(上饒師范學院，江西 上饒 334001)

引言

秋水仙素能抑制細胞分裂中紡錘絲的收縮、使細胞染色體加倍，從而在技術上為人們提供了染色體加倍的手段．利用秋水仙素加倍植物染色體的工作在多倍體育種中廣為利用．到目前為止，不少學者已在水稻[1]、高粱[2]、蕎麥[3]、除蟲菊[4]等植物中利用秋水仙素誘導組織細胞加倍成功，得出不少有意義的結論．目前，利用秋水仙素對常用的雜交水稻三系材料以及育種上廣泛應用的水稻材料幼穗愈傷組織進行加倍，誘變獲得水稻同源四倍體雄性不育三系材料，進行四倍體水稻雜種優(yōu)勢研究還未見相關報道。

水稻是世界上最重要的糧食作物之一,全世界一半左右的人以其為主食,鑒于它的重要性,其高產(chǎn)和抗性育種是非常重要的[5-6]。同源四倍體水稻是二倍體水稻經(jīng)過染色體加倍而成的新種質(zhì)。由于其基因組增加一倍,可能具有更高增產(chǎn)潛力和更高的抗性,引起水稻育種家的高度關注[7]。那么同源四倍體水稻原種和雜種的農(nóng)藝性狀在不同的季節(jié)有何表現(xiàn)規(guī)律,與相應的二倍體水稻相比有何不同,以及有何遺傳特征等都是值得研究的問題，本研究通過用秋水仙素對二倍體水稻種子進行處理，通過不同的處理濃度與處理時間得到相應不同類型的同源四倍體水稻，首先對不同類型的同源四倍體與二倍體原種的發(fā)芽情況進行比較研究,然后對它們的水稻產(chǎn)量構成因素等方面分析比較，目的是為育種上通過秋水仙素增加水稻倍性，從而提高水稻產(chǎn)量與品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

實驗所用水稻品種為田兩優(yōu)4號，該品種屬秈型兩系雜交早稻種子。

1.2 方法

1.2.1 種子處理方法

雜交早稻種子先用30%濃度鹽水篩選出籽粒飽滿的種子,用50%濃度乙醇消毒,再將已消毒種子置清水中在20℃恒溫下浸種24小時,然后轉移至濃度為0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的秋水仙素溶液中20℃恒溫下繼續(xù)浸種,每種濃度都以36小時、48小時和60小時這三種不同時間處理。處理后,除去藥液,并用清水洗凈,在20℃恒溫下繼續(xù)催芽,同時設只用清水浸種催芽作對照。出芽后,播種于實驗田中進行育秧。從種子萌發(fā)開始,觀察出芽情況和秧苗、生長與發(fā)育時期等各個階段進行觀察、記載、分析。

1.2.2 測定方法

(1)發(fā)芽率=(發(fā)芽的種子粒數(shù)/種子總粒數(shù))×100%。

(2)測胚芽長：從每小組中隨機選取10粒種子進行測量，計算每組的平均值。

(3)水稻產(chǎn)量構成因素的測定：在每組中隨機選取3蔸，進行室內(nèi)考種，測定株高、有效穗、穗長、每穗實粒與總粒數(shù)、結實率、千粒重等指標。

2 結果與分析

2.1 秋水仙素對水稻種子發(fā)芽情況的影響

表1 秋水仙素對水稻種子發(fā)芽率及胚芽長的影響

2.1.1 秋水仙素對水稻種子發(fā)芽率的影響

從表1、圖1可以看出，0.1%、0.15%、0.20%、0.25%四種濃度的秋水仙素對發(fā)芽率均有不同程度的影響，它們的發(fā)芽率分別為97.30%、95.30%、93.70%、78.30%，其中濃度為0.25%對種子發(fā)芽率影響較大，種子發(fā)芽率比對照降低20.8%，達顯著水平。從處理時間來看，隨著時間的增加，種子發(fā)芽率相應有所降低。

2.1.2 秋水仙素對水稻種子胚芽長的影響

由表1和圖2可知：水稻種子胚芽的長度隨處理濃度的增加逐漸降低，分別比對照減少43.7%、54.5%、60.8%和66.2%，達極顯著水平。說明經(jīng)過秋水仙素處理后，胚芽的生長受到抑制。秋水仙素會抑制胚芽的生長，是因為分生細胞受秋水仙素的影響，分裂發(fā)生延遲，造成胚芽生長緩慢。

圖1 不同處理濃度對發(fā)芽率的影響

圖2 不同處理濃度對胚芽長的影響

由表1可知：胚芽的長度隨處理時間增加而變短。說明藥物處理時間越長，秋水仙素對胚芽生長的抑制效果越明顯。分生細胞受秋水仙素的影響，分裂發(fā)生延遲，造成胚芽生長緩慢。處理時間越長，秋水仙素使分生細胞分裂發(fā)生延遲的效果越明顯，胚芽的生長越緩慢。

2.2 秋水仙素對水稻產(chǎn)量構成因素的影響

表2 秋水仙素對水稻產(chǎn)量構成因素的影響

續(xù)表2 秋水仙素對水稻產(chǎn)量構成因素的影響

圖3 不同處理濃度水稻株高的影響

2.2.1 秋水仙素對水稻株高的影響

從表2和圖3可看出：水稻植株高度隨秋水仙素處理濃度的增加而增高，對照株高為93.6cm，處理的株高分別為95.6cm(0.10%)、96.4cm(0.15%)、97.4cm(0.20%)和98.0cm(0.25%)；分別增加2.0cm、2.8cm、3.8cm和4.4cm。水稻植株高度隨秋水仙素處理時間的增加而呈增高的趨勢。說明水稻植株經(jīng)秋水仙素處理后可以提高高度。

2.2.2 秋水仙素對水稻有效穗的影響

由圖4可知：處理組有效穗數(shù)都比對照組少，說明用秋水仙素處理水稻種子后會抑制水稻的分蘗，降低水稻有效穗；其平均有效穗數(shù)分別為24.6(對照)、21.7(0.10%)、20.5(0.15%)、19.7(0.20%)、19.0(0.25%)。同時，隨著秋水仙素處理水稻種子的時間越長，水稻有效穗數(shù)就越少(見表2)。

圖4 秋水仙素對水稻有效穗的影響

2.2.3 秋水仙素對水稻穗長的影響

由表2可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后，其穗長均增長。隨著處理濃度的增加和處理時間的延長，水稻穗長也均有增長的趨勢，說明用秋水仙素處理有助于稻穗的伸長。

2.2.4 秋水仙素對水稻每穗實粒數(shù)和每穗總粒數(shù)的影響

由表2可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后水稻的每穗總粒數(shù)和實粒數(shù)均少于對照組的，說明用秋水仙素處理在一定程度上不利于稻穗結出更多更飽滿的谷粒。同樣隨著秋水仙素處理時間越長，水稻的每穗總粒數(shù)和實粒數(shù)也就越少，有下降的趨勢。

2.2.5 秋水仙素對水稻結實率的影響

由表2結實率數(shù)據(jù)可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后水稻的結實率遠遠低均于對照組的，其數(shù)值為74.6%(0.10%)、73.6%(0.15%)、73.2%(0.20%)、72.9%(0.25%)，分別比為83.1%(對照)降低10.2%、11.4%、11.9%、12.3%。同樣隨著秋水仙素處理時間越長，水稻的結實率也就越低。說明用秋水仙素處理在一定程度上不利于稻穗結出更多更飽滿的谷粒。

圖5 秋水仙素對水稻千粒重的影響

2.2.6 秋水仙素對水稻千粒重的影響

由表2千粒重數(shù)據(jù)與圖5可知：水稻種子經(jīng)過秋水仙素處理后水稻的的千粒重均高于對照組的，其數(shù)值分別為21.2(對照)、22.3(0.10%)、22.4(0.15%)、22.6(0.20%)、22.7(0.25%)，說明用秋水仙素處理有助于水稻千粒重的增加。同樣隨著秋水仙素處理時間越長，水稻的千粒重也隨著增加。

3 討論與結論

藥物處理后，稻種的發(fā)芽率與劉金香[8]所作的實驗得出的結果基本相同，當處理濃度達到0.25%時，發(fā)芽率僅為78.3%，劉金香處理濃度達到0.30%時發(fā)芽率僅為48～50%，說明秋水仙素處理濃度越高，發(fā)芽率越低。同樣隨著處理時間的增加，發(fā)芽率也隨著降低。

有人提到多倍化的種質(zhì)在形態(tài)、細胞學特性和分子特性方面發(fā)生的變異是多樣而復雜的，株高的變異是個典型的例子：盡管在較多情況下多倍體種質(zhì)傾向于具有更加巨大化的形態(tài)，這其中也包括株高的顯著增加[9-10]。這與我們多年實踐發(fā)現(xiàn)不少同源四倍體水稻株系盡管莖干更加粗壯，葉色加深，葉寬加大，株高增加相符合，但某些情況下甚至有變矮的趨勢,與本實驗數(shù)據(jù)不太相符合。他們通過研究發(fā)現(xiàn)：植株高度的變化較為復雜，大多數(shù)略有下降，少數(shù)略有增加，極少數(shù)持平[11]。黃慧君等人用秋水仙素處理水稻的愈傷組織，也得到株高變化不大的結果。也有人用秋水仙素處理水稻的分蘗，得到了株高普遍降低的結果[12-13]，原因可能是測量的時間不同或可能是由于上文討論發(fā)芽率所提到的實驗材料、清水浸種時間、處理稻種的溫度以及處理時間與本實驗不同。

本實驗得出秋水仙素處理后水稻的有效穗降低這一結果與他們[13]研究結果基本一致，但與涂祖榮等人研究結果不一致[12]。結果的不一致可能在于研究方法和實驗材料上的不同，涂祖榮等人是用一種濃度(0.04%)的秋水仙素處理水稻不同的分蘗。

本實驗各小組的穗長數(shù)據(jù)結果與欒麗等人研究結果一致。說明用秋水仙素處理有助于稻穗的伸長。

秋水仙素處理后水稻每穗實粒數(shù)與總粒數(shù)數(shù)據(jù)均有減少的趨勢，結果與涂祖榮等人研究結果基本一致，但與欒麗等人研究結果不一致。結果的不一致可能在于研究方法和實驗材料上的不同，欒麗等人和黃慧君等人是用秋水仙素處理水稻的愈傷組織，宋文昌等人是用秋水仙素處理水稻的分蘗苗，以及用秋水仙素和富民農(nóng)處理水稻萌動的種芽[14]。

秋水仙素處理后水稻的結實率明顯降低，數(shù)據(jù)結果與黃慧君等人和宋文昌等人研究結果基本一致。說明用秋水仙素處理在一定程度上不利于稻穗結出更多更飽滿的谷粒。

秋水仙素處理后水稻的的千粒重明顯增加，結果與宋文昌和黃慧君等人得出千粒重明顯增加的結論相一致，可說明用秋水仙素處理有助于水稻千粒重的增加。欒麗等人提到多倍化帶來種子質(zhì)量增加，這是多倍體植株的顯著特征[15-16]。

盡管金亮提到用秋水仙素浸種法來誘導多倍體的形成的加倍效率不高，但此方法操作簡單，通過本實驗得出的胚芽長、有效穗、穗長、每穗實粒數(shù)、每穗總粒數(shù)和千粒重等數(shù)據(jù)可說明：本實驗中秋水仙素對稻種產(chǎn)生了誘變效果。

綜合上述發(fā)芽情況比較和水稻產(chǎn)量構成因素比較的數(shù)據(jù)以及分析結果，發(fā)現(xiàn)秋水仙素對胚芽的生長有抑制作用；能促進水稻植株升高，有助于稻穗的伸長和千粒重的增加；但水稻的每穗實粒數(shù)、每穗總粒數(shù)減少、結實率降低。同時隨著處理濃度和處理時間的增加上述的效果就越明顯。

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