)生姜品種的特性需要改良和更新。而生姜作為無性繁殖作物，不能利用有性雜交等手段育種，因此品種選育方法受到很大限制。許多傳統(tǒng)地方品種，特性突出、品質(zhì)優(yōu)良，卻因為產(chǎn)量低正逐漸被淘汰，急需通過產(chǎn)量和品質(zhì)的提升得到改良保護(hù)。利用秋水仙堿處理多苗型生姜獲得多倍體，改良目的準(zhǔn)確且成功率高，在提高產(chǎn)量的同時還能保留優(yōu)良地方品種的風(fēng)味，已通過多代試驗取得了成功，并在此基礎(chǔ)上獲得了系列優(yōu)良品系[1]?，F(xiàn)將一整套利用秋水仙堿誘變多苗型生姜幼芽根莖的方法總結(jié)如下。

1 材料及藥劑處理

1.1 供試材料及前處理

密苗型生姜（Zingiber officinaleRosc.）：（研究發(fā)現(xiàn)密苗型生姜多為二倍體，用此類型生姜進(jìn)行多倍體誘導(dǎo)獲得多倍體的幾率高且穩(wěn)定[2]）。首先用自來水將生姜根莖沖洗干凈，晾干后，置于25℃、相對濕度90%的智能催芽室內(nèi)進(jìn)行催芽，待芽長至0.5～1cm時，將生姜根莖掰成帶單個芽的姜塊，平擺于桌面上。

1.2 處理藥劑配制

秋水仙堿處理液：用蒸餾水將秋水仙堿溶解，配制成0.1%的處理液，加2%的DMSO（二甲基亞砜）[3，4]。

1.3 初代材料（VM0）的處理

用0.5mm針穿刺芽頂部，然后將脫脂棉用35%～40%的酒精蘸濕后捏干，藥棉將姜芽全部包埋住，用移液槍將每個芽加入體積1mL的藥液滴到藥棉上，然后調(diào)控溫度進(jìn)行培養(yǎng)。溫度設(shè)計為：先在室溫15℃下處理40h，然后再升高至30℃下處理30h。藥劑加入后，處理姜芽要蓋上一層保濕暗光的薄膜，防止藥劑的揮發(fā)及分解，40h后加溫，加溫處理前視棉花濕度對每個處理芽補入體積0.5～1mL的藥液。處理完成后，迅速將包在芽上帶藥的脫脂棉去除，在1～2d之內(nèi)完成種植。

對照：不用藥處理，其他處理方法相同，將芽進(jìn)行扎孔和包脫脂棉，藥劑用蒸餾水替代。

2 各代材料的種植、性狀測定及篩選

2.1 一代材料（VM1）的種植及突變株的初代選育

2.1.1 VM1的種植管理

將試驗材料與對照分幾個重復(fù)排列種植，大田種植密度采用行距65cm、株距20cm。各邊行種植保護(hù)行，保護(hù)行不進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，以減小邊角效應(yīng)對實驗結(jié)果的影響。其它按常規(guī)方法進(jìn)行管理。

2.1.2 VM1的收獲調(diào)查

兩周后開始調(diào)查出苗率、出苗期，收獲期調(diào)查記錄各種變異株及對照的株高、分支數(shù)、單株根莖鮮重、最大葉長和葉寬，計算各項測量指標(biāo)的抑制率，計算公式見式（1）。尤其最大葉長和葉寬、分支數(shù)及株高的抑制率，此代抑制率大于正負(fù)20%的作為特異性狀的選擇標(biāo)準(zhǔn)。其余處理及對照的調(diào)查取樣，按“Z”字形5點取樣法進(jìn)行取樣，每點取3m雙行內(nèi)的植株進(jìn)行調(diào)查。另外，從出苗期到收獲期，分時段進(jìn)行特異表型性狀的觀察，選擇特異表現(xiàn)類型，在收獲期進(jìn)行單株收獲、調(diào)查、測量及標(biāo)記；選擇變異單株后的處理與對照全部單獨收獲、標(biāo)注，連同單收變異芽系一并保存供次年種植。

2.1.3 VM1收獲期突變株的類型及選擇

按照2.1.2方法進(jìn)行性狀數(shù)據(jù)的測定及統(tǒng)計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)變異類型共七種，即簇縮型、葉下垂型、直立型、主莖畸形、寬葉型、高大型、旺苗型，而通過逐代種植獲得穩(wěn)定、優(yōu)異芽系的變異類型主要有四類，即高大型、葉寬型、葉下垂型、旺苗型，其表現(xiàn)及選擇標(biāo)準(zhǔn)見下表1。

表1 VM1植株的田間表型突變類型及表現(xiàn)

數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，處理種植的VM1出苗率、出苗期、株高、分支數(shù)等都受到不同程度的抑制，所以此代選擇的變異株系優(yōu)異性狀還沒有充分顯現(xiàn)，所以初選后的處理材料要全部保留到VM2收獲期進(jìn)一步篩選；同時初代選擇后的處理材料還需全部保存，第二年種植再選擇。

2.2 二代材料（VM2）的種植、突變株選擇及其性狀表現(xiàn)

將VM1單獨收存的優(yōu)異芽系、選擇后的處理材料及對照分別單獨種植，芽系和處理行旁邊均設(shè)置對照種植行，分設(shè)2次重復(fù)，處理與對照管理方法同VM1種植管理方法。

在VM2收獲期，對處理進(jìn)行第二次優(yōu)異突變類型選擇，調(diào)查分析其苗高、分支數(shù)、葉寬等的生物、農(nóng)藝性狀，并將新選變異芽系分別編號、單收單藏，次年按照標(biāo)準(zhǔn)方法種植。

在VM2收獲期，對初代選擇的變異系進(jìn)行性狀調(diào)查，數(shù)據(jù)分析表明，初代選擇的優(yōu)異變異系有些類型不穩(wěn)定，或者有些變異部分性狀優(yōu)異而其他性狀表現(xiàn)不理想，因此需要在該代重新篩選和淘汰，然后將穩(wěn)定的芽系單獨收留作下一代種植。

2.3 三代材料（VM3）的種植及突變株最終選擇

將VM2單獨收存的各變異類型隨機(jī)分布種植，設(shè)2個重復(fù)，與對照用同樣的方法進(jìn)行管理（同VM1種植管理方法）。

在VM3收獲期，調(diào)查各表現(xiàn)類型的特異性狀表現(xiàn)，以觀察其各表現(xiàn)型的穩(wěn)定性，測定優(yōu)異株系的各性狀數(shù)值進(jìn)行分析。從性狀穩(wěn)定性方面考慮，四類優(yōu)異變異類型中最穩(wěn)定寬葉型穩(wěn)定率達(dá)到100%，所以這類變異在將VM1就可以選擇，早選擇利于變異芽系的單獨種植保存，選擇群體量相對較??；高大型、旺苗型穩(wěn)定性最差，大多3代后恢復(fù)，所以適合VM2初選、VM3終選；葉下垂型、葉直立型隨著種植代數(shù)的增加，部分性狀會丟失，也需要VM3終選。

分析得出，VM1、VM2許多變異類型的特異表現(xiàn)是誘變傷害、抑制等后續(xù)作用引起的表型表現(xiàn)而非真正變異，從提升根莖產(chǎn)量方面看表現(xiàn)最穩(wěn)定的優(yōu)異變異只有寬葉型和部分高大型。通過VM3的最終選擇，才可獲得性狀穩(wěn)定的優(yōu)異芽系，然后就能逐代進(jìn)行大量繁殖及其他性狀的篩選鑒定，從而獲得穩(wěn)定的芽系；特別需要注意的是VM3為篩選最終代，對變異系性狀需要進(jìn)行全面系統(tǒng)評價，防止單一的篩選標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致優(yōu)益遺傳變異系丟失。

3 誘變方法建立的理論依據(jù)

誘變處理合適的材料為小姜（密苗型生姜），報道研究表明，密苗型生姜多為二倍體，而大姜（稀苗型生姜）多為混倍體；而且用小姜經(jīng)秋水仙堿誘導(dǎo)獲得的寬葉系列變異芽系除了具有寬葉特性外，分支數(shù)、葉色、地上莖粗及根莖產(chǎn)量等性狀都完全具有稀苗型大姜的特點。因此，用小姜進(jìn)行多倍體誘導(dǎo)獲得多倍體和混倍體大姜理論和試驗完全吻合可行。

而多數(shù)突變?nèi)绺弋a(chǎn)、多苗等性狀表現(xiàn)均不穩(wěn)定，這說明許多突變株的特性是暫時性的效應(yīng)表現(xiàn)，通過幾代種植，突變型就會慢慢恢復(fù)到正常的狀態(tài)；因此VM1、VM2完成初選，而通過VM3最終獲得的變異才是穩(wěn)定變異芽系。

[1]李慶芝,李玲,尚春華,等.秋水仙堿處理萊蕪小姜誘變效應(yīng)研究[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2016,(1):50-54.

[2]劉振偉,史秀娟,李立國,等.60Co-γ射線輻照生姜誘變效應(yīng)研究[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,(6):23-26.

[3]史秀娟,劉振偉,李慶芝,等.兩種誘變劑對不同生姜品種當(dāng)代生長的影響[J].北方園藝,2010,(3):12-14.

[4]曾楊,高山林,王蔚,等.脫病毒生姜同源四倍體的誘導(dǎo)和鑒定[J].藥物生物技術(shù),2006,13(5):338-342.

Establishment of Polyploid Mutagenesis Technique for Ginger

SHANG Chun-hua1,LI Qing-zhi1,WANG Jiao-yi1,LIU Jian-zeng2
(1.Laiwu Academy of Agricultural Sciences,Laiwu 271100,China;2.Shandong Wanxing Fruit and Vegetable Co.,Ltd.,Laiwu 271100,China)

Ginger is an asexual crop and can not be bred by means of sexual hybridization.Therefore,its breeding methods are greatly limited.This paper summarized the methods for obtaining polyploid ginger by colchicine treatment,using"Laiwu small ginger"as material,including optimum material,concentration,method,selection age and excellent phenotype.And it set up a whole set of method system,in which used colchicine to treat ginger rhizome bud seedlings,in order to select fine variation line.

Polyploid mutagenesis;colchicine;"Laiwu small ginger";variation type

S632.5

A

1008-1038(2017)09-0073-03

10.19590/j.cnki.1008-1038.2017.09.023

2017-06-22

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（蔬菜）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系科研經(jīng)費資助（SDAIT-02-022-03）；山東省農(nóng)業(yè)良種工程2014項目（高產(chǎn)萊蕪小姜新品種培育）

尚春華（1978—），男，助理農(nóng)藝師，主要從事作物栽培技術(shù)及育種等研發(fā)工作