我國牧草及草坪草輻射誘變育種研究進(jìn)展

王曉龍，李 紅，楊偉光，楊 曌，柴 華

（黑龍江省畜牧研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

我國輻射誘變育種研究開始于20世紀(jì)50年代后期，探索方向是以γ射線和中子處理為主，以便得到有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的突變體。到20世紀(jì)60年代，輻射誘變技術(shù)在植物育種中顯現(xiàn)出其獨(dú)特的作用，誘變育種的方法也趨于成熟；到20世紀(jì)70年代，誘變品種迅速增加，輻射誘變育種目標(biāo)重點(diǎn)向抗病育種和品質(zhì)育種方面發(fā)展。到20世紀(jì)80年代，輻射誘變育種逐步與常規(guī)育種方法、現(xiàn)代雜種優(yōu)勢育種和現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合，成為一種綜合性很強(qiáng)的育種技術(shù)。我國牧草育種起步較晚，種質(zhì)資源匱乏，迫切需要具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀的種質(zhì)材料。通過誘變育種技術(shù)能誘發(fā)大量有利用價(jià)值的突變基因，產(chǎn)生一般常規(guī)方法難以獲得的牧草新類型、性狀和基因，為牧草育種提供寶貴的材料。到2008年，我國利用誘變育種技術(shù)已育成了796個(gè)突變品種[1]。在牧草和草坪草方面，誘變育種起步相對(duì)較晚，僅做了一些初步研究，例如對(duì)不同牧草及草坪草種子和幼苗進(jìn)行輻射，探索不同牧草和草坪草的最適輻射劑量等[2]。

1 g射線輻射誘變育種

誘變育種是人為利用物理和化學(xué)因素誘發(fā)植物產(chǎn)生遺傳性變異，而后根據(jù)育種目標(biāo)，經(jīng)人工選擇、鑒定和選育等工作得到有價(jià)值新類型的育種方法。誘變劑是能夠誘導(dǎo)植物發(fā)生突變的因素，一般分為化學(xué)誘變劑和物理誘變劑。物理誘變育種是用具有輻射能的物質(zhì)對(duì)植物進(jìn)行處理，以誘導(dǎo)有利變異來培育新品種的方法，因而又稱輻射誘變育種。g射線是植物輻射育種中最常用的射線源，具有能量高、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)。g射線通過輻射能量使生物體內(nèi)分子產(chǎn)生電離和激發(fā)，形成許多活躍的自由基團(tuán)或自由原子，相互反應(yīng)，并與其周圍大分子核酸和蛋白質(zhì)反應(yīng)，使生物體分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生可遺傳性的變異。目前γ源應(yīng)用最為廣泛，也有采用γ作為射線源。γ源的特點(diǎn)是半衰期長，能量比γ射線小[3]。研究表明，不同種類的牧草對(duì)g射線的敏感性差異較大。

2 輻射誘變?cè)谀敛莺筒萜翰葜械膽?yīng)用研究

2.1 輻射誘變?cè)谀敛葜械膽?yīng)用

徐國忠等利用γ射線照射決明屬牧草種子發(fā)現(xiàn)，5個(gè)品種輻射后代在遺傳上均有變異[4]?？涤穹驳扔忙蒙渚€照射苜蓿干種子，以確定苜蓿適宜輻射劑量，研究苜蓿對(duì)輻射的敏感性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同苜蓿對(duì)輻射敏感性差異顯著（P＜0.05）；照射劑量與苜蓿種子的活力指數(shù)、幼苗存活率、根長、株高、青草產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)[5]。研究顯示，紫花苜蓿子葉外植體的輻射敏感性高于下胚軸，4～6 kR是苜蓿離體誘變處理的最佳照射量；16 kR對(duì)子葉愈傷組織的形成和生長有完全抑制作用。有研究認(rèn)為γ射線對(duì)苜蓿M1代植株生長有抑制作用。不同苜蓿品種的苗高、株高、幼苗存活率和鮮草產(chǎn)量隨照射劑量的增加呈現(xiàn)降低趨勢。段雪梅等用快中子不同劑量輻射巫溪紅三葉種子，探索其對(duì)種子發(fā)芽率、芽長、根長、株高和出苗率的影響，結(jié)果顯示，輻射劑量與芽長呈正相關(guān)，與發(fā)芽率和根長呈負(fù)相關(guān)；低輻射劑量對(duì)紅三葉發(fā)芽率有抑制作用，但可促進(jìn)根芽生長；高輻射劑量（＞38.634 Gy）對(duì)紅三葉種子萌發(fā)、株高、出苗率和根莖生長均有抑制作用；14.432 Gy輻射劑量可促進(jìn)巫溪紅三葉種子萌發(fā)和幼苗生長[6]。支中生等用γ射線對(duì)4種不同來源的蘇丹草干種子進(jìn)行照射處理，探討不同蘇丹草最適輻射劑量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同品種間對(duì)輻射敏感性不同，蘇丹草種子平均根長、活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)均隨輻射劑量增加呈下降趨勢[7]。黃慧德等用γ射線照射柱花草種子并進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，結(jié)果顯示，經(jīng)過輻射處理后的柱花草種子發(fā)芽率在品種間存在極顯著差異（P＜0.01）[8]。

2.2 輻射誘變?cè)诓萜翰葜械膽?yīng)用

張彥芹等用γ射線對(duì)高羊茅愛瑞3號(hào)干種子和分化苗進(jìn)行照射處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨照射劑量增加高羊茅的出苗率和植株存活率均降低，分化苗最適誘變劑量為20～25 Gy，干種子最適誘變劑量為100～150 Gy，輻射當(dāng)代材料植株形態(tài)性狀發(fā)生了變異；γ射線輻射可得到葉片變小、變細(xì)的高羊茅突變體；利用RAPD（隨機(jī)PCR擴(kuò)增）分析，結(jié)果顯示高羊茅突變體在DNA水平上發(fā)生了變異[9]。費(fèi)永俊等用60Co射線對(duì)高羊茅獵狗5號(hào)種子進(jìn)行輻射處理，結(jié)果表明，輻射母代與未輻射母代高羊茅相比，葉寬顯著下降（P＜0.05），葉厚顯著增加（P＜0.05），千粒重下降，葉色沒有改變，葉長、株高、分蘗數(shù)、成坪密度、穗粒數(shù)極顯著下降（P＜0.01）；輻射子代高羊茅生長速度在拔節(jié)期下降最快；對(duì)照子代性狀表現(xiàn)與輻射材料子代相比，產(chǎn)生了變異[10]。王月華等用γ射線對(duì)3個(gè)高羊茅品種干種子進(jìn)行輻射處理，觀察輻射對(duì)高羊茅種子發(fā)芽的影響，測定高羊茅種子萌發(fā)過程中的活性，結(jié)果顯示，輻射劑量為50 Gy時(shí)，對(duì)高羊茅種子萌發(fā)有一定促進(jìn)作用，隨著輻射劑量的加大，對(duì)高羊茅種子萌發(fā)有抑制作用；150 Gy為高羊茅的適宜輻射誘變劑量；而PPO、SOD和POD酶的活性均隨輻射劑量的增加呈現(xiàn)先升高后降低趨勢[11]。吳關(guān)庭等用低劑量射線處理高羊茅成熟種子可促進(jìn)其愈傷形成，因此，可通過輻照高羊茅成熟種子作為提升其組培效率的一種輔助手段[12]。

王文恩等研究發(fā)現(xiàn)，低劑量輻射可促進(jìn)狗牙根干種子萌發(fā)，隨輻射劑量的增加，發(fā)芽率降低；主根生長和幼苗高度的臨界輻射劑量分別為300和250 Gy，初步確定450 Gy為狗牙根干種子的半致死輻射劑量[13]。郭愛桂等對(duì)不同種源的國產(chǎn)狗牙根匍匐莖進(jìn)行輻射處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，9000 rads為狗牙根匍匐莖的半致死劑量；高劑量處理使狗牙根葉片縮短21.8%～52.1%，節(jié)間縮短6.1%～26.5%；低劑量處理對(duì)不同種源狗牙根產(chǎn)生反應(yīng)不同。說明對(duì)狗牙根進(jìn)行高劑量輻射處理在數(shù)量性狀上能夠產(chǎn)生較穩(wěn)定的變異[14]。李培英等用γ射線對(duì)新農(nóng)1號(hào)狗牙根種子與匍匐莖進(jìn)行輻射處理，結(jié)果表明，308.6 Gy為新農(nóng)1號(hào)狗牙根干種子誘變輻射半致 死劑量，60.7 Gy為匍匐莖的誘變輻射半致死劑量；146.1 Gy輻射劑量可促進(jìn)新農(nóng)1號(hào)狗牙根干種子萌發(fā)，隨著輻射劑量增加，對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用。經(jīng)輻射處理后的匍匐莖，新農(nóng)1號(hào)狗牙根的葉色變深，節(jié)間長和葉長變短，可獲得優(yōu)良變異品種[15]。郭海林等利用γ射線輻射誘變處理狗牙根的匍匐莖和根狀莖，結(jié)果表明，誘變使狗牙根既可產(chǎn)生良性變異，也可產(chǎn)生劣性變異[16]。王文恩等用γ射線對(duì)野牛草干種子進(jìn)行輻射處理，并對(duì)其發(fā)芽情況和幼苗性狀進(jìn)行觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，100 Gy輻射劑量可促進(jìn)野牛草干種子萌發(fā)；試驗(yàn)初步確定100～150 Gy為促進(jìn)野牛草種子萌發(fā)的適宜輻射劑量[17]。王月華等用γ射線對(duì)草地早熟禾干種子進(jìn)行輻射處理，以探討不同輻射劑量對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)及種子萌發(fā)過程中的SOD和POD酶活性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低劑量輻射對(duì)草地早熟禾種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用，高劑量輻射有抑制作用，且抑制作用隨輻射劑量的增大而加強(qiáng)；在不同劑量的輻射下，SOD和POD酶的活性均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢[18]。王文恩等用不同劑量γ射線對(duì)日本結(jié)縷草干種子進(jìn)行輻射處理，結(jié)果顯示，低輻射劑量可促進(jìn)日本結(jié)縷草干種子萌發(fā)，隨輻射劑量的增加，發(fā)芽率降低；250 Gy為田間出苗率的臨界輻射劑量，＜臨界劑量時(shí)，田間出苗率隨輻射劑量的增大而增加，＞臨界劑量時(shí)，田間出苗率隨輻射劑量的加大而降低；不同輻射劑量處理的結(jié)縷草干種子發(fā)芽后幼苗和根系的生長存在顯著性差異（P＜0.05）；初步確定480 Gy為日本結(jié)縷草干種子的半致死輻射劑量[19]。

3 前景與展望

實(shí)踐證明，培育產(chǎn)量高、品質(zhì)好、抗逆性強(qiáng)的優(yōu)良牧草新品種是提高牧草高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的有效方法。與常規(guī)育種相比，誘變育種具有育種時(shí)間短、創(chuàng)造新、變異多等優(yōu)點(diǎn)，是培育牧草新品種的有效手段。經(jīng)過多年的探索，利用牧草誘變育種技術(shù)培育出了大量新品種，目前利用誘變育種技術(shù)育成了紫花苜蓿、沙打旺、小冠花等牧草新品種，獲得了許多具有優(yōu)良性狀的突變材料，為我國牧草發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。珍貴的種質(zhì)材料，應(yīng)廣泛收集、整理和保存，與此同時(shí)還要做好評(píng)價(jià)和鑒定工作，以拓寬其應(yīng)用和利用領(lǐng)域，篩選出不同用途的植物。從目前的研究狀況看，誘變育種存在的問題較多，主要是變異的方向和性質(zhì)尚難控制，有益突變頻率仍然較低。因此探索定向誘變途徑、提高誘變效率以及迅速鑒定和篩選突變體是當(dāng)前研究的重要課題，利用輻射誘變育種技術(shù)繼續(xù)加強(qiáng)在牧草及草坪草方面的應(yīng)用研究，通過輻射誘變培育出更多優(yōu)異的牧草及草坪草新品種。

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