不同浓度秋水仙素对蚕豆根部形态特征及染色体的影响

王雪纯

（西南林业大学林学院，云南昆明 650224）

多倍体是指体细胞中存在3 个或3 个以上染色体组的个体，根据基因组复制的结果分为异源多倍体和同源多倍体[1]。多倍体育种是指通过染色体加倍选育新品种或新种质[2]。多倍体除了自然发生外，也可以通过人工方式诱导。常见的方式是物理和化学方式。物理方式有温度激变、机械创伤、电离辐射等。化学诱导以N-亚硝基-二甲脲和秋水仙素效果最好[3]。

多倍体加强了植物对环境的适应力，如抗旱、抗盐、抗病虫害等。蚕豆（Vicia faba），别名南豆、胡豆等，属于豆科（Fabaceae）野豌豆属（Vicia），一年生或越年生草本植物[4]。蚕豆是世界上第三大重要的冬季食用豆作物，营养价值较高，蛋白质含量为25%～35%，还富含糖、矿物质、维他命、钙和铁。此外，作为固氮作物，蚕豆可以将自然界中分子态氮转化为氮素化合物，增加土壤氮素含量[5]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地选择在西南林业大学苗圃，位于云南省昆明市盘龙区，属亚热带半湿润高原季风气候，全年无霜期较长，海拔约1 950 m，年平均气温约14.7℃，绝对最低气温-9℃，四季温差小，雨水较为充足，5—10 月是雨季，11 月至翌年4 月是干季，年降水量700～1 100 mm，年平均相对湿度68.2%，全年降水量在时间分布上干湿分明，土壤为酸性土壤。

1.2 试验材料

以蚕豆种子（2n=12）为试验材料，准备120 颗蚕豆种子进行冲洗，将清洗好的蚕豆种子放置于清水中，在室温条件下浸泡24 h，浸泡结束后，将120 颗蚕豆种子平均分为4 组，每组30 颗，分别放入4 个培养皿中，摆放整齐后，使用不同浓度的秋水仙素（0.01%、0.05%、0.10%），清水作为对照，分别滴至4 个培养皿中的蚕豆胚根上，在培养皿上做好标记，秋水仙素处理24 h 后，将蚕豆上的秋水仙素冲洗干净，分为4 组并做好标记，分装至4 个穴盘，将穴盘标号，用相同基质培育种子，而后放置空地处培养，加防护膜防止阳光暴晒及鸟类、动物危害种子发育。及时观察，对干旱缺水穴盘及时浇水。

1.3 方法

1.3.1形态测量。在培育20 d 后，将蚕豆苗挖出，在挖取过程中，注意保护蚕豆根部。对蚕豆苗高、地径、根数、主根长、主根粗、侧根长等进行测定，使用电子游标卡尺对其地径、主根粗进行测量，采用直尺测定其苗高、主根长、侧根长，同时严格记录所测数据，地径数据精确到0.01 mm，苗高数据精确到0.1 cm。

1.3.2染色体观察前处理。将蚕豆苗上的泥土冲洗干净，分别切出4 组蚕豆苗幼嫩根尖（1 cm），每个处理50 根并分别放入4 瓶装有蒸馏水的锥形瓶中，清洗过后迅速放入浓度为0.10%的秋水仙素溶液与0.02 mol/L 8-羟基喹啉等体积混合液中预处理3 h。之后，用90%乙醇和70%乙醇清洗片刻立即取出，用蒸馏水清洗3 次，用卡诺固定液固定放置于4℃冰箱24 h。24 h 后用乙醇清洗片刻置于75%酒精中待用，用蒸馏水清洗3次后将根尖组织分别放入1 mol/L HCL溶液中解离23 min。解离后立即取出放置盛有蒸馏水的培养皿中，进行染色。用染色液染色6 min 后，将其制成临时玻片，敲打盖玻片至细胞均匀分散，进行观察。

1.4 数据分析

采用SPSS 21.0 软件和Excel 2007 进行数据统计与分析，发芽率（%）=发芽数量（颗）/处理总数（颗）×100，每组处理总数都为30 颗。

2 结果与分析

2.1 不同浓度秋水仙素处理下的蚕豆发芽率

从图1 可以看出，0.01%秋水仙素处理下蚕豆的发芽率最高，为80.00%，清水和0.10%秋水仙素处理下发芽率最低。≤0.01%浓度呈现处理浓度与发芽率成正比关系，≥0.01%呈现处理浓度与发芽率成反比关系。大于0.01%秋水仙素浓度对蚕豆的发芽率产生不同程度抑制，随着浓度提高，蚕豆种子发芽率下降，可能是由于高浓度的秋水仙素对蚕豆种子产生毒害作用。该试验秋水仙素处理时间均为24 h，可以看出0.01%秋水仙素有助于蚕豆种子萌发，过高浓度的秋水仙素会导致种子发芽率降低。

图1 不同浓度秋水仙素处理对蚕豆发芽率的影响

2.2 不同浓度秋水仙素处理下的蚕豆形态结构

从表1 可以看出，以地径看，0.01%秋水仙素处理下的蚕豆苗地径为2.080～4.510 mm；0.05%处理下蚕豆苗地径为0.900～8.730 mm，范围相差较大；0.10%处理下蚕豆苗地径为1.400～2.750 mm；CK 的蚕豆地径为2.660～4.020 mm。分析可知，20 d 蚕豆苗地径最大值及最小值均为秋水仙素0.05%处理，蚕豆平均地径值从大到小依次为：CK＞0.01%＞0.10%；从变异系数分析可知，0.05%秋水仙素处理下，蚕豆苗地径变异系数最高为65.63%，表明此浓度处理下蚕豆苗地径变化较大，具不稳定性，存在较大可利用价值，CK 地径变异系数最低，说明其在生长过程中较稳定。

表1 蚕豆形态结构描述性统计

分析苗高可知，0.05%秋水仙素处理下的平均苗高最大，达7.67 cm，其次为0.01%秋水仙素处理，0.10%秋水仙素处理的苗高均值最小。变异系数最高的为0.01%秋水仙素处理，最低的为0.10%秋水仙素处理，变异系数小于CK，可见低浓度秋水仙素较易引起蚕豆苗高变异。

主根长结果显示，平均主根长度最大值为0.01%秋水仙素处理，达6.18 cm，高于CK，最小值为0.10%秋水仙素处理，为4.22 cm，与0.05%秋水仙素处理均低于CK。0.01%秋水仙素处理变异系数最低，为31.93%。

主根粗结果显示，主根粗的平均值从大到小依次为：0.01%＞CK＞0.10%＞0.05%；0.01%秋水仙素处理主根粗为1.060～6.620 mm；0.05%处理主根粗为0.000～1.330 mm；0.10%处理主根粗为0.500～1.810 mm；CK 处理主根粗为1.560～2.850 mm;主根粗的变异系数从大到小依次为0.05%＞0.10%＞0.01%＞CK。

侧根平均长度大小关系为：0.05%秋水仙素处理下的蚕豆苗侧根最长，达6.87 cm，其次为0.01%秋水仙素处理，最短的为0.10%秋水仙素处理。侧根长变异系数大小关系依次为CK＞0.10%＞0.05%＞0.01%，可见秋水仙素处理对侧根长的影响不大，均小于CK；由于侧根粗度不好直接测量，因此采用多次测量求平均值的方法，结果可知，平均侧根粗度大小关系均表现为：0.01%＞CK＞0.10%＞0.05%，可知低浓度秋水仙素处理下蚕豆苗侧根较粗；变异系数大小关系为：0.05%秋水仙素处理下侧根粗变异系数最高；CK 侧根粗变异系数最低，可见适当的秋水仙素可导致侧根增粗。

2.3 不同浓度秋水仙素处理下的蚕豆根尖细胞染色体

对蚕豆根尖细胞进行染色体观察（图2），不同浓度秋水仙素处理，染色体出现多倍化现象。在蚕豆正常二倍体（2n=12）上，出现四倍体（2n=24）细胞，但未观察到异形染色体的变化，除发生倍性变化，染色体结构特征与二倍体一致。

图2 不同浓度秋水仙素处理下的蚕豆根尖细胞染色体

3 结论与讨论

秋水仙素处理植物材料时，其效果随浓度、处理时间、材料的不同而不同[6]，研究结果也不尽相同[7]。不同浓度秋水仙素处理蚕豆种子，结果表明，≤0.01%浓度秋水仙素对蚕豆发芽具有促进作用，而0.05%～0.10%秋水仙素浓度与发芽率呈反比关系，这可能与秋水仙素具有毒害作用有关，这与范国强等[8]的研究结果相似，秋水仙素作为一种剧毒化学诱变剂在对细胞染色体加倍的同时还对细胞产生伤害，浓度越大造成的伤害越大。

秋水仙素对蚕豆苗形态特征影响较大，其中地径平均长度表现为CK＞0.01%＞0.05%＞0.10%；施加秋水仙素会导致蚕豆苗地径生长长度降低，这与朱梦鑫等[9]利用秋水仙素研究蒲公英生长特性的结果相似。对平均苗高的影响为0.05%＞0.01%＞CK＞0.10%，说明低浓度秋水仙素有助于苗高生长，这与储博彦等[10]利用秋水仙素对丝棉木种子及幼苗的研究结果一致。主根长受秋水仙素影响大小关系为0.01%＞CK＞0.05%＞0.10%，说明低浓度秋水仙素有助于主根生长；主根粗的均值大小关系对应秋水仙素浓度依次为0.01%＞CK＞0.10%＞0.05%，说明低浓度秋水仙素有助于主根生长发育，这与闫秋洁等[11]及李光明等[12]研究结果相似。侧根平均长度大小关系为0.05%＞0.01%＞CK＞0.10%，平均侧根粗度大小关系为0.01%＞CK＞0.10%＞0.05%，可见低浓度秋水仙素有利于侧根的生长，这与王晓雯等[13]研究结果不一致。这可能与秋水仙素的处理时间有关。该试验没有探讨秋水仙素的处理时间与其生长发育、多倍体等的关系，可以进一步探讨秋水仙素处理浓度细化以及处理时间对蚕豆的影响。