秋水仙素处理对黄瓜生长发育及诱变效应研究

鄢郁霖，王小蓉，唐海东，蓝丽，李焕秀，贺忠群，汤浩茹

（四川农业大学林学园艺学院，四川雅安，625014）

倍性育种常常是育种学家进行植物种质改良的重要途径。同源四倍体的植株多在产量、品质或抗性等方面优于其二倍体。多倍体也是遗传学和育种学研究中重要的中间材料，如用来作亲本，可提高远缘物种间的可杂交性，另外，同源多倍体与原二倍体杂交，获得各种非整倍体后可进行该物种部分性状基因定位和连锁遗传分析等研究[1]。

秋水仙素是从百合科秋水仙 （Colchicum autumnateL.）的营养器官和种子里提炼出来的一种倍性诱变剂，其作用机制在于阻止处于有丝分裂中期的细胞形成纺锤丝，使染色体不能分向两极，导致有丝分裂细胞停留在中期，从而产生染色体加倍的核，这个核也不能形成隔膜，当秋水仙素的作用被解除后，受影响的细胞就产生了加倍效应，而后经选择培育便可获得多倍体植株[2]。用秋水仙素合成同源多倍体，在叶菜类[3～4]、茄果类[5～6]、根菜类[7]和瓜类[8～11]等蔬菜中都有成功报道。迄今国内对黄瓜倍性诱变的研究中，只有对同源四倍体的合成条件作初步说明或鉴定[9～11]。本文拟通过用不同浓度秋水仙素处理露地黄瓜干种子和萌动种子，探索秋水仙素对黄瓜生长及发育的诱变效应。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2006年3月中旬到5月下旬在四川农业大学园艺场进行。材料为露地黄瓜品种CU901，购自甘肃兰州丰田种苗有限公司，为二倍体。

表1 秋水仙素诱导黄瓜的效应

1.2 试验方法

①材料处理 取CU901种子，用纱布包好，放在清洁的水中浸泡3~4 h。把种子去水甩干，置于27~30℃条件下进行催芽，在催芽过程中常翻动种子，待种子露出0.5~1.0 cm长胚根时停止催芽[12～13]。

在预备试验的基础上，以4 h为处理时间，用0.005%，0.2%，0.4%，0.8%四种浓度梯度的秋水仙素溶液浸泡黄瓜干种子和已露出0.5~1.0 cm胚根长的萌动种子各55粒，同时以蒸馏水处理为对照。4 h后，用自来水冲洗种子，直到冲洗干净为止。然后将处理后的种子播入营养钵，并放入培养箱进行恒温培养，温度保持在22~26℃。当幼苗长至2叶1心时，移入试验地定植。

②秋水仙素诱变效应的田间观测 待幼苗长出后，分别统计对照和每个处理的成活株数，计算对照和每个处理的萌芽率 （萌芽株数/处理株数）；待植株长成后，分别观察统计每个处理的变异株数，计算对照和每个处理的变异率（植株形态发生变异的株数/处理株数）。

植株长成后，观察记录不同处理中每株的第一雌花节位，并测定茎粗、叶长、叶宽、叶柄长、叶柄粗、第1~5节每节的节间长等指标；每株分别取3朵当天开放的雄花，测定花萼长、花瓣长和宽；每株分别取3朵当天开放的雌花，测定花萼长、花瓣长和宽、子房长和直径；每株取3条商品瓜测量其果梗长、瓜长、直径、果形指数等指标。试验数据采用DPS软件进行显著性检验。

③植株的细胞学鉴定 在形态学初步筛选的基础上，取1.5~3 mm长的卷须进行压片制作[14～15]，再进行染色体计数，分别统计每个处理染色体数目加倍的植株的数目，计算加倍率，加倍率（%）=加倍株数/处理株数×100%。

④花粉形态观察及其可染力测定 参考熊庆娥[16]的方法，于晴天上午8：00左右，取当天开放的雄花进行可染性的观察和统计。取少许黄瓜花粉放在干洁的载玻片上，加1~2滴I2-KI溶液，盖上盖玻片，在显微镜下观察，凡是被染成蓝色的为含有淀粉的活力较强的花粉粒，呈黄褐色的为发育不良的花粉粒。观察2~3张片子，每片取5个视野，统计花粉的可染率，可染率（%）＝呈蓝色的花粉粒数/该视野总花粉粒数×100%。

2 结果与分析

2.1 秋水仙素处理诱变黄瓜的效果

本试验从550株CU901黄瓜植株中筛选到5株（占 1%）同源四倍体（2n=4x=28）植株，秋水仙素浸萌动种子比浸干种子诱导同源四倍体的效果更好，2种处理方式的植株萌芽率大体上是随着处理浓度的升高而降低，变异率均随处理浓度的升高而升高，其中浸萌动种子的变异率更高。2种处理均只有浓度为0.8%的处理出现倍性变异（2x→4x），并且0.8%浓度的秋水仙素浸萌动种子加倍效果显著高于浸干种子，其加倍率为7.27%。

从生长势的差异来看，经秋水仙素处理后的干种子和萌动的种子出苗明显减慢且长势不如对照植株，并且，秋水仙素浓度越高，对植株的抑制作用越明显。用0.8%秋水仙素处理的有些植株严重畸形，甚至死亡。所有植株开花均延后，部分植株甚至不见其开花。由此可见，虽然较高的秋水仙素浓度能诱导较高的变异，加倍效果最好，但由于其毒害过重而导致植株成活率明显下降。

表2 对照与最适的秋水仙素浓度处理后的黄瓜茎、叶及果实形态特征比较

表3 对照与最适的秋水仙素浓度处理后的黄瓜雄花和雌花形态特征比较

2.2 不同浓度秋水仙素处理黄瓜后形态特征变化

不同浓度秋水仙素处理黄瓜后在形态上与对照有很大差异。与对照相比，秋水仙素处理的植株侧枝数减少、节间变短、茎变细、叶面积变小、叶柄长度变短、叶柄变细；雄花花瓣变长、第一雌花节位降低、雌花花瓣变长变宽、子房变短、子房直径变小、结果数减少、果形指数减小（表2和表3）。而二倍体植株和四倍体植株相比较，在叶片、雌花和果实上又有明显的不同：四倍体植株叶面积明显变大、叶色变浓、叶片变厚、叶缘呈明显皱褶；四倍体雌花花瓣明显增大、萼片变长、子房直径明显增大；幼果果刺、果棱、果梗、瓜柄均更显突出，果实的果形指数明显减小（图 1-A，B，C，D）。

2.3 同源四倍体与二倍体黄瓜染色体及花粉活力的比较

对黄瓜卷须进行压片，观察染色体数，分别统计每个处理染色体数目加倍的植株的数目，可清晰看到黄瓜二倍体植株有14条染色体，而同源四倍体植株有28条染色体（图1-G和 H），当切片中大部分细胞都有28条染色体时，则可认为是同源四倍体植株。对CU901黄瓜二倍体和同源四倍体的花粉进行比较鉴定，在显微镜下观察到，二倍体的花粉粒大小一致，滴上I2-KI溶液后，绝大部分被染成蓝色，可染率高，达95%；而四倍体黄瓜花粉粒大小不一致，多畸形，滴上I2-KI溶液后，很多都是呈黄色的发育不良的花粉粒，可染率为51%，显著低于二倍体（图1-E和 F）。

图1 CU901二倍体与同源四倍体的部分形态学特征和体细胞染色体比较A：二倍体植株；B：同源四倍体植株；C：二倍体与四倍体的雌花比较（左为二倍体，右为四倍体）；D：二倍体与四倍体的果形比较（上为二倍体，下为四倍体）；E、F：二倍体和四倍体植株的花粉；G、H：二倍体和四倍体植株染色体 （2n=4x=28）

3 小结与讨论

本试验用秋水仙素处理CU901黄瓜萌动种子共获得5株同源四倍体，其中，0.8%秋水仙素浸泡萌动种子4 h，加倍率可达7.27%，效果最好。研究结果表明，不同秋水仙素浓度处理相同时间，浓度越高，对黄瓜生长的抑制作用也越强，且畸变率增强，成活率下降，因此必须选择适宜浓度对黄瓜进行处理。

本试验在春季大棚里进行，温度保持在20℃以上，可能较有利于诱变的四倍体细胞保持良好的分裂生长，而由于种子萌动阶段的细胞处于代谢及合成的旺盛时期，这一时期体细胞易于发生突变，因此用秋水仙素浸泡黄瓜萌动种子取得了较好的诱导加倍效果。

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