黑麥草屬28個(gè)引進(jìn)品種輻射子一代的生長(zhǎng)性狀比較

劉 勇，柯紹英，黃小琴，張 蕾，劉紅雨，周西全

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，四川 成都610066；2.農(nóng)業(yè)部西南作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610066）

黑麥草（Lolium）因具有產(chǎn)草量高，柔嫩多汁，富含蛋白質(zhì)、碳水化合物，適口性好，適應(yīng)性強(qiáng)，各種家畜和草食性魚(yú)類(lèi)均喜食的優(yōu)點(diǎn)而被推廣應(yīng)用。隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)優(yōu)質(zhì)牧草市場(chǎng)缺口尤顯突出，2000年，我國(guó)優(yōu)質(zhì)牧草市場(chǎng)缺口就達(dá)到300萬(wàn)t［1］。這與我國(guó)飼料用牧草栽培品種主要依靠引進(jìn)，牧草育種總體水平低和優(yōu)質(zhì)資源較少等因素［2］有關(guān)。

誘變育種技術(shù)方法簡(jiǎn)便，可在短時(shí)間內(nèi)改變作物的某一性狀，在作物品種改良上具有獨(dú)特的作用［3］，目前在糧經(jīng)作物上取得了良好成效［4-5］，在牧草誘變育種方面也開(kāi)始了起步工作［6-7］。60Co-γ射線作為一種穿透力強(qiáng)、能量高的電離輻射，成為了目前最常用的輻射誘變?cè)?，利用γ射線誘變牧草在農(nóng)藝學(xué)、細(xì)胞學(xué)等方面已有報(bào)道［8-12］。為了加快國(guó)外引進(jìn)品種的適應(yīng)能力和選育優(yōu)質(zhì)適生牧草品種，本研究在對(duì)國(guó)外引進(jìn)的28個(gè)優(yōu)良黑麥草牧草品種進(jìn)行生態(tài)適應(yīng)性評(píng)價(jià)［13］的基礎(chǔ)上，采用不同劑量γ射線對(duì)種子進(jìn)行輻照處理，連續(xù)兩年在田間比較28個(gè)品種經(jīng)輻射處理后的生長(zhǎng)性狀變異和表現(xiàn)情況，旨在通過(guò)輻射誘變手段對(duì)國(guó)外優(yōu)質(zhì)牧草進(jìn)行適應(yīng)性改良，選育出具有優(yōu)良性狀的突變材料和牧草品種，為優(yōu)質(zhì)牧草品種的應(yīng)用拓展領(lǐng)域，也為黑麥草快速育種提供有效借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試材料 28個(gè)引進(jìn)黑麥草品種，分別25個(gè)為意大利黑麥草（L.multiflorum）品種Defo、Ligrande、Gordo、Orlando、Lolita、Taurus、Emmerson、Zarastro、Gemini、Lemtal、Prestyl、Domino、Fastyl、Lipo、Barmultra、Lipo、Bartissimo、Zorro、Alamo、Ellet、Tosca、Licarno、Remy、Liberta、Lema和3個(gè)多年生黑麥草（L.perenne）品種Barfort、Loretia、Edda。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 輻射處理 28個(gè)引進(jìn)黑麥草種子各3份，每份40g，每品種取兩份于2005年8月用γ射線進(jìn)行輻照處理（輻射在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)核技術(shù)研究所鈷圃輻照?qǐng)鰞?nèi)進(jìn)行），另一份未輻照處理種子用于田間對(duì)照。采用400（低劑量）和500Gy（高劑量）60Co-γ射線對(duì)28個(gè)黑麥草品種種子進(jìn)行輻射（在前處理試驗(yàn)中設(shè)置的吸收劑量分別為200、300、400和500Gy，最后選定處理劑量為400和500Gy，劑量率為4.687 5Gy·min-1）。

1.2.2 田間比較試驗(yàn) 田間試驗(yàn)在四川省農(nóng)作物抗性鑒定基地內(nèi)進(jìn)行，位于104°04′E，30°39′N(xiāo)，年均溫18℃左右，年降水量1 000mm左右，多霧。土壤為典型的紫色土，肥力中等。播種前施用除草劑除草后翻耕、挖穴。

2005年9月進(jìn)行播種，輻射種子以行播種植（每行20株），試驗(yàn)對(duì)照種子為相同品種未進(jìn)行輻射處理的種子，輻射處理與對(duì)照隔行播種；2006年9月將2005年收獲的種子進(jìn)行第2次種植。播種方式為穴播，每穴放4～6粒種子；每個(gè)重復(fù)播種20穴，每個(gè)品種3次重復(fù)，共60株，穴距40cm×40 cm。待出苗轉(zhuǎn)青后間苗，每穴留苗1株。

1.2.3 田間管理 播后到苗期為保持地表下10cm左右濕潤(rùn)，采用人工地面移動(dòng)式噴灌，2～3d噴灌一次，以后每周?chē)姽嘁淮?，或視苗情及降水而隨時(shí)調(diào)整。整個(gè)生育期內(nèi)實(shí)時(shí)追肥、人工去除雜草。試驗(yàn)田發(fā)現(xiàn)地老虎、螻蛄等害蟲(chóng)，及時(shí)用呋喃丹撒施地表進(jìn)行防蟲(chóng)。

1.2.4 觀測(cè)指標(biāo) 播種后一周，調(diào)查每個(gè)材料的種子萌發(fā)情況；抽穗前測(cè)量植株株高、分蘗數(shù)，刈割地上部分，留茬約5cm，每重復(fù)刈割10株，分別稱(chēng)量鮮質(zhì)量；以小區(qū)內(nèi)50%植株抽穗或成熟為標(biāo)準(zhǔn)，目測(cè)記錄各品種抽穗期、成熟期；整個(gè)生育期內(nèi)隨時(shí)觀察植株病害發(fā)生情況。以相同品種未進(jìn)行輻射處理的種子為試驗(yàn)對(duì)照。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照對(duì)種子萌發(fā)的影響 28個(gè)引進(jìn)黑麥草經(jīng)400（低劑量）、500Gy（高劑量）的60Co-γ射線輻射誘變后，部分品種的種子萌發(fā)受到抑制。400Gy（低劑量）輻照的Gordo、Ligrande、Barmultra 3個(gè)品種種子不萌發(fā)；500Gy輻照的Remy、Bartissimo種子未萌發(fā)；其余品種經(jīng)高、低劑量的γ射線輻照后，種子均正常萌發(fā)并生長(zhǎng)至成熟。由此可見(jiàn)，不適宜劑量的γ射線會(huì)造成某些黑麥草種子組織損傷，影響其萌發(fā)生長(zhǎng)，因此，采用輻射誘變技術(shù)進(jìn)行黑麥草誘變處理時(shí)，不同品種牧草的適宜劑量有差異（表1）。

2.2 輻照對(duì)分蘗力的影響 γ射線處理能夠改變黑麥草的分蘗能力，部分品種的分蘗能力增強(qiáng)，而部分品種的分蘗能力卻明顯下降，同一品種經(jīng)輻射后，材料分蘗能力存在明顯個(gè)體差異，重復(fù)間極差很大。當(dāng)輻射劑量為400Gy時(shí)，Zarastro、Lipo、Licarno、Liberta、Barfort、Bartissimo、Tosca 7個(gè)品種的誘變材料的分蘗數(shù)增加，明顯高于對(duì)照，其中Zarastro分蘗數(shù)達(dá)241個(gè)，顯著高于對(duì)照和其他誘變材料；當(dāng)輻射劑量為500Gy時(shí)，Gordo、Orlando、Ligrande、Barmultra 4個(gè)品種的誘變材料分蘗數(shù)高于親本（表1）。

黑麥草經(jīng)輻射誘變后，分蘗能力的遺傳穩(wěn)定性存在個(gè)體差異（表1）。在2006年分蘗數(shù)表現(xiàn)增加的誘變材料中，僅有Zarastro、Barfort、Tosca、Orlando 4個(gè)誘變材料的分蘗優(yōu)勢(shì)在2008年試驗(yàn)中得以較好保持（數(shù)據(jù)未列出）；另外Lemtal、Remy、Tosca、Lipo 4個(gè)品種的500Gy輻射材料的分蘗力較2006年增加，其余材料的分蘗力表現(xiàn)出一定的下降趨勢(shì)。

2.3 輻照對(duì)株高的影響 引進(jìn)黑麥草品種經(jīng)γ射線輻射處理后，其株高與對(duì)照相比都發(fā)生了改變，增減不一，品種間與品種內(nèi)都存在明顯的隨機(jī)性（表2）。Lolita經(jīng)400Gy輻射誘變，個(gè)體間株高差異達(dá)到33cm；而Licarno誘變材料個(gè)體間株高差異僅為2cm。Licarno、Lolita兩個(gè)品種誘變材料的株高與對(duì)照相比都表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，特別是Lolita，經(jīng)500 Gy輻照誘變后，株高比對(duì)照增加11.2%；第2年種植Lolita誘變材料的株高優(yōu)勢(shì)仍然存在，經(jīng)400Gy輻照誘變的材料株高顯著高于對(duì)照，表現(xiàn)出較強(qiáng)的株高遺傳穩(wěn)定性。

2.4 輻照對(duì)鮮質(zhì)量的影響 γ射線輻射處理對(duì)黑麥草植株鮮質(zhì)量影響程度不一致，鮮質(zhì)量變化隨機(jī)性強(qiáng)（表3）。不同劑量輻射后都表現(xiàn)增加的材料有Lipo、Ellet、Eicarno、Lolita、Edda，其中 Lolita的誘變材料的株高增加顯著，經(jīng)500Gy誘變后獲得材料的鮮質(zhì)量比未進(jìn)行誘變的親本增加了140%。而Defo、Zarastro、Zorro、Liberta、Emmerson、Fastyl、Tosca 7個(gè)品種經(jīng)輻照誘變后植株鮮質(zhì)量均下降。

2006年測(cè)定Fastyl誘變材料植株鮮質(zhì)量均較親本降低，而2007年均比親本增加；另有少數(shù)品種經(jīng)不同輻射劑量處理后誘變材料的鮮質(zhì)量遺傳特性與親本相比發(fā)生了相反變化，如2006年田間試驗(yàn)中，經(jīng)500Gy輻射誘變后的Lolita植株鮮質(zhì)量比400Gy輻射誘變高，而在2007年，不同劑量輻射處理材料的鮮質(zhì)量卻表現(xiàn)為400Gy輻照處理優(yōu)于500Gy處理。其余大部分品種誘變材料的植株鮮質(zhì)量遺傳特性得到了穩(wěn)定表達(dá)，即與2006年相比，與親本和對(duì)照品種間的差異趨勢(shì)仍然相同（表4）。

2.5 對(duì)抽穗期的影響 通過(guò)田間比較觀察發(fā)現(xiàn)，輻射處理對(duì)部分黑麥草的抽穗期造成明顯影響。28個(gè)引進(jìn)黑麥草誘變材料均能在四川地區(qū)完成整個(gè)生育期生長(zhǎng)并正常成熟，但輻照處理能夠提前或推遲抽穗期。如Defo、Gemini、Bartissimo經(jīng)過(guò)不同劑量γ射線輻射后，其抽穗期比對(duì)照提前了10d以上，而B(niǎo)arfort、Prestyl的誘變材料的抽穗期比親本推遲8d，其余品種的誘變材料的抽穗期與對(duì)照基本一致，差異在2～3d內(nèi)。

表1 γ射線輻射對(duì)黑麥草分蘗數(shù)的影響Table 1 The Branch number sof 28varieties of ryegrass after irradiation treatments

表2 γ射線輻射對(duì)黑麥草株高的影響Table 2 The height of 28varieties of ryegrass after irradiation treatment

3 討論

60Co-γ射線輻射黑麥草牧草種子能夠改變種子的發(fā)芽率、分蘗數(shù)、株高、鮮質(zhì)量和抽穗期等生長(zhǎng)性狀，在適宜的處理劑量下，改變后的性狀均能夠穩(wěn)定遺傳，表明60Co-γ射線輻射黑麥草種子能夠進(jìn)行遺傳性狀，特別是產(chǎn)量等性狀的改良，有利于優(yōu)良牧草品種的引進(jìn)、選育和利用。

在進(jìn)行輻照誘變處理時(shí)，首先根據(jù)不同品種篩選適宜的輻照處理劑量。適宜的輻射處理劑量必須保證處理后種子具有一定的發(fā)芽率和成活率，這是輻射誘變育種試驗(yàn)取得成功的重要前提之一。適宜輻射劑量受植物對(duì)輻射的敏感性所制約，植物敏感性是從被照射植物的各種生理過(guò)程破壞和組織損傷程度上表現(xiàn)出來(lái)的［14］。根據(jù)各植物對(duì)射線的敏感程度，可將其分為射線“敏感型”、“中間型”、“遲鈍型”，黑麥草對(duì)射線敏感度的差異與不同草種的生態(tài)特性相適應(yīng)，即草種的生態(tài)條件與輻射敏感性具有內(nèi)在聯(lián)系，耐輻射的草種一般具有較好的生態(tài)適應(yīng)性［2，14］。本研究顯示，黑麥草種子經(jīng)γ射線照射處理后，高、低劑量合計(jì)，僅有5個(gè)輻射材料未萌發(fā)，其余黑麥草的發(fā)芽能力與親本間不存在明顯差異，說(shuō)明本研究引進(jìn)的28個(gè)黑麥草種中，89.3%的品種對(duì)射線的敏感程度為“遲鈍型”，相應(yīng)的也是生態(tài)適應(yīng)性廣的草種，已報(bào)道的生態(tài)適應(yīng)性栽培試驗(yàn)證實(shí)了此結(jié)論［13］。

γ射線輻照誘變育種通常存在高劑量損傷效應(yīng)和低劑量刺激效應(yīng)［15］，即高劑量輻射不利于植物生長(zhǎng)，而低劑量的輻射可能會(huì)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。但本研究顯示，高、低劑量處理對(duì)黑麥草生長(zhǎng)性狀的影響，無(wú)規(guī)律性存在。如 Gordo、Orlando、Ligrande、Barmultra 4個(gè)品種的分蘗數(shù)是高劑量處理優(yōu)于低劑量；而Zarastro、Lipo、Licarno等7個(gè)品種的誘變材料卻是低劑量處理優(yōu)于高劑量。這可能與輻射處理對(duì)植物各生長(zhǎng)指標(biāo)影響程度變化方向的不一致性有關(guān)［15］。

本研究對(duì)28個(gè)牧草品種同時(shí)進(jìn)行了兩個(gè)劑量的輻射處理，觀察比較各個(gè)誘變材料的各項(xiàng)生長(zhǎng)特性指標(biāo)結(jié)果可以看出，適宜的輻射劑量隨品種的變化而不同。因此，在進(jìn)行黑麥草品種誘變育種時(shí)要根據(jù)不同牧草品種確定適宜輻照劑量，對(duì)敏感程度不同的草種應(yīng)加以區(qū)別對(duì)待，即反應(yīng)敏感型降低處理劑量，遲鈍型加大處理劑量，以篩選出針對(duì)不同敏感程度草種的適宜輻射劑量。

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