冬小麥品種長(zhǎng)6878氮離子誘變效應(yīng)及新種質(zhì)創(chuàng)制

許 瑛任 超任杰成劉金香（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，汾陽(yáng) 0300；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)貿(mào)學(xué)院，太谷 03080）

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冬小麥品種長(zhǎng)6878氮離子誘變效應(yīng)及新種質(zhì)創(chuàng)制

許 瑛1任 超2任杰成1劉金香1
（1山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，汾陽(yáng) 032200；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)貿(mào)學(xué)院，太谷 030801）

摘要：通過(guò)對(duì)長(zhǎng)6878進(jìn)行氮離子束誘變處理后代的調(diào)查分析，初步探索氮離子注入對(duì)旱地小麥的誘變效應(yīng)，以期獲得小麥優(yōu)良變異種質(zhì)。結(jié)果表明：氮離子注入長(zhǎng)6878，可誘發(fā)其株高、粒色、穗粒數(shù)等性狀發(fā)生突變，且其后代的變異特性具有穩(wěn)定遺傳性，本試驗(yàn)獲得的材料可作為小麥育種的優(yōu)異種質(zhì)資源加以利用。

關(guān)鍵詞：冬小麥；氮離子誘變；新種質(zhì)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物之一，在全國(guó)糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。近年來(lái)由于全球氣候變暖，干旱程度越來(lái)越嚴(yán)重，特別是小麥生長(zhǎng)后期，干旱和干熱風(fēng)頻繁發(fā)生，造成小麥倒伏，影響小麥的灌漿成熟；導(dǎo)致小麥子粒秕瘦、產(chǎn)量低、效益差，使得小麥種植面積日益減少，因而應(yīng)用各種途徑和方法選育抗旱、高產(chǎn)的小麥新品種新材料，是促進(jìn)小麥持續(xù)增產(chǎn)最直接有效的措施。

氮離子束注入小麥誘變技術(shù)是將氮離子束經(jīng)高能加速器加速后輻射小麥干種子，使能量和電荷共同作用于小麥，從而誘發(fā)其產(chǎn)生基因突變的一種誘變技術(shù)，在作物品種改良上具有獨(dú)特的作用。它通過(guò)誘發(fā)基因變異，能產(chǎn)生自然界原來(lái)沒(méi)有或一般常規(guī)方法難以獲得的新類(lèi)型、新性狀、新基因，能夠打破基因連鎖，提高重組率。據(jù)報(bào)道：我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始利用誘變技術(shù)，已經(jīng)成功培育出132個(gè)小麥品種[1]。鄭州大學(xué)離子誘變育種及生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)小麥進(jìn)行離子束輻射，發(fā)現(xiàn)輻射后當(dāng)代就有較多變異，且有大量的質(zhì)量性狀變異，并且出現(xiàn)了植株變矮、熟期提早、單株產(chǎn)量提高等優(yōu)良變異，為我國(guó)小麥增產(chǎn)和農(nóng)業(yè)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)[2]。本試驗(yàn)重點(diǎn)研究長(zhǎng)6878經(jīng)氮離子束誘變處理后的小麥變異情況及變異后代遺傳特性的穩(wěn)定性，將對(duì)小麥種質(zhì)資源的創(chuàng)新及新品種選育具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及輻射處理 供試材料是2007年山西省農(nóng)科院經(jīng)作所旱地小麥課題組生產(chǎn)的推廣種長(zhǎng)6878，試驗(yàn)從長(zhǎng)6878干種子中挑選大小均勻，子粒飽滿、無(wú)破損、無(wú)霉菌污染的子粒作為試樣，在山西省農(nóng)科院旱地農(nóng)業(yè)中心用真空等離子注入機(jī)注入N+，注入劑量為：CK（0）、處理1（1．8×1016N+/cm2）、處理2 （2．6×1016N+/cm2）、處理3（3．4×1016N+/cm2）。注入速率為10mA×28kV。

1.2 試驗(yàn)方法 2007年9月27日，把經(jīng)各劑量注入的種子及未處理的種子進(jìn)行播種，播種田為本所旱地小麥試驗(yàn)田，試驗(yàn)地肥力與未處理的相同。苗期調(diào)查基本苗，成株期調(diào)查株高、生育期、最高莖、有效穗數(shù)，收獲后進(jìn)行室內(nèi)考種比較穗粒數(shù)、千粒重、畝產(chǎn)量。利用系統(tǒng)選育的方法對(duì)每年的后代進(jìn)行調(diào)查觀察記載，選擇性狀向優(yōu)良方面突變且遺傳特性穩(wěn)定的材料[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1～F3表現(xiàn) 2008年、2009年對(duì)當(dāng)年種植的長(zhǎng)6878處理的F1、F2進(jìn)行觀察，結(jié)果穗型、株高等都沒(méi)有發(fā)生明顯變化，全部混收；2010-2011年度種植F3，仍然采用系統(tǒng)選育的方法，發(fā)現(xiàn)其株高變化不明顯，單株分蘗數(shù)、成熟期變化都不大，而單株穗粒數(shù)變化較大，穗長(zhǎng)增加0．24～0．28mm，單株千粒重增加3．35～5．8g，目測(cè)穗較對(duì)照明顯增粗。

2.2 F4表現(xiàn) 2011-2012年度，試驗(yàn)已連續(xù)進(jìn)行到F4，通過(guò)田間調(diào)查和考種發(fā)現(xiàn)氮離子束誘變處理對(duì)長(zhǎng)6878產(chǎn)生了部分突變，見(jiàn)表1。從表1可以看出，處理后的材料其株高顯著降低，變幅為17～21cm，倒2節(jié)明顯降低，比對(duì)照降低了30%左右，粒色發(fā)生明顯變化，由紫變白，千粒重變化在-0．8～4．2g之間。

2.3 F5表現(xiàn) 2013-2014年度，將長(zhǎng)6878 F5相關(guān)材料升入本所試驗(yàn)品系比較和品系鑒定材料，結(jié)果見(jiàn)表2。2014年為雨水充沛年份，對(duì)照的株高明顯高出誘變處理材料28～29cm，而3個(gè)處理材料的株高并沒(méi)有因降雨的增多而變化，與干旱年份的株高一樣，說(shuō)明株高的遺傳變異穩(wěn)定。從表2發(fā)現(xiàn)，處理3的千粒重比處理1、處理2高2．5～3．4g，比對(duì)照高2．8g，而且抗旱、耐干熱風(fēng)，稈硬，不易倒伏，落黃好，是3個(gè)誘變材料中特性最好的一個(gè)，為了便于研究將處理3命名為晉汾749。經(jīng)過(guò)對(duì)晉汾749品系比較試驗(yàn)產(chǎn)量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)每667m2折合產(chǎn)量286．5kg，比對(duì)照長(zhǎng)6878（產(chǎn)量258．2kg）增產(chǎn)10．96%。

2.4 F6表現(xiàn) 2014-2015年度，除了繼續(xù)在本所試驗(yàn)外，安排晉汾749參加山西省中部晚熟冬麥區(qū)旱地組區(qū)域試驗(yàn)，在長(zhǎng)治、長(zhǎng)子、澤州、靈石、高平、隰縣6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，以鑒定晉汾749在山西省不同生態(tài)區(qū)變異特性的遺傳穩(wěn)定性及產(chǎn)量等性狀。6點(diǎn)區(qū)試中晉汾749和長(zhǎng)6878株高的均值分別為72．6cm和93．4cm，說(shuō)明氮離子束誘變處理使長(zhǎng)6878植株高度明顯降低，降低幅度為22．3%，且這種變異在不同生態(tài)區(qū)具有遺傳穩(wěn)定性。表3是在山西省6個(gè)區(qū)試點(diǎn)晉汾749和對(duì)照長(zhǎng)6878各性狀的均值比較，從中得知：晉汾749在穗長(zhǎng)、基本苗、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)等方面與長(zhǎng)6878變化不明顯，有效分蘗比對(duì)照增加7．84%，穗粒數(shù)比對(duì)照增加1．82%，但千粒重減少13．39%，產(chǎn)量減少6．39%。

表1 2011-2012年度長(zhǎng)6878誘變處理變異性狀調(diào)查

表2 2013-2014年度長(zhǎng)6878誘變處理變異性狀調(diào)查

表3 2014-2015年晉汾749變異性狀調(diào)查

3 討論與結(jié)論

通過(guò)連續(xù)幾年的觀察我們認(rèn)為：晉汾749無(wú)論在豐水年份還是干旱年份，株高的變幅大體在60～72cm，甚至在水地澆4水的情況下，株高也不會(huì)超過(guò)72cm。這在山西省經(jīng)作所的小麥育種歷史上從來(lái)沒(méi)有，以前育成的旱地小麥品種如晉麥5、17、38、39、40、44號(hào)在當(dāng)?shù)刂旮?0cm左右，而種植到長(zhǎng)治、延安等地株高會(huì)達(dá)到120～140cm，晉汾749的株高不會(huì)有大的變化，這是該品系一個(gè)創(chuàng)新突破，作為種質(zhì)資源利用有較高的利用價(jià)值。

王衛(wèi)東等[4]對(duì)離子注入對(duì)小麥當(dāng)代形態(tài)生理影響的初步研究表明，離子束注入對(duì)麥苗生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，而且苗期表現(xiàn)和表皮細(xì)胞損傷程度是相對(duì)應(yīng)的，本試驗(yàn)結(jié)果也基本符合，這也是導(dǎo)致本品系減產(chǎn)的原因之一。劉錄祥等[5]利用Li+3離子束注入誘變，已獲得穩(wěn)定遺傳的密穗矮稈冬小麥突變系B025、優(yōu)質(zhì)春小麥突變系99033等多個(gè)材料和品系，與本試驗(yàn)氮離子束誘變處理對(duì)長(zhǎng)6878小麥產(chǎn)生的變異效果基本一致。我們對(duì)晉汾749進(jìn)行的轉(zhuǎn)基因測(cè)試中，檢測(cè)出GAG56D和Wx012基因，這2種基因?qū)儆谛←溸^(guò)敏原基因，這方面有待繼續(xù)探討研究。可以肯定的是通過(guò)氮離子束誘變確實(shí)改變了長(zhǎng)6878品種的個(gè)別基因序列，導(dǎo)致發(fā)生了性狀的改變。

從上面的分析看出，氮離子束誘變育種是一種切實(shí)可行的育種方法，通過(guò)誘變處理可引起株高、粒色等一系列變異，最顯著的是獲得了矮稈植株，且經(jīng)過(guò)連續(xù)幾代驗(yàn)證，這種變異具有遺傳穩(wěn)定性，可作為小麥育種的矮稈種質(zhì)資源，用于小麥新品種的選育。而有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等性狀之間關(guān)系復(fù)雜，不能單靠某一性狀的選擇來(lái)獲得最高產(chǎn)量，各性狀之間的相互聯(lián)系和相互影響，有待進(jìn)一步探討研究。

參考文獻(xiàn)

[1]韓云麗，陳喜明，高克昌，等．氮離子注入小扁豆的誘變效應(yīng)．山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（7）：665-667

[2]趙國(guó)麗，尹守恒，陳建華，等．茄子離子束誘變育種研究初報(bào)．中國(guó)果菜，2011（10）：48-49

[3]任杰成，許瑛．氮離子束誘變創(chuàng)制冬小麥新種質(zhì)研究初報(bào)．山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（7）：658-659，671

[4]王衛(wèi)東，聞捷，蘇明杰，等．低能離子注入后小麥苗期損傷效應(yīng)研究．華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2005，20（2）：80-83

[5]劉錄祥，程俊源．植物誘變育種新技術(shù)研究進(jìn)展．核農(nóng)學(xué)通報(bào)，1997（4）：187-190

收稿日期：（2015-12-24）

通信作者：任杰成

基金項(xiàng)目：山西省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目（20130311001-1）；山西省農(nóng)科院育種工程項(xiàng)目（L11Y2gc001）