“实践八号”搭载8个苜蓿品种细胞学效应研究

通过“实践八号”育种卫星搭载8个苜蓿Medicago sativa品种干种子,研究苜蓿根尖细胞学效应。研究结果表明,航天诱变促进了8个苜蓿品种的根尖细胞有丝分裂活动,龙牧803有丝分裂指数的辐射生物损伤增加的幅度最大,草原1号增加的幅度最小。同时,航天诱变诱发了8个苜蓿品种根尖细胞产生染色体断片、染色体粘连、游离染色体、落后染色体等畸变类型,染色体断片是主要畸变类型,Pleven6总畸变率最大,肇东苜蓿总畸变率最小,初步推断8个苜蓿品种中Pleven6对航天诱变的敏感性最高,肇东苜蓿的敏感性最低。     

太空环境诱变苦荬菜的细胞学效应研究

对卫星搭载的2种苦荬菜Lactuca indica种子SP1代根尖细胞染色体变异进行了研究.结果表明,太空环境诱变处理后提高了苦荬菜种子的根尖细胞有丝分裂指数,出现了包括微核、染色体桥、染色体断片等在内的多种类型的染色体变异.早熟苦荬菜对太空环境诱变的敏感性大于晚熟苦荬菜.     

60Coγ射线辐照野牛草干种子的细胞学效应

通过5种不同剂量的⁶⁰Coγ射线对野牛草(Buchloe dactyloides(Nutt) Engelm.)种子的辐射诱变效应研究表明,γ射线辐照能抑制野牛草根尖细胞的有丝分裂.随γ射线辐射剂量的增加,根尖细胞有丝分裂指数呈下降趋势.γ射线辐照能诱发根尖细胞的染色体畸变和核畸变,产生桥、染色体断片、粘连染色体、游离染色体、落后染色体、单微核、双微核、多微核、小核等多种畸变类型.在0～2000 Gy 范围内,随剂量的增加各种畸变率不断提高,至2000Gy 辐照剂量时,各畸变率达到最大.     

空间飞行和60Co-γ射线辐照对苦荬菜种子的细胞学效应研究

利用返回式卫星搭载苦荬菜(Lactuca indica)干种子,研究比较其与用不同剂量γ射线辐照对苦荬菜根尖细胞的遗传学效应。实验结果表明:与地面对照组相比,种子空间飞行可促进根尖细胞有丝分裂;而γ射线则抑制根尖细胞有丝分裂,并随着辐照剂量的增加有丝分裂指数逐步下降。二者均可诱发根尖细胞产生微核、染色体断裂、染色体粘连、落后染色体、游离染色体、桥等畸变。但空间飞行诱发畸变的频率明显低于γ射线辐照。在γ射线辐照剂量0～30Gy范围内,随着剂量的增加,单微核、多微核和染色体总畸变频率逐步升高。     

卫星搭载对紫羊茅诱变效应的研究

研究卫星搭载对2个紫羊茅品种细胞有丝分裂,核畸变,种子萌发,植株生长及形态特性方面的影响。结果表明:卫星搭载的2个紫羊茅细胞有丝分裂指数高于对照,分别为20.7%和18.8%,紫羊茅本明杰核总畸变率是对照的4倍,普通紫羊茅核总畸变率是对照的10倍,显著高于对照;种子发芽率、发芽指数均高于对照;生育期缩短、植株高度、小穗数/分枝显著高于对照,有效穗数极显著高于对照;叶片宽度明显的变窄,其中,本杰明紫羊茅生长速度曲线与对照相似,种子/小穗显著的低于对照,普通紫羊茅生长速度曲线与对照差异较大。     

洗涤剂对豌豆根尖细胞的致畸效应

为研究洗涤剂对豌豆(Pisum sativum)是否产生细胞毒性和遗传毒性效应,以豌豆根尖细胞为材料,利用微核技术,用不同稀释倍数的洗涤剂对根尖处理24和48 h,设4个稀释倍数分别为200倍、100倍、10倍、5倍,统计豌豆根尖细胞有丝分裂指数、微核率及染色体畸变率,并进行显微摄影。结果表明,随洗涤剂原液稀释倍数的降低和处理时间的延长,根尖细胞有丝分裂指数明显下降,并具有明显剂量-时间效应关系;微核率和染色体畸变率先升高后下降,不具有剂量-时间效应。稀释不同倍数洗涤剂能引起根尖细胞染色体桥、微核等多种染色体畸变类型,造成根尖细胞染色体损伤。洗涤剂对豌豆根尖细胞具有一定的遗传毒性。     

太空诱变对紫花苜蓿耐盐性及离体再生的影响

为了揭示太空诱变对苜蓿耐盐能力的影响,以搭载种子、未搭载苜蓿种子及耐盐品种中苜1号为材料,研究了盐胁迫下苜蓿种子发芽及其再生能力的变化。结果表明,太空诱变后,苜蓿耐盐性与未搭载和中苜1号相比显著增强,250mmol/L NaCl胁迫下种子发芽率比未搭载增加25.7%,发芽时间缩短,子叶畸变率低。同时,搭载后的种子组培再生能力显著增强,表现为愈伤诱导、胚状体诱导、不定芽形成及根分化的数量和质量显著高于未搭载对照及中苜1号。通过盐胁迫条件下筛选,最终获得3株耐盐变异材料。     

60Co γ射线诱发谷稗和御谷的辐射生物学效应研究

研究利用60Co γ射线以10、20、30 Gy的剂量处理谷稗Echinochloa crusgalli和御谷Pennisetum glaucum 2种牧草种子,以未经处理的种子作为对照,进行了发芽、幼苗生长和根尖细胞染色体畸变的研究。结果表明,60Co γ射线辐照抑制了谷稗和御谷的种子萌发,不同程度刺激了幼苗的苗高增高。60Co γ射线辐照后,谷稗和御谷的根尖细胞中出现了单微核、双微核、单桥、双桥等各类的染色体畸变类型。随着60Co γ射线辐射剂量的增大,微核和染色体畸变率也逐渐增大,在30 Gy时达到最大。谷稗对于60Co γ射线辐射的敏感性要大于御谷。     

紫花苜蓿种子含水量对卫星搭载诱变效应的影响

利用实践八号育种卫星搭载水分含量分别为9%、11%、13%、15%、17%的紫花苜蓿品种"中苜一号"(Medicago sativa L.cv.Zhongmu No.1)种子,返回后对其各发芽指标、分枝数、叶面积、株高进行测定。结果表明:不同水分含量对紫花苜蓿种子活力及植株生长发育具有影响,未搭载13%~17%含水量的种子发芽率、发芽势、株高、分枝数和叶面积均不同程度低于自然含水量种子;高水分含量可以提高空间诱变效率,搭载后13%~17%含水量种子各项指标均高于相应对照;含水量13%~15%为紫花苜蓿种子卫星搭载进行品种选育的适宜含水量。     

卫星搭载不同紫花苜蓿品种的生物学特性反应(简报)

太空育种具有变异多、幅度大、高产、优质、早熟及抗病力强等特点,是集航天技术、生物技术、农业育种技术于一体的农业育种新途径。以不同时期株高为指标,对3个紫花苜蓿Medicago sativa品种卫星搭载效应进行研究。结果发现,对于中苜一号,幼苗期卫星搭载株高显著低于地面对照,分枝期和初花期则相反,搭载后株高显著增加;对于龙牧803,卫星搭载后幼苗期和分枝期的株高显著增加,初花期则表现为无显著差异;对于敖汉苜蓿,卫星搭载植株在3个时期的株高都显著高于对照;研究结果表明,卫星搭载的生物学效应因品种和时期而异,这可能是由不同紫花苜蓿品种间诱变敏感性的差异引起的。     

混合盐碱胁迫对5种禾草种子萌发及幼苗生长的影响

以农菁11号羊草(Leymus chinensis ‘Nongjing 11’)、农菁7号偃麦草(Elytrigria repens ‘Nongjing 7’)等5个禾本科牧草品种为试验材料,研究不同浓度(0,20,40,60,80,100,120 mmol·L^-1)混合盐碱(NaCl,Na₂SO₄,NaHCO₃和Na₂CO₃)胁迫对种子萌发及幼苗生长的影响,为牧草品种在盐碱化草地的建植提供参考。结果表明:低浓度胁迫(≤20 mmol·L^-1)可提高农菁11号羊草、东北羊草和农菁7号偃麦草种子的萌发能力,高浓度(>60 mmol·L^-1)降低种子萌发。农菁7号偃麦草各处理间的发芽率差异不明显(P>0.05),表明在试验设置的浓度范围内盐碱胁迫对其种子萌发影响不大。盐碱胁迫后农菁12号无芒雀麦(Bromus inermis ‘Nongjing 12’)和农菁3号垂穗鹅观草(Roegneria nutans ‘Nongjing 3’)的发芽率、发芽指数、活力指数均低于对照,且与胁迫浓度成显著负相关。混合盐碱浓度20 mmol·L^-1处理后农菁11号羊草幼苗的苗长和根长高于对照,其他浓度下低于对照。盐碱胁迫浓度大于20 mmol·L^-1时抑制牧草幼苗生长,浓度越高抑制作用越强。     

温度与盐碱胁迫交互作用对羊草种子萌发与幼苗生长的影响

羊草(Leymus chinensis)是我国东北松嫩盐碱化草地上的建群植物。为明确羊草在种子萌发与幼苗生长阶段对盐、碱胁迫及与温度交互作用的响应,采用3个温度处理(20/10℃,30/20℃和35/25℃),并混合2种中性盐(NaCl:Na₂SO₄=9:1)与2种碱性盐(Na₂CO₃:NaHCO₃=9:1)分别模拟土壤盐、碱胁迫条件进行研究。结果表明:随着盐碱胁迫浓度的增加,羊草种子的发芽率、发芽速率、叶片长度与根系长度均呈下降趋势,且在碱胁迫下其降幅更大;另外这2种胁迫均对羊草幼苗根生长的抑制作用更强。温盐、温碱交互作用显著影响羊草种子的萌发与幼苗生长,其中30/20℃处理下羊草生长最好;在盐胁迫下,当盐浓度<200mmol·L^-1时,低温是影响种子萌发的主要因素,随着盐度继续增加,高温则加剧了盐胁迫对种子萌发的抑制作用;在碱胁迫下,即使碱浓度较低,高温与其交互作用也极大地加剧了对种子发芽的抑制。因此,盐、碱胁迫及温盐、温碱交互作用对羊草种子萌发与幼苗生长的抑制作用明显不同,碱胁迫及其与温度交互作用对羊草的伤害更大。     

快中子辐射对3种禾草种子萌发及幼苗生长的影响

本研究分析了14 Mev快中子辐射对羊草（Leymus chinensis）、无芒雀麦（Bromus inermis）和老芒麦（Elymus sibiricus）3种禾草种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明,快中子辐射对3种禾草种子萌发及幼苗生长的影响不同。快中子辐射降低羊草种子的萌发能力并且抑制其幼苗生长,快中子辐射剂量越大,种子的发芽率、发芽指数、种子活力指数、幼苗苗高和根长减少的幅度越大,辐射剂量为3.54×1012个·cm-2时的发芽率为26.3%,仅为对照的40.65%。低剂量辐射提高无芒雀麦种子萌发能力,促进幼苗生长,而高剂量辐射抑制种子萌发及幼苗生长。在试验辐射剂量范围内老芒麦种子的发芽率随着辐射剂量的增加呈现先增大后降低的趋势（y=-2.775x2+14.245x+75.775,R2=0.638 1）,高剂量辐射提高种子活力并促进幼苗的生长。本研究初步认为,羊草和无芒雀麦适宜低剂量辐射处理,辐射剂量应小于3.60×1011个·cm-2,而老芒麦适宜高剂量辐射。     

松嫩草地羊草种子发育进程、休眠特性及与盐碱耐性关系的研究

羊草(Leymus chinensis)是禾本科赖草属根茎型优质禾草,不但营养价值高、适口性好,而且具有较强的耐旱、耐寒和耐盐碱性。羊草既是东北松嫩平原的优势种,也是干旱与半干旱地区建植人工草地的优良草种。近年来,随着畜牧业的发展及生态环境治理力度的加大,人工羊草草地不断建植,为此,人们对羊草种子的需求量与品质的要求也越来越高。本文通过研究羊草种子的发育进程、休眠特性及与盐碱耐性的关系,一方面明确羊草种子的最适宜收获时间,为农业生产上收获高品质羊草种子提供科学依据,另一方面挖掘羊草种子的发芽潜能、深入解析抗逆机理,为提高其利用率及抗逆新品种的选育提供理论基础。主要研究结果与结论如下:(1)通过对羊草种子发育动态的研究结果表明,羊草种子在发育过程中,随着成熟度的不断提高,种子的颜色由绿色变为浅绿色,再变成黄色,最后变为棕黑色。种子千粒重不断增加,在盛花后33 d达到最大值,之后趋于恒定。含水量与种子浸出液电导率则呈下降趋势,含水量在盛花后36 d达到最小值,而2个试验年份电导率值有所差异,分别在盛花后27和30 d达到最小值。标准发芽试验结果显示,羊草种子在盛花后39 d发芽率最高,此时种子的开始发芽时间、50%种子发芽时间、发芽势等指标均为最优。尽管加速老化试验的发芽指标与标准发芽试验略有差异,但是盛花后39 d的种子同样具有最强的抗老化能力。上述试验结果表明,盛花后39 d羊草种子活力最高,品质最佳,是种子最适宜的收获时间。 (2)不同成熟度的羊草种子对土壤埋深与盐碱胁迫具有不同的响应方式。羊草种子出苗与其后的幼苗生长能力随着种埋深度的增加而降低,1 cm是最适宜的播种深度,此时的出苗率最高、出苗时间最短,并且叶片与根系长度与生物量最大;另外不同成熟度的羊草种子表现出不同的出土成苗能力,盛花后39 d的羊草种子活力最大,其上述各项幼苗生长指标均为最优。种子的成熟度与盐、碱胁迫及其交互作用显著影响羊草种子的发芽率与发芽势,盛花后39 d的羊草种子在胁迫下具有最高的发芽率与发芽势,特别是在高浓度(400 mM)盐胁迫下,尤为明显。复萌试验结果显示,盛花后39 d的羊草种子在盐碱胁迫(特别是高盐环境)解除后同样具有最高的发芽率。上述结果表明,尽管不同成熟度的羊草种子均具有发芽能力,但是盛花后39 d的羊草种子出苗及抵御盐碱胁迫伤害的能力最强,这也进一步支撑了39 d是羊草种子适宜收获时间这一结论。另外羊草适宜浅播,1 cm是其最适宜的播种深度。 (3)通过人工手段处理可以明显打破羊草种子的休眠特性。研究结果表明,除了热水浸种处理外,其余方法如浓硫酸、冷层积、PEG,GA₃,KNO₃及清水浸种均能一定程度上提高羊草种子的发芽率,发芽速率、开始发芽时间及50%种子发芽时间。但是在生产实际中,既要考虑高效性也要考虑经济耗费,结合本试验的研究结果,我们推荐在生产中采用低温浸种20 d的方法来打破羊草种子的休眠,提高其发芽率。 (4)稃是抑制羊草种子萌发的重要因素,但同时也一定程度提高了种子的抗盐性。通过测定稃对羊草种子吸水、脱水、不同温度条件下的发芽响应以及不同持续时间盐胁迫对种子发芽的影响,结果发现稃可以显著提高羊草种子的吸水量,并同时减缓种子在干旱环境下的脱水速率,使种子不会过度脱水而死亡。稃、不同温度处理及两者交互作用显著降低羊草种子的发芽率与发芽速率,表明稃对羊草种子萌发具有一定的抑制作用。在不同持续时间的盐胁迫处理下,未萌发的带稃种子复萌率均高于去稃种子,特别是在长时间及高盐胁迫下尤为明显,表明稃对羊草种子耐盐性起着重要的调节作用,一旦雨水、融雪等条件降低了土壤盐浓度,带稃种子就可以继续萌发出土。 (5)20~30℃是羊草种子最适宜的发芽温度,高温、低温均显著降低种子的发芽率与发芽速率,并且此温度可一定程度上减缓盐胁迫与碱胁迫对种子发芽的抑制效应。随着盐、碱胁迫浓度的增加,羊草种子发芽率与发芽速率均呈下降趋势,且在碱胁迫下的下降幅度更大。在盐胁迫下,当盐浓度<200 mM时,低温是影响种子萌发的主要因素,随着盐浓度的不断增加,高温则更加剧了盐胁迫对种子萌发的抑制作用;而在碱胁迫下,即使碱浓度较低,高温与其交互作用也大大加剧了对种子发芽的抑制。盐胁迫下未萌发的羊草种复萌率随盐浓度增加而增加,而在碱胁迫下则随着碱浓度增加呈先上升后下降的趋势,高浓度碱胁迫使羊草种子失去活力而死亡,并且碱胁迫下种子的复萌率低于盐胁迫,25~35℃同样不利于种子的复萌。幼苗生长对温度与盐碱胁迫交互作用的响应方式与发芽阶段相似,20~30℃同样是最适宜温度;另外,盐碱胁迫均对羊草幼苗根生长的抑制作用更强。基于以上研究结果,我们建议在初夏(7月上旬),高降雨过后,温度与土壤条件适宜的情况下进行播种,以提高羊草种子的发芽率,更好的达到恢复退化草地的效果。 (6)在混合盐碱胁迫下,羊草种子的发芽率与发芽速率均随着盐浓度的增加不断下降,且碱性盐比例越大下降越明显。在250 mM盐浓度下,无碱性盐的A组处理发芽率为6.5%,而其余5组处理发芽率均为0。羊草幼苗生长阶段同样受盐浓度、pH及2者交互作用影响,并且根系对胁迫伤害更敏感,所受抑制作用更强。逐级回归分析结果表明,在种子萌发阶段,盐浓度是羊草种子在混合盐碱胁迫下能否萌发的决定性因素,而一旦胚根突破种皮进入幼苗生长阶段,pH就转变为主导因素。上述研究表明,混合盐碱胁迫对羊草种子萌发与早期幼苗生长阶段的抑制机理有所不同,其中高盐浓度与高pH的交互作用对种子萌发与幼苗生长的抑制效应最强。 (7)盐胁迫与碱胁迫均显著降低羊草幼苗的长度、鲜重与含水量,且碱胁迫抑制作用更强。2种胁迫均造成羊草幼苗Na⁺浓度与Na⁺/K⁺升高,并且K⁺浓度下降,但是在碱胁迫下,Na⁺ 浓度、Na⁺/K⁺上升幅度与K⁺下降幅度均大于盐胁迫。另外,在盐胁迫下,羊草幼苗大量积累Cl^-,有机酸含量变化不大;而在碱胁迫下,Cl^-,NO₃^-与H₂PO₄^-均呈下降趋势,而有机酸则大量积累,其中苹果酸、柠檬酸是主要的有机酸组分,可溶性糖是羊草幼苗在两种胁迫下共同的渗透调节物质。上述结果表明,碱胁迫由于具有高pH,对羊草早期幼苗生长的抑制作用更强,Cl^-与有机酸积累特征的差异表明羊草早期幼苗在盐胁迫与碱胁迫下具有不同的适应策略。     

松嫩草地不同成熟度羊草种子对盐胁迫的发芽响应

羊草(Leymus chinensis)是多年生根茎型优质禾本科饲草,也是东北松嫩盐碱化草地的建群植物,针对不同成熟度羊草种子对盐胁迫发芽响应在国内外未被涉及的现状,本研究以NaCl为盐胁迫处理液,设置4个胁迫浓度(50, 100, 200和400 mM)研究不同成熟度(盛花期后24, 29, 34和39 d)羊草种子对盐胁迫的发芽响应。结果表明:不同成熟度的羊草种子同样表现出不同的耐盐性,盛花期后39 d的羊草种子活力最大,发芽率、发芽势、复萌率以及总发芽率均优于其余3个发育时期的种子。另外,盐胁迫下未萌发的羊草种子复萌率随着胁迫强度的增加而增加,这是羊草种子对高盐胁迫的生理适应策略,以休眠形式躲避不良环境,待土壤盐浓度降低时萌发出土。本研究可为羊草种子的发育与抗逆生理学等研究提供一定的科学依据。     

羊草种子萌发相关基因的筛选及表达分析

前期实验表明,变温处理(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)可显著提高羊草种子的萌发率,且羊草种子萌发中的第1天是接受变温信号的关键时期。以此为研究基础,结合羊草种子变温萌发的转录组测序数据,针对羊草种子萌发初期对变温处理的响应筛选出与种子萌发、休眠及低温相关的基因24个,利用测序结果中这些基因的RPKM值制作基因表达热图并分析其表达差异。以萌发率高、低的两种羊草种质的种子为材料,对24个基因在恒温12 h(28 ℃)和变温1 d(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)萌发处理中的表达分别进行了定量分析。结果表明,与恒温对照相比,变温处理12 h后,表达明显上调的基因有SAIN1,PP2C62,EXPB3,EXPB4,GA3ox,EXPA2和EXPA7,而表达明显下调的基因有bHLH49,GID1,ABI8,Chi1,11833,CBF3,NAC2,PP2C72,SAIN2和5423。通过进一步分析相关基因在高、低萌发率两个种质中表达的差异,筛选出其中可能与羊草种子萌发相关的基因有几丁质酶基因Chi1,转录因子基因CBF3,羊草新基因5423,赤霉素合成基因GA3ox,细胞松弛素蛋白基因EXPB4和羊草新基因SAIN1,将为下一步阐明羊草种子萌发的分子作用机理奠定基础。