苧麻腋芽秋水仙素誘變初探

張曉洋，霍穎怡，張泉，蔣榕，彭文仙，何思，何也君，邢虎成，2?

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，湖南 長沙 410128；2湖南省草類作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128)

苧麻屬于蕁麻科苧麻屬，是一種多年生、無性繁殖的纖維作物，是我國四大纖維作物之一，其產(chǎn)量約占全世界苧麻產(chǎn)量的90%以上[1]。新中國成立后，各地苧麻育種工作者采用地方良種鑒定、引種、系統(tǒng)選擇、雜交育種、輻射育種等各種育種手段先后培育出了30多個苧麻新品種，其中通過化學(xué)誘變選育出Tri－1和Tri－2兩個品種[2]。由于苧麻品種資源高度的雜合性引起基因的復(fù)雜遺傳和頻繁的多倍性這兩大嚴(yán)重障礙，使得苧麻雜交育種時間長，效率低；化學(xué)誘變育種在植物育種領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用[3－4]。秋水仙素是植物化學(xué)誘變育種尤其是植物倍性育種廣泛使用的誘變劑之一，可促使染色體加倍，從而有效誘導(dǎo)出雙單倍體、四倍體或多倍體嵌合體等[5－6]。因此，應(yīng)用秋水仙素進(jìn)行化學(xué)誘變可能是苧麻育種的重要途徑之一。前人研究表明[7]，秋水仙素能夠抑制紡錘絲的形成，導(dǎo)致細(xì)胞不能正常形成紡錘絲，進(jìn)而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。國內(nèi)外曾多次利用秋水仙素處理植株種子、子葉、生長點(diǎn)等部位來人工誘導(dǎo)、培育多倍體植株，方法簡單，技術(shù)要求低，處理量大，可直接從優(yōu)良植株上獲得多倍體[8－9]。

鄭思鄉(xiāng)等[10]研究了組織培養(yǎng)結(jié)合秋水仙素不同濃度和處理時間對苧麻試管苗的誘導(dǎo)效果，最終經(jīng)不定芽誘導(dǎo)和繼代培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)獲得的變異株染色體數(shù)目出現(xiàn)多樣性，其中包括四倍體、三倍體、二倍體和多種非整倍體細(xì)胞。鄧衍明等[11]用500、1 000和2 000 mg/L秋水仙素溶液處理長度為0(未萌發(fā))、3～5和8～10 mm的茉莉腋芽24～48 h，結(jié)果表明茉莉腋芽適宜的誘導(dǎo)條件為用500 mg/L秋水仙素溶液處理3～5 mm腋芽24 h。本研究以湘飼纖兼用苧1號腋芽為研究對象，用不同濃度的秋水仙素對腋芽進(jìn)行涂抹，分別對誘變腋芽扦插苗的株高、莖粗、纖維細(xì)度和纖維強(qiáng)度進(jìn)行分析，以明確秋水仙素誘變苧麻腋芽的最佳濃度和處理時間，為苧麻的化學(xué)誘變育種提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)瀏陽實(shí)習(xí)基地進(jìn)行。試驗(yàn)材料為湘飼纖兼用苧1號，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計

在4月底，選擇長勢良好的苧麻，摘除頂芽，并用棉花沾取不同濃度(1.2、1.5、1.8、2.1、5.0、10.0 mg/mL)的秋水仙素溶液包裹腋芽，每日早中晚用滴管滴加蒸餾水保濕。每處理30個腋芽，3次重復(fù)；處理時間為24、48、72 h。對照組為苧麻植株去頂芽后，腋芽不進(jìn)行秋水仙素的涂抹。誘變處理后等腋芽長到5～10 cm高時，進(jìn)行扦插、移栽，對移栽后的苧麻進(jìn)行株高、莖粗、纖維品質(zhì)的測量。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法

株高采用直尺法，莖粗采用游標(biāo)卡尺法，纖維強(qiáng)度和纖維支數(shù)參考汪婭梅等[12]的方法。

腋芽致死率＝(死亡腋芽數(shù)/涂抹腋芽數(shù))×100%。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行處理，方差分析采用DPS進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋水仙素處理對湘飼纖兼用苧1號腋芽的影響

經(jīng)秋水仙素不同濃度處理24、48、72 h后，對其成活率(表1)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，隨秋水仙素濃度增加和處理時間延長，苧麻腋芽成活率逐漸下降，且不同的濃度梯度和處理時間腋芽成活率有差異，說明秋水仙素對湘飼纖兼用苧1號腋芽有影響。最大濃度10.0 mg/mL的秋水仙素處理72 h后，其致死率達(dá)到43.33%，接近半致死劑量(致死率)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同一濃度下處理時間越長致死率越高，同一處理時間下，濃度越大，致死率也越高。

表1 不同濃度和時間秋水仙素處理后腋芽的致死率Table 1 Survival rate of axillary buds treated with colchi cine under different concentrations and time

2.2 秋水仙素處理腋芽后對湘飼纖兼用苧1號生長和纖維發(fā)育的影響

用不同濃度的秋水仙素處理湘飼纖兼用苧1號腋芽24、48、72 h后，待腋芽長至5～10 cm時，對其進(jìn)行扦插、移栽。移栽后，待到成熟期測量其株高、莖粗、纖維支數(shù)、纖維強(qiáng)度、分株力和原麻產(chǎn)量。從表2可看出，對照組(用清水處理腋芽72 h)株高、莖粗、纖維支數(shù)、纖維強(qiáng)度分別為32.28 cm、3.66 mm、2 011.49 Nm、21.89 N。而經(jīng)過秋水仙素處理后，以上各項(xiàng)指標(biāo)差異顯著，用1.8 mg/mL的秋水仙素處理48 h，株高為41.72 cm、莖粗為4.05 cm；用10.0 mg/mL的秋水仙素處理72 h，纖維支數(shù)為3 034.18 Nm；用5.0 mg/mL的秋水仙素處理24 h，纖維強(qiáng)度為27.74 N。

表2 秋水仙素處理后苧麻農(nóng)藝性狀分析Table 2 Analysis of agronomic characters after colchicine treatment

續(xù)表2

與對照組相比，隨處理濃度和時間的變化，其株高、莖粗、纖維支數(shù)、纖維強(qiáng)度、分株力和原麻產(chǎn)量均有差異。在絕大部分情況下，隨秋水仙素濃度和處理時間的增加，苧麻的株高、莖粗、纖維支數(shù)、纖維強(qiáng)度、分株力和原麻產(chǎn)量表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，同時也發(fā)現(xiàn)秋水仙素誘變濃度和處理時間不同，但誘變劑量相同時，處理時間越長，抑制效果越明顯。

從秋水仙素處理時間看，在處理48 h后的株高和莖粗提高較大，而處理72 h后的各個濃度處理均顯著低于對照組，有抑制作用；從秋水仙素的濃度來看，隨著濃度的增大，其株高和莖粗的生長都受到抑制。在經(jīng)過24 h處理后，株高在10.0 mg/mL處理時(T6)明顯高于對照組，莖粗在5.0和10.0 mg/mL處理時(T5、T6)明顯高于對照組；在經(jīng)過48 h處理后，株高和莖粗都在1.8 mg/mL處理時(T9)達(dá)到最大值，而株高在10.0 mg/mL(T12)、莖粗在5.0和10.0 mg/mL處理時(T11、T12)均低于對照組；在經(jīng)過72 h處理后，兩者各個濃度處理都明顯低于對照組，這說明在同一濃度下，隨時間的延長，苧麻的株高和莖粗受到不同程度的抑制。

對纖維支數(shù)和纖維強(qiáng)度而言，在絕大部分情況下，在同一處理濃度下，隨秋水仙素處理時間的增加，其纖維支數(shù)和強(qiáng)度都表現(xiàn)出先升后降的趨勢。在同一處理時間下，隨秋水仙素處理濃度的增加，其纖維支數(shù)和強(qiáng)度都呈現(xiàn)出無規(guī)律的上升趨勢或下降趨勢。在處理24 h后，纖維支數(shù)隨著處理濃度的增加而呈下降趨勢，纖維強(qiáng)度隨處理濃度的增加而呈上升趨勢；在處理48 h后，隨著處理濃度的增加，纖維支數(shù)在1.8 mg/mL處理時(T9)達(dá)到最小值，而纖維強(qiáng)度在此濃度也明顯高于對照組，為25.91 N；在處理72 h后，纖維支數(shù)和強(qiáng)度都有顯著性差異，纖維支數(shù)顯著高于對照組，但纖維強(qiáng)度顯著低于對照組，說明這一處理可能對苧麻的纖維支數(shù)起促進(jìn)作用。

在大部分情況下，同一處理時間，隨秋水仙素處理濃度的增加，其分株力和原麻產(chǎn)量都呈現(xiàn)出無規(guī)律的上升或下降。在處理48 h后，隨處理濃度的增加，分株力在1.8 mg/mL處理時(T9)達(dá)到最大值，明顯高于對照組；在處理72 h后，原麻產(chǎn)量在1.5 mg/mL處理時(T14)達(dá)到最大值，為2.45 g。

從總體上看，用1.8 mg/mL的秋水仙素處理48 h，苧麻株高、莖粗和分株力狀況較好；用1.5 mg/mL的秋水仙素處理72 h，苧麻的原麻產(chǎn)量較高；用5.0 mg/mL的秋水仙素處理24 h，苧麻的纖維強(qiáng)度較好；用10.0 mg/mL的秋水仙素處理72 h，苧麻的纖維支數(shù)最優(yōu)。

2.3 秋水仙素處理湘飼纖兼用苧1號腋芽后各指標(biāo)間的相關(guān)分析

相關(guān)性分析結(jié)果表明(表3)，不同濃度和處理時間的秋水仙素對湘飼纖兼用苧1號腋芽處理，進(jìn)行扦插、移栽后，其株高與莖粗、纖維強(qiáng)度和分株力呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.858、0.677和0.633；纖維支數(shù)與株高、莖粗和纖維強(qiáng)度極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 秋水仙素處理腋芽后各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients of axillary buds treated with colchicine

3 討論

利用化學(xué)誘變技術(shù)人工誘發(fā)遺傳變異是豐富作物種質(zhì)資源、選育作物新品種的重要手段之一。秋水仙素可使細(xì)胞停頓在分裂中期并阻礙染色體復(fù)制和染色體向兩極移動，但溶于水且有毒[13]。范國強(qiáng)等[14]認(rèn)為，秋水仙素是一種具有毒性的化學(xué)誘變劑，它誘導(dǎo)植物染色體加倍時還會對植株產(chǎn)生毒害作用，抑制植物生長發(fā)育，嚴(yán)重時導(dǎo)致植物死亡，因此篩選秋水仙素最佳處理濃度和時間非常重要。一般認(rèn)為，隨著外源秋水仙素濃度和處理時間增加，處理植株的存活率、變異率和誘導(dǎo)率呈下降趨勢。

秋水仙素在多倍體誘導(dǎo)育種中應(yīng)用較廣泛，而控制秋水仙素處理濃度和時間是誘發(fā)多倍體的關(guān)鍵，濃度較低或者處理時間較短都不能達(dá)到理想效果，而濃度過高或時間過長會毒害植株，甚至導(dǎo)致死亡[15]。另外，不同物種誘變所采用的最佳秋水仙素濃度和處理時間都存在較大差異[16－17]。本研究中，利用不同濃度的秋水仙素對湘飼纖兼用苧1號腋芽進(jìn)行不同時間處理，扦插、移栽后，對其株高、莖粗、纖維支數(shù)和纖維強(qiáng)度的影響也有顯著性差異。因此，有必要對湘飼纖兼用苧1號腋芽的秋水仙素誘變條件進(jìn)行篩選和優(yōu)化。

秋水仙素濃度在1.2～10.0 mg/mL時，湘飼纖兼用苧1號腋芽致死率未達(dá)到50%，說明此濃度范圍內(nèi)秋水仙素對苧麻腋芽的破壞不大，同時秋水仙素的不同處理時間對各個指標(biāo)的影響較顯著。因此，在后期利用秋水仙素對苧麻進(jìn)行誘變時，要對試驗(yàn)濃度和處理時間進(jìn)行反復(fù)篩選和不斷優(yōu)化，爭取達(dá)到較好的誘導(dǎo)效果。

4 小結(jié)

秋水仙素可直接處理苧麻腋芽，10.0 mg/mL處理腋芽72 h可使苧麻腋芽致死率達(dá)43.33%。秋水仙素處理可使苧麻誘變當(dāng)代(M0)個體出現(xiàn)性狀差異，利于育種選擇。