黑果枸杞籽空间微辐射对其实生苗枝叶形态的影响

刘晓雯，张得芳,2，樊光辉,2，王占林,2*

(1.青海大学农林科学院,青海 西宁 810016；2.青海高原林木遗传育种实验室,青海 西宁 810016)

【研究意义】黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)，属于茄科枸杞属的多年生多棘刺落叶灌木植物。黑果枸杞果实味甘、性平，富含蛋白质、枸杞多糖、微量元素、富含天然花色甙素等多种营养成分，具有清除自由基、抗氧化的保健功能[1-4]。分布于我国陕西北部黄土高原、宁夏、甘肃、青海、内蒙古、新疆和西藏等地区，中亚、高加索和欧洲等地区亦有分布[5]。柴达木盆地黑果枸杞群落比较常见，多为盐碱化程度较高地区[6]。【前人研究进展】空间辐射诱变育种技术作为一种有效的诱变育种新技术已经在有效创造特异突变基因资源和培育作物新品种方面显示出重要的作用[7-9]。通过空间辐射诱变育种，我国已经在小麦，水稻，玉米，油菜，番茄，大豆等植物的育种工作中取得了重要的研究成果。特殊的空间辐射环境会对植物体的不同细胞和细胞内的不同基因产生影响[10]，基因表达的变化[11]，以及表型变化和非表型变化植物的蛋白质组水平的变化等[12-13]。为了培育黑果枸杞新品种，支持枸杞产业的发展，开展了黑果枸杞的辐射育种工作。本研究利用“实践十号”返回式科学实验卫星将黑果枸杞籽送入太空进行辐射处理,并将辐射后的黑果枸杞籽在诺木洪地区进行定植。通过对黑果枸杞籽空间微辐射条件下长成的实生苗枝叶进行田间观察研究时发现,空间微辐射状态下的黑果枸杞枝叶比自然条件下的枝叶发生了明显变化。【本研究切入点】笔者对于黑果枸杞的空间微辐射和未辐射2种状态条件下的实生苗枝叶形态特征变化进行了调查分析研究。【拟解决的关键问题】旨在为黑果枸杞优良种质的选育提供相关理论依据和一定的技术支撑，也为丰富黑果枸杞的空间辐射育种知识。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验点设在青海诺木洪农场，地处于青藏高原腹地，是柴达木盆地黑果枸杞主要分布区。试验点属高原中温带极干旱气候，降水极少且干燥，冬季漫长、夏季短暂凉爽。自然资源丰富，日照时间长、太阳辐射强，水资源充足，海拔高度2800 m，土壤为盐碱化荒漠土。

1.2 试验方法

试验黑果枸杞种子材料采自柴达木诺木洪天然黑果枸杞林。利用“实践十号”返回式科学实验卫星将黑果枸杞种子进行空间微辐射，处理时间为12 d。保留部分为对照。将处理种子和对照种子进行播种，培育黑果枸杞实生苗，并在青海省诺木洪枸杞基地进行定植。

1.3 性状指标分析

对2年生实生苗进行每木检尺；在每株上随机取样，测定辐射及未辐射状态下叶片的长度、宽度、厚度、叶面积及叶形指数(叶长/叶宽)；测定每株新生枝长、枝刺数、刺长，节间距等指标。通过对各形态指标的研究分析，了解经不同环境状态处理下的黑果枸杞叶片及枝条的表型性状差异,最后通过相关分析确定形态指标以及各性状之间的相互关系。

图1 辐射状态下黑果枸杞叶长分布Fig.1 Leaf length distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

2 结果与分析

2.1 黑果枸杞叶片形态分析

2.1.1 黑果枸杞叶片的形态分布 通过对2种状态下的黑果枸杞实生苗叶片的形态指标对比分析得出：空间微辐射状态下比未辐射状态下的叶长、叶宽增加较明显。在空间微辐射状态下的叶长呈伽马分布(α:10.4337, β: 0.7075, 图1)，在12～16 mm范围内叶片数量最多，占总量的45 %；未辐射状态下的叶长呈正态分布(图2)，在13～16 mm的范围内叶片数量最多，占总量的33.38 %。

空间微辐射状态下的叶宽分布图呈现出伽马分布(α: 13.5873, β: 4.6788, 图3)，在2.50～3.00 mm的范围内叶片数量最多，占总量的27.84 %；未辐射状态下的叶宽呈正态分布(图4)，在2.00～2.75 mm的范围内叶片数量最多，占总量的41.62 %。2种状态下的叶厚分布均无差异。

空间微辐射状态条件下的叶面积服从伽马分布(α: 5.0042, β: 0.1327, 图5)，在28～43 mm2范围内分布数量最多，占总量的39.05 %；未辐射状态下的叶面积服从正态分布(图6)，在23～38 mm2范围内分布数量最多，占总量的40.41 %。

通过对叶形指数分布之间的对比研究表明：空间微辐射状态条件下的叶形指数服从伽马分布(α:8.8156, β:1.5453，图7)，在3.85～5.35 mm范围内分布数量最多，占总量的35.81 %；未辐射状态下的叶形指数服从正态分布(图8)，在4.85～6.35 mm范围内分布数量最多，占总量的36.62 %。分析得出，空间微辐射状态下的叶长、叶宽、叶面积、叶形指数均服从伽马分布，而未辐射状态下均服从正态分布。2种状态下呈现出不同的分布形式，说明在这2种不同状态下的黑果枸杞叶片形态指标有明显的分布差异。

图2 未辐射状态下黑果枸杞叶长分布Fig.2 Leaf length distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

图3 辐射状态下黑果枸杞叶宽分布Fig.3 Leaf width distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

图4 未辐射状态下黑果枸杞叶宽分布 Fig.4 Leaf width distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

图5 辐射状态下黑果枸杞叶面积分布Fig.5 Leaf area distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

图6 未辐射状态下黑果枸杞叶面积分布Fig.6 Leaf area distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

图7 辐射状态下黑果枸杞叶形指数分布Fig.7 Leaf shape index distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

图8 未辐射状态下黑果枸杞叶形指数分布Fig.8 Leaf shape index distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

表1 黑果枸杞叶片形态变异

2.1.2 黑果枸杞叶片的形态变异 从表1方差分析得出，空间微辐射与未辐射状态下的黑果枸杞叶片叶长、叶宽、叶面积3个方面均有显著性差异。空间微辐射叶片的平均叶长、叶宽比未辐射叶片增加了0.20 和0.27 mm。通过方差分析显示出叶长达显著性水平，叶宽达极显著水平。但在两种状态条件下，平均叶厚之间无明显的差异。空间微辐射叶片的平均叶面积比未辐射叶片的平均叶面积增加3.18 mm2，通过方差分析达显著性水平。空间微辐射叶片的叶形指数比未辐射减少0.17，差异未达显著水平。

空间微辐射及未辐射实生苗叶片从变异系数来看,辐射状态下的叶长、叶厚的变异系数分别是未辐射状态下的1.18和1.09倍；辐射状态下的叶面积和叶形指数分别是未辐射状态下的1.05和1.13倍。辐射相比未辐射状态下的黑果枸杞叶片，叶形指数明显减小，叶形细长并呈现披针形。空间微辐射处理使黑果枸杞的叶片形态特征也发生了较大变化。辐射处理对黑果枸杞在叶长、叶宽、叶面积这3个方面明显的增加，变异系数明显增大。

图9 辐射状态下黑枸杞新生枝长分布Fig.9 New shoots distribution of Lycium ruthenium under unradiated condition

2.2 黑果枸杞枝条形态变化

空间微辐射处理的使黑果枸杞实生苗枝条的形态也随之发生明显变化。由图9可知，辐射状态下的黑果枸杞与未辐射状态下的新生枝长有较明显差异。在空间微辐射状态下，新生枝长呈伽马分布(α: 8.1421, β: 0.9739)且在5.7～7.7 cm范围内，新生枝长的数量分布最多，占总量的50 %；由图10可知，在未辐射状态下新生枝长呈正态分布，在6.7～9.7 cm范围内，新生枝长的数量分布最多，占总量的53 %。

在黑果枸杞枝条形态变异的研究中，通过对2种状态下的新生枝长、枝刺数、刺长、节间距的对比分析，研究表明(表2)，两者之间通过方差分析在枝刺数和节间距上均无显著差异。辐射状态及未辐射状态下，新生枝长平均值分别为 8.36 和9.27 cm，与未辐射状态相比，辐射状态下新生枝长减少0.91 cm，方差分析显示差异达显著性水平。

图10 未辐射状态下黑枸杞新生枝长分布Fig.10 New shoots distribution of Lycium ruthenium under radiated condition

表2 黑果枸杞枝条形态变异

通过对2种状态枝刺数的比较分析得出，空间微辐射状态及未辐射状态下，枝刺数分别为6.0 和5.0个/5cm，相比较未辐射状态数量有所增加。从变异系数来看，空间微辐射状态下的新枝长、枝刺数的变异系数分别是未辐射状态下的1.78 和1.13倍；辐射状态下的刺长、节间距的变异系数分别是未辐射状态下的1.141和4.136倍。

空间微辐射状态下的黑果枸杞与未辐射状态下的新生枝长有较明显差异。在空间微辐射状态下，新生枝长呈伽马分布；未辐射状态下新生枝长呈正态分布。新枝长、枝刺数、刺长、节间距变异系数均有增大，且节间距变异程度更强。

3 讨论与结论

通过对枸杞种子空间微辐射对实生苗枝叶形态的分析研究，发现在辐射状态下和未辐射状态条件下的实生苗枝叶形态中，叶片、枝条部分指标均存在着明显差异。

辐射状态下的叶长、叶宽、叶面积、叶形指数均服从伽马分布,而未辐射状态下均服从正态分布。2种呈现出不同的分布形式,说明2种状态下的黑果枸杞枝叶产生了明显的分布差异。伽马分布是概率统计中一类重要的分布。伽马分布曲线与正态分布曲线所处位置不同，其曲线的高峰不位于正中央而是发生偏移。通过对辐射群体的表型分析中发现，辐射群体所体现的分布曲线拟合形式与伽马分布曲线的拟合形式相同。尤其是伽玛分布具有较大的形状参数时，会对具有适当的样本容量的数据提供合适拟合[14]。

空间微辐射具有一定的随机性,辐射能够对有机体产生多种损伤效应。这些影响既包括生物体表型性状的突变和细胞学损伤同时也包括DNA分子水平的改变。主要导致遗传物质的损伤进而产生一系列的影响，如基因突变、染色体畸变、癌变的发生、细胞失活和生长发育的异常等[15-18]。因此，猜测由于空间随机性的特点，导致辐射群体的性状位点发生变化，从而使辐射样本的分布形式不遵循于正常生长环境下群体的分布形式，与未辐射群体的正态分布形式形成了明显的分布差异。

辐射状态条件下的黑果枸杞在叶长、叶宽、叶面积这3个方面明显的增加。猜测空间辐射造成了控制叶长、叶宽和叶面积这几个数量性状的位点变化，从而引起黑果枸杞这3个方面性状发生明显变化。由于生长环境的改变,导致黑果枸杞在空间微辐射状态下，使部分实生苗枝叶性状的变异系数增大，辐射状态下的叶长、叶厚的变异系数分别是未辐射状态下的1.18和1.09倍；叶面积和叶形指数分别是未辐射状态下的1.05和1.13倍；刺长、节间距的变异系数分别是未辐射状态下的1.141和4.136倍，其中节间距变异程度更强。所以，有可能因为特殊的辐射环境造成了样本本身生活活力方面或者在轻度胁迫条件下生理上不同于正常未辐射的样本，所以为了适应生长环境的需要，使植物产生本身的适应方式。