全 文 ：核 农 学 报 一 , 一
里 尸 ‘ ￡ 刀 龙
平流层辐射对谷子生长发育及后代性状的影响
姜国勇 李秀贞 刘培利
莱阳农学院
李金国
莱阳
蒋兴村
中国科学院遗传所 北京
平流层辐射对谷子 的 营养生长及 后 代性状 的 变异有 显著影响 。 试验 结果表明
经高空 气球搭 或 的 谷 子 , 种 子 发 芽势比 对 照提 高 , 株 高比对 照 降低 。
叶片长度的生长动态呈双峰 曲线 , 叶 片长度 和 宽度与对 照 的差 值 由 下 到 上呈正弦 曲
线 , 旗叶 的 面 积 、 穗重均明 显 高于对照 。 分离群体 中产生 了各种各样具有隐性性
状的 突变休 , 大穗型株 系性状相 对稳定 , 在德长 、 穗重 、 种 子 蛋 白质含量和 脂肪含
量上表现 出有选育价值 的稳定 变异 。
关键词 平流层辐射 谷子 生 长发育 突变体
前 言
诱变育种在我国已取得很大发展 , 几乎所有农作物都有诱变 品种汇‘ , 而实施诱变的方法
也由化学诱变剂 , 下射线发展到快中子 、激光 、 紫外线和电子流等 。 近几年来 , 随着 空间生命科
学研究的深入和发展 , 我国利用卫星和气球搭载的手段 , 在外空和高空实施诱变育种也有一些
突破 , 已经筛选出许多变异性状稳定 、 良好的突变体 , 并在微生物改 良 、抗菌素筛选以及农作物
品种选育等方面得到广泛的应用 , 已有水稻 、 番茄 、 青椒 、大麦 、 小麦 、 甘蓝等农作物研究的报
道比 一 〕, 尽管已经通过诱变方法选育出 个具有应用价值的谷子品种 , 然而利用大气平流层
辐射诱发谷子变异的研究 , 在 国内外尚未见报道 。 平流层是位于对流层以上 、 电离层以下约
一 厚的大气层 , 具有很强的宇宙射线 、 高能核粒子辐射和强烈的紫外线 , 植物材料受
到强烈辐射的影响 , 会产生生理变化和遗传性变异 , 利用高空气球搭载的办法 , 将谷子种子在
平流层进行多元辐射处理 , 可以选出变异性状优 良的突变体 。 本研究应用这一方法 , 旨在 为诱
变育种的实施提供可借鉴的根据 , 开拓新的诱变途径 。
材 料 与 方 法
供试材料为 一 谷子 , 将 个单穗上的种子分成两部分 , 一部分留地作对照 , 另一部分
重 于 年 月放置于无密封的高空气球的吊蓝中升空 , 在海拔 一 高度滞留 ,
时间为 。 据有关技术数据测定 , 此时的大气结构气温 为 一 , 空气密度为
一 一 一 ‘ 啼 , 压力为 只 一。一 一 一 一 ‘ , 该高度的重力加速度
此文于 年 月 日收到 〔
核 农 学 报 卷
为 , 在海拔 处辐射流强为 个 ,
· 。
回收后的种子 , 于播种前做发芽试验 , ℃室温测定种子的发芽势及 天时种子苗高
, 每
处理 粒 , 次重复 。 月 日温室内条播 , 行距 , 收获期 月 日 。 生长期间 ,
定株观察生长动态 , 各取 株 , 未设重复 。 、、 穗部性状的测 定 随机取样 株 , 未设重
复 。 测定标准见 中国谷子栽培学 》’〕。 , 收获的单穗 , 年单行条播 , 观察 几 的性状分
离和形态变异 。 的单穗 , 年单行条播
,
大穗型株系收获 后测定蛋 白质含量和脂肪含
量 , 方法参阅 种子品质分析 ’。 显著性分析采用 测验 。
结 果 与 分 析
一 搭载谷子的种子发芽力比较
从表 可以看出 , 搭载谷子的种子发芽率较对照低 , 但其发芽势比对照高 ,
明显 比对照出芽快 、发芽早 、 生长快 。 尽管如此 , 发芽率下降的结果说明 , 平流层辐射对种子呸
的杀伤作用还是存在的 。
二 搭载谷子 生长发育动态的比较
株高生长动态的比较 表 结果显示 , 搭载谷子 出苗后生长发育特别快 , 五 叶期 比
对照高近 , 但到 八叶期 , 两者基本接近 , 处理 的仅 比对照高 , 这种平衡生长一致延
续到十二叶期以后 , 而至成熟期 , 搭载谷子的平均株高 比对照低 。 可见 , 搭载处理的谷
子 , 其植株后期生长速度放慢 , 辐射效应持续影响后期株高的增长
表 搭载谷子发芽力及 植株高度
发芽势
‘
飞 ,
发芽率
即 一
株高
处理
苗期
失妇
五叶期
一
八 叶期
一
十二叶期
一
成熟期
搭载谷子
一
母 ’ ,
对 照
〕
, 达 显著水平 , , ‘ 达 显著水平
关 元一
、
, 并 郎 工
叶片长度生长动态的比较 图 显示 , 搭载谷子的叶片在整个生长期间与对照呈明
显的差异 搭载谷子的叶片 , 在八叶以下均 比对照长 , 从倒五 叶开始 比对照短 , 但从旗下叶
至旗叶 , 再次比对照长 , 两者间 的差异呈 条正弦曲线 。 搭载谷子的旗叶叶片的长度 比对
照长 , 超出任何叶片长度间的差异 。 搭载谷子的叶片长 度由下到上呈双峰曲线 , 峰
值分别位于第八叶和旗下叶 , 而对照 叶片长度由下到上呈单峰形 , 峰值位于倒三叶 。
, 叶片宽度生长动态的比较 图 结果显示 , 搭载谷子的叶片宽度由上到 下呈直
线上升趋势 , 直到旗下叶 , 生长动态与对照相似 。 搭载谷子的叶片宽度前期高于对照 , 后期
低于对照 , 这种生长差异与叶片长度的生长趋势相同 , 也呈正弦 曲线 。 与叶片长度 的发育
规律相同 , 旗叶宽度也明显高于对照 。
期 平流层辐射对谷子生长发育及后 代性状的影响
已。占祠︸沙‘工侧似北古
对照
挤级谷子
们 , ‘ 。比
差异
钱升 化
图 叶片长度的生长动 态
找 〕 抑 ,
第 叶
一
第 叶
一
第
叶 一 倒 叶 一块 一 倒 叶
一 一
倒 叶 一
一
旗下
叶 一悦 一 旗
图 叶片宽度的生长动态
即 ,
第 叶 一 第 叶 一 第
叶 一 倒 叶 一 一 倒 叶
卜 一 倒 叶 一 一 旗下
叶 一 一 旗叶 堪
三 , 穗部性状的比较
表 结果表明 , 搭载谷子穗部性状的各项指标均高于对照 , 特别是穗长和穗重 , 分别 比对
照高 和 。 可见 , 平流层辐射对谷子的影响 , 不仅表现在苗期的营养生长 , 也表现
在中后期谷穗的形成 、 发育及籽粒的灌浆过程 。
表 德部性状
处 理 德长 穗粗 穗重宝 艺
穗下节长
搭载谷子 ’’
对 照
差 值 以
,
杏
八勺‘
, 达 显著水平 。
四 几 突变个体的性状表现
搭载谷子的 , 除了生长发育与对照存在一定差异外 , 尚未表现出非常明显的突变 , 但在
就出现了各种各样的突变类型 。
秃穗 谷穗的顶端二级枝梗发育不 良 , 小穗未分化或分化不完全 , 小花不育或败育 图
版 一 。 穗及穗下节间不伸长 , 穗在旗叶叶鞘内皱缩 , 呈球状穗子 , 小穗分化不 良 图版
。 无穗 穗分化不完全 , 或者未分化 , 藏于旗叶叶鞘内 图版 一 。 一级枝梗加长 , 谷码
子伸长呈鸡爪形 , 谷码子间排列疏松 。 叶片背面及种子内外俘呈紫红色 。 特大穗 穗大 、
穗粗 、 谷码子多 , 平均长度 一 , 最长达 , 较对照长 一 图版
一 。
五 巧 株系性状的表现
单株选择的大穗型株系 , 在 仍有不同程度的分离 , 但穗大 、穗重的主体性状相对
稳定 。 蛋白质和脂肪含量的分析测定表 明 , 各株系间存在差异 表 。
一 、 一 、 一 、 一 株 系的平均穗长均高于对照 , 其 中 一 比对照长 。

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, 一
表明 , 平流层辐射明显促进 了苗期及抽穗期以 后叶片的生长 , 相应减缓 了从拔节到抽穗期叶片
的生长 从株高性状上看 , 也是如此 、搭载 谷子的株高明显 低于对照 。 可见 , 平流 层辐射能够
适当调节植株的生长平衡和 发育进程 , 有利于植株各个生育的协调生 沃。
, 除生理性状与对照存在差异外 , 尚未表现出明显的变异 , 突变个体均出现在 , 程
度不同地表现 出发育障碍和性状异常 。 在性状表现上
, 平流层辐射所造 成的突变体多为隐性
突变 , 在 分离群体上才表现出来 , 这些突变多为不利的性状
, 如异形穗子 、 秃穗 、 不育 、 晚熟
等 , 只有大穗型突变在育种上具有应用价值 据测算 , 的群体变异频率因性状不同而存在
差异 , 其中 , 不育株为 , 大穗株为 , 穗子畸形 株占 , 晚熟株占 鉴于许
多生物学性状变异呈中性 如皱缩 叶
、
紫色叶
、
浅色叶
、
紫色 外秤等
,
未作统计和分析 , 因此
,
难
以 估算总体的变异频率 。 但是 , 平流层辐射引起的变异范围 比较 广泛 , 几乎遍及所有的农艺性
状 , 有利于品种的性状改 良和系统选育
大穗型株系性状显示
, 虽然各株系间存在差异 , 性状分离依然存在 , 但穗部性状相
对稳定 , 而种子的蛋 白质和脂肪含量差异很大 , 其中
一 不仅穗长 、 穗重高于对照
, 而且蛋 白
质和脂肪的 含量也很高 , 特别是脂肪的含量更为明显
, 可望选育 出高品质的品种 在穗重这一
性状上 ,
一 和 一 可望选育出大穗高产品种
参 考 文 献
王琳清 我国植物诱变育种进 展剖析 核农学通报 ,
, 一
蒋兴 村等 中国微重 力科学与空间实验一 首届学术讨论 会论文集 北京 中国科学技术出版社
, 一
山西农业科学院主编
,
中国谷子栽培学 北京 农业出版社 , ,
赵铁 男等编著 种子品质分析 哈尔滨 黑龙江科学技术出版社
,
蒋兴村等 “ ”返地卫星搭载对水稻遗传性的影啊 科学通报 , , 一
陈芳远等 高空环境对水稻遗传性的影响 中国水稻科学 , , 门 一
刘存德 空间植物学研究的现状 与发展
、
植物学通 报 , , 〔 一
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