航天诱变甜瓜的形态学变异

王洋洋　袁丽伟　盛云燕

摘要：以神舟八号飞船搭载的7种甜瓜材料（1 050株）及未搭载的对照种子（650株）为研究对象，经连续自交2代并开展田间调查，对植株开花期、叶片、果实及抗病性开展突变体的初步鉴定，初步得到53株突变单株。其中，早熟单株4株，大叶单株12株，HM1-2-10 最明显，叶面积为CM1-2 的2倍；单果质量明显变大的单株15株，其中HM1-7-36最突出，单果质量为其对照的3倍左右；抗病单株22株。在所突变的单株中，期望获得高产、高质的甜瓜新品种，以扩大甜瓜的市场范围，提高甜瓜的经济价值，为甜瓜的航天育种提供理论基础。

关键词：甜瓜；航天诱变；田间调查；形态学变异；突变体；早熟；单果质量

中图分类号： S652.036 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0203-03

甜瓜（Cucumis melo L.）别称甘瓜或香瓜，是人们夏季消暑的主要水果之一。我国是甜瓜生产大国，多年来，我国的甜瓜栽培面积一直位居世界第一，随着栽植面积的增大，选育出具有产量高、抗性好、早熟等特点的新品种成为当务之急[1]。航天育种作为一个新的育种手段进入人们的视野，其变异因其基于植物自身基因的变异，并非导入外源性基因所致，不存在基因安全性问题而成为培育新品种的方法之一[2]。世界对太空领域的新的研究始于1957年[3]，自前苏联成功发射首枚卫星后，美国、中国、日本、德国等国家也相继开始了卫星的发射及空间领域的研究。迄今为止，我国航天育种研究已开展27年，在此期间，我国成功诱变培育出水稻[4]、小麦[5]、棉花[6]、高粱[7]等作物的一系列优质、高产、多抗的新品种、新品系和新种质，表明航天诱变技术可以成为新的育种手段[8]，同时为我国粮食综合生产能力和农产品市场竞争力提供了重要的技术支撑[9]。随着我国科技的发展及对空间育种的重视，蔬菜的空间培育工作也得到了发展[10]。目前，航天诱变技术不仅在番茄[11-12]、辣椒[13]、大葱[14]、黄瓜[14-15]等蔬菜中得到了应用，在甜瓜育种技术中也受到了研究人员的重视。伊鸿平等针对皇后坐果不整齐、有畸形果的特点，于1996 年将皇后纯系干种子搭载进行空间诱变处理，经过8代的选育，培育出2个优良自交系，并于2000 年配组选育出2个优良组合，在品质风味、果实大小、外观、坐果整齐度以及抗性等综合性状方面超过目前新疆哈密瓜露地主栽品种新皇后[16]；朱方红等对西瓜、甜瓜航天诱变进行了相关报道，认为航天诱变技术可用于西瓜、甜瓜选育[17]；田书沛等选育出的具有高抗、高产等特点的新的甜瓜品种[18-22]为本试验提供了大量的试验依据。2012年，笔者针对甜瓜HM1-3 及其对照进行10个指标检测，并初步获得了21个有利变异单株，且须要进一步试验完成HM1-3群体中新品种的选育[23]。本试验以连续自交2代的航天诱变材料及其对照为研究对象开展田间调查，对植株开花期、叶片、果实及抗病性开展突变体的初步鉴定，以期选育出高产、优质的甜瓜新品种，扩大甜瓜的市场范围，提高甜瓜的经济价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

7种航天搭载甜瓜材料（共1 050株）：HM1-1、HM1-2、HM1-3、HM1-4、HM1-5、HM1-6、HM1-7的单株及其对应的对照（CK，对照为未搭载的品种），它们的基本性状见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 材料处理 将精选的7种材料甜瓜种子各分2份，一份以神舟八号飞船为载体，进行空间诱变；另一份作为地面对照（CK），称为未搭载原种，地面低温储存[24]。2011年11月1日5时58分10秒由黑龙江八一农垦大学筛选的甜瓜种子经由神舟八号飞船搭载送上太空，并于11月17日19时32分30秒返回地面，历时397 h，于2011年12月19日回到大庆。2012年4月初育苗，4月29日定植于黑龙江八一农垦大学校内塑料大棚，7个品种分7个小区种植，株距、行距各 0.5 m，单株无重复，5月16日开始自交授粉，1株留1个果。

1.2.2 性状调查 2012年4月5日至8月中旬，先后于黑龙江八一农大学校内塑料大棚中进行发芽率、成活率、第1朵雌花的出现时间、成熟时间、叶面积（利用方格法测量单株每一生长期的叶面积，3次重复）、白粉病抗性及单果质量的调查。在观察试验中，每个植株均为独立样本。

2 结果与分析

2.1 发芽率及成活率

通过对发芽率和成活率的调查[25]可知，不同品种的甜瓜经过空间诱变后， 其发芽率和成活率受影响的程度不同。

图1、图2所示，HM1-7的发芽率和成活率均为100%，受到的影响最小，而HM1-5分别为83.4%、80.7%，大大低于其对照。此外，对甜瓜种子发芽率及成活率进行相关分析，结果发现其相关系数达0.955 497（>0.8），呈高度正相关，表明种子的发芽率很大程度上影响甜瓜幼苗的成活率。

2.2 生育期

生育期按育苗、发芽、定植、第1朵结实花开花时间、成熟期进行记载（表2），于2012年4月1日统一催芽，经3～4 d后催芽结束，并于4月29日定植于黑龙江八一农垦大学大棚内；由于甜瓜的品种不同，成熟期差别较大（薄皮甜瓜约 35 d，厚皮甜瓜约45 d）；HM1-1及HM1-5发现早熟单株，均提前 5 d左右成熟，分别为HM1-1-7、HM1-1-35、HM1-5-66、HM1-5-141。

2.3 叶面积

在叶面积的调查中发现，部分甜瓜叶面积增大且叶形不变，并从中获得12株高于其对照30%的单株，分别来自于HM1-2（4株）、HM1-7（2株）、HM1-3（6株）。在HM1-2中发现特大叶单株HM1-2-10，其叶面积约为其对照的2倍（表3）。

2.4 抗白粉病单株endprint

在生育期后期，加大棚内湿度，减少通风，提供有利于植株感染病毒的环境，定期进行调查记录，根据甜瓜白粉病等级（0～6级）进行鉴定[26]，初步筛选出≤2级的抗病单株。据调查，得到的抗病单株22株，其中HM1-4为12株，分别为

2.5 单果质量

经调查，得到15株大果单株，包括HM1-2（3株）、HM1-7（4株）、HM1-3（8株），其单果质量平均比对照高40%。HM1-7-36单果质量801 g，约为其对照的3倍，单果质量增大最明显。就7个群体来说，HM1-3中单果质量增大的单株最多（表5）。

3 结论与讨论

由于空间诱变育种周期短，能在较短的时间里创造出目前其他诱变方法难以获得的罕见的突变基因资源，这就有可能彻底改变近年来瓜类育种中育种资源匮乏的局面，培育出突破性的优良品种，直接服务于农业生产。随着空间诱变育种的发展，越来越多的育种工作者正尝试通过空间诱变育种途径选育新品种。我国在航天育种事业中，棉花、水稻等大田作物也获得了很多新品种，但蔬菜的发展却较慢。尽管如此，西瓜、甜瓜在航天育种中也取得了一些成果，例如，崔艳玲等利用返回式卫星于1996年搭载了5个西瓜、甜瓜品种，通过4代选种、配种、筛选与培育，选育出6个杂交西瓜新品种，并采用复播技术进行示范种植获得航兴1号[27]，深受瓜农喜爱；田书沛等也先后在甜瓜品种选育中作出贡献[18-22]。在这些科研人员的带领下，大家对甜瓜的航天育种事业寄予希望，期望可以获得新的甜瓜品种，扩大甜瓜市场范围。

由于每种育种材料较少，本试验以繁育为主，并通过调查主要田间性状，初步筛选出突变单株，其表达性状的差异原因及是否能够稳定遗传，须要继续对其后代进行调查，直至获得高产、稳产、优质的新品种[28]；种子萌发及植株成活过程中出现的死亡，可能是由基因变异或生理损伤导致的，其根本原因须要进一步调查测定[29]。此次SP1筛选中共获得53个田间性状表现优良的单株，这些植株须进一步自交纯化，按株系种植，以保证其纯度，方便后续研究验证。由于材料数量较多，抗病性的测定须要经过人工接菌的手段进一步验证。本试验产生的抗白粉病单株只是初步筛选，下一步须要按照白粉病分级标准对甜瓜的茎和叶进行梯度观察与分级；对田间表达性状进行调查后，再结合其果实性状的测定，以加快对突变单株的筛选。

本试验结果表明，航天诱变甜瓜HM1-1、HM1-2、HM1-3、HM1-4、HM1-5、HM1-6、HM1-7均有不同程度的变异，其中HM1-2、HM1-3、HM1-7叶面积和单果质量增大较明显，HM1-1、HM1-5早熟较突出，HM1-4、HM1-6抗白粉病比较明显，可见航天诱变并非盲目、无规律变异，与品种自身特性相关；甜瓜SP1代种子受空间辐射影响，其发芽率和成活率普遍降低；在筛选过程中，存在1株多表现性状改变的现象，能否保存其差异性，须进一步调查。

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