棉花航天誘變農(nóng)藝性狀的變異分析

朱海勇+鐘敏+楊軍+宋美珍

摘要：利用“實踐八號”衛(wèi)星搭載不同類型棉花（Gossypium spp）品種（系），系統(tǒng)地研究航天處理后代主要農(nóng)藝性狀的變異。結(jié)果表明，航天誘變對棉花各品種農(nóng)藝性狀的變異主要表現(xiàn)在SP1代，且農(nóng)藝性狀的變異大多表現(xiàn)出雙向性。在形態(tài)變異方面，海島棉遠多于陸地棉;在農(nóng)藝性狀的變異方面，SP1代夏棉比春棉變異多，SP2代夏棉的變異減少而春棉的變異增加;就單個農(nóng)藝性狀而言，航天誘變后代變異度最大的是鈴數(shù)，變異度最小的是播種至開花的天數(shù)。

關(guān)鍵詞：棉花（Gossypium spp）;航天誘變;變異

中圖分類號：S562;S-3 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）20-4809-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.009

Variations of Cotton Agronomic Traits Mutated by Space

ZHU Hai-yong1， ZHONG Min2， YANG Jun2， SONG Mei-zhen1

（1.Cotton Research Institute， Chinese Academy of Agriculture Science， Anyang 455000，Henan，China;

2.Cotton Research Institute of Jiangxi province， Jiujing 322000，Jiangxi，China）

Abstract： Different types of cotton varieties（lines） were carried by “shijian8” satellite to analyze the variation of major agronomic traits of Gossypium spp. The results showed that the largest effect of mutation on agronomic traits of cotton varieties was in the SP1 generation. The variation of agronomic traits was increase or decreased. The variation of morphology in the Sea Island cotton was much higher than that in Upland cotton. The variation of agronomic traits in the summer cotton was larger than that in spring cotton in SP1 generation. The variation of summer cotton was reduced and the variation of spring cotton tended to increase in SP2 generation. For individual agronomic trait， mutation rate of the number of bell was the largest and the number of days from sowing to flowering was the smallest in off spring of space mutation.

Key Words： Gossypium spp;space mutation;variance

航天誘變育種起步于20世紀(jì)60年代，我國于1987年開始航天誘變育種工作。植物航天育種又稱航天誘變育種或空間誘變育種，是指利用返回式衛(wèi)星或高空氣球?qū)⑥r(nóng)作物種子帶到太空，利用太空特殊的環(huán)境（宇宙射線、微重力、高真空、弱磁場等）使農(nóng)作物種子產(chǎn)生誘變，再返回地面選育新種質(zhì)，培育新品種的育種新技術(shù)[1，2]。植物航天誘變育種具有獨特的優(yōu)勢，作為地球表面無法模擬的特殊誘變源，越來越受到育種家的重視[3]。另外，通過航天誘變可以產(chǎn)生一些在地面未見的獨特性狀，為生理學(xué)及發(fā)育學(xué)等提供寶貴的研究材料。航天誘變育種技術(shù)是農(nóng)作物育種的新興領(lǐng)域和重要手段，可以加速農(nóng)作物新種質(zhì)資源的塑造和突破性優(yōu)良品種的選育。航天誘變所產(chǎn)生的突變具有廣譜性、特異性、高頻性及快速性等優(yōu)點，已在作物新種質(zhì)的創(chuàng)造和新品種選育方面取得了重大成果。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于多種植物。

本研究利用“實踐八號”衛(wèi)星搭載不同類型棉花（Gossypium spp）品種（系），系統(tǒng)地研究航天處理后代主要農(nóng)藝性狀的變異。

1 ?材料與方法

選用中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所早熟組提供的春棉材料5份（中50191、中04002、中040029、中A3023、中A3025），夏棉材料5份（中58、中502181、中YS-4、中030415和中030041），其中春棉包括海島棉2份（中A3023和中A3025），其余8份均為陸地棉。試驗種子由“實踐八號”育種衛(wèi)星搭載，航天誘變處理品種各保留相應(yīng)一份種子作為地面對照?！皩嵺`八號”育種衛(wèi)星于2006年9月9日升空，在近地點187 km、遠地點463 km的橢圓形軌道共運行355 h，航程超過900萬km，于2006年9月24日成功返回地面。

2006年10月于海南三亞中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所南繁基地種植SP1代，航天誘變處理材料設(shè)3次重復(fù)，2007年4～5月中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所安陽農(nóng)場試驗地種植SP2代，每個航天誘變材料進行單粒播種，并設(shè)3次重復(fù)，同時種植相應(yīng)的地面對照。春棉品種密度為4.5萬株/hm2，夏棉品種密度為7.5萬株/hm2，栽培管理與大田基本一致。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?棉花航天誘變后代的形態(tài)變異

由表1可見，航天搭載的10份材料SP1代除中04002未發(fā)現(xiàn)變異植株外，其他材料均發(fā)現(xiàn)1～7株變異植株，變異率范圍為0.000%～1.655%，其中海島棉中A3023和中A3025變異率較大，分別達1.665%和1.139%。8份陸地棉的變異相對較小，僅發(fā)現(xiàn)0～2株變異株。SP2代的變異率比SP1代相對明顯減少。

2.2 ?棉花航天誘變后代的農(nóng)藝性狀變異

2.2.1 ?子葉面積變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代子葉面積數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有4份材料子葉面積差異達顯著水平，分別為中58、中502181、中30041和中04002。其中，中30041的子葉面積增大，而中58、中502181和中04002的子葉面積減?。ū?）。以上4份變異明顯的均為陸地棉，2份海島棉在子葉面積上變異較小。在SP2代中，有2份材料的子葉面積差異達顯著水平，分別為中502181和中30415。其中，中502181的子葉面積增大，中30415的子葉面積減?。ū?）。就變異度而言，SP1代的變異度為10.3%～33.8%，SP2代的變異度為10.7%～16.5%，SP2代子葉面積的變異度明顯低于SP1代。

2.2.2 ?果枝數(shù)變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代果枝數(shù)數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中果枝數(shù)差異達顯著水平的有2份，SP2代中果枝數(shù)差異達顯著水平的有4份。中30041僅在SP1代變異達顯著水平，材料中502181在SP1、SP2連續(xù)兩代變異達顯著水平，中50191、中A3025僅在SP2代變異達顯著水平（表2，表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為12.8%～34.8%，SP2代的變異度為0.7%～26.3%，SP2代果枝數(shù)的變異度明顯低于SP1代。

2.2.3 ?鈴數(shù)變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代鈴數(shù)數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有4份夏棉材料鈴數(shù)變異達顯著水平，分別為中58、中502181、中30041和中30415，其中，中58和中30415鈴數(shù)增多，中502181和中30041鈴數(shù)減少（表2）。在SP2代中有1份夏棉和2份春棉材料變異達顯著水平，分別為中04002、中A3025和中502181（夏棉）。其中，中04002鈴數(shù)增多，中A3025和中502181（夏棉）鈴數(shù)減少（表3）。就變異度而言，SP1代的變異度為33.8%～74.7%，SP2代的變異度為1.4%～56.2%，SP2代鈴數(shù)的變異度明顯低于SP1代。

2.2.4 ? 株高的變異 ?通過對10份航天材料SP1、SP2代株高數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代和SP2代中均發(fā)現(xiàn)3份材料變異達顯著水平，其中中502181在SP1和SP2兩代差異均達顯著水平，而中30041和中50191在SP1代變異達顯著水平，中040029和中A3025在SP2代變異達顯著水平（表2，表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為11.5%～32.2%，SP2代的變異度為4.0%～21.1%，SP2代株高的變異度明顯低于SP1代。

2.2.5 ?播種至開花天數(shù)的變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代播種至開花天數(shù)的數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有3份材料變異達顯著水平，分別為中58、中030041和中A3023（春棉），其中，中58和中030041提前開花，中A3023（春棉）推遲開花（表2）。在SP2代中僅有1份材料變異達顯著水平，即中A3023推遲開花（表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為3.6%～8.9%，SP2代的變異度為3.5%～8.9%。SP2代播種至開花天數(shù)的變異度稍低于SP1代。

3 ?討論

喻樹迅等[4]通過對棉花航天誘變當(dāng)代的研究結(jié)果表明，航天誘變處理對當(dāng)代棉花的農(nóng)藝性狀有明顯的影響。宋美珍等[2]研究結(jié)果表明，SP1代中航天誘變對棉花種子有一定的損傷作用，將引起棉株株高降低，并對結(jié)鈴性產(chǎn)生正向或負(fù)向效應(yīng)，對春棉品種的影響遠低于夏棉品種;SP2代航天處理對棉株株高的影響較大，增加變異范圍，能增加棉株的真葉數(shù)及成鈴數(shù)，對春棉的影響大于夏棉。本試驗對10個棉花品種（系）航天誘變后代進行了系統(tǒng)地研究，結(jié)果表明，航天誘變對棉花各品種的農(nóng)藝性狀影響程度不同，不同特色材料對航天條件的敏感性也不同。棉花航天材料的影響主要集中在SP1代表現(xiàn)，在SP2代中趨于穩(wěn)定，農(nóng)藝性狀的變異也表現(xiàn)出雙向性。形態(tài)變異率方面，海島棉變異類型豐富，明顯觀察到的變異多，中A3023變異率高達1.655%，遠高于陸地棉品種，可能是航天誘變對海島棉的生理損傷大。各農(nóng)藝性狀的變異率方面，SP1代夏棉比春棉變異多，夏棉對航天誘變更敏感，而SP2代夏棉的變異減少，春棉的變異增加，這與前人的研究結(jié)果一致。單個農(nóng)藝性狀方面，航天誘變后代變異率最大的是鈴數(shù)，變異率最小的是播種至開花的天數(shù)。

參考文獻：

[1] 溫賢芳，張龍，戴維序，等.天地結(jié)合開展我國空間誘變育種研究[J].核農(nóng)學(xué)報，2004，18（4）：241-246.

[2] 宋美珍，喻樹迅，范術(shù)麗，等.棉花航天誘變的農(nóng)藝性狀變化及突變體的多態(tài)性分析[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2007，9（2）：30-37.

[3] 邱新棉.植物空間誘變育種的現(xiàn)狀與展望[J].植物遺傳資源學(xué)報，2004，5（3）：247-251.

[4] 喻樹迅，范術(shù)麗，原日紅，等.棉花航天誘變試驗初報[J].中國棉花，1998，25（11）：11-13.

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?棉花航天誘變后代的形態(tài)變異

由表1可見，航天搭載的10份材料SP1代除中04002未發(fā)現(xiàn)變異植株外，其他材料均發(fā)現(xiàn)1～7株變異植株，變異率范圍為0.000%～1.655%，其中海島棉中A3023和中A3025變異率較大，分別達1.665%和1.139%。8份陸地棉的變異相對較小，僅發(fā)現(xiàn)0～2株變異株。SP2代的變異率比SP1代相對明顯減少。

2.2 ?棉花航天誘變后代的農(nóng)藝性狀變異

2.2.1 ?子葉面積變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代子葉面積數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有4份材料子葉面積差異達顯著水平，分別為中58、中502181、中30041和中04002。其中，中30041的子葉面積增大，而中58、中502181和中04002的子葉面積減小（表2）。以上4份變異明顯的均為陸地棉，2份海島棉在子葉面積上變異較小。在SP2代中，有2份材料的子葉面積差異達顯著水平，分別為中502181和中30415。其中，中502181的子葉面積增大，中30415的子葉面積減?。ū?）。就變異度而言，SP1代的變異度為10.3%～33.8%，SP2代的變異度為10.7%～16.5%，SP2代子葉面積的變異度明顯低于SP1代。

2.2.2 ?果枝數(shù)變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代果枝數(shù)數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中果枝數(shù)差異達顯著水平的有2份，SP2代中果枝數(shù)差異達顯著水平的有4份。中30041僅在SP1代變異達顯著水平，材料中502181在SP1、SP2連續(xù)兩代變異達顯著水平，中50191、中A3025僅在SP2代變異達顯著水平（表2，表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為12.8%～34.8%，SP2代的變異度為0.7%～26.3%，SP2代果枝數(shù)的變異度明顯低于SP1代。

2.2.3 ?鈴數(shù)變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代鈴數(shù)數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有4份夏棉材料鈴數(shù)變異達顯著水平，分別為中58、中502181、中30041和中30415，其中，中58和中30415鈴數(shù)增多，中502181和中30041鈴數(shù)減少（表2）。在SP2代中有1份夏棉和2份春棉材料變異達顯著水平，分別為中04002、中A3025和中502181（夏棉）。其中，中04002鈴數(shù)增多，中A3025和中502181（夏棉）鈴數(shù)減少（表3）。就變異度而言，SP1代的變異度為33.8%～74.7%，SP2代的變異度為1.4%～56.2%，SP2代鈴數(shù)的變異度明顯低于SP1代。

2.2.4 ? 株高的變異 ?通過對10份航天材料SP1、SP2代株高數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代和SP2代中均發(fā)現(xiàn)3份材料變異達顯著水平，其中中502181在SP1和SP2兩代差異均達顯著水平，而中30041和中50191在SP1代變異達顯著水平，中040029和中A3025在SP2代變異達顯著水平（表2，表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為11.5%～32.2%，SP2代的變異度為4.0%～21.1%，SP2代株高的變異度明顯低于SP1代。

2.2.5 ?播種至開花天數(shù)的變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代播種至開花天數(shù)的數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有3份材料變異達顯著水平，分別為中58、中030041和中A3023（春棉），其中，中58和中030041提前開花，中A3023（春棉）推遲開花（表2）。在SP2代中僅有1份材料變異達顯著水平，即中A3023推遲開花（表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為3.6%～8.9%，SP2代的變異度為3.5%～8.9%。SP2代播種至開花天數(shù)的變異度稍低于SP1代。

3 ?討論

喻樹迅等[4]通過對棉花航天誘變當(dāng)代的研究結(jié)果表明，航天誘變處理對當(dāng)代棉花的農(nóng)藝性狀有明顯的影響。宋美珍等[2]研究結(jié)果表明，SP1代中航天誘變對棉花種子有一定的損傷作用，將引起棉株株高降低，并對結(jié)鈴性產(chǎn)生正向或負(fù)向效應(yīng)，對春棉品種的影響遠低于夏棉品種;SP2代航天處理對棉株株高的影響較大，增加變異范圍，能增加棉株的真葉數(shù)及成鈴數(shù)，對春棉的影響大于夏棉。本試驗對10個棉花品種（系）航天誘變后代進行了系統(tǒng)地研究，結(jié)果表明，航天誘變對棉花各品種的農(nóng)藝性狀影響程度不同，不同特色材料對航天條件的敏感性也不同。棉花航天材料的影響主要集中在SP1代表現(xiàn)，在SP2代中趨于穩(wěn)定，農(nóng)藝性狀的變異也表現(xiàn)出雙向性。形態(tài)變異率方面，海島棉變異類型豐富，明顯觀察到的變異多，中A3023變異率高達1.655%，遠高于陸地棉品種，可能是航天誘變對海島棉的生理損傷大。各農(nóng)藝性狀的變異率方面，SP1代夏棉比春棉變異多，夏棉對航天誘變更敏感，而SP2代夏棉的變異減少，春棉的變異增加，這與前人的研究結(jié)果一致。單個農(nóng)藝性狀方面，航天誘變后代變異率最大的是鈴數(shù)，變異率最小的是播種至開花的天數(shù)。

參考文獻：

[1] 溫賢芳，張龍，戴維序，等.天地結(jié)合開展我國空間誘變育種研究[J].核農(nóng)學(xué)報，2004，18（4）：241-246.

[2] 宋美珍，喻樹迅，范術(shù)麗，等.棉花航天誘變的農(nóng)藝性狀變化及突變體的多態(tài)性分析[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2007，9（2）：30-37.

[3] 邱新棉.植物空間誘變育種的現(xiàn)狀與展望[J].植物遺傳資源學(xué)報，2004，5（3）：247-251.

[4] 喻樹迅，范術(shù)麗，原日紅，等.棉花航天誘變試驗初報[J].中國棉花，1998，25（11）：11-13.

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?棉花航天誘變后代的形態(tài)變異

由表1可見，航天搭載的10份材料SP1代除中04002未發(fā)現(xiàn)變異植株外，其他材料均發(fā)現(xiàn)1～7株變異植株，變異率范圍為0.000%～1.655%，其中海島棉中A3023和中A3025變異率較大，分別達1.665%和1.139%。8份陸地棉的變異相對較小，僅發(fā)現(xiàn)0～2株變異株。SP2代的變異率比SP1代相對明顯減少。

2.2 ?棉花航天誘變后代的農(nóng)藝性狀變異

2.2.1 ?子葉面積變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代子葉面積數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有4份材料子葉面積差異達顯著水平，分別為中58、中502181、中30041和中04002。其中，中30041的子葉面積增大，而中58、中502181和中04002的子葉面積減?。ū?）。以上4份變異明顯的均為陸地棉，2份海島棉在子葉面積上變異較小。在SP2代中，有2份材料的子葉面積差異達顯著水平，分別為中502181和中30415。其中，中502181的子葉面積增大，中30415的子葉面積減小（表3）。就變異度而言，SP1代的變異度為10.3%～33.8%，SP2代的變異度為10.7%～16.5%，SP2代子葉面積的變異度明顯低于SP1代。

2.2.2 ?果枝數(shù)變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代果枝數(shù)數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中果枝數(shù)差異達顯著水平的有2份，SP2代中果枝數(shù)差異達顯著水平的有4份。中30041僅在SP1代變異達顯著水平，材料中502181在SP1、SP2連續(xù)兩代變異達顯著水平，中50191、中A3025僅在SP2代變異達顯著水平（表2，表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為12.8%～34.8%，SP2代的變異度為0.7%～26.3%，SP2代果枝數(shù)的變異度明顯低于SP1代。

2.2.3 ?鈴數(shù)變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代鈴數(shù)數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有4份夏棉材料鈴數(shù)變異達顯著水平，分別為中58、中502181、中30041和中30415，其中，中58和中30415鈴數(shù)增多，中502181和中30041鈴數(shù)減少（表2）。在SP2代中有1份夏棉和2份春棉材料變異達顯著水平，分別為中04002、中A3025和中502181（夏棉）。其中，中04002鈴數(shù)增多，中A3025和中502181（夏棉）鈴數(shù)減少（表3）。就變異度而言，SP1代的變異度為33.8%～74.7%，SP2代的變異度為1.4%～56.2%，SP2代鈴數(shù)的變異度明顯低于SP1代。

2.2.4 ? 株高的變異 ?通過對10份航天材料SP1、SP2代株高數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代和SP2代中均發(fā)現(xiàn)3份材料變異達顯著水平，其中中502181在SP1和SP2兩代差異均達顯著水平，而中30041和中50191在SP1代變異達顯著水平，中040029和中A3025在SP2代變異達顯著水平（表2，表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為11.5%～32.2%，SP2代的變異度為4.0%～21.1%，SP2代株高的變異度明顯低于SP1代。

2.2.5 ?播種至開花天數(shù)的變異 ?通過對10份航天材料的SP1、SP2代播種至開花天數(shù)的數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在SP1代中有3份材料變異達顯著水平，分別為中58、中030041和中A3023（春棉），其中，中58和中030041提前開花，中A3023（春棉）推遲開花（表2）。在SP2代中僅有1份材料變異達顯著水平，即中A3023推遲開花（表3）。就變異度而言，SP1代的變異度范圍為3.6%～8.9%，SP2代的變異度為3.5%～8.9%。SP2代播種至開花天數(shù)的變異度稍低于SP1代。

3 ?討論

喻樹迅等[4]通過對棉花航天誘變當(dāng)代的研究結(jié)果表明，航天誘變處理對當(dāng)代棉花的農(nóng)藝性狀有明顯的影響。宋美珍等[2]研究結(jié)果表明，SP1代中航天誘變對棉花種子有一定的損傷作用，將引起棉株株高降低，并對結(jié)鈴性產(chǎn)生正向或負(fù)向效應(yīng)，對春棉品種的影響遠低于夏棉品種;SP2代航天處理對棉株株高的影響較大，增加變異范圍，能增加棉株的真葉數(shù)及成鈴數(shù)，對春棉的影響大于夏棉。本試驗對10個棉花品種（系）航天誘變后代進行了系統(tǒng)地研究，結(jié)果表明，航天誘變對棉花各品種的農(nóng)藝性狀影響程度不同，不同特色材料對航天條件的敏感性也不同。棉花航天材料的影響主要集中在SP1代表現(xiàn)，在SP2代中趨于穩(wěn)定，農(nóng)藝性狀的變異也表現(xiàn)出雙向性。形態(tài)變異率方面，海島棉變異類型豐富，明顯觀察到的變異多，中A3023變異率高達1.655%，遠高于陸地棉品種，可能是航天誘變對海島棉的生理損傷大。各農(nóng)藝性狀的變異率方面，SP1代夏棉比春棉變異多，夏棉對航天誘變更敏感，而SP2代夏棉的變異減少，春棉的變異增加，這與前人的研究結(jié)果一致。單個農(nóng)藝性狀方面，航天誘變后代變異率最大的是鈴數(shù)，變異率最小的是播種至開花的天數(shù)。

參考文獻：

[1] 溫賢芳，張龍，戴維序，等.天地結(jié)合開展我國空間誘變育種研究[J].核農(nóng)學(xué)報，2004，18（4）：241-246.

[2] 宋美珍，喻樹迅，范術(shù)麗，等.棉花航天誘變的農(nóng)藝性狀變化及突變體的多態(tài)性分析[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2007，9（2）：30-37.

[3] 邱新棉.植物空間誘變育種的現(xiàn)狀與展望[J].植物遺傳資源學(xué)報，2004，5（3）：247-251.

[4] 喻樹迅，范術(shù)麗，原日紅，等.棉花航天誘變試驗初報[J].中國棉花，1998，25（11）：11-13.