航天诱变处理对高粱产量以及品质的影响

杨伟 刘勇 王良群 白鸿燕 武擘 郝艳芳 张微

摘要：为了解航天诱变处理对高粱品种农艺、品质以及产量的影响，本试验选用高粱材料‘7A和‘R111搭实践8号卫星进行诱变处理，田间筛选出‘H16A、‘H275A、不育系和SP系列恢复系。组配出高粱品种‘H16AXSP91和‘H275AXR111与地面对照种子‘晋杂18号同期播种在试验田内，于成熟期测定高粱植株农艺、品质以及产量指标。结果表明诱变处理能提高高粱的净光合速率和叶绿素含量。与对照相比，处理1、处理2净光合速率和气孔导度分别增加了3.34%、2.86%（P<0.05）和11.72%、15.38%（P<0.05），蒸腾速率降低了6.37%、5.59%（P<0.05）。诱变处理能降低高粱的株高并提高产量。与对照相比，处理1、处理2株高分别降低了0.07%、0.04%（P<0.05），产量增加了1.73%、3.45%（P<0.05）。综上所述：以‘H275AXR111对高粱产量以及品质效果最为明显。

关键词：航天诱变育种；高粱；产量；品质

中图分类号：S-3 文献标志码：A 论文编号：cias15040012

0 引言

航天诱变育种是一项高科技育种新技术，中国已利用卫星对水稻、玉米、小麦、谷子、棉花、青椒、番茄、黄瓜等50多种作物进行了搭载试验。

航天诱变育种就是利用卫星、飞船等返回式航天器，将植物种子、组织、器官或生命个体送到宇宙空间，在太空各种因素的诱导下，使植物材料发生基因突变，再经过地面繁殖、栽培、鉴定试验，筛选出能够稳定遗传的优质、高产、抗逆性强的新品种。航天育种技术在有效创造罕见的突变体基因资源和培育作物新品种方面已发挥出越来越重要的作用，成为空间生命科学研究的重要组成部分，并突显良好的产业发展优势。

空间诱变处理的小麦株高、穗长、有效分蘖、有效小穗数和千粒重等农艺性状都表现出广泛变异，而且正向变异较多。从广泛的变异中可以选育出具有特殊性状的优异新种质资源和新品种。航天诱变对农作农艺性状的影响，需要进一步深入的理论研究，以便航天诱变育种技术体系的完善和应用。

高粱是全球农业生态系统中重要的作物，具有抗逆性强，光合效率高等显著特性，是干旱、盐碱和瘠薄等边际农田生长的先锋作物、相对高产作物。在国内，高粱主要作为传统酿造业的主要原料，随着传统酿造业和高粱配合饲料业的不断发展，高粱种植面积呈逐步扩大的趋势。

山西省农业科学院高粱研究所为探索高粱育种新途径，创造高粱新种质、丰富高粱种质资源，从2002年开始选用高粱品种资源进行航天诱变处理，对高粱航天处理材料的后代观察与筛选分析，本次试验选用高粱材料‘7A和‘R111搭实践8号卫星进行诱变处理，田间筛选出‘H16A，‘H275A不育系和‘SP系列恢复系。组配出高粱品种‘H16AXSP91和‘H275AXR111与地面对照种子同期播种在试验田内，于成熟期测定高粱植株相关农艺、品质指标，以期研究航天技术对高粱产量以及品质影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计和田间管理

试验于2014年在山西省高粱研究所基地进行。

供试高粱品种选用高粱材料‘7A和‘R111搭实践8号卫星进行诱变处理，田间筛选组配的高粱品种‘H16AXSP91和‘H275AXR111与‘晋杂18号同期播种在试验田内。播种时间为2014年5月1日。收获时间为2014年10月2日。小区面积长20 m，宽10 m，每个小区200 m²。播种前交足底水，配施硝酸磷复合肥。

试验采用随机区组设计，3次重复。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 产量测定收获时随机抽取10株正常生长的植株考种，调查株高、穗长、千粒重、穗粒重、穗粒数等，按小区取中间4行测产，然后统计平均数。

1.2.2 光合测定在自然光照下光照强度在1800～1900 μmol/（m²·s）采用便携式光合测定系统（cl-340型）测定高粱各品系的净光合速率、蒸腾速率、叶片气孔导度、胞间CO₂浓度。

选择10株长势一致的植株记录每片叶的测试数据，取平均值。

1.2.3 叶绿素测定叶绿素含量由QS-5p超便捷式调制叶绿素荧光仪测定，参考《植物生理实验技术》中相关的方法进行。

1.2.4 籽粒品质测定每个处理取3份籽粒样品进行测定，取均值。采用福斯华北京科贸有限公司生产的Grain-Analyzer仪。

1.3 统计分析方法

试验数据利用Excel、DPS软件统计分析，选用LSD进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对高梁光合指标以及叶绿素含量的影响

作物光合速率的高低对有机物的合成和积累成正相关，对作物的生长发育有重要影响。

从表1数据得出，诱变处理后的高粱品种具有提高高粱净光合速率、叶绿素含量的作用，与对照相比，处理1、处理2净光合速率和气孔导度分别增加了3.34%、2.86%（P<0.05）和11.72%、15.38%（P<0.05），处理1、处理2蒸腾速率降低6.37%、5.59%（P<0.05）。说明航天诱变处理组配的高粱品种有利于光合产物的累积，并且蒸腾作用较低，水分利用率较高。

2.2 对高粱产量影响分析

穗粒重是构成产量的主要因素。诱变处理降低了高粱植株高度，从而增强了高粱的抗倒性，另外缩短了高粱生育期，提高高粱产量。高粱航天诱变处理筛选后代的主要植物学特征见表2。

从表2数据得出，诱变处理后的高粱品种具有降低高粱株高、提高产量的作用。与对照相比，处理1、处理

2 株高分别降低了0.07%、0.04%（P<0.05），处理1、处理

2 高粱产量比对照增加了1.73%、3.45%（P<0.05）。

2.3 对高粱品质指标的影响

由于高粱籽粒中蛋白质、淀粉、脂肪等主要品质性状的优劣直接影响着高粱的用途。成熟后收获，精选取样，进行淀粉、蛋白质和脂肪化验分析。不同诱变处理对高粱品质影响分析见表3。诱变处理改善了高粱种子品质，其中以H275AXR111处理效果最好。

3 结论与讨论

（1）航天诱变技术进行高粱育种筛选出有价值的特异种质资源已成为农作物育种的手段之一，该方法对于加快高粱育种步伐、提高育种质量具有十分重要的意义。航天育种具有变异多，变幅大，稳定快的特点，可以快速培育出高产，优质，早熟，抗病力强的新品种。随着航天育种深入研究，生物技术的不断发展，这一新育种方法一定有着十分广阔的发展空间。

（2）本试验结果表明诱变处理能提高高粱的净光合速率、叶绿素含量。与对照相比，处理1、处理2净光合速率和气孔导度分别增加了3.34%、2.86%（P<0.05）和11.72%、15.38%（P<0.05）；蒸腾速率降低6.37%、5.59%（P<0.05）。诱变处理能降低高粱的株高并提高产量。与对照相比，处理1、处理2株高分别降低了0.07%、0.04%（P<0.05），产量比对照增加了1.73%、3.45%（P<0.05）。

（3）航天诱变技术可以提高抗倒伏能力，同时可以提高高粱产量；光合作用是作物产量的基础。航天诱变技术会加强作物的光合作用，其影响表现在光合色素含量、叶绿体亚显微结构、光合能量代谢以及PSⅡ活性、净光合速率的变化。航天诱变高粱后代材料矮秆性状变异规律基本稳定、籽粒中单宁含量降低。

（4）航天诱变技术对高粱植株的影响效果机理不明晰，在今后的试验中，进一步了解航天诱变技术对作物的影响机理。本试验大田示范面积还需要进一步扩大，以便更好的指导生产。