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1、二倍体与多倍体罗汉果生物学性状的比较研究广西科学GuangxiSciences2011,18(2):177180,184倍体与多倍体罗汉果生物学性状的比较研究X-ComparativeStudyonBiologicalCharacteristicsbetweenDiploidandPolyploid闫海1?irattlagrosveorll锋,黄夕洋,梁萍.,蒋水元卜,李锋,李虹,李志刚YANHaifeng,HUANGXiyang,LIANGPing,JIANGShuiyuan,LIFeng,LIHong,LIZhigang(1.广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所,广西桂林541006;2
2、.广西大学农学院,广西南宁530004;3.桂平市实验中学,广西桂平537200;4.广西科学院,广西南宁530007)(1.GuangxiInstituteofBotany,GuangxiZhuangAutonomousRegionandtheChineseAcademyofSciences,Guilin,Guangxi,541006,China;2.CollegeofAgriculture,GuangxiUniversity,Nanning,Guangxi,530004,China;3.ExperimentalHighSchoolofGuiping,Guiping,Guangxi,5372
3、00,China;4.GuangxiAcademyofSciences,Nanning,Guangxi,530007,China)摘要:以罗汉果二倍体为对照,研究二倍体与多倍体(三倍体,四倍体)植株之间地径,株径,叶片,气孔器和花器的生物学性状.结果表明:罗汉果植株的地茎,株径,叶长宽,叶面积,叶厚,气孔长宽,保卫细胞长宽,花瓣长宽,子房纵径,子房横径均表现出:四倍体>三倍体>二倍体,而且多数性状在不同倍性问的差异均达到显着水平(P<0.05);气孑L密度呈相反的趋势:二倍体>三倍体>四倍体,不同倍性彼此间差异显着(PdO.05).根据罗汉果多倍体所表现出的巨大性
4、,可以进行罗汉果多倍体的快速鉴定和优良罗汉果品种的培育关键词:罗汉果二倍体多倍体生物学性状中图法分类号:Q949.9文献标识码:A文章编号:1005-9164(2011)02-017704Abstract:Comparedwiththediploid,biologicalcharacteristicsofdiploidandpolyploidSiraitiagrosvenoriiwerestudiedandpolyploidySiraitiagrosvenoriiincludedtriploidandtetraploid.Theresultsshowedthatthebasaldiameter
5、,stemwidth,leafIengthandwidth,leararea,learthickness,stomatallengthandwidth,guardcelllengthandwidth,petallengthandwidth,ovaryverticaIdiameterandhorizontaldiameterwere4X>3X>2X,andthedifferencesofmostbiologicalcharacteristicsweresignificantbetweendifferentploidies(P<0.05).Onthecontrary,thetre
6、ndofstomatadensitywas2X>3X>4X,andthedifferenceswerealsoremarkablebetweendifferentploidies(P<0.05).BecausepolyploidySiraitiagrosvenoriishowedlargness,itcouldbeidentifiedfastly,andusedtobreedSiraitiagrosvenorii.Keywords:Siraitiagrosvenorii,diploid,polyploid,biologicalcharacteristics罗汉果(Sirait
7、iagrosvenorii(Swingle)C.Jeffrey)属葫芦科罗汉果属,是我国特有的经济和药用植收稿日期:20101029修回日期:201l_O324作者简介:囝海锋(1980一),男,硕士研究生,主要从事植物栽培学研究.*中国科学院西部之光人才培养计划项目2009(236),国家自然科学基金(40961019),广西科技攻关项目(桂科攻081500522),桂林科技攻关项目(200801031),广西植物研究所基本科研业务费项目(09005)资助.*通讯作者.广西科学2011年5月第18卷第2期物.罗汉果的果实可入药,在治疗百日咳,慢性气管炎,咽喉炎,胃肠疾病等方面疗效显着.罗汉果
8、的果实中所含有的甜甙V是一种天然的甜味剂,具有高甜度,低热量,无毒,安全,热稳定性好的特点,可以作为糖代用品和饮料甜味剂等L1.目前罗汉果药材在国内外市场的需求量越来越大,人们对罗汉果的产量和质量也提出了更高的要求.多倍体是新品种选育和丰富种质资源的重要途径之一,利用多倍体的效应获得大的果实或营养器官产品,并且能够提高植株的营养成分和品质,以及获177二得无籽或少籽的果实等特性.该技术已在四倍体不结球白菜,四倍体水稻4,三倍体无籽西瓜等植物上成功应用和推广.近年也应用该技术成功培育出了多倍体罗汉果,包括四倍体罗汉果,三倍体无籽罗汉果,其中三倍体罗汉果的果实所具有无籽或少籽的特性,大大提高了整果
9、的利用率和甜甙提取收得率,有利于罗汉果新产品的开发,在提取加工行业的应用前景十分可观.但是目前对于这一新兴的罗汉果优良种质,研究还较少,因此我们对罗汉果多倍体开展了有关生物学特性方面的研究,以罗汉果二倍体为对照,与三倍体,四倍体相比较,探讨不同倍性罗汉果植株间的生物学性状和差异性,了解罗汉果多倍体,特别是三倍体无籽罗汉果的外部形态特征等,为今后多倍体罗汉果的快速鉴定,科学种植,产量品质的提高及优良多倍体罗汉果品种(品系)的选育奠定基础理论.中部的下表皮,置于载玻片上,制作临时玻片.使用MoticDMBA200数码显微镜测量开度最大的气孔及保卫细胞的长度和宽度,每个叶片随机测量10个气孔,取平均
10、值;并观察每个视野中的气孔数目(30个不同视野),统计单位面积内的气孔个数,求其平均值,再计算出气孔密度(个/毫米.).1.2.3花器形态特征的测定于盛花期选择晴朗的天气,选取罗汉果(二倍体,三倍体,四倍体)植株的雌花(子房)各20个,在授粉前使用游标卡尺测量花瓣的长度,宽度和子房的纵径和横径,记录数据.1.2.4数据的统计分析和绘图以上实验数据均应用SPSS11.5(SPSSInc.,USA)软件进行统计分析,并对罗汉果二倍体,三倍体,四倍体的各生物学性状参数进行一元方差分析(OneWayANOVO).1材料与方法2结果与分析1.1实验材料实验材料来自桂林亦元生现代生物技术有限公司培育的不同
11、染色体倍性的罗汉果组培苗,包括二倍体(2X),同源四倍体(4X),三倍体(3x)由相应的同源四倍体与二倍体雄株杂交培育成的无菌苗;2X,3X,4X均为青皮果品种,雌株.于2008年4月下旬种植于广西桂林市兴安县漠川I乡罗汉果种植基地,栽培管理措施相同,定期观察,比较和测量二倍体与多倍体罗汉果植物学特性.1.2测定方法1.2.1地径和株径的测定待植株上棚后,随机选取长势一致,健壮的罗汉果(二倍体,三倍体,四倍体)植株各20株,使用游标卡尺测量地径值(地表处主茎的直径)和株径值(主蔓中部的直径).1.2.2叶片和气孔器形态特征的测定1.2.2.1叶片形态特征的测定随机选取罗汉果(二倍体,三倍体,四
12、倍体)植株发育成熟和生长良好的新鲜叶片各2O张,使用游标卡尺测量叶片的长度(叶基部至叶尖长),宽度(叶最宽处),厚度(同一叶多点测量,重复3次取平均值),并使用LI一3000叶面积仪测定叶片的面积,计算叶形指数(即叶长与叶宽的比值).1.2.2.2气孔器(气孑L和保卫细胞)形态特征的测定选择晴朗的天气,于上午8:O01O:0O时在田间取样,随机选取罗汉果(二倍体,三倍体,四倍体)植株的同一部位的新鲜叶片各2O张,用尖镊子撕取叶片】782.1不同倍性罗汉果的地径,株径三倍体和四倍体植株的地径值和株径值比二倍体的大,地茎值分别高出30.56和29.31,株径值分别高出36.11和34.48,四倍体
13、又稍大于三倍体(表1).随着倍性的增加,地径和株径均呈现上升趋势,4X>3X>2X,多倍体表现出巨大性.从方差分析结果可知,在地径上,多倍体与二倍体的差异均达到显着水平(P<0.05),但是多倍体(3X,4X)间则差异不显着;而在株径上,2X,3X,4X间均差异显着(P<O.05).表1不同倍性罗汉果的地径和株径Table1BasaldiametersandstemwidthsofdifferentploidyS.grosvenortta,b,e不同字母表示在0.05水平上的差异.a,b,Cdifferentlettersindicatedsignificantleve
14、latP<0.05.2.2不同倍性罗汉果的叶片和气孔器形态特征2.2.1不同倍性罗汉果的叶片形态特征表2测量结果显示,不同倍性罗汉果的叶形指数相差不大,叶片均为卵圆形,但是二倍体比多倍体的叶端稍尖;三倍体和四倍体植株的叶长,叶宽,叶面积,叶厚也比二倍体的大,叶长增加4.46和9.34;叶宽增加8.15和18.89;叶面积增加1O.O6和l7.64;叶厚增加20.69%和41.38%;GuangxiSciences,Vo1.18No.2,May2011表现出多倍体的叶片形态均比二倍体的大,4X>3X>2X,倍性间的差异均达到显着水平(P<0.05).2.2.2不同倍性罗汉
15、果的气孔器形态特征对三倍体,四倍体与二倍体罗汉果的气孔器观察发现,多倍体的气孑L形状与二倍体没有太大的变化,而大小却相差很大(表3,图1图3).图1罗汉果二倍体叶片的气孑L器结构(400)Fig.1CharactersofstomatalapparatusindiploidSgrosvenorii(400)图2罗汉果三倍体叶片的气孔器结构(400)Fig.2CharactersofstomatalapparatusintriploidS.grosvenorii(400)随着染色体倍性的增加,三倍体和四倍体罗汉果的气孑L长,气孑L宽,保卫细胞长和保卫细胞宽分别比二倍体增加17.08和41.67,
16、7.75和13.2O,12.13和19.89,6.99和13.55,气孔密度显着降低.因此,气孔器的形态特征中,气孔长,保卫细胞长表现出:4X>3X>2X,倍性间的差异均达到显着水平(P<0.05);气孔宽,保卫细胞宽也表现出:4X>3X>2X,但是三倍体与四倍体,二倍体间无显着差异,只有四倍体和二倍体间差异显着(P<0.05);而气孔密度则相反,表现出:2X>3X>4X,倍性间的差异均达到显着水平(P<0.05).图3罗汉果四倍体叶片的气孔器结构(400)Fig.3Charactersofstomatalapparatusintetrap
17、loidS.grosvenorii(400)2.3不同倍性罗汉果的花器形态特征表4和图4结果显示,随着倍性的增加,花瓣的长和宽逐渐增大,多倍体的花瓣明显大于二倍体,三倍体和四倍体分别比二倍体长13.62和28.029/6,宽17.59和25.93;子房情况与花瓣相同,多倍体比二倍体的子房长且宽,三倍体和四倍体分别比二倍体长2.67%和1O.67,宽2.78和5.56;花瓣长,宽和子房纵径,横径均表现出:4X>3X>2X,倍性间的差异均达到显着水平(P<0.05).田间观察还发现,随着倍性的增加,花瓣形态变大,颜色逐渐加深,柱头也逐渐变粗,颜色加深.表2不同倍性罗汉果的叶片形态
18、特征Table2MorphologicalcharacteristicsoftheleafofdifferentploidyS.grosvenoriia,b,C不同字母表示在0.05水平上的差异.a,b,CdifferentlettersindicatedsignificantlevelatP<0.05表3不同倍性罗汉果叶片的气子L器大小Table3StomatalapparatussizeoftheleafofdifferentploidyS.grosvenoriia,b,C不同字母表示在0.05水平上的差异.a,b,cdifferentlettersindicatedsignific
19、antlevelatP<0.05广西科学2011年5月第18卷第2期179表4不同倍性罗汉果的花器形态特征Table4MorphologicalcharacteristicsoftheflowerofdifferentploidyS.grosvenoriia,b,e不同字母表示在0.05水平上的差异.ab,cdifferentlettersindieatedsignificantlevelatP<0.05.图4不同倍性罗汉果花器的比较Fig.4ComparisonoftheflowerofdifferentploidyS.grosvenorii3讨论多倍体育种是加大植物遗传变异,改
20、良作物品性的重要手段.多倍体植株一般表现为外部形态的巨大性,化学成分含量的相应增加,抗性的增强等优良性状73.本研究的结果也发现,多倍体罗汉果包括三倍体无籽罗汉果,四倍体罗汉果,由于染色体成倍增加,其形态特征和二倍体有明显的差别:地径和株径变粗,叶片变长变宽,增厚,叶面积变大,气孔和保卫细胞变长变宽,花瓣变长,变宽,子房变大等.通过方差分析也可看出多倍体与二倍体问差异显着,而且大多数性状在多倍体间的差异也是显着的,即:四倍体比三倍体更表现出巨大性.已有研究认为形态观察是直观而简易的倍性鉴定方法,可以通过对植株生长发育期间的外部特征进行观察,如叶片变大加厚,叶色加深,叶形指数变小,花果较二倍体大
21、等,都可以用于初步鉴定倍性,有利于减少工作量.因此这些特征也可以作为多倍体罗汉果鉴定的依据之一.在植物多倍体育种中,倍性鉴定作为不可或缺的重要环节,其鉴定速度和精度,关系着多倍体育种的进程.传统的鉴定技术采用根尖,茎尖或花粉粒直径进行染色体计数和观察开花结实情况,这对技术要求高,需要有相当熟练的操作技能,而且过程繁琐,耗时180多lg.因此寻找一种快速有效的鉴定方法对于加快育种进程有十分重要的意义.由于多倍体的根,茎,叶,花,果实,种子,气孔等与二倍体相比都有明显的差异,具有特殊的农艺性状和细胞生物学特性,而且利用气孔性状鉴定操作简单,易行,已在许多植物中得到了应用_1引.学者们对倍性与植株叶
22、片气孔大小的关系的研究也已有许多文献报道l1J,气孔的保卫细胞,己经成为区分二倍体与四倍体细胞型及有关物种的经典方法口.罗汉果叶片的气孔和保卫细胞大小,以及气孔密度与染色体倍性密切相关,而且气孔器越大,气孔的密度就越低,该结果得出了多倍体叶片气孔增大,气孔密度下降等与前人的研究结论一致的现象r1引.因此,本研究获得的气孔指标也可以作为判定罗汉果倍性的重要依据,而且将外部形态特征与气孔特征相结合来判定倍性更加简便,快速,节省成本,缩小检测范围,减少操作量,对于加快多倍体罗汉果育种进程有十分重要的意义.罗汉果叶片含有抗氧化性较强的黄酮口i,罗汉果果实含有多种具有药用活性的物质,罗汉果果实为其主要药
23、用和食用部位.结合我们进一步研究可知,四倍体罗汉果的成熟果实比三倍体,二倍体的明显大,差异显着,三倍体无籽罗汉果与二倍体相比,由于其无籽的特性,虽然大小和重量不如二倍体的2,但是其整果利用率却大大提高;经测定罗汉果多倍体甙V的含量显着提高,其中4X>3X>2XEJ;多倍体由于其外部形态的巨大性和化学成分含量的提高,显然比二倍具有更大的开发利用价值.因此,多倍体罗汉果的育种和研究对罗汉果产业的升级和发展有着重要的意义.参考文献:1农毅清,蒋林.罗汉果甜苷的提取与药理作用研究概况J.广西中医药,2008,31(1):6-8.2苏小建,徐庆,梁荣感.罗汉果甜苷的毒性作用研究J.食品科学,
24、2005,2(3):221224.3刘惠吉,曹寿椿,王华,等.南农矮脚黄四倍体不结球白菜新品种的选育J.园艺,1995,22(3):193一l94.4宋文昌,张玉华.水稻四倍化及其对农艺性状和营养成分的影响J.作物,l992,18(2):137144.5赵辉.四倍体西瓜的人工诱变及无籽西瓜的新品种选育D.合肥:安徽农业大学,2007.6李锋,蒋向军,蒋水元,等.无籽(少籽)罗汉果培育成功(简报)j.广西植物,2008,28(6):727.7何韩军,杨跃生,吴鸿.药用植物多倍体的诱导及生物学意义J.中草药,2010,41(6):10001006.(下转第l84页Continueonpagel84
25、)GuangxiSciences,Vo1.18No.2,May2011开始Start创建Socket连接Createasocketconnection.I设置网络端I:1ISettheInetworkport侦听端口ListeningportN/接收数据/Y莉Dataprocessingl数据显示Datadisplaying图6监控中心软件工作流程Fig.6Programflowofthemonitoringcenter模块GPRS可实现监控中心与车载监控终端之间的远程无线通信,监控中心可向车载监控终端发送控制命令,控制车载监控终端的运行方式,还可以对工程机械的运行状态进行查询.新设计的系统在
26、功能强大的ARMS3C2410X硬件平台上,将3S技术与CAN总线技术相结合,成为一个能对施工现场的工程机械进行智能化管理的监控系统,打破了以往单纯依靠单一网络的工程机械远程监控系统的局面.新系统融合多种功能,其工况参数采集模块具有较强的通用性,可推广应用到目前大部分工程机械系统,具有较广的应用前景.参考文献:1王国彪.国外工程机械发展趋势J.机电新产品导报,2001(01):160162.2焦生杰,顾海荣.沥青洒布车及其控制技术现状J.筑路机械与施工机械化,2007(01):14.3牛占文,土树新,郑尚龙.机群智能化工程机械故障诊断系统研究J.机械科学与技术,2003(06):9991002
27、.I-4$3C2410A中文数据手册(第一章),杭州立宇泰电子有限公司编着(Version1.O).5陈彩华,龙卫兵,刘彬.基于ARMLinux的家用网络平台设计与实现J.计算机测量与控制,2010,18(9):21762177.2193.6杜力坤?苏来曼,刘吉超,艾德海江?马那甫.基于LM2576的数控可调开关电源设计J.新疆师范大学学报:自然科学版,2009,12(4):6972,87.(责任编辑:陈小玲邓大玉)(上接第180页Continuefrompagel80)8张全美,张明方.园艺植物多倍体诱导研究进展J.细胞生物学杂志,2003,25(4):223228.9鲁文英,漆燕玲.饲用甜
28、菜染色体倍性与叶片气孔性状相关性研究J.甘肃农业大学,2008,43(2):7073.1O张凌嫒,郭启高,李晓林,等.枇杷气孔保卫细胞叶绿体数目与倍性相关性研究J.果树,2005,22(3):229233.11常月梅.果树多倍体鉴定进展I-J.山西林业科技,2001(1):1-4.12AhmedN.AtechniqueforrapididentificationofploidylevelsinteaJ.TwoandaBud,1993(2):3133.13ChoiMiyong.Improvementofchloroplastobservationtechniqueinguardcellsforp
29、loidedetectionofmicrosporederivedplantsinbroccoliJ.JournaloftheKoreanSocietyforHorticulturalScience,1997,38(6):666669.14贾兴华.用气孔保卫细胞叶绿体计数法测定烟草单倍体和二倍体rJ.中国烟草,1980(3):5557.18415李赘,石荫坪,岭怀瑞.应用气孔性状对苹果与梨的倍性判别分析J.果树科学,1999,16(1):9-13.16杨今后,扬新华.桑叶气孑L保卫细胞叶绿体数与染色体倍性数关系J.浙江农业科学,1990(5):238240.17Stebbins,GL.Chro
30、mosomalEvolutioninHigherPlantsM.London:EdwardArnoldPress,1971:216.18付金娥,覃斯华,李天艳,等.秋水仙素诱变薄皮甜瓜同源四倍体研究rJ.中国瓜菜,2008(2):11一l5.19陈全斌,杨建香,程忠泉,等.RPHPLC法测定罗汉果叶中总黄酮含量J.广西科学,2005,12(1):4345.2O黄志江,黄捷,孙滢川,等.罗汉果的药用研究J.广西师范大学:自然科学版,1998,16(4):7579.21黄夕洋,梁萍,李锋,等.不同倍性罗汉果果实的生长与甙类含量动态变化规律的研究J.广西植物,2009,29(6):875880.(责任编辑:邓大玉)GuangxiSciences,Vo1.18No.2,May2011珊m