全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2011, 47 (3): 281~285 281
收稿 2010-11-17 修定 2011-01-25
资助 国家现代农业产业技术体系建设专项(nycytx-35)、四川
省农作物育种攻关项目(2006-06)和蔬菜种质与品种创新
四川省重点实验室项目。
* 通讯作者 (E-mai l : yuej ian_l i@163.com; Tel : 028-
84504073)。
自1937年Blakeslee和Averry发现秋水仙素诱
导染色体加倍的效果以后, 人们已经在1 000多个
植物种中获得了人工多倍体。蔬菜作物多倍体的
栽培是以四倍体和三倍体为主, 到目前为止, 人工
诱导获得多倍体的蔬菜作物有: 西瓜、甜瓜、黄
瓜、番茄、马铃薯、不结球白菜、花椰菜、芹
菜、萝卜、莴苣、菠菜、辣椒、大白菜、丝瓜、
石刁柏、生姜、茄子、黄花菜、菜薹、莳菜等,
但在生产上大量推广应用的只有西瓜、白菜、马
铃薯等(刘文革等2003)。
近年来, 南瓜商品化集中生产面积逐年增加,
用于生产上的品种很多, 但都是二倍体(2n=2x=40),
没有其它倍性南瓜品种育成和推广。不同倍性南瓜
特性研究的报道极少。我们用秋水仙素处理‘上海
小闸黄狼’南瓜, 得到了稳定的四倍体材料, 为培育
多倍体南瓜新材料、促进南瓜育种进步提供依据。
材料与方法
试验材料为南瓜优质常规品种‘上海小闸黄
狼’, 该品种属于南瓜属中国南瓜种(Cucurbita mo-
schata D.), 染色体数为2n=2x=40, 选用籽粒饱满新
鲜的种子为多倍体诱导的基础材料。
2002年3月28日, 南瓜种子(抽样200粒测定成
苗率为100%)用浓度0.2%、0.3%、0.4%、0.5%秋
水仙素溶液浸泡4 h, 以蒸馏水浸泡作对照。每个
处理用种量为500粒。药物处理结束后, 用蒸馏水
四倍体南瓜的诱变和特性研究
刘小俊1, 李跃建1,*, 刘独臣1, 房超1, 梁根云1, 杨宏1, 赵云2
1四川省农业科学院园艺研究所, 成都610066; 2四川大学生命科学学院, 成都610041
摘要: 以中国南瓜种‘上海小闸黄狼’南瓜为试材, 用秋水仙素为诱变剂, 对‘黄狼’种子进行处理, 得到了同源四倍体南瓜。
在4种浓度处理4 h后, 发现获得同源四倍体的最佳浓度为0.2%和0.3%。变异材料染色体数加倍(2n=4x=80)。研究发现, 与
二倍体相比, 四倍体单位面积叶面气孔数变少, 叶色变深, 叶裂变浅, 叶尖变钝, 叶变大, 茎变粗, 大量出现畸形雄花, 果实变
小, 果形变直, 果柄变短, 单瓜种子平均数由340粒减为68粒, 抗早衰性更强, 脯氨酸含量和过氧化物歧化酶活性更高, 丙二
醛含量更低。四倍体南瓜伤流量明显比二倍体高, 根系活力强于二倍体。
关键词: 南瓜; 四倍体; 诱变; 特性
Study of Induction and Characteristics of Tetraploid Pumpkin (Cucurbita mo-
schata D.)
LIU Xiao-Jun1, LI Yue-Jian1,*, LIU Du-Chen1, FANG Chao1, LIANG Gen-Yun1, YANG Hong1, ZHAO Yun2
1Horticulture Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China; 2College of Life Sciences,
Sichuan University, Chengdu 610041, China
Abstract: Diploid pumpkin seeds of pumpkin (Cucurbita moschata D.) ‘Shanghai Xiaozha Huanglang’ were
soaked in 4 concentrations of colchicine for 4 h to induce the tetraploid plants. The results indicated that the
most efficient concentrations of colchicine were 0.2% and 0.3%. The chromosomes of tetraploid plants doubled
(2n=4x=80). Comparison with diploid pumpkin, the tetraploid plant had less stoma in leave, larger and rounder
leaves with deeper color, thicker stem, more deformed male flowers. The small cylinder-formed fruits of tetra-
ploid pumpkin had shorter peduncle, longer neck and less seeds. The average seed number decreased from 340
to 68 per fruit. The proline content and SOD activity increased, but MDA content decreased. The bleeding in-
tensity and root activity of tetraploid pumpkin were higher than those in diploid plant.
Key words: pumpkin (Cucurbita moschata); tetraploid; induction; characteristic
植物生理学报282
冲洗3次, 然后直播于育苗钵中, 正常管理。幼苗
一叶一心后定植。
采用李锡香和朱德蔚(2007)方法, 通过测定
叶、花、果及种子形态和数量等的变化, 在田间
进行四倍体初步判断。去除无差异的单株, 入选
单株严格自交留种。
选择形态发生变异的植株, 撕取叶片上表皮,
用碘-碘化钾(I2-KI)溶液染色、制片, 在OLYMPUS
CX31显微镜下观察, 并用二倍体的叶片气孔作为
对照。在10×10的放大倍数下, 测量气孔个数, 分
别计数3次视野。用0.01 mm的目镜尺与0.01 mm
物镜测微尺结合测量保卫细胞大小, 测量3个视野
中的10对典型保卫细胞, 计算平均数。
取幼嫩根尖, 洗净后置于0.002 mg·L-1 8-羟基
喹咛预处理8 h后, 用无菌水漂洗数次, 卡诺固定液
过夜固定, 无菌水漂洗数次。经1 mol·L-1 HCl酸解
10 min, 无菌水漂洗数次。取根尖1~2 mm放在载
玻片上, 卡宝品红染色压片, 用OLYMPUS CX31显
微镜镜检拍照。根据染色体数确定其倍性。
采用流式细胞仪(德国Partec公司生产)对形态
鉴定为四倍体的植株进行倍性鉴定, 方法参照宋
健坤等(2005)。以‘上海小闸黄狼’南瓜二倍体
DNA含量为对照, 人为设定对照峰值为50, DNA含
量的分布曲线由倍性分析仪自动测定 , 采用
PartecDPAC软件自动统计分析。
参照李合生等(2000)的方法对脯氨酸、丙二
醛和过氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)
进行了测定。参照王熹等(2004)、王洋阳等(2009)
的方法对伤流强度进行了测定。
实验结果
1 秋水仙素处理效果
秋水仙素处理后的南瓜种子出苗缓慢, 下胚
轴膨大且短, 呈肉质化, 须根少, 许多幼苗的子叶
不能完全伸出地面, 有些虽然出土, 但无生长点。
秋水仙素溶液浓度越大, 对南瓜种子发芽和幼苗生
长的抑制作用越明显。如表1所示, 秋水仙素浓度
越高, 出苗数越少, 后代成功结实株也越少。获得
南瓜四倍体的最佳处理浓度为0.2%和0.3%。
2 倍性鉴定
通过显微镜观察, 南瓜的染色体在细胞分裂
中期为圆形, 呈点状, 这与前人观察结果一致。加
倍后的染色体数为2n=4x=80 (图1), 为其二倍体对
照2n=2x=40的2倍。
表1 不同浓度秋水仙素对南瓜的诱变效果
Table 1 The induction effect of different colchicines concentrations on pumpkin
秋水仙素浓度/% N0代成苗数 N0代结实株数 N0代变异株数 N1代成苗株数 N1代变异株数 N5代染色体加倍株数
0.2 55 30 8 7 3 1
0.3 36 7 11 4 0 0
0.4 11 0 0 0 0 0
0.5 3 0 0 0 0 0
图1 二倍体与四倍体南瓜细胞的染色体
Fig.1 The chromosome of diploid and tetraploid pumpkin
刘小俊等: 四倍体南瓜的诱变和特性研究 283
采用流式细胞仪对初步鉴定为四倍体的植株
进行了倍性鉴定的结果(图2)显示, 同源四倍体南
瓜DNA含量峰值(位于横坐标100的位置)为二倍体
南瓜(位于横坐标50的位置)的2倍, 表明诱导后所
获得的植株为四倍体。
3 形态观察和测定
与二倍体相比, 四倍体植株苗期长势较弱, 但
3~4叶后, 长势明显增强, 到伸蔓后变得很健壮, 长
势明显优于二倍体。10节以下少有分枝, 而二倍
体从第2节开始就发侧枝。在采收期, 四倍体的主
茎全长7.5~8.3 m, 比二倍体的(6.8~7.7 m)长0.6~
0.7 m。与二倍体相比, 四倍体南瓜茎上的短刺毛
多, 密度大, 叶色深, 叶脉分杈处的白色斑少很多。
四倍体叶裂比二倍体浅, 叶裂顶端较钝(图3)。从
图3 南瓜二倍体与四倍体叶的比较
Fig.3 Comparison of leaves between diploid and tetraploid pumpkin
图2 二倍体与四倍体南瓜的DNA相对含量
Fig.2 DNA relative content of diploid and tetraploid pumpkin
植物生理学报284
表2中可看出, 四倍体南瓜成熟叶纵横径比二倍体
南瓜叶大, 且差异极显著。四倍体南瓜节间长与
二倍体南瓜节间长相差不大, 但茎粗大小差异非
常明显, 达到极显著水平。
显微观察发现, 加倍后南瓜叶片的气孔密度
为加倍前45%, 显著变小, 其保卫细胞长、宽虽有
所增加, 但差异不显著(表3)。
四倍体植株有较多畸形雄花出现, 它们虽与
两性花相似, 但不能正常结果(图4)。加倍后正常
雌雄花的基本结构与加倍前是一样的。
从表4可知, 四倍体南瓜果柄变短, 差异极显
著; 果柄虽然变粗, 但变化不显著。加倍后, 南瓜
果实稍短, 但比弯曲的二倍体更直, 瓜整体显得短
粗(图5), 外观上感觉果实变小了, 但数据(表4)表明,
果实纵、横径及单果重与二倍体差异不显著。
四倍体南瓜单瓜种子数平均68.00粒, 而二倍
表3 二倍体和四倍体南瓜气孔密度和保卫细胞的比较
Table 3 Comparisons of stomatal density and guard cell
between diploid and tetraploid pumpkin
倍性 气孔密度 细胞长度/mm 细胞宽度/mm
二倍体 17.67±0.58A 1.73±1.41a 1.33±0.15a
四倍体 8.00±2.00B 2.33±0.21a 1.53±0.12a
图4 南瓜二倍体正常雄花与四倍体畸形雄花比较
Fig.4 Comparison of diploid normal male flower and tetra-
ploid deformed male flower of pumpkin
体单果种子数为340.17粒, 加倍后单果种子数减少
了近80%, 差异极显著(表4)。四倍体种子(长1.72
cm, 宽1.10 cm)比二倍体种子(长1.41 cm, 宽0.76
cm)大, 四倍体种子千粒重为149.76 g, 也比二倍体
南瓜种子的(140.32 g)重。四倍体种子不饱满, 子
叶发育不全。
4 抗早衰生理指标测定
从表5可知, 与植物抗早衰有关的脯氨酸含量
表2 二倍体和四倍体南瓜茎及叶性状比较
Table 2 Comparisons of leaf and stem characters between diploid and tetraploid pumpkin
倍性 叶长/cm 叶宽/cm 叶柄长/cm 叶柄粗/cm 茎粗/cm 节间长/cm
二倍体 32.66±2.11A 31.40±2.01A 23.82±4.16a 1.22±0.12A 0.72±0.05A 15.85±0.47a
四倍体 41.51±3.74B 40.62±3.09B 28.69±4.88b 1.66±0.09B 1.06±0.11B 16.78±0.25b
方差分析采用邓肯氏新复极差测验法。小写字母表示0.05水平, 大写字母表示0.01水平, 相同字母表示差异不显著。下表同此。
图5 南瓜二倍体与四倍体果形比较
Fig.5 Comparison of fruit shape of diploid and tetraploid pumpkin
刘小俊等: 四倍体南瓜的诱变和特性研究 285
表4 二倍体和四倍体南瓜果实性状比较
Table 4 Comparison of fruit characters between diploid and tetraploid pumpkin
倍性 果梗长/cm 果梗粗/cm 单果重/ kg 果纵径/cm 果横径/cm 单果种子数
二倍体 13.4±1.11A 1.55±0.16a 3.75±0.98a 44.40±5.13a 12.70±0.46a 330.17±92.56A
四倍体 6.37±0.72B 1.68±0.14a 2.95±0.45a 39.73±3.91a 12.47±0.31a 68.00±48.31B
在加倍后的南瓜中增加89.28%, SOD活性在加倍
后南瓜中增加4.39 U·g-1 (FW), 而促进植物衰老的
丙二醛的含量则由加倍前的7.91 nmol·g-1下降至加
倍后的4.42 nmol·g-1。伤流量加倍后增大0.76
mL·min-1, 表明根系活力变强。
讨 论
秋水仙素对生长点处理越早越好, 处理时间
越晚, 嵌合体出现的机率越高。本课题组曾采用
了秋水仙素溶液涂幼苗生长点的方法, 但未能获
得加倍植株。而用秋水仙素溶液浸泡南瓜种子虽
然获得了四倍体南瓜, 但由于药害重, 许多处理的
种子发芽后由于下胚轴畸形、肉质化和不伸长等
原因造成未能出土而死亡, 导致诱导成功率低。
所以, 筛选诱导效率更高效果更好的诱导试剂还
有待于进一步研究。
在口感评定中发现, 四倍体的品质并无明显
变优, 与加倍前相似。加倍后的果实虽然有所变
小, 但由于四倍体种子至目前一直较少, 每年种的
株数也少, 因此还不能认为加倍后南瓜丰产性发
生倒退。
从近几年的观察发现, 在成都7月份高温状态
和南繁时三亚温度偏低的情况下, 二倍体南瓜在
采收前出现叶变黄至叶枯现象, 造成早衰。而四
倍体南瓜在这两种气候条件下抗早衰能力都比二
倍体强。本文结果中, 加倍后的南瓜中脯氨酸含
量和SOD活性增加, 而加速植物衰老的MDA含量
(余泽高和王红闪2003)则下降, 降幅达44.12%。这
些生理指标反应出南瓜加倍后对外界环境的适应
能力增强。根系活力也是衡量植株是否抗早衰的
一个重要指标, 其重要指标伤流量增大, 增幅达
180.95%, 说明根系活力显著增强, 这有助于地上
部养分的供给, 表现出抗早衰的特性(吴永祥等
1998)。在南瓜生产上, 常因外界环境的不适, 造成
南瓜早衰, 从而影响品质和产量, 本研究认为诱导
南瓜加倍可能能够减轻或解决南瓜早衰现象。另外,
南瓜是重要的瓜类砧木, 根系活力强、抗早衰的砧
木将更有利于地上部接穗的生长。四倍体南瓜抗
早衰、根系活力强等特征特性, 将为南瓜抗早衰育
种和专用南瓜砧木品种选育提供新的思路。
参考文献
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吴永祥, 王正芳, 王振忠, 顾克军(1998). 旱育秧根系与抗早衰的关
系. 中国稻米, (3): 22~24
余泽高, 王红闪(2003). 冬小麦抗衰性与丙二醛含量相关性的初步
探讨. 湖北农业科学, (2): 28~36
表5 二倍体和四倍南瓜脯氨酸含量、MDA含量、
SOD活性和伤流强度比较
Table 5 Comparison of proline content, MDA content, SOD activity
and bleeding intensity between diploid and tetraploid pumpkin
倍性
脯氨酸含 MDA含量/ SOD活性/ 伤流强度/
量/mg·g-1 nmol·g-1 U·g-1 (FW) mL·min-1
二倍体 20.98 7.91 71.27 0.42
四倍体 39.71 4.42 75.66 1.18