黄瓜耐盐突变体材料的筛选与鉴定.pdf

南 京 农 业 大 学 学 报 ，(): :/. :./. 收 稿 日 期: 基 金 项 目: 国 家“ 十 三 五” 重 点 研 发 计 划 子 课 题()； 江 苏 省 农 业 科 技 自 主 创 新 项 目()； 江 苏 高 校“ 青 蓝 工 程” 人 才 项 目 作 者 简 介: 潘 俏， 硕 士 研 究 生。 通 信 作 者: 娄 群 峰， 教 授， 从 事 葫 芦 科 作 物 遗 传 育 种 与 种 质 创 新 研 究，-:.。 潘 俏， 张 舒 玥， 沈 迪， 等. 黄 瓜 耐 盐 突 变 体 材 料 的 筛 选 与 鉴 定. 南 京 农 业 大 学 学 报，():. 黄 瓜 耐 盐 突 变 体 材 料 的 筛 选 与 鉴 定 潘 俏， 张 舒 玥， 沈 迪， 吴 家 琪， 陈 春 莲， 陈 洁， 陈 劲 枫， 娄 群 峰 ( 南 京 农 业 大 学 作 物 遗 传 与 种 质 创 新 国 家 重 点 实 验 室/ 园 艺 学 院， 江 苏 南 京) 摘 要: 目 的 本 文 旨 在 从 黄 瓜 突 变 体 材 料 中 筛 选 耐 盐 突 变 体 材 料。 方 法 对 份 长 春 密 刺 黄 瓜 突 变 体 材 料 进 行 溶 液 催 芽 试 验， 通 过 对 比 发 芽 率、 发 芽 势 和 相 对 发 芽 率， 结 合 胚 根 生 长 状 况 进 行 初 步 筛 选， 然 后 对 发 芽 期 筛 选 出 的 优 质 材 料 进 行 幼 苗 期 盐 胁 迫 处 理( 营 养 液， 处 理)， 测 定 株 高、 根 长、 茎 粗、 地 上 部 鲜 质 量、 地 下 部 鲜 质 量、 茎 节 数 等 形 态 指 标， 分 析 超 氧 化 物 歧 化 酶、 过 氧 化 物 酶、 过 氧 化 氢 酶 活 性 以 及 叶 绿 素、 叶 绿 素、 类 胡 萝 卜 素 和 可 溶 性 蛋 白 含 量 等 生 理 指 标。 结 果 根 据 发 芽 期 突 变 体 材 料 的 发 芽 指 标 情 况， 共 筛 选 出 份 耐 盐 突 变 体 材 料， 从 中 挑 选 出 份 优 质 材 料。 在 盐 胁 迫 处 理 下 份 黄 瓜 突 变 体 各 项 形 态 及 生 理 指 标 均 出 现 下 降， 但 耐 盐 性 好 的 材 料 表 现 显 著 优 于 对 照， 最 终 经 过 综 合 比 较 后 筛 选 出 份 耐 盐 新 材 料:-、-、-、-、-、-、-。 结 论 通 过 对 突 变 体 库 的 筛 选， 得 到 份 耐 盐 新 材 料。 这 些 材 料 的 获 得 对 黄 瓜 耐 盐 性 的 遗 传 研 究 和 新 品 种 培 育 具 有 重 要 意 义。 关 键 词: 黄 瓜； 突 变 体； 耐 盐 性； 筛 选 鉴 定 中 图 分 类 号:. 文 献 标 志 码: 文 章 编 号:() ， (/， ，) :. ， ，.， . (，) (， ， ， ， ) . .， . ，. ，-(-，-，-，-，-) .，- . :； 盐 胁 迫 是 影 响 全 球 作 物 产 量 的 重 要 非 生 物 胁 迫 之 一 。 全 世 界 大 约 有 多 个 国 家 受 到 盐 渍 化 的 困 扰， 占 总 陆 地 面 积 的， 尤 其 在 干 旱、 半 干 旱 国 家 影 响 更 为 突 出 。 在 我 国， 盐 渍 土 是 最 主 要 的 低 产 土 壤 类 型 之 一， 早 在 十 几 年 前 盐 渍 化 土 地 面 积 就 占 到 全 国 耕 地 面 积 的. 。 近 些 年 我 国 设 施 园 艺 栽 培 面 积 不 断 扩 大， 占 世 界 总 面 积 以 上， 设 施 蔬 菜 栽 培 面 积 已 超 过 万 。 设 施 栽 培 中 化 肥 的 过 量 使 用 等 因 素 致 使 我 国 盐 碱 化 土 地 面 积 加 速 扩 大。 黄 瓜(.，) 是 全 世 界 广 泛 种 植 的 蔬 菜 作 物， 我 国 的 种 植 面 积 和 产 量 都 位 居 世 界 第 一。 黄 瓜 在 我 国 设 施 蔬 菜 栽 培 中 尤 其 重 要， 其 种 植 面 积 位 于 设 施 蔬 菜 的 前 位。 黄 瓜 对 盐 胁 迫 较 敏 感， 尤 其 在 萌 发 期 和 早 期 生 长 阶 段。 由 于 设 施 栽 培 中 化 肥、 农 药 的 应 用， 黄 瓜 常 常 受 盐 胁 迫 的 影 响， 产 量 与 效 益 明 显 降 低， 但 目 前 黄 瓜 主 栽 品 种 中 缺 乏 强 耐 盐 的 优 良 品 种。 第 期 潘 俏， 等: 黄 瓜 耐 盐 突 变 体 材 料 的 筛 选 与 鉴 定 一 般 认 为 盐 胁 迫 对 种 子 发 芽 有 显 著 的 抑 制 作 用， 这 可 能 是 由 于 高 浓 度 的 对 细 胞 生 理 代 谢 中 酶 活 性 及 渗 透 调 节 作 用、 膜 脂 和 脂 肪 酸 的 组 成 等 产 生 了 不 良 影 响， 导 致 种 子 代 谢 紊 乱， 种 子 活 力 降 低 甚 至 失 去 萌 发 能 力 。 盐 胁 迫 会 对 植 物 的 营 养 生 长 产 生 影 响， 主 要 体 现 在 植 株 外 部 形 态 及 生 长 量 的 差 异 上 ， 因 此， 在 植 物 耐 盐 性 研 究 中， 苗 期 形 态 指 标 如 株 高、 根 长、 茎 粗、 茎 节 数 等 成 为 评 价 其 耐 盐 能 力 的 重 要 指 标 。 另 外， 盐 胁 迫 还 会 导 致 植 物 内 膜 结 构 破 坏， 大 量 活 性 氧 产 生， 代 谢 失 调， 光 合 作 用 下 降 ， 衰 老 凋 亡 加 速 等 。 因 此 关 于 植 物 耐 盐 性 鉴 定 研 究， 除 了 调 查 其 生 长 指 标 外， 还 要 对 植 物 的 光 合 作 用、 渗 透 调 节 物 质、 抗 氧 化 系 统 等 生 理 指 标 进 行 分 析 测 定 。 近 年 来， 随 着 农 业 生 产 的 发 展 和 研 究 的 深 入， 人 们 对 黄 瓜 品 种 的 要 求 也 越 来 越 高。 由 于 一 些 优 良 性 状 无 法 从 现 有 的 种 质 资 源 中 获 得， 或 者 很 难 通 过 传 统 育 种 方 式 改 良 得 到， 人 工 诱 变 便 成 为 一 种 快 速 有 效 的 实 现 方 法。 本 研 究 利 用 已 建 立 的 长 春 密 刺 黄 瓜 突 变 体 库， 通 过 盐 胁 迫 处 理 分 析 黄 瓜 发 芽 率、 发 芽 势 和 相 对 发 芽 率， 评 价 芽 期 耐 盐 程 度 的 差 别， 并 在 此 基 础 上 进 一 步 比 较 分 析 盐 胁 迫 下 黄 瓜 突 变 体 幼 苗 相 关 形 态 指 标 和 生 理 指 标， 最 后 筛 选 出 耐 盐 性 较 好 的 黄 瓜 突 变 体 材 料， 为 今 后 深 入 研 究 黄 瓜 的 耐 盐 机 制 以 及 进 一 步 培 育 耐 盐 黄 瓜 品 种 提 供 研 究 基 础 和 试 验 材 料。 材 料 与 方 法 . 试 验 材 料 试 验 材 料 由 南 京 农 业 大 学 葫 芦 科 作 物 遗 传 与 种 质 创 新 实 验 室 提 供。 前 期 已 获 得 华 北 型 黄 瓜 品 种 长 春 密 刺 诱 变 处 理 后 自 交 三 代 的 突 变 体 库 。 所 用 种 子 为 年 秋 季 收 获， 挑 选 饱 满 种 子 用 于 试 验。 . 方 法 . 发 芽 期 耐 盐 筛 选 对 份 突 变 体 株 系 进 行 编 号， 每 个 株 系 选 取 籽 粒 饱 满、 大 小 一 致 的 种 子 粒 放 在 纸 杯 中， 用 温 水 浸 泡 后 将 水 倒 掉， 加 入 少 量 的 溶 液， 置 于 光 照 培 养 箱 中 催 芽， 以 野 生 型 长 春 密 刺 为 对 照， 重 复 次。 每 天 定 时 观 察、 记 录 种 子 发 芽 数 及 对 应 时 间， 计 算 种 子 发 芽 势、 发 芽 率 和 相 对 发 芽 率， 对 突 变 体 材 料 进 行 初 步 筛 选。 . 苗 期 耐 盐 鉴 定 从 芽 期 筛 选 出 的 耐 盐 突 变 体 材 料 中 选 取 耐 盐 性 明 显 的 个 编 号， 每 个 编 号 选 取 饱 满 一 致 的 种 子 进 行 浸 种 催 芽。 出 芽 后 播 种 于 塑 料 盘( 以 石 英 砂 为 基 质) 中， 每 天 更 换 盘 中 清 水； 待 幼 苗 子 叶 展 开 时， 改 换/ 营 养 液 培 养； 待 幼 苗 展 开 片 真 叶 时， 在 营 养 液 中 加 入 适 量 溶 液。 为 避 免 盐 冲 击 效 应， 按 照 溶 液 浓 度 递 增 的 方 式 更 换 营 养 液， 即 采 用、 和 个 浓 度 依 次 递 进， 每 个 浓 度 处 理。 整 个 过 程 均 在 光 照 培 养 箱 中 进 行， 昼/ 夜 温 度 为/， 光 照/ 黑 暗 时 间 为/。 当 最 终 浓 度 到 达 后 进 行 观 测 调 查。 . 测 定 项 目 及 方 法 . 发 芽 期 测 定 黄 瓜 种 子 的 发 芽 势、 发 芽 率 和 相 对 发 芽 率。 发 芽 势 第 天 发 芽 粒 数/ 供 试 粒 数 ； 发 芽 率 第 天 发 芽 粒 数/ 供 试 粒 数； 相 对 发 芽 率 种 子 发 芽 率 对 照 长 春 密 刺 种 子 发 芽 率 。 . 幼 苗 期 茎 粗: 用 游 标 卡 尺 在 子 叶 着 生 部 位 向 下. 处 测 量 茎 粗()； 株 高: 用 直 尺 测 量 从 基 质 表 面 到 幼 苗 最 高 生 长 点 部 位 的 距 离()； 根 长: 用 直 尺 测 量 从 一 级 侧 根 处 到 根 系 最 长 位 置 的 距 离 ()； 地 上 鲜 质 量: 将 幼 苗 地 上 部 分 剪 下， 用 电 子 天 平 称 质 量()； 地 下 鲜 质 量: 将 幼 苗 地 下 部 分 从 石 英 砂 中 分 离 出 来， 用 吸 水 纸 轻 轻 吸 干 根 系 上 营 养 液， 用 电 子 天 平 称 质 量()； 茎 节 数: 黄 瓜 幼 苗 节 数。 超 氧 化 物 歧 化 酶() 活 性 测 定 采 用 氮 蓝 四 唑 光 化 还 原 法； 过 氧 化 物 酶() 活 性 测 定 采 用 愈 创 木 酚 法； 过 氧 化 氢 酶() 活 性 测 定 采 用 紫 外 分 光 光 度 计 法； 叶 绿 素 含 量 测 定 采 用 乙 醇 溶 液 浸 提 法； 可 溶 性 蛋 白 含 量 测 定 釆 用 考 马 斯 亮 蓝 法。 . 隶 属 函 数 值 计 算 目 前 运 用 较 为 广 泛 的 抗 逆 性 综 合 评 定 方 法 为 数 学 中 隶 属 函 数 法， 对 各 个 耐 盐 性 指 标 隶 属 函 数 值 进 行 累 加， 求 平 均 数 以 评 定 植 物 的 耐 盐 性。 耐 盐 性 隶 属 函 数 值 的 计 算 方 法 如 下: 若 所 测 指 标 与 耐 盐 性 呈 正 相 关， 则 采 用 公 式:( )/( )； 若 所 测 指 标 与 耐 盐 性 呈 负 相 关， 则 采 用 公 式:( )/( )。 式 中: 表 示 某 一 指 标 的 隶 属 函 数 值； 表 示 某 一 指 标 的 测 定 值； 表 示 某 一 指 标 测 定 值 中 的 最 大 值； 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 为 某 一 指 标 测 定 值 中 的 最 小 值。 将 各 品 种 的 若 干 指 标 隶 属 函 数 值 的 算 数 平 均 值 作 为 平 均 隶 属 度。 平 均 隶 属 度 越 大， 就 说 明 耐 盐 性 越 好。 . 数 据 处 理 采 用 和. 软 件 进 行 数 据 处 理。 结 果 与 分 析 . 黄 瓜 突 变 体 发 芽 期 耐 盐 材 料 的 筛 选 用 溶 液 处 理 份 黄 瓜 突 变 体 种 子， 发 现 这 些 材 料 的 种 子 发 芽 能 力 差 异 显 著。 其 中， 大 部 分 材 料 耐 盐 能 力 都 要 弱 于 对 照 长 春 密 刺， 表 现 为 发 芽 率、 发 芽 势 低， 胚 根 不 生 长 等 现 象。 试 验 以 相 对 发 芽 率 作 为 耐 盐 筛 选 指 标， 将 份 突 变 体 材 料 分 为: 耐 盐 型( 相 对 发 芽 率)、 中 间 型( 相 对 发 芽 率 为) 和 盐 敏 感 型( 相 对 发 芽 率)。 其 中， 耐 盐 型 材 料 最 少， 只 有 份， 占 试 验 材 料 总 数 的.； 中 间 型 材 料 共 有 份， 占.； 其 余 份 为 盐 敏 型 材 料， 占 总 数 的.。 根 据 其 种 子 发 芽 时 间 早 晚、 整 齐 度 和 胚 根 长 度 等 指 标， 从 份 耐 盐 型 材 料 中 选 取 份 作 为 进 一 步 幼 苗 期 筛 选 的 材 料( 表)。 表 初 步 筛 选 的 耐 盐 突 变 体 的 发 芽 势、 发 芽 率 和 相 对 发 芽 率 ， 编 号 发 芽 势 发 芽 率 相 对 发 芽 率 编 号 发 芽 势 发 芽 率 相 对 发 芽 率 - - - - - - - - - - - - . 黄 瓜 幼 苗 期 耐 盐 材 料 筛 选 . 形 态 指 标 由 表 可 见: 相 同 性 状 在 不 同 突 变 体 间 表 现 出 明 显 差 异， 同 一 突 变 体 不 同 性 状 也 存 在 显 著 差 异。 在 个 突 变 体 材 料 中， 有 个 突 变 体 株 高 显 著 高 于 对 照 长 春 密 刺； 个 突 变 体 茎 粗 显 著 大 于 对 照； 个 突 变 体 根 长 显 著 大 于 对 照； 个 突 变 体 地 上 部 鲜 质 量 显 著 大 于 对 照； 个 突 变 体 地 下 部 鲜 质 量 显 著 大 于 对 照； 个 突 变 体 茎 节 数 显 著 大 于 对 照。 其 中，- 和- 的 项 指 标 都 显 著 优 于 对 照； - 有 项 指 标 优 于 对 照；- 有 项 指 标 优 于 对 照；- 和- 有 项 指 标 优 于 对 照， 其 他 与 对 照 表 现 差 异 不 明 显。 -、- 和- 属 于 耐 盐 性 较 好 的 材 料。 盐 胁 迫 对 不 同 突 变 体 不 同 性 状 的 影 响 程 度 也 不 相 同， 所 以 需 要 多 个 性 状 进 行 综 合 对 比 分 析。 表 处 理 下 黄 瓜 突 变 体 幼 苗 形 态 指 标 编 号 株 高/ 茎 粗/ 根 长/ 地 上 部 鲜 质 量/ 地 下 部 鲜 质 量/ 茎 节 数 . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . - . . . . . . 注: 对 照 长 春 密 刺。 不 同 字 母 表 示 不 同 处 理 间 差 异 显 著(.)。 下 同。 :. . 抗 氧 化 酶 活 性、 叶 片 色 素 含 量 和 可 溶 性 蛋 白 含 量 由 表 可 见: 有 个 突 变 体 叶 片 活 性 显 著 第 期 潘 俏， 等: 黄 瓜 耐 盐 突 变 体 材 料 的 筛 选 与 鉴 定 高 于 对 照， 个 突 变 体 叶 片 活 性 显 著 高 于 对 照； 其 中，-、- 和- 的 这 种 酶 活 性 显 著 高 于 对 照。 个 突 变 体 叶 片 活 性 与 对 照 相 比 差 异 均 不 显 著。 总 体 来 看， 不 同 突 变 体 对 盐 胁 迫 的 反 应 存 在 差 异， 活 性 差 异 较、 更 大， 可 能 对 抵 御 盐 胁 迫 伤 害 起 到 更 大 作 用。 表 处 理 对 黄 瓜 突 变 体 幼 苗 抗 氧 化 酶 活 性 的 影 响 编 号 活 性/( ) 活 性/( ) 活 性/( ) . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . 由 表 可 见: 黄 瓜 突 变 体 叶 片 中 叶 绿 素、 叶 绿 素 和 类 胡 萝 卜 素 含 量 均 呈 不 同 程 度 的 下 降。 其 中， -、-、- 的 项 指 标 均 显 著 高 于 对 照， 耐 盐 性 最 佳； 除 类 胡 萝 卜 素 含 量 外，- 其 余 种 色 素 含 量 也 显 著 高 于 对 照， 也 属 于 耐 盐 品 种；-、-、- 的 种 色 素 含 量 均 显 著 低 于 对 照， 耐 盐 性 最 差。 表 处 理 对 黄 瓜 突 变 体 幼 苗 色 素 含 量 的 影 响 编 号 叶 绿 素 含 量 叶 绿 素 含 量 类 胡 萝 卜 素 含 量 . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . - . . . 图 处 理 下 黄 瓜 突 变 体 幼 苗 的 可 溶 性 蛋 白 含 量 . 由 图 可 见: 不 同 突 变 体 可 溶 性 蛋 白 含 量 存 在 差 异。 其 中，-、-、- 幼 苗 的 可 溶 性 蛋 白 含 量 显 著 高 于 对 照， 耐 盐 性 更 好；- 的 可 溶 性 蛋 白 含 量 显 著 低 于 对 照， 耐 盐 性 最 差； 其 他 突 变 体 与 对 照 差 异 不 显 著。 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 . 黄 瓜 耐 盐 突 变 体 鉴 定 结 果 由 表 可 见: 有 的 突 变 体 会 出 现 某 个 指 标 隶 属 函 数 值 很 高 而 其 他 性 状 指 标 隶 属 函 数 值 很 低 的 现 象， 且 不 同 突 变 体 材 料 对 盐 胁 迫 的 耐 受 程 度 和 性 状 表 现 都 不 同， 因 此， 单 个 指 标 反 映 耐 盐 性 往 往 具 有 一 定 的 片 面 性， 仅 仅 根 据 单 个 指 标 很 难 判 定 耐 盐 性 强 弱。 为 了 克 服 这 种 弊 端， 我 们 引 用 不 同 时 期 各 个 性 状 指 标 的 隶 属 函 数 值 和 平 均 隶 属 度 对 突 变 体 材 料 耐 盐 性 进 行 综 合 研 究。 本 试 验 结 果 是 以 对 照 为 基 准 进 行 区 分， 根 据 平 均 隶 属 度 大 小 结 果 可 知 有 份 材 料 表 现 差 于 对 照 长 春 密 刺， 即 为 不 耐 盐， 而 有 份 材 料 耐 盐 性 优 于 对 照， 耐 盐 性 强 弱 依 次 为-、-、-、-、-、-、-， 这 与 方 差 分 析 结 果 基 本 一 致。 表 黄 瓜 突 变 体 各 指 标 的 隶 属 函 数 值 编 号 叶 绿 素 叶 绿 素 类 胡 萝 卜 素 可 溶 性 蛋 白 株 高 根 长 茎 粗 地 下 部 鲜 质 量 地 上 部 鲜 质 量 茎 节 数 平 均 隶 属 度 - . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . .