航天誘變番茄無限生長習(xí)性突變體的選育及其誘變機(jī)理研究.pdf

1、航天誘變育種是利用空間環(huán)境的綜合物理因素和條件對生物遺傳性狀產(chǎn)生的強(qiáng)烈動(dòng)搖和誘變，獲得地面常規(guī)方法較難得到的特異種質(zhì)資源，進(jìn)而選育出新品種。航天誘變所產(chǎn)生的突變具有廣譜性、特異性、高頻性、快速性等優(yōu)點(diǎn)，已在作物新種質(zhì)的創(chuàng)造和新品種選育方面取得了顯著的成果。本研究將有限生長習(xí)性的番茄品種10-3-2(多代自交系)的種子搭載“神舟4號”，返回地面后發(fā)現(xiàn)1株無限生長習(xí)性突變體，經(jīng)過連續(xù)3代的篩選，得到了性狀穩(wěn)定的具有無限生長習(xí)性的突變體MS1

2、。此外，以突變體MS1為研究材料，未搭載的原品種為對照(CK)，從形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生理生化和分子標(biāo)記等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，以探討航天誘變機(jī)理，以及番茄生長習(xí)性的生理生化基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下： 1、通過航天誘變獲得了具有無限生長習(xí)性的番茄突變體在航天誘變番茄SP1代發(fā)現(xiàn)了1株無限生長習(xí)性突變體SP1-I。當(dāng)對照封頂時(shí)(株高為103 cm)，SP1-1的株高為145 cm。SP1-1自交后SP2均為無限生長習(xí)性，但

3、SP3以后出現(xiàn)株高和生長習(xí)性的性狀分離。經(jīng)連續(xù)3代的自交株選，結(jié)合株行生長習(xí)性、植株高度、農(nóng)藝性狀等一致性考察利鑒定，最后獲得了群體穩(wěn)定一致的并具有無限生長習(xí)性番茄突變體—MS1。 2、航天誘變番茄突變體的形態(tài)學(xué)特性及經(jīng)濟(jì)性狀觀察MS1為無限生長習(xí)性突變體，不自然封項(xiàng)。MS1植株表現(xiàn)為植株高大，豐產(chǎn)性好。當(dāng)CK封項(xiàng)時(shí)，MS1群體平均株高138cm，比CK增加33.40％，二者差異達(dá)極顯著水平。MS1第一果節(jié)始生節(jié)位為8.1節(jié)，比

4、CK多1.5節(jié)，二者差異達(dá)到極顯著水平；MS1主莖粗1.22 cm，CK為0.88 cm，二者差異達(dá)到極顯著水平。MS1的早期產(chǎn)量為43728.0 kg·hm-2，總產(chǎn)為71253.8 kg·hm-2，分別比CK高7716.7 kg·hm-2和18451.6kg·hm-2，增產(chǎn)達(dá)極顯著水平。然而，MS1的其它性狀如育性、果型、果重、果色等與對照基本相同。 3、航天誘變番茄突變體的細(xì)胞學(xué)特征研究對無限生長習(xí)性突變株SP1-1進(jìn)行離

5、體培養(yǎng)保存，并對其再生根進(jìn)行細(xì)胞學(xué)觀察，SP1-1染色體數(shù)為2n=24，未發(fā)現(xiàn)染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的變異；對MS1的根尖細(xì)胞進(jìn)行了大量壓片觀察，結(jié)果表明，MS1有絲分裂中期的染色體數(shù)目與形態(tài)正常。對SP1-1和MS1花粉母細(xì)胞進(jìn)行了壓片觀察，結(jié)果表明，兩者的減數(shù)分裂正常，沒有出現(xiàn)染色體斷片、染色體橋等異常染色體。突變株和MS1成熟的花粉粒大小均勻一致，未見畸形花粉粒。即航天誘變所獲得的無限生長習(xí)性突變株SP1-1和經(jīng)選育而成的突變體MS1均

6、無染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變異。 4、航天誘變番茄突變體的同工酶分析同工酶電泳分析結(jié)果表明，MS1的SOD同工酶的酶譜與 CK沒有差異，三條帶各自的表達(dá)量也沒有顯著的差異。MS1和CK的POD同工酶帶數(shù)均為6條，且各條帶的相對位置都一樣，但酶帶染色的深淺不同，在6條酶帶中Rf為0.512的酶帶染色最深，表達(dá)量最大，而且MS1與CK之間的表達(dá)量出現(xiàn)明顯的差異；與CK相比，突變體MS1的該條酶帶染色較淺，表達(dá)量較小。同工酶活性測定

7、結(jié)果表明，突變體MS1葉片的SOD同工酶活性為24.83 u·g-1，CK為24.52 u·g-1，無明顯差異；而突變體MS1葉片POD同工酶活性為7.41 u·g-1·min-1，CK為9.76 u·g-1·min-1，二者差異達(dá)極顯著水平。 5、航天誘變番茄突變體的光合特性研究光合測定結(jié)果表明，MS1與CK在凈光合速率(Pn)上的日變化趨勢相似，均呈現(xiàn)出雙峰曲線形的日變化特征，但是在凈光合速率(Pn)的量值上，MS1高于CK

8、，這一現(xiàn)象在日凈光合速率的高峰時(shí)期，其差異表現(xiàn)得最為明顯；突變體MS1和CK在氣孔導(dǎo)度(Gs)上的日變化規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)出午間高、早晨和傍晚偏低的日變化趨勢。MS1的Gs日平均值分別為0.254 mol·m-2·s-1，CK的Gs日平均值為0.215 mol·m-2·s-1，MS1的Gs值顯著高于CK；MS1和CK的胞間CO2濃度(Ci)均呈現(xiàn)出“U型”曲線的日變化趨勢，MS1與CK間的Ci差別卻不明顯。葉綠素含量測定結(jié)果表明，MS

9、1的葉綠素總量高于CK，二者之間葉綠素b的含量差別不大，但MS1葉綠素a的含量明顯高于CK，MS1的葉綠素a/b也明顯高于CK。 6、航天誘變番茄突變體的分子標(biāo)記與指紋圖譜研究用50個(gè)隨機(jī)引物進(jìn)行擴(kuò)增，有2個(gè)隨機(jī)引物(S165和S168)擴(kuò)增出了穩(wěn)定的重復(fù)性好的多態(tài)性產(chǎn)物，它們的分子量分別為300bp利1500bp，分別命名為TRS165300和TRS1681500。這兩個(gè)RAPD標(biāo)記均為CK有帶而MS1無帶類型，其中TRS16

10、81500轉(zhuǎn)為了更穩(wěn)定的SCAR分子標(biāo)記，可以用于分子標(biāo)記輔助育種。特異條帶序列在GeneBank中進(jìn)行搜索比較，兩個(gè)片段均為未知序列，與已知有關(guān)植物生長發(fā)育基因并無同源性。 7、航天誘變番茄突變體的離體再生能力研究對航天誘變番茄無限生長習(xí)性突變株用組織培養(yǎng)方式進(jìn)行保存。在組培過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)基中只有2.0 mg·L-16-BA時(shí)，突變株16 d開始出現(xiàn)愈傷組織，愈傷組織誘導(dǎo)率高達(dá)90％；CK 23 d才開始出現(xiàn)愈傷組織，愈傷

11、組織誘導(dǎo)率不到50％。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)基中IAA的濃度逐漸升高時(shí)，二者之間誘導(dǎo)愈傷組織所需時(shí)間逐漸接近，出愈率也逐漸接近。在分化培養(yǎng)基上，在含有較低IAA濃度的培養(yǎng)基上突變株的芽分化率和成苗率都明顯高于CK。而在較高IAA濃度的培養(yǎng)基上誘導(dǎo)的愈傷組織，二者之間的差異不明顯。用該突變株選育成的突變體MS1進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果相同。由此可見，航天誘變番茄無限生長習(xí)性突變株離體培養(yǎng)的高出愈率和高再生率可能與植株內(nèi)源激素含量有關(guān)。

12、8、航天誘交番茄突變體的內(nèi)源激素含量測定用間接酶聯(lián)免疫法(ELISA)測定了MS1和CK 的四種常見激素IAA、GA3、ABA和ZR的含量，結(jié)果表明：(1) MS1和CK的內(nèi)源IAA含量在前 期都是逐漸升高的趨勢，但到后期，MS1的IAA含量依然呈現(xiàn)增加的趨勢，而CK的IAA含量基本保持相對恒定的水平。在整個(gè)測定時(shí)期內(nèi)，MS1的IAA含量略高于CK，差異不顯著。(2)番茄生育前期MS1和CK的GA3含量都比較低，差異不明

13、顯，進(jìn)入開花期后，MS1的GA3含量急劇增加，明顯高于CK，差異達(dá)極顯著水平。(3)生育前期MS1和CK的ABA含量差別不大，均在100～200 ng·mL-1范圍內(nèi)。初花期開始，MS1的ABA含量變化幅度不大，比前期略有增加，而CK的ABA含量變化表現(xiàn)為直線上升趨勢。(4)在整個(gè)測定時(shí)期，MS1的內(nèi)源ZR含量均高于CK，差異十分顯著。在所有測定時(shí)期內(nèi)，CK的ZR含量都不到20 ng·mL-1，而MS1的ZR含量在測定期內(nèi)變化較大，苗期