灌木铁线莲多倍体诱导与鉴定.pdf
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1、第3 8 卷第3 期2023年7 月文章编号:2 0 96-47 49(2 0 2 3)0 3-0 3 3 8-0 7引文格式:刘志杰,郑妍,李明阳,牛伟康,刘冬云.灌木铁线莲多倍体诱导与鉴定J.林业与生态科学,2 0 2 3,3 8(3):3 3 8 344.LIU Zhijie,ZHENG Yan,LI Mingyang,NIU Weikang,LIU Dongyun.Polyploid induction and identification ofClematis fruticosaJl.Forestry and Ecological Sciences,2023,38(3):338-34
2、4.林业与生态科学FORESTRY AND ECOLOGICAL SCIENCESDOI:10.13320/ki.hjfor.2023.0042灌木铁线莲多倍体诱导与鉴定Vol.38 No.3Jul.2 0 2 3刘志杰,郑妍,李明阳,牛伟康,刘冬云(河北农业大学园林与旅游学院,河北保定0 7 10 0 0)摘要:采用秋水仙素棉球处理法和琼脂处理法对灌木铁线莲进行诱变处理,以探究秋水仙素诱导灌木铁线莲多倍体的最佳条件和鉴定方法,成功获得了同源四倍体新种质(2 n=4=32)。研究结果表明,对于灌木铁线莲的秋水仙素诱变处理,棉球处理法要优于琼脂处理法。棉球处理法以0.2%0.3%浓度的秋水仙素下
3、处理48 7 2 h的诱变效果较好,琼脂处理法在0.2%浓度下处理9 6 h的变异率最高,为2 0%。琼脂处理可通过延长处理时间增强诱变效果。秋水仙素处理过的植株生长发育较为缓慢、株高降低,叶面积、叶片气孔变大。在对嵌合体不同倍性细胞含量的分析中,采用图像分析技术对气孔鉴定法进行创新,获得的嵌合率与流式细胞仪的鉴定结果呈极强相关性,推测此方式在多倍体鉴定中具有应用价值。关键词:灌木铁线莲;秋水仙素;四倍体;气孔鉴定;嵌合率中图分类号:S603.6文献标志码:APolyploid induction and identification of Clematis f ruticosaLIU Zhi
4、jie,ZHENG Yan,LI Mingyang,NIU Weikang,LIU Dongyun(College of Landscape Architecture and Tourism,Hebei Agricultural University,Baoding 071000,China)Abstract:In order to explore the optimum conditions and identification methods of colchicine-induced polyploidy of Clematis fruticose,colchicine cotton b
5、all treatment and agar treatmentwere used to mutagenize C.fruticosa.A new tetraploid germplasm(2n=4=32)was suc-cessfully obtained.The results showed that the cotton ball treatment was superior to theagar treatment for colchicine mutagenesis of C.fruticosa.The cotton ball treatment with0.2%-0.3%colch
6、icine for 48-72 h had better mutagenic effect.The mutation rate of agartreatment at 0.2%concentration for 96 h was 20%,was the highest,and agar treatmentcould enhance mutagenic effect by prolonging treatment time.The plants treated with colchi-cine grew slowly,plant height decreased,leaf area increa
7、sed,leaf stomata enlarged.In theanalysis of different ploidy cell contents of chimeras,image analysis technology was used toinnovate the stomatal identification method.There was a strong correlation between the chi-merism rate obtained and the results of flow cytometry,which suggested that this meth
8、od收稿日期:2 0 2 2-0 7-0 3基金项目:河北省科技厅资助项目(12 2 0 2 56)。第一作者:刘志杰(1997-),男,河北唐山人,硕士研究生,研究方向为园林植物育种。通信作者:刘冬云(197 1-),女,河北石家庄人,副教授,硕士生导师,研究方向为地被植物资源收集及育种。第3 期had application value in polyploid identification.Keywords:Clematis fruticosa;colchicine;tetraploid;stomata identification;embedding rate铁线莲属(Clematis
9、)隶属于毛科(Ranuncu-laceae),冠有“攀缘植物皇后”的美称。尽管我国铁线莲属植物资源约占世界铁线莲植株总数的一半,但具有自我知识产权的品种寒寒无几2 。灌木铁线莲(Clematisfruticosa)广泛分布于我国北方地区,兼具耐寒性和耐旱性,对其种子萌发、幼苗生长及抗旱性等的相关研究表明灌木铁线莲能够较好的适应半干旱地区3-4。但由于对河北省野生铁线莲开发尚浅,未见其在园林景观方面的应用。秋水仙素诱导多倍体的方法被广泛应用于作物育种,多倍体植物一般表现出体量增大、抗逆性增强、生长旺盛等特点,其对环境的适应性更强,同时在遗传育种中更具可塑性5。秋水仙素已在林果、蔬菜、中草药等领域
10、得到广泛应用,并在园林花卉领域培育出如金丝杜鹃(Portulaca sp.)、紫茉莉(M i r a b i l i s s p.)、金莲花(Tropacolum sp.)等多倍体植株,观赏价值显著提高6-7 。董娟利用秋水仙素诱导大叶铁线莲(Clematisheracleifolia)顶芽的方式得到四倍体植株,证明了铁线莲顶芽诱导的可行性8 。因此,可以通过秋水仙素诱导的方式培育灌木铁线莲多倍体,以提高其观赏价值和园林适用性,这对建设节水型园林具有重要意义。本试验利用秋水仙素棉球处理和琼脂处理的方法对野外采集的灌木铁线莲进行多倍体诱导,并对变异植株进行鉴定和筛选,以期得到灌木铁线莲多倍体植株
11、和更加高效的多倍体诱导与鉴定方式,为铁线莲属植物新品种的创制提供参考和基础材料。1材料与方法1.1材料灌木铁线莲种子于2 0 2 0 年10 月采摘于张家口涿鹿县鲍家口村(E115227.53,N40 0 52 0.59),选取成熟度90%以上的铁线莲种子在室温下保存。于2 0 2 0 年11月进行播种,诱变处理前于河北农业大学教学温室进行常规管理。1.2方法1.2.1秋水仙素棉球处理与琼脂处理待幼苗顶芽开始生长时进行诱变试验,时间为当日8:0 0,每个处理50 株植物。棉球法参考赵建华的方法,补充溶液时间为每日8:0 0、13:0 0、18:0 0,处理时间为刘志杰,等.灌木铁线莲多倍体诱导
12、与鉴定结果与分析2.1不同秋水仙素处理对灌木铁线莲形态指标的影响不同秋水仙素处理下灌木铁线莲的形态指标,见表1、图1。33924、48、7 2 h,秋水仙素溶液浓度为0.1%、0.2%、0.3%;琼脂处理参考李灵娇的方法,配制的秋水仙素琼脂溶胶浓度为0.2%,处理时间为2 4、48、7 2、96h9-10,1.2.2形态学鉴定幼苗生长50 d后,在每个处理组中各随机挑选10 株,记录叶片数量,测量株高1。为保证植株的生长量和数据的可靠性,统一选取植株生长的第4片叶片作为样本进行指标的测量,用相机扫描后导入电脑,测量叶长、叶宽和叶面积。1.2.3染色体计数鉴定采用茎尖低渗压片法对变异株进行初步鉴
13、定,每个处理取2 0 株植物,记录视野内染色体数量加倍的情况,用LeicaDM4000显微镜观测茎尖细胞染色体数量并记录12 1.2.4流式细胞仪鉴定选取染色体计数鉴定成功的50 株植物成熟叶片进行DNA含量的测定。所用仪器为LSRFortessa型流式细胞仪(美国BD公司)。用流式细胞仪CellQuestPro软件采集并处理数据。1.2.5气孔鉴定法与图像分析技术的结合应用通过染色体计数和流式细胞仪的鉴定后,采用指甲油涂抹撕取法,观察变异株的气孔大小,以达到间接证明变异植株与对照组植株染色体倍性差别的目的13-14。在LeicaDM4000显微镜10 X20倍镜下观察气孔大小、记录气孔数量。
14、在气孔鉴定的基础上,对植株气孔的图像信息进行软件分析,以气孔长度和气孔宽度的增大量都超过二倍体的5%为标准,记作增大气孔,计算增大气孔的嵌合率(以下称气孔嵌合率)15。气孔嵌合率=增大气孔数量/气孔总数。1.3数据统计与分析使用SPSS、W PS、D i g i m i z e r 图像分析软件对试验结果进行统计分析和图表的绘制。2340处理方式TreatmentConcentration棉球0(CK)0.10.10.10.20.20.20.30.30.3琼脂0(CK)0.20.20.20.2注:同列不同小写字母表示同一处理方式内不同秋水仙素浓度处理间存在的显著差异(P0.05。下同。出现叶片
15、畸形的情况。棉球处理法中,在0.2%浓度中处理48、7 2 h以及在0.3%浓度中处理2 4h植株的株高与对照组相比分别降低了3.0 7%、2.13%、3.54%,差异不显著;其他处理与对照组相比降低了9.45%36.14%不等,差异显著。在0.2%浓度中处理2 4h时,叶长最高,与对照组相比升高了14.6 5%,差异显著;其次是在0.1%、0.2%浓度中处理48 h,植株(a)四倍体叶片(b)二倍体叶片(c)四倍体(d)二倍体图1清灌木铁线莲四倍体与二倍体形态特征对比Figure 1 Comparison of morphological characteristics oftetraplo
16、id and diploid of Clematis f ruticosa由图1、表1可知,秋水仙素处理的植物与对照组植株形态特征差异明显,主要表现为叶片宽大,植林业与生态科学表1不同秋水仙素处理下灌木铁线莲的形态指标Table 1 Morphological indexes of Clematis f ruticosa under different colchicine treatments浓度/%第3 8 卷时间/h株高/cmTimeHeight12.701.18a2410.981.00cd4811.500.96b7211.11 0.64c2411.260.65bc4812.311.60
17、a7212.431.13a2412.251.89ab489.551.31de728.111.20e一9.951.16a249.170.95ab488.330.74b727.75 1.25b965.621.78c株矮化、节间距缩短,叶片颜色略深,同时部分植株的叶长与对照组相比分别升高了0.0 0%、3.18%,差异不显著。在0.2%浓度中处理7 2 h以及在0.3%浓度中处理2 4h,植株的叶长与对照组相比分别降低了4.0 3%、7.6 4%,差异不显著,其他处理的叶长与对照组相比降低了8.9 2%2 3.9 9%不等,差异显著。在0.1%浓度中处理7 2 h以及在0.2%浓度中处理2 4、48
18、、7 2 h时的叶宽与对照组相比分别升高了2 3.15%、17.13%、3 9.3 5%、31.94%,差异显著;其他各处理与对照组相比差异不显著。在0.1%浓度中处理7 2 h以及在0.2%浓度中处理48、7 2 h的叶面积与对照组相比分别增加了17.92%、3 6.2 0%、3 8.53%,差异显著。在0.3%浓度中处理48、7 2 h时的叶面积与对照组相比分别降低了19.53%、2 4.0 1%,差异显著。植物生长受到了抑制,植物株高、叶面积2 项指标明显降低。叶长/cmLeaf length4.710.24bc4.170.19de4.710.19bc4.290.33d5.400.32a
19、4.860.30b4.520.32c4.350.35cd3.580.18f3.910.26ef2.690.17c2.710.17c3.160.45a2.960.23b2.660.48c叶宽/cmLeaf width2.160.51cd2.25 0.12cd2.310.17cd2.660.62b2.530.22b3.010.74a2.850.40ab2.190.20cd2.440.24c2.020.22d1.550.23b1.560.13b1.990.40a1.950.52a1.560.20b叶面积/cmLeaf area5.580.35c5.680.35c5.680.32c6.580.86b6
20、.510.85bc7.600.23a7.730.92a5.990.71bc4.490.73d4.240.60d2.210.37c2.820.81ab3.080.42a2.460.41bc2.360.48bc第3 期琼脂处理法中,随着溶液浓度的增高,植物的株高呈现逐渐下降的趋势,处理2 4h的株高与对照组相比降低7.8 4%,差异不显著;其他各处理依次降低16.2 8%43.52%,差异显著。处理时间为48、72h时,植株的叶长和叶宽显著高于对照组,其他各处理的叶宽与对照组相比差异不显著。处理时间Table 2Variation rate of shrub Clematis fruticosa
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