陆地棉空间诱变SP1～SP3主要性状变异分析

邓惠清 唐灿明 刘正銮

摘要：为了解陆地棉空间诱变第1代至第3代（SP1～SP3）的性状变异情况，2007—2009年对搭载“实践八号”卫星的2份陆地棉材料进行连续多代性状考察，将诱变后代群体主要性状的平均值、变异系数与对照群体进行比较。结果表明，诱变后代SP1～SP3衣分、铃质量性状的变异有逐代下降的趋势，而纤维品质性状的变异在SP3达到最大。SP3是突变体集中产生的主要时期，2个SP3群体中均出现了较多优质棉突变个体，其品质指标较原始品种有了显著提升，表明空间诱变可能对改良棉纤维品质有较大正向作用。

关键词：空间诱变;陆地棉;变异;“实践八号”卫星;衣分;铃质量;长度;比强度;马克隆值

利用返回式卫星和高空气球所能达到的空间环境对作物种子的诱变作用产生有益的变异，在地面选育新种质、新材料，培育新品种的育种途径和方法，称为空间诱变育种或航天育种[1]。我国是世界上少数几个成功开展航天育种的国家之一，自1987年以来，利用返回式卫星、飞船、高空科学试验气球等运载工具开展了一系列相关试验，培育出了粮棉油、蔬菜、瓜果等作物的一大批新种质资源和新品种[2]。棉花开展航天诱变育种起步相对较晚。喻树迅等通过考察4个品种的SP1代发现，航天诱变有利于缩短中熟棉生育期，但不同品种之间有明显差异，特殊变异单株果枝始节上升，结铃性增强[3]。师维军等发现，航天诱变对改善棉花品种的早熟性、衣分及纤维强度作用最大，不同品种不同性状对航天诱变的反应程度及方向不同，航天诱变效应可持续到2代以后[4]。宋美珍等在对春棉和夏棉品种的航天诱变效应研究中发现，航天诱变处理能引起棉株生育性状发生变化，诱变对纤维比强度、伸长率、马克隆值作用较大，对长度、整齐度作用相对较小，產量性状变异程度有逐代下降的趋势[5]。李建彬等通过连续2年对诱变材料进行观察，发现航天诱变对株高、叶绿素含量有明显正向作用，对铃质量、衣分具有负作用，诱变后代的纤维长度、马克隆值的变异朝着高支纱方向变化，而比强度则呈下降趋势[6]。彭振等通过对航天诱变处理后的10个棉花品种进行DNA分子标记检测表明，航天诱变处理能够诱导棉花产生变异，并且通过选择可以获得新种质[7]。江苏省太仓市棉花育种中心的2个常规陆地棉品种（系）参加了“实践八号”空间搭载试验，本研究对诱变后代群体第1代至第3代（SP1～SP3）的变异特点作初步分析，为以后相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

苏棉16号和太8033等2个陆地棉品种（系），均由江苏省太仓市棉花育种中心选育提供。供试种子分成2份，1份用于空间诱变处理，另1份用作地面对照（CK）。试验种子于2006年9月9日搭载“实践八号”卫星上天，在太空运行15 d后落地回收。

1.2 试验方法

2007年在江苏省太仓市棉花育种中心试验基地以 3 ∶ 1 比例间比排列种植SP1和对照。棉铃成熟吐絮后以单株为单位收取种子，对照材料按同样的方法进行。2008年选取2007年单株材料种植成株行（SP2），每6行设置1行对照。9—10月在每个株行中选择若干单株，以单株为单位收取棉样，分别测定衣分与铃质量，同时将皮棉试样送农业农村部棉花品质监督检验测试中心完成品质检测（HVICC标准）。2009年从2008年每个株行中分别选择若干单株材料种植成株行（SP3），具体试验方法与2008年相同。

试验栽培采用营养钵育苗移栽方式，于每年4月上旬播种，5月中旬移栽，按常规大田丰产栽培技术管理，种植密度为3万株/hm2。

1.3 数据处理

采用Excel 2003 和DPS 14.50[8]软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 衣分与铃质量

对分别占SP1群体73.0%和67.8%的595个苏棉16单株材料和433个太8033单株材料进行考察，结果发现，SP1个体衣分、铃质量性状的变异幅度明显增大，总体变异系数均高于对照材料（表1）。通过平均数显著性检测发现，太8033诱变群体的衣分平均值比对照低8.70%，达极显著水平，铃质量平均值比对照低3.56%，但不显著;苏棉16衣分平均值比对照低1.30%，达显著水平，铃质量平均值同对照相比无显著差异。这表明空间诱变的第1代与原始材料相比就出现了变化，总体趋势是衣分降低、铃质量变小，其中衣分变异显著。

SP2个体的衣分、铃质量性状的变幅较SP1变小，但总体变异系数仍高于对照材料（表1）。平均数显著性检测表明，2个材料SP2诱变群体的衣分、铃质量平均值与对照相比均无显著差异。从总体上看，SP2群体的变异较SP1有所降低。

SP3除太8033铃质量变幅较SP2变小，其他的都较SP2增大;而变异系数除了苏棉16的铃质量，其他的均低于SP2。这表明SP3群体这些性状的变异在总体上较SP2有所降低，但出现了有较大变异程度的突变个体。平均数显著性检测结果表明，太8033衣分平均值比对照低1.30%，达显著水平，铃质量平均值比对照增5.10%，达极显著水平;苏棉16的衣分平均值比对照低3.32%，达极显著水平，而铃质量平均值同对照相比无显著差异。

综合来看，诱变后代SP1～SP3衣分、铃质量性状的变异在总体上有逐代下降的趋势，但SP3突变个体的变幅要超过SP2个体。诱变后代SP1～SP3衣分的变异系数相对要低于铃质量，但除了SP2，其余2代的平均值均较其原始品种显著降低。

2.2 纤维品质

随机选取分别占SP1群体37.1%和26.3%的302个苏棉16和168个太8033单株皮棉试样进行纤维品质测定，结果发现，SP1材料除了苏棉16的纤维长度平均值比对照显著低1.54%，其他的总体平均值均比对照大但不显著（表2）。2个SP1群体纤维品质变异系数均表现为长度<比强度<马克隆值，其中太8033相对略高。与对照材料相比，太8033纤维比强度、马克隆值的变异系数增大，而苏棉16总体变化不明显。这表明空间诱变处理对SP1不同品种纤维品质性状的影响有差异。

SP2纤维长度、比强度、马克隆值的变异系数均高于对照。SP2纤维长度变异系数高于SP1，比强度和马克隆值的变异系数低于SP1。平均数显著性检测结果显示，SP2太8033纤维长度平均值比对照增3.41%，达极显著水平;苏棉16马克隆值平均值比对照降低4.47%，达极显著水平;其他与对照相比差异均不显著。从总体上看，SP2纤维品质的变异程度与SP1基本一致，但不同品种之间表现有差异。

SP3除太8033纤维长度的变异系数低于SP2，其余均高于SP2。SP3纤维比强度的变异幅度较SP2明显大。SP3苏棉16比强度在35 cN/tex以上的单株试样占检测单株总数的48.4%，38 cN/tex以上的占總数11.6%;太8033中比强度在35 cN/tex以上的占检测总数的39.7%，38 cN/tex以上的占总数的7.7%。其中，太8033中有2份单株试样达到了4A（长绒棉）标准[主要指标：长度33.0～36.9 mm，比强度≥36 cN/tex，马克隆值3.5～4.2][9]。通过平均数显著性检测发现，SP3群体的纤维长度、比强度、马克隆值与对照相比均出现极显著差异，其中太8033纤维长度平均值比对照高5.07%，比强度比对照高10.80%，马克隆值比对照低7.56%;苏棉16纤维长度平均值比对照高5.26%，比强度比对照高8.71%，马克隆值比对照低5.66%。

综合来看，诱变后代SP1～SP3纤维品质变异系数均表现为长度<比强度<马克隆值，SP1与SP2变异系数基本一致，而SP3有增大趋势。SP3纤维品质较原始品种有了显著提升，主要表现为长度变长、 比强度变大、马克隆值变小，尤其是有较大一部分个体的纤维比强度出现了增大变异，出现了较多具有3A、4A（长绒棉）[9]品质变异的个体。SP3的2个群体表现基本一致，表明空间诱变可能对改良棉纤维品质有较大的正向作用，在诱变后代中较易筛选出符合高品质棉标准的突变个体。

3 讨论与结论

3.1 空间诱变处理能诱发棉花的产量和品质性状产生变异

通过诱变育种创造突变体，特别是创造主要农艺性状表现优良的变异是棉花育种的一项重要研究内容。目前，应用在棉花育种上的主要物理诱变方法有钴源、离子束等[10-12]。卫星搭载空间环境诱变是一个有效创造变异的方法，2006年组织实施的“实践八号”卫星搭载试验已取得重要进展，在多个作物上成功开展了相关研究[13-17]。棉花的铃质量、衣分、纤维长度、比强度等性状遗传率较高[18]，对这些性状进行考察，有利于探明棉花空间诱变后代变异规律。

本研究表明，棉花种子经“实践八号”卫星搭载后，诱变后代的产量和纤维品质性状均发生了变化，出现了多种类型的突变体。SP3是群体变异较大、突变体出现较多的时期。SP3纤维品质变异不仅程度大，而且范围广，同时，筛选出的优质突变体一般具有较好的产量性状，这对于克服优质棉育种长期面临的纤维优质与高产的负相关困难有着重要意义[19-22]。SP3纤维品质变异2个群体表现基本一致，表明空间诱变可能对改良棉纤维品质有较大的正向作用，但由于此次试验品种较少，空间诱变的这种改良作用是否具有普遍性还须作进一步验证。

3.2 棉花空间诱变后代选育方法探讨

空间诱变育种是筛选并固定优良变异的过程。后代群体的性状变异规律是确定具体选育方法的主要依据。本研究中2份试验材料在不同性状上的变异程度有所差异，但总体上SP3是变异集中产生的主要时期。因此，SP1除个别特殊变异材料外可采取混收。SP2可采用系谱法选择优良变异单株，但选择面宜宽，选择强度不宜过大，中选概率一般应高于8%～10%。SP3要加强对优异单株材料的选择，重点考察性状出现变异的优良株行。SP1、SP2应侧重于对衣分、铃质量等性状的筛选，SP3着重对纤维品质进行选择，同时要兼顾衣分、铃质量等产量性状的表现。采用系谱法对诱变后代进行选择，能够在控制和减少工作量的基础上，快速选出综合性状优良的新材料，同时也有可能会丢失部分农艺性状不够理想但具有研究价值和特异性状的突变体。因此，在筛选后代优异个体时应不忽视对特殊变异材料的选择，要尽量扩大选育群体，尤其是早代的混收群体。

本研究中对早代选出的优良突变体进行了3～5代系选，获得了性状纯合、产量与品质表现突出的新品系。洪梅等研究认为，空间诱变育种可以较大程度提高育种效率[23]，这与本研究结果一致。空间诱变处理能产生常规条件下难以获得的优良变异类型，是培育棉花新种质和新品种的一个高效途径。

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