CN110024687B - 一种提高苹果抗旱性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高苹果抗旱性的方法，采用重碳离子辐照使用中科院近代物理研究所重离子加速器TR4终端下用能量为80Me V/u，LET为33KeV u用^‑1的¹²C⁶⁺离子辐照，剂量率为50Gy/min，剂量为0、50和60Gy。本发明采用重碳离子辐射诱变技术，能显著提高干旱下苹果的净光合速率、叶片相对含水量、生物量、抑制叶绿素的降解，维持干旱下的细胞稳态，从而提高苹果抵抗干旱胁迫的能力。

Description

一种提高苹果抗旱性的方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种提高苹果抗旱性的方法。

背景技术

水是生命的中心分子，在植物生命过程的许多方面发挥着重要作用，包括从光合作用到大分子间通过疏水键的相互作用。由于自然状态下生理、环境条件的不平衡，植物会遭受干旱胁迫，造成作物减产，进而导致世界不同地区的农业和粮食供应中断，威胁人类的生存和发展。据统计，世界干旱、半干旱土地占地球陆地面积的三分之一左右，占总耕地面积的42.9％；我国干旱、半干旱土地面积为542万平方千米，约占国土面积的52.5％。

干旱可产生和积累活性氧(ROS)，导致膜脂质过氧化、酶功能障碍和蛋白质氧化和聚集。ROS可通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环途径被清除，参与ROS清除的酶有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)。在严重干旱条件下，光合组分容易受到环境胁迫的干扰，表现在叶绿体稳态失衡、色素复合物分解、光合速率降低或电子传递被抑制。随着干旱加剧，最大的影响是由于光合系统受损导致过量的光吸收、光合磷酸化受抑制、Rubisco活性降低，从而限制核酮糖二磷酸的积累。因此，提高植物的抗旱性是全世界科研工作者亟待解决的问题。

近年来，不少科研工作者从遗传育种或栽培管理等方面做了大量的研究工作。然而，传统的育种方法需要投入大量的时间和精力以获得抗性较强的品种。另外，近年来许多科研工作者研究还发现，施用一些外源调节物质，如多胺、褪黑素、甜菜碱等也能提高植物的抗旱性，但这种情况往往对土壤环境造成或多或少的破坏，一定程度上危害人类的健康。还有许多科研人员利用反向遗传学的技术手段，将已知的目的DNA片段通过遗传转化等分子技术手段插入基因组来提高植物的抗旱性，然而由于社会对遗传转化的态度尚不明确，因此尚不能大范围推广应用生产。所以，现如今仍没有非常有效的完美的方案来提高植物的抗旱性。

诱变育种是正向遗传学育种的一种，是一种可以诱发基因突变并促进遗传基因重新组合的技术手段，它能使植物在原有遗传背景基本不变的情况下，短时间内获得优良性状的突变。常见的诱变育种技术有物理射线和化学诱变剂。化学诱变剂诱导突变，在一定程度上仍会对环境造成污染。常见的物理诱变手段包括紫外射线、He-Ne激光超声波电磁波辐射、γ射线和重离子束。近几十年来，关于紫外射线、He-Ne激光超声波电磁波辐射、γ射线诱变植物提高植物抗逆性的研究较多，而植物中重离子辐射的研究相对较少。重碳离子是指碳原子被剥掉或部分剥掉外围电子后的带正电荷的原子核。目前，尚没有人研究过重碳离子辐射对苹果抗旱性的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高苹果抗旱性的方法。该方法能显著提高干旱下苹果的净光合速率、叶片相对含水量、生物量、抑制叶绿素的降解，维持干旱下的细胞稳态，从而提高苹果抵抗干旱胁迫的能力。

其具体技术方案为：

一种提高苹果抗旱性的方法，包括以下步骤：首先，将苹果冬芽进行重离子辐照处理，重碳离子辐照使用中科院近代物理研究所重离子加速器(HIRFL)TR4终端下用能量为80Me V/u，LET为33KeVμm^-1的¹²C⁶⁺离子辐照，剂量率为50Gy/min，剂量为0、50和60Gy。然后，将辐照芽嫁接在2年生平邑甜茶幼苗，待苗高约50cm时，对苹果幼苗进行自然干旱胁迫处理和长期中度干旱胁迫处理，测定生物量、净光合速率、叶片相对含水量、叶绿素含量、相对膜透性及光化学活性等指标。

步骤1、蜜脆苹果进入休眠期以后，剪取当年生枝条，用地膜包裹严实，于2℃冷库保存。

步骤2、两个月后，将蜜脆枝条从冷库取出，携至中科院物理所进行重离子辐照处理。重离子加速器(HIRFL)TR4终端下用能量为80Me V/u，LET为33KeVμm^-1的¹²C⁶⁺离子辐照，剂量率为50Gy/min，剂量为0、50和60Gy。辐照时，将蜜脆苹果枝条剪成2cm长度(大概含1到2个芽)，用透明胶布粘到重离子加速器托盘，进行重离子辐照实验。

步骤3、辐照结束后，将枝条用湿纸巾包裹，装入自封袋，迅速带回杨凌，立刻嫁接至平邑甜茶。对其进行正常的水肥管理和病虫害防治。冬天，苹果进入休眠期后，将枝条剪下，用地膜包裹严实，于2℃冷库保存。第二年春天，每个枝条选取一个芽子嫁接平邑甜茶幼苗，定为一个株系，每个株系嫁接20株。其中50Gy剂量辐照为47个株系，60Gy剂量辐照为22个株系。同时嫁接未辐照的材料作为对照。

进一步，辐照处理用的苹果材料是苹果冬芽。

进一步，将辐照处理过的苹果冬芽嫁接在2年生平邑甜茶盆栽苗上。

进一步，所述加速器托盘中，每个托盘30个孔，每孔约放5个枝条。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用重碳离子辐射诱变技术，能显著提高干旱下苹果的净光合速率、叶片相对含水量、生物量、抑制叶绿色的降解，维持干旱下的细胞稳态，从而提高苹果抵抗干旱胁迫的能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1、自然干旱处理评价辐射诱变育种在提高苹果抗旱性方面的作用

所有材料移植在塑料盆(盆地直径(Φ＝38cm)×盆底直径(Φ＝23cm)×盆高(35cm))中培养，放置于大棚中，试验开始前所有材料正常供水。首先，每个株系挑选生长良好且长势一致的苹果苗12棵；次日所有植株浇透水，开始自然干旱。分别在土壤含水量为田间最大持水量的80％、50％、20％时测植株净光合速率，并观察植株表型。土壤含水量为田间最大持水量的20％时测定植株叶片含水量、相对膜透性、叶绿素含量及Fv/Fm。

结果分析：土壤含水量为田间最大持水量的80％时测定植株净光合速率，结果表明，大多数辐射株系的净光合速率高于对照株系，最高可提高86.66％。土壤含水量为田间最大持水量的50％时，部分辐射株系净光合速率与对照相近，但仍有很多株系净光合速率高于对照，最高可提高59.21％。土壤含水量为田间最大持水量的20％时，对照植株由于受干旱胁迫严重而不进行光合作用，而且气孔导度几乎为0，但大部分辐射株系仍可进行短暂的光合作用。上述试验结果说明，辐射诱变可以提高苹果植株在干旱条件下的净光合速率。

干旱条件下，对照植株的叶片相对含水量为72.59％，辐射诱变株系中叶片相对含水量最大为79.27％，比对照株系高9.20％；对照植株的相对膜透性为14.30％，辐射诱变株系中相对膜透性最小的为13.44％，比对照株系降低6.01％；对照植株的叶绿素含量为1.99mg/g，辐射诱变株系中叶绿素含量最大为2.32mg/g，比对照株系高16.58％；对照植株的Fv/Fm为0.875，辐射诱变株系中Fv/Fm最大为0.885。上述结果说明，干旱条件下辐射诱变可以提高苹果的叶片含水量、叶绿素含量和Fv/Fm值，降低相对膜透性。

实施例2、长期干旱处理评价辐射诱变育种在提高苹果抗旱性方面的作用

挑选2个较抗短期干旱的株系对其进行长期干旱胁迫处理。所有材料移植在塑料盆(盆地直径(Φ径38cm)×盆底直径(Φ径23cm)×盆高(35cm))中培养，放置于大棚中，试验开始前所有材料正常供水。每个株系选取80株生长良好且长势一致的苹果苗进行处理。试验设计2种水分处理：对照正常浇水以保持盆土75％～85％的田间最大持水量；中度干旱处理保持盆土45％～55％的田间最大持水量，每个处理各40株。称重法计算土壤含水量并记录每天水分散失量，隔天18：00补充损失水分。土壤表面均匀覆沙，尽量减少土壤表面水分蒸发。试验开始于2018年8月1日，结束于2018年10月1日，处理60d。处理0天和60天时测定植株光合特性、生物量、株高、茎粗。

结果分析：干旱处理后对照植株净光合速率降低49.30％，而辐射株系5-14降低38.32％；对照植株气孔导度降低69.43％，而辐射株系6-15降低53.16％；对照植株净蒸腾速率降低45.82％，而辐射株系5-14降低40.26％。这些数据表明，重碳离子辐射可以提高干旱条件下苹果的光合特性。

干旱处理后，对照植株净生物量降低58.90％，辐射株系6-15和5-14仅分别降低34.00％和37.25％；对照植株相对生长速率降低46.39％，辐射株系6-15和5-14仅分别降低25.21％和27.67％；对照植株株高净生长量降低53.93％，辐射株系6-15和5-14仅分别降低51.25％和48.84％；对照植株茎粗净生长量降低62.91％，辐射株系6-15和5-14仅分别降低50.00％和50.58％。这表明，重碳离子辐射可以提高干旱条件下苹果的生长量。

以上试验及数据，说明重碳离子辐射能显著提高苹果抗干旱的能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种提高苹果抗旱性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、蜜脆苹果进入休眠期以后，剪取当年生枝条，用地膜包裹严实，于2℃冷库保存；

步骤2、两个月后，将蜜脆枝条从冷库取出，携至中科院物理所进行重离子辐照处理，辐照处理用的苹果材料是苹果冬芽；重离子加速器TR4终端下用能量为80Me V/u，LET为33KeVμm^-1的¹²C⁶⁺离子辐照，剂量率为50Gy/min，剂量为50和60Gy；辐照时，将蜜脆苹果枝条剪成2cm长度，用透明胶布粘到重离子加速器托盘，进行重离子辐照实验；

步骤3、辐照结束后，将枝条用湿纸巾包裹，装入自封袋，迅速带回杨凌，立刻嫁接至平邑甜茶；对其进行正常的水肥管理和病虫害防治；冬天，苹果进入休眠期后，将枝条剪下，用地膜包裹严实，于2℃冷库保存；第二年春天，每个枝条选取一个芽子嫁接于平邑甜茶幼苗，定为一个株系；其中50Gy剂量辐照为47个株系，60Gy剂量辐照为22个株系，秋季枝条长成后，每个株系嫁接20株用于抗旱性筛选试验，同时嫁接未辐照的材料作为对照；

步骤4、将嫁接辐射材料和对照进行短期自然干旱处理，进行抗旱初筛选；所有材料移植在塑料盆中培养，放置于大棚中，试验开始前所有材料正常供水；首先，每个株系挑选生长良好且长势一致的苹果苗12棵；次日所有植株浇透水，开始自然干旱；分别在土壤含水量为田间最大持水量的80%、50%、20%时测植株净光合速率，并观察植株表型；土壤含水量为田间最大持水量的20%时测定植株叶片含水量、相对膜透性、叶绿素含量及Fv/Fm；

步骤5、挑选较抗短期干旱的株系对其进行长期干旱胁迫处理；所有材料移植在塑料盆中培养，放置于大棚中，试验开始前所有材料正常供水，每个株系选取80株生长良好且长势一致的苹果苗进行处理；试验设计2种水分处理：对照正常浇水以保持盆土75%~85％的田间最大持水量；中度干旱处理保持盆土45%~55％的田间最大持水量，每个处理各40株；称重法计算土壤含水量并记录每天水分散失量，隔天18：00补充损失水分；土壤表面均匀覆沙，尽量减少土壤表面水分蒸发，处理0天和60天时测定植株光合特性、生物量、株高、茎粗。

2.根据权利要求1所述的提高苹果抗旱性的方法，其特征在于，将辐照处理过的苹果冬芽嫁接在2年生平邑甜茶盆栽苗上。

3.根据权利要求1所述的提高苹果抗旱性的方法，其特征在于，所述加速器托盘中，每个托盘30个孔，每孔放5个枝条。