三种化学诱变剂在杉木育种中的应用研究

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杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国特有的乔木科常见重要树种,主要产于我国长江以南地区,具有速生、材质好、功能多样化等特点,用途十分广泛。为了丰富杉木遗传变异范畴,为人工选育新品种提供丰富的原始材料,本试验以筛选出的速生型杉木优良家系种子为研究材料,经发芽试验,研究了秋水仙碱、甲基磺酸乙酯(EMS)和叠氮化钠等三种化学诱变剂不同药液浓度、不同处理时间对杉木优良家系幼苗的诱变效果,通过诱变处理后试验苗的死亡率统计、形态性状变异情况等生物学效应的观察统计及相应的叶绿素荧光分析,筛选并分析杉木变异苗木,对进一步进行杉木诱变育种做出基础性研究,主要研究结果如下:1、利用秋水仙碱诱变的试验中,在试验浸泡杉木幼苗后其根部出现了明显的膨大现象,经流式细胞仪DNA含量检测,膨大根部细胞中存在异倍体细胞;同时直至试验浸泡处理结束,试验苗并没有直接表现出很明显的死亡现象,而是到栽培一段时间后由于无法长出真叶而逐渐死亡,在诱变处理的幼苗移栽45天之后,存活苗数基本维持在一个水平。利用甲基磺酸乙酯诱变的试验中,在试验浸泡处理过程中,随着EMS浓度和时间的增大,较多的试验苗直接表现出胚轴软化、褐化后死亡现象,在诱变处理的幼苗移栽20天之后,存活苗数基本维持在一个水平。利用叠氮化钠诱变的试验中,试验浸泡处理结束后12小时,便有较多的试验苗直接表现出整棵幼苗褐化死亡现象,与EMS诱变处理相似的是在诱变处理的幼苗移栽20天之后,存活苗数基本维持在一个水平。2、第6号家系杉木苗的死亡率与秋水仙碱诱变剂处理浓度、时间、光照和根长的回归方程是y6=0.031+0.83c+0.145t+0.126g0.055m(R2=867**),以半致死状态为选择标准,结合试验结果,该家系杉木幼苗的较适宜试验组合为秋水仙碱诱变剂浓度为0.05%+处理时间为4d+无光照+幼苗长为3cm;第7号家系杉木苗的死亡率与秋水仙碱诱变剂处理浓度、时间、光照和根长的回归方程是y7=0.065+0.93c+0.113t+0.172g0.168m(R2=0.85**),该家系杉木幼苗的较适宜试验组合为秋水仙碱诱变剂浓度为0.05%+处理时间为3d+无光照+幼苗长1.5cm和秋水仙碱诱变剂浓度为0.1%+处理时间为2d+有光照+幼苗长为1.5cm;第8号家系杉木苗的死亡率与秋水仙碱诱变剂处理浓度、时间、光照和根长的回归方程是y8=-0.046+0.98c+0.127t+0.236g0.166m(R2=0.858**),该家系杉木幼苗的较适宜试验组合为秋水仙碱变剂浓度为0.3%+处理时间为4d+有光照+幼苗长为3cm。3、第6号家系杉木苗的死亡率与EMS诱变剂处理浓度和时间的回归方程是y6=0.604+0.556c+0.23t(R2=0.87**),最终经计算确定EMS处理该家系杉木幼苗的较适宜试验组合为EMS诱变剂浓度为1.16%+处理时间为2h和EMS诱变剂浓度为0.95%+处理时间为2.5h;第7号家系杉木苗的死亡率与EMS诱变剂处理浓度和时间的回归方程是y7=0.606+0.598c+0.237t(R2=0.959**),该家系杉木幼苗较适宜试验组合为EMS诱变剂浓度为1.06%+处理时间为2h和EMS诱变剂浓度为0.86%+处理时间为2.5h;第8号家系杉木苗的死亡率与EMS诱变剂处理浓度和时间的回归方程是y8=0.562+0.685c+0.181t(R2=0.927**),经回归方程计算确定该家系杉木幼苗的较适宜试验组合为EMS诱变剂浓度为1.15%+处理时间为1.5h;EMS诱变剂浓度为1.02%+处理时间为2h;EMS诱变剂浓度为0.89%+处理时间为2.5h。4、第6号家系杉木苗的死亡率与叠氮化钠诱变剂处理浓度和时间的回归方程是y6=0.356+7.865c+0.295t(R2=0.969**),最终经计算确定该家系杉木幼苗的最佳试验组合为叠氮化钠诱变剂浓度为0.053%+处理时间为1.5h和叠氮化钠诱变剂浓度为0.034%+处理时间为2h;第7号家系杉木苗的死亡率与EMS诱变剂处理浓度和时间的回归方程是y7=0.492+9.879c+0.343t(R2=0.973**),最佳试验组合为叠氮化钠诱变剂浓度为0.048%+处理时间为1.5h和叠氮化钠诱变剂浓度为0.031%+处理时间为2h;第8号家系杉木苗的死亡率与EMS诱变剂处理浓度和时间的回归方程是y8=0.501+9.326c+0.364t(R2=0.940**),经回归方程计算确定EMS处理该家系杉木幼苗的最佳试验组合为叠氮化钠诱变剂浓度为0.05%+处理时间为1.5h和叠氮化钠诱变剂浓度为0.03%+处理时间为2h。5、在秋水仙碱诱变幼苗的培育观察过程中发现,与对照组幼苗相比较,观察到三种变异类型幼苗即植株子叶短厚但顶芽正常型、子叶厚短且顶芽死亡型和植株三子叶型。三个家系不同变异类型的杉木幼苗除了三片子叶类型的变异苗在苗高和芽长上与相应的对照组杉木苗差异不显著外,各家系中其余变异类型的苗高和芽长都与其相对应家系对照试验苗的苗高、芽长存在显著差异,存在变异幼苗矮化现象。由叶绿素荧光检测结果得,子叶厚短且无顶芽的变异类型苗叶片受到的化学诱变剂的永久性伤害普遍比对照组杉木苗大;最大荧光(Fm)相对较小;PSⅡ活性的变化(Fv)以及PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)和光合效率(Fv/Fm)在所有变异类型苗中最小,同时明显小于对照杉木苗的相应指标。子叶厚短且有顶芽型变异苗和三子叶变异苗的固定荧光比对照试验苗小,这有可能是由于诱变后杉木苗对生长环境的一些不利影响产生了较强的抗性所致;这两种变异类型的幼苗PSⅡ的潜在活性和光合效率都相对较大,这表明子叶厚短且有顶芽变异苗和三子叶变异苗具有较为旺盛的生长力。6、在甲基磺酸乙酯诱变幼苗的培育观察过程中,在对照组杉木苗的比较下可得,EMS诱变剂处理对杉木苗的形态学上的影响主要表现在子叶和真叶上,随着EMS浓度和处理时间的改变,杉木苗出现不同类型的变异:子叶卷曲型、叶片褐化型和叶片白化型。EMS化学诱变杉木幼苗子叶卷曲变异类型在苗高上与对照试验组幼苗没有存在差异,但是增加了杉木试验苗叶片的褐化和白化现象出现的频率,同时这两种变异幼苗出现了矮化现象,这可能是由于试验苗木叶片叶绿素的形成受到诱变剂的影响造成的,具体原因有待进一步研究。经过甲基磺酸乙酯诱变的三个家系不同变异类型苗原初荧光都与相对应的对照组试验苗差异不大,表明EMS处理对杉木试验苗的叶片PSⅡ永久性伤害在培养三个月后的苗木上表现不明显;三个家系的子叶卷曲和褐斑化变异类型的幼苗在最大荧光(Fm)指标上均表现出一样的规律即与各自的对照组试验苗没有存在差异性;对于PSⅡ活性(Fv)、PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)和光合效率(Fv/Fm)这三个指标,三个家系的子叶卷曲变异幼苗与对照试验幼苗之间没有存在显著差异,但是褐斑类型变异幼苗的相应指标则比对照组试验苗的要小且差异明显。7、在叠氮化钠诱变幼苗的培育观察过程中,在对照组杉木苗的比较下可得,叠氮化钠诱变剂处理对杉木苗的形态学上的影响同样主要表现在子叶和真叶上,随着叠氮化钠浓度和处理时间的改变,杉木苗出现不同类型的变异:叶片完全白化型、针叶一半白化一半正常型。三个家系的半白化型变异苗在苗高、芽长上与对照试验苗相比并没有出现太明显的差异,而叶片完全白化变异苗在苗高、芽长上则存在较明显的矮小现象,这可能是因为化学诱变剂导致幼苗叶片白化,叶绿素严重缺失,幼苗无法进行正常的光合作用,从而引起苗高、芽长增加缓慢甚至停止增加。利用叶绿素荧光检测后结果得,完全白化的植株无法获得检测值,这是因为完全白化苗叶绿素缺失,叶绿素荧光仪无法检测到;半白化变异苗与对照组相比较,三个家系变异苗的Fo、Fm、Fv等指标变异苗均没有出现明显差异,这表明半白化苗虽然叶片有一半白化,但是还有一半是完全正常的,可以进行正常的光合作用,所以这样的叶片不影响苗木的正常生长。
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