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2016年8月23日 作者:xwz2367609 [返回]
大豆远缘嫁接诱变技术的优化

潘相文1,孙晓环2,张凤芸3,赵 3,张雪松3,杜维广1

( 1 中国科学院 东北地理与农业生态研究所 黑土生态重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150081; 2 黑龙江省农业科学院 牡丹江分院,黑龙江 牡丹江 157041; 3 黑龙江生物科技职业技术学院,黑龙江 哈尔滨 150025)

: 为完善和优化大豆远缘嫁接诱变技术体系,以与大豆远缘的 8 种植物为砧木,以 4 个大豆品种( ) 为接穗进行嫁接试验。结果表明: 6 8 日龄的大豆幼苗作为接穗可提高远缘嫁接成活率,其中 7 日龄大豆幼苗的嫁接成活率最高。砧木类型对远缘嫁接大豆后代诱变率和诱变方向有重要影响,番茄/龙选 1 号、蓖麻/科绿 2 号、生姜/科绿 2号、蓖麻/田丰 90 和洋姜/田丰 90 嫁接组合的诱变率最高,同时以生姜和番茄作为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现高蛋白、高油和晚熟类型突变; 以甘薯和马铃薯为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现多分枝和丰产类型突变; 以蓖麻和洋姜为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现抗逆性强( 抗倒伏) 和植株矮化的突变类型; 以南瓜和葫芦为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现晚熟和高大植株的突变类型。嫁接亲和力评价结果表明,以南瓜、马铃薯、番茄和生姜作为砧木的嫁接亲和力较高,以科绿 2 号为接穗的嫁接亲和力较高。

关键词: 大豆; 远缘嫁接; 诱变技术; 优化

中图分类号: S565 1 文献标识码: A 文章编号: 1000-9841( 2012) 02-0237-05

Optimization of Distant Grafting Mutagenesis Technology in SoybeanPAN

Xiang-wen1SUN Xiao-huan2ZHANG Feng-yun3ZHAO Chao3ZHANG Xue-song3DU Wei-guang1( 1 Key Laboratory of Mollisols Soil EcologyNortheast Institute of Geography and AgroecologyChinese Academy of SciencesHarbin 150081; 2 Mudan-jiang Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural SciencesMudanjiang 157041; 3 Heilongjiang Vocational College of biology Science and technolo-gyHarbin 150025HeilongjiangChina)

Abstract: Heterograft mutagenesis technology of plant is a kind of effective way for plant resources innovationoptimizing andimproving the technical system of heterograft mutagenesis is presently an important and urgent task The heterograft experimentswith 8 species far from soybean in genetic relationship used as the rootstocks and 4 soybean varieties or lines used as the scionswere conducted to improve and optimize the technical system of heterograft mutagenesis in soybean The results indicated thatthe 6-8 days-old soybean seedlings as the scions when grafted could improve the survival rate of graftamong which the graftingsurvival rate for 7 days-old soybean seedlings was the highest The types of rootstock had an important influence on the muta-tion rates and directions of heterografted soybean offspringthe grafting combinations for tomato / Longxuan 1castor / Kelv 2ginger / Kelv 2castor / Tianfeng 90 and Jerusalem artichokes / Tianfeng 90 performed with the highest mutation rate At the sametimethe soybean scions grafted with ginger and tomatoes as the rootstocks might induce the mutations with high proteinhighoil and late mature in the offspringthe branchy and high yield mutations in the offspring for the combinations of sweet potatoand potatoes as the rootstocksthe strong resistance( lodging-resistance) and dwarf plant height mutations in the offspring for thecombinations of castor and Jerusalem artichokes as rootstocksand the late mature and tall plant height mutations in the off-spring for the combinations of pumpkin and gourd as the rootstocks Through the grafting compatibility evaluationit was foundthat the rootstocks such as pumpkinpotatoestomatoes and ginger had higher grafting compatibility while soybean line Kelv 2as the scion possessed higher grafting compatibility

Key words: Soybean( Glycine max L Merr ) ; Heterograft; Mutagenesis technology

嫁接技术起源于中国,并认为是受到自然界中“连理枝”现象的 的,距 3 000多年的历史[1]。最初,嫁接技术被用于果树的繁殖和生产,以提高抗寒性、抗病性及加快品种更替。后来,嫁接技术在蔬菜、花卉的繁殖和生产得到了迅速应用。在生产实际和研究中,人们发现远缘嫁接( 种间嫁接) 不仅可以提高植物的抗逆性,还可以导致果实形状和品味的改变,而且这种变异是可以稳定遗传的[2-4]。于是,科研工作者就开始了利用远缘嫁接创造植物遗传变异的探索研究,进而初步形成了植物远缘嫁接诱变技术。近年来,利用该技术已在棉花、绿豆、小麦、甘薯、花生等作物上创造出大量优异的资源,并培育出很多抗逆、优质、丰产新品种( )5]。然而,这项技术并没有得到科研工作者的普遍认可和应用,主要原因在于远缘嫁接诱变的机理尚不清楚,同时远缘嫁接诱变技术的掌握和熟练程度也是限制该技术推广应用的重要瓶颈。为此,该研究以与大豆远缘的 8 种植物为砧木,以 4 个大豆品种( ) 为接穗,探究大豆接穗接龄对嫁接成活率的影响及砧木类型对嫁接诱变率的影响,评价砧木与大豆嫁接的亲和力,最终完善和优化大豆远缘嫁接诱变技术体系,以推进大豆资源创新和品种改良的进程。

1 材料与方法

1 1 材料

砧木材料: 生姜、南瓜、葫芦、番茄、洋姜、马铃薯、甘薯和蓖麻,分别购于农贸市场和农科院园艺所。

大豆材 : 1 号、东 42、科 绿 2 和田丰 90,选自中国科学院东北地理与农业生态研究所种质资源库。

1 2 方法

1 2 1 砧木材料的培育 甘薯块茎于 2010 4 20 日播种在直径为 50 cm 的塑料桶中,栽培基质是由河沙与农田土以2 1 混合而成,待甘薯苗长至10 cm时移栽到直径为 25 cm 的塑料桶中,每桶栽3 株,及 ; 番茄 子于5 1 日播种在温室内的营养钵中,栽培基质由草炭土和农田土以 1 2比例混合而成,待小苗长到 10cm 时移栽到直径为25 cm的塑料桶中,每桶栽3 株,及时补水保证番茄苗健康生长; 生姜、马铃薯和洋姜块茎及南瓜、葫芦和蓖麻种子于 5 10 日直接播种在直径为 25 cm 的塑料桶中,遮阴保湿 7 d 后在正常条件下生长,出苗后保证每盆 3 株幼苗,及时补水保证幼苗健康生长。

1 2 2 材料的培 1 号、东农 42、科绿 2 号和田丰 90 大豆种子分别于6 1 日、11 日和 21 日播种在直径为 15 cm 的塑料桶中,每桶播 20 粒种子,每份材料每期播 10 桶,播种时要均匀浅播,保证大豆出苗整齐一致。

1 2 3 远缘嫁接及其后期管理 远缘嫁接技术及其嫁接后遮阴管理、水分管理、接穗自生根剔除和砧木主茎去除等参照潘相文等[6]的程序和方法进行。嫁接后 7 45 d,检查接穗自生根生长状况,并及时用刀片剔除,注意不要伤及嫁接结合处; 嫁接后 15 d,调查不同日龄大豆幼苗成活的株数,并计算嫁接成活率; 嫁接后 50 d,嫁接体停止遮阴,并切断砧木主茎,仅保留地上部 15 cm 以下的部分; 最后成活的嫁接材料采取正常管理一直到成熟,并收获嫁接当代( G0) 种子。

1 2 4 嫁接后代突变类型的鉴定 2011 5 8 日将 2010 年不同嫁接组合收获的 176 G0代种子以嫁接组合为单元进行种植,各嫁接组合及其收获的 G0代种子数量见表 1。每个组合种植 1 2 桶,每桶 3 5 粒种子,同时种植原始接穗大豆材料各5 桶,每桶 4 株。根据大豆形态性状和生态性状差异,鉴别株高、叶形、叶色、花色、茸毛色、分枝数、熟期、抗倒伏性、丰产性、蛋白质含量和油份含量12 个性状的突变体,并计算出不同嫁接组合的嫁接诱变率。

1 3 数据分析

所有数据采用 Excel 进行录入和分析,图形采用 Sigma Plot( 10 0) 绘制。

2 结果与分析

2 1 大豆接穗接龄对嫁接成活率的影响分别以 5 9 日龄的大豆幼苗作为接穗,以番茄作为砧木,探讨了大豆接穗接龄对嫁接成活的影响。根据图 1 可以看出,嫁接时接穗接龄对嫁接成活率有重要的影响,其中以 6 8 日龄的大豆幼苗为接穗时嫁接成活率较高,均在 70% 以上,最高可达到 80% 。因此,在嫁接时,选择适宜日龄的大豆幼苗作为接穗才能取得较高的成活率,日龄过小或者过大都会降低成活率。

2 2 大豆远缘嫁接的亲和力评价

采用嫁接成活率来体现嫁接亲和力。根据表 2可以看出,南瓜与龙选 1 号和科绿 2 号、马铃薯与东农 42 和科绿 2 号、番茄与龙选 1 号和科绿 2 号、葫芦与龙选 1 号以及生姜与龙选 1 号和东农 42 嫁接的成活率最高,达到了 80% ,说明它们之间具有较好的嫁接亲和力。针对不同砧木而言,南瓜、马铃薯、番茄和生姜的嫁接成活率较高,表现出较好的嫁接亲和力; 而蓖麻和洋姜的嫁接成活率较低,表现出较差的嫁接亲和力。针对不同大豆接穗而言,科绿 2 号的嫁接成活率较高,表现出较好的嫁接亲和力,而田丰 90 的嫁接成活率相对较低,表现出较差的嫁接亲和力。从整体上来看,各种嫁接组合的平均成活率为 65% ,这不仅证明了远缘嫁接技术的可行性,也为后期的嫁接诱变的发生提供了保障。

 

2 3 砧木类型对大豆远缘嫁接诱变效率的影响

所有 G0代种子播种后,出苗率为 87 5% ,即有154 粒种子正常出苗。通过精细的形态学和生态学鉴定,共鉴定出 31 个突变材料,总突变率达 20 13% 。研究表明,不同砧木类型对嫁接诱变率的贡献率是不同的,番茄、蓖麻、生姜、蓖麻和洋姜与大豆嫁接表现为相对较高的诱变效率。研究也发现,不同嫁接组合后代的突变类型是有区别的,而且与砧木类型明显相关。以生姜和番茄作为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现高蛋白、高油和晚熟类型突变; 以甘薯和马铃薯为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现多分枝和丰产类型突变; 以蓖麻和洋姜为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现抗逆性强( 抗倒伏) 和植株矮化的突变类型; 以南瓜和葫芦为砧木与大豆接穗嫁接后代可出现晚熟和高大植株的突变类型。

3

3 1 接穗接龄对嫁接成活率的影响

成功的嫁接必须有维管束连接,同时接口处新形成的连结完善的形成层向内产生的木质部中出现导管,向外产生的韧皮部中出现筛管[1]。一般来讲,嫁接成活的过程大约需要 10 15 d,因嫁接组合而异,所以文中根据嫁接后 15 d 大豆接穗与不同砧木的结合和生长状况来评定嫁接的成活。除了嫁接技术及应用有效的调控剂外,适宜的嫁接时期是嫁接成功的关键。不同日龄大豆接穗与番茄砧木嫁接的试验表明,大豆接穗的嫁接日龄对嫁接成活率有重要的影响。其中以 6 8 日龄的大豆幼苗为接穗时嫁接成活率较高,均在 70% 以上,最高可达到 80% ,日龄过小或者过大都会降低嫁接成活率。因此,在今后的嫁接实践中建议以 6 8 日龄的大豆幼苗作为接穗材料。

3 2 砧木与接穗的嫁接亲和力

嫁接亲和力一般是指砧木和接穗在遗传上、生理上的关系,通过嫁接后的愈合生长能力。植物的亲缘关系、生理、形态结构和遗传特性以及内含物决定亲和力的大小[7]。因此,不同的嫁接组合会表现出不同的嫁接亲和力。该研究通过嫁接成活率的比较反应了嫁接亲和力的高低,结果表明,南瓜、马铃薯、番茄和生姜的嫁接成活率较高,表现出较好的嫁接亲和力; 而蓖麻和洋姜的嫁接成活率较低,表现出较差的嫁接亲和力。针对不同大豆接穗而言,科绿 2 号的嫁接成活率较高,表现出较好的嫁接亲和力,而田丰 90 的嫁接成率相对较低,表现出较差的嫁接亲和力。然而,嫁接亲和力往往会与嫁接诱变率负相关,可见,在嫁接实践中要结合嫁接成活率和嫁接诱变率来确定适于资源创新的嫁接组合。

3 3 砧木类型对大豆远缘嫁接诱变效率的影响

远缘嫁接诱变率受到多种因素和管理措施的影响,其中砧木类型是相对重要的影响因素,因为它不仅影响嫁接后代的突变数量,还在一定程度上决定突变产生的类型和方向,这将对定向诱变或创新种质资源提供非常有意义的指导。研究发现,大部分组合( 87 5% ) 均有突变性状的产生,这进一步证明了植物间的远缘嫁接是创造遗传变异的有效途径。而且,不同砧木类型对嫁接诱变率的贡献率不同,番茄、蓖麻、生姜、蓖麻和洋姜与大豆嫁接表现为相对较高的诱变效率,因此在今后的嫁接实践中应主要利用这些砧木类型来重点研究。研究还发现不同嫁接组合后代的突变类型是有区别的,而且与砧木类型明显相关。如果要创造品质和熟期类型突变,应以利用生姜和番茄等砧木类型为主;如果欲创造多分枝和丰产类型突变,应以利用甘薯和马铃薯等砧木类型为主; 如想创造植株矮化和抗逆类型突变,应以利用蓖麻和洋姜等砧木类型为主; 如果要获得株高和熟期类型突变,应以利用南瓜和葫芦等砧木类型为主。

参考文献

1 褚怀亮,郑炳松. 植物嫁接成活机理研究进展[J]. 安徽农业科学,200836( 13) : 5405-54075409 ( Chu H LZheng B S Re-search progress on the survival mechanism of grafted plantsJ].Journal of Anhui Agrcultural Sciences200836 ( 13 ) : 5405-54075409 )

2 Hirata YYagishita N Graft-induced changes in soybean storageproteins I Appearance of the changesJ]. Euphytica198635:395-401

3 刘乃森,刘福霞. 嫁接引起可遗传变异的研究进展[J]. 北方园艺,2007( 1) : 33-34 ( Liu N SLiu F X Research progress on theinheritable variations induced by graftingJ]. Northern Horticul-ture2007( 1) : 33-34 )

4 张丹华,孟昭璜,肖卫民,等. 嫁接导致的绿豆可遗传变异及其在绿豆育种中的应用[J]. 植物学报,200244 ( 7) : 832-837( Zhang D HMeng Z HXiao W Met al Graft-induced inherita-ble variation in mungbean and its application in mungbean breed-ingJ]. Acta Botanica Sinica200244( 7) : 832-837 )

5 孟昭璜,芦翠乔. 绿豆与甘薯嫁接的研究[J]. 华北农学报,19894( 4 ) : 34-38 ( Meng Z HLu C X Research on grafting ofmungbean and sweet potatoJ]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica19894( 4) : 34-38 )

6 Pan X WCao C YZhang Q Yet al Distant-graft mutagenesistechnology in soybeanM/ / Dora Krezhova Soybean-genetics andnovel techniques for yield enhancement ISBN: 978-953-307-721-5Croatia: In TechOpen Access Publisher2011: 273-280

7 曹建华,林位夫,陈俊明. 砧木和接穗嫁接亲和力研究综述[J]. 热带农业科学,200525( 4) : 64-69 ( Cao J HLin W FChen J M Studies of affinity between rootstock and scionJ]. Chi-nese Journal of Tropical Agriculture200525( 4) : 64-69 )

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