12C6+重離子束輻照玉米后代的生物學(xué)效應(yīng)

周文期 周玉乾 劉忠祥 連曉榮 王曉娟 何海軍 楊彥忠 寇思榮

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所,甘肅蘭州 730070)

玉米(Zea maysL.)是集糧、經(jīng)、飼于一體的三元作物,是國(guó)內(nèi)外種植面積最大的農(nóng)作物之一,對(duì)人們生活水平提高和國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入具有非常重要的意義。近幾年,國(guó)內(nèi)糧食產(chǎn)量連年增加,尤其是玉米產(chǎn)量大幅增加,但是這種產(chǎn)量增加是一種依賴資源過(guò)度消耗追求增產(chǎn)的粗放型模式,通過(guò)過(guò)度使用化肥、地膜、農(nóng)藥等高成本投入,以超采地下淡水資源、降低土壤質(zhì)量、加重環(huán)境污染、破壞生態(tài)平衡等為代價(jià)所換取的,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨自然資源短缺制約和生態(tài)環(huán)境束縛兩道“緊箍咒”[1]。從世界范圍看,擴(kuò)大玉米種植面積的可能性非常小,我國(guó)從去年開(kāi)始也大面積壓縮全國(guó)玉米種植面積,依賴擴(kuò)大種植面積和過(guò)度使用化學(xué)肥料提高玉米年產(chǎn)量已經(jīng)不符合行情,因此,提高單產(chǎn)成為發(fā)展玉米生產(chǎn)的主要途徑,創(chuàng)造具有豐富遺傳基礎(chǔ)的育種材料,進(jìn)行作物遺傳改良顯得尤為重要。選育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐密、多抗、籽粒脫水快等優(yōu)良性狀的新玉米雜交種,在未來(lái)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中將發(fā)揮著重要作用[1-2]。玉米傳統(tǒng)育種中,選育優(yōu)良玉米自交系,利用其雜種優(yōu)勢(shì)大幅度提高玉米產(chǎn)量是育種者所遵循的基本原則。但隨著單交種的普及,以及先玉335、鄭單958、農(nóng)大108等材料的大面積種植,大多數(shù)育種家十多年來(lái)“盲目跟風(fēng)式”地去改良或者重復(fù)選育類似品種,沒(méi)有更大新種質(zhì)及新品種的突破,導(dǎo)致育種材料面臨遺傳基礎(chǔ)越來(lái)越狹窄的現(xiàn)狀,因此,種質(zhì)缺乏成為玉米育種的瓶頸[3]。

近十年來(lái),科研工作者越來(lái)越重視重離子束輻照的生物學(xué)效應(yīng)在農(nóng)學(xué)、生物學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用,與 X射線、紫外線、γ射線、航天輻射育種等相比,12C6+重離子束輻照育種技術(shù)具有突變譜廣、突變率高,能量大小及能量沉積位置可控等優(yōu)點(diǎn)[4]。重離子束輻照誘變育種是人為利用重離子束誘變因素,在較短時(shí)間內(nèi)獲得有利用價(jià)值的突變株,在生產(chǎn)上,根據(jù)改良作物品種的目標(biāo),經(jīng)培育和選育成新品種進(jìn)行突變體的直接利用,或者是將誘變所得到創(chuàng)新的種質(zhì)資源在育種上再進(jìn)行馴化和改良,作親本進(jìn)行突變體的間接利用。誘變技術(shù)是種質(zhì)資源創(chuàng)新、新基因挖掘和新品種選育的一個(gè)重要途徑[5]。國(guó)內(nèi)外作物遺傳改進(jìn)研究證明,重離子束應(yīng)用于輻照育種具有以下優(yōu)勢(shì):1)具有高的傳能線密度(linear energy transfer,LET)；2)具有高的相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)；3)具有特殊的高能量損失區(qū)(Bragg峰區(qū)),利用其能損空間分辨好的特性,可以進(jìn)行創(chuàng)新研究,如定點(diǎn)、定位離子注入等；4)具有多樣性的參數(shù),包括能量、電荷態(tài)、質(zhì)量數(shù)、劑量和計(jì)量率等,利用多參數(shù)組合有利于得到更多的突變類型材料,可供育種選擇和機(jī)理研究[4,6]。重離子束具有高的LET,能引起高密度的電離事件,造成核DNA分子的損傷顯著增加,可能導(dǎo)致基因損傷,包括DNA堿基缺失或者片段增加,堿基置換,單鏈、雙鏈的斷裂,以及兩個(gè)螺旋內(nèi)出現(xiàn)多類型、多數(shù)量的DNA團(tuán)簇?fù)p傷,這種復(fù)雜的損傷影響DNA修復(fù)酶與DNA片段結(jié)合,進(jìn)而影響其正常修復(fù),雙鏈損傷之后的錯(cuò)修復(fù)是導(dǎo)致離子輻照致突變體產(chǎn)生的最重要的因素,具有較高的相對(duì)生物學(xué)效應(yīng),然而后代植株中對(duì)輻照產(chǎn)生的基因損傷或染色體異常等損傷以及導(dǎo)致細(xì)胞死亡或產(chǎn)生不正確修復(fù)及基因突變,可以引起后代植株的多效表型[7-8]。因此,重離子束輻射誘變育種也是獲得作物有益新遺傳資源,選育優(yōu)良品種的一條重要途徑,并將成為常規(guī)育種的重要補(bǔ)充[5,9]。在過(guò)去三十年中,重離子束輻照已大量應(yīng)用于農(nóng)業(yè)育種學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)研究中[10]。 目前,該技術(shù)在玉米[11]、小麥[12]、水稻[13]、馬鈴薯[14]、大豆[15]、大麥[16]、甜高粱[17]等多種植物育種中已取得了較好的成效。因此,利用這種技術(shù)創(chuàng)造更多的可應(yīng)用于理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐的新突變體,無(wú)論是解析基因功能,還是組配或改良玉米品種,都同樣能在社會(huì)發(fā)展中造福人類。

本研究利用不同輻照劑量12C6+重離子束輻照玉米自育骨干自交系LY8405干種子,通過(guò)對(duì)M1和M2種子發(fā)芽率、株高、穗位高和花粉活力的測(cè)定,以及對(duì)M2和M3后代變異材料的性狀統(tǒng)計(jì)及遺傳分析,研究12C6+重離子束輻照玉米后代的生物學(xué)效應(yīng),旨在為創(chuàng)制新的玉米種質(zhì)資源及輻照育種在玉米中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所選材料為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所自育玉米骨干自交系LY8405,成熟植株株高250～270 cm,穗位高90～120 cm,平均穗長(zhǎng)13.5 cm,穗行數(shù)18,穗粗3.8 cm,軸粗2.0 cm,黃色籽粒,穗軸顏色白色,半馬齒型籽粒。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 輻照方法 利用中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所的蘭州重離子輻照裝置(heavy ions research facility in Lanzhou,HIRFL),采用能量為100.00 MeV·u-1的12C6+重離子束對(duì)玉米自交系LY8405的干種子進(jìn)行輻照處理,具體輻照方法參考文獻(xiàn)[18-19]。將干種子裝在一個(gè)直徑為4 cm的樣品盤(pán)內(nèi),每盤(pán)容納30多粒,設(shè)置4個(gè)重復(fù)。同時(shí)設(shè)置5個(gè)輻照劑量組:0(對(duì)照,CK)、30、60、90和120 Gy輻照組,每組輻照種子約120粒。記錄不同劑量輻照引起后代的生物學(xué)效應(yīng),以確定LY8405最佳的育種輻照劑量。

1.2.2 田間種植 以0 Gy輻照組作對(duì)照,輻照后的種子記為M1種子,于2009年4月底種植在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖試驗(yàn)場(chǎng)基地,該地區(qū)海拔1 564 m,年平均降水量113～312 mm,光熱資源豐富,≥10℃年積溫為1 963.4～4 032.3℃。出苗成株,其植株記為M1植株。依此類推,單株收獲M1植株的種子為M2種子,2010年繼續(xù)在張掖試驗(yàn)場(chǎng)基地種植,出苗成株,其植株為M2植株。播種行距0.6 m,株距0.2 m,行長(zhǎng)5 m,播種3行,每行單粒點(diǎn)播25～30粒種子。統(tǒng)計(jì)出苗株數(shù),計(jì)算發(fā)芽率,記錄生育期、株高、株型、穗位、葉色、葉形等各種變異性狀,篩選突變體,以及各自特征并編號(hào)。

1.2.3 玉米花粉活力的測(cè)定 盛花期,早晨9:00-10:00,于不同輻照劑量組M1植株成熟的花粉中,隨機(jī)收集約20個(gè)成熟單株的花粉,裝入1.5 mL塑料管中,并置于冰上保存。帶回實(shí)驗(yàn)室后加入500μL氯化三苯基四氮唑(2,3,5-triphenyltetrazolium chloride,TTC)溶液,37℃烘箱保溫染色48 h。光學(xué)顯微鏡觀察(花粉粒被TTC溶液染成紅色說(shuō)明花粉活力好,不能被染色表明花粉粒活力差)。統(tǒng)計(jì)被染色和未被染色的花粉數(shù)目,根據(jù)公式:花粉生活力=(有活力的花粉粒數(shù)/總花粉粒數(shù))×100%[20],計(jì)算每個(gè)樣本的花粉生活力,將其值作為判斷花粉活力的指標(biāo)數(shù)據(jù)[21]。M2(2010年種植于張掖試驗(yàn)基地)花粉用同樣的采樣和染色方法處理并計(jì)算花粉活力。

1.2.4 株高測(cè)定 選取完全抽雄、授粉完成的植株,測(cè)量植株高度。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將田間調(diào)查及考種數(shù)據(jù)全部錄入Microsoft Office Excel 2011中,采用SPSS17.0、DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和方差分析,并利用Origin Pro 8.0軟件對(duì)M1和M2發(fā)芽率、花粉活力等數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 12C6+重離子束輻照處理對(duì)玉米自交系LY8405的M1、M2種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知,12C6+重離子束輻照對(duì)M1玉米種子發(fā)芽率影響較大,隨著輻照劑量的增加,M1玉米種子發(fā)芽率極顯著降低,輻照劑量為60 Gy時(shí),M1玉米種子發(fā)芽率僅有48.7%,較(CK)極顯著降低了43.3%；輻照劑量分別為90 Gy和120 Gy時(shí),M1玉米種子發(fā)芽率分別較CK極顯著降低了60.6%、51.4%,即一半以上M1玉米種子不能正常發(fā)芽、出苗。M2玉米種子的發(fā)芽率較M1有不同程度的升高,但其發(fā)芽率仍明顯低于CK,且當(dāng)輻照劑量≥60 Gy時(shí),輻照處理極顯著抑制了M2種子的萌發(fā)(P＜0.01)。綜上,對(duì)玉米自交系LY8405而言,種子輻照的半致死閾值為60 Gy,輻照劑量大于60 Gy后,繼續(xù)增加輻照劑量,玉米M1、M2種子發(fā)芽均受到嚴(yán)重的抑制作用。因此,30～60 Gy是12C6+重離子束輻照玉米自交系干種子創(chuàng)造新種質(zhì)資源的較適宜輻照劑量。

2.2 12C6+重離子束輻照處理對(duì)玉米自交系LY8405的M1、M2株高及穗位高的影響

由圖2可知,輻照劑量為30 Gy時(shí),M1平均株高增加了5.4 cm,平均穗位高增加了3.6 cm,但與CK無(wú)顯著差異,而輻照劑量大于30 Gy后,輻照處理極顯著降低了M1植株的平均高度和穗位高；與CK相比,輻照劑量分別為60、90、120 Gy時(shí),M1株高依次降低了23.4、28.6、35.1 cm,穗位高依次降低了 20.5、33.2、34.7 cm。M2植株中,30 Gy輻照處理對(duì)其后代植株株高和穗位高的影響不顯著,而60、90、120 Gy輻照處理后M2株高分別較CK顯著降低了9.6、19.6、15.2 cm,M2穗位高分別較CK極顯著降低了12.9、22.5、24.4cm。與M1相比,M2植株受劑量輻照的損傷較小,但其株高和穗位高仍明顯低于CK,說(shuō)明重離子輻照對(duì)玉米株高和穗位高有顯著的生物學(xué)效應(yīng)。

圖1 12C6+重離子輻照處理后M1、M2種子發(fā)芽率的變化Fig.1 Changes of germination rate in M1and M2irradiation by12C6+heavy ion beam

2.3 12C6+重離子束輻照處理對(duì)玉米自交系LY8405的M1、M2植株花粉活力的影響

由圖3可知,隨著輻照劑量的增加,M1植株花粉活力逐漸下降,當(dāng)輻照劑量為30 Gy時(shí),M1植株花粉活力較CK下降了6.4%,與CK差異不顯著；當(dāng)輻照劑量分別為60、90、120 Gy時(shí),M1植株花粉活力較CK分別極顯著下降了15.2%、15.9%和19.6%(P＜0.01)。M2植株花粉活力較M1植株明顯增強(qiáng),但其花粉活力仍顯著低于CK。綜上,M1、M2植株花粉活力均表現(xiàn)出隨輻照劑量增加而降低的趨勢(shì),但相同劑量輻照處理下,M2植株花粉活力較M1強(qiáng),說(shuō)明輻照誘變對(duì)花粉活力的損傷在M1中更為明顯。

圖3 12C6+重離子束輻照后M1、M2植株花粉活力的變化Fig.3 Changes of pollen vitality in M1and M2irradiated by12C6+heavy ion beam

2.4 12C6+重離子束輻照處理對(duì)玉米自交系LY8405的M2、M3植株表型的影響

12C6+重離子束輻照處理后,玉米自交系LY8405M1苗期出現(xiàn)個(gè)別植株黃化、白化等突變表型,此表型突變體幼苗期不能進(jìn)行正常光合作用,不能成活,未能收獲種子,也有個(gè)別雌穗畸形、不吐絲等劣性性狀表型,亦不能自交收獲種子,均被淘汰。此外,M1個(gè)別植株葉片卷曲、皺縮,部分葉片產(chǎn)生黃色條斑,出現(xiàn)疣斑,可收獲種子,但是M2表型弱化、趨于正常,M3正常表型,可能是輻照造成的生理?yè)p傷,后代自身修復(fù)正常,不能遺傳。M1單株嚴(yán)格套袋自交,單果穗收獲,分別編號(hào)后再種植,篩選各種農(nóng)藝性狀變異植株。篩選結(jié)果顯示,30 Gy輻照劑量處理的M2植株分離的表型變異突變體最多,包括黃化苗F17、F124(圖4-A、C)、白化苗F78(圖4-B)、花葉苗 F58(圖4-F)、株高矮化且葉片卷曲苗F69(圖4-D)及矮化苗F44(圖4-G)；M3植株中分離出2個(gè)黃化葉材料,表型同F(xiàn)17和F58植株相似(類似表型未列出)。60 Gy輻照劑量處理的M2植株中分離出株高變矮、穗位降低突變體F166(圖4-H)和1個(gè)表型類似于F78(未列出)的白化表型突變體；M3植株中分離出花葉苗F185,生育期小喇叭口期之前葉片仍為綠色,后期葉片呈條紋狀黃色與綠色混合表型,表現(xiàn)出花葉性狀,且育性降低(圖4-E)。120 Gy輻照劑量處理的M2植株中篩選到葉片提前干枯的早衰苗F240(圖4-I),其在大喇叭口期就表現(xiàn)出葉片干枯、提前衰老的表型,不能正常抽雄,無(wú)花粉,雄性不育,收集雜合體種子以供后續(xù)基因定位及功能研究。上述突變體后代嚴(yán)格套袋自交,進(jìn)行性狀分離統(tǒng)計(jì)和卡方檢測(cè)分析,結(jié)果顯示,野生型與突變體表型分離比基本符合經(jīng)典孟德?tīng)栠z傳規(guī)律(3∶1分離比),說(shuō)明這些表型大多由核單基因隱性遺傳調(diào)控,但也有部分M1葉片黃色條斑、卷葉皺縮等表型(未列出),在后代中性狀消失,未能遺傳,推測(cè)是重離子輻照造成種子的生理性損傷,但未造成染色體結(jié)構(gòu)變異及DNA水平的變化。

以上篩選得到的突變體中,可應(yīng)用于株形改良的材料有3個(gè)。其中,相對(duì)LY8405而言,F69植株矮化,葉片卷曲、皺縮,變窄,葉夾角變小,株形緊湊,育性不變,可用于培育耐密植型新品種(圖4-D)；F44、F166株高和穗位高大幅度降低(圖4-G、H),矮稈突變體F44株高和穗位高均約為L(zhǎng)Y8405的2/3,平均株高171.2 cm,穗位高62.6 cm,而低穗位突變體F166,平均株高161.7 cm,平均穗位高32.7 cm,穗位高僅為L(zhǎng)Y8405的1/3,純合體育性不變,且已穩(wěn)定遺傳至M7,可用于選育矮化及低穗位新品種。此外,不利于生產(chǎn)應(yīng)用的突變體,可為解析變異表型機(jī)理性研究提供材料,克隆調(diào)控葉綠素發(fā)育基因、葉片卷曲及葉早衰等相關(guān)表型基因,這對(duì)了解植物的生長(zhǎng)發(fā)育及生理生化作用具有非常重要的意義。

2.5 12C6+重離子束輻照處理對(duì)玉米自交系LY8 405 M2、M3植株果穗及籽粒變異性狀的影響

12C6+重離子束輻照處理后,從30 Gy和60 Gy輻照劑量組M2中分離出了穗型變化突變體F203(圖5-A)、穗軸顏色變化突變體F104(圖5-B)和籽粒形狀變化突變體F43(圖5-E)；M3中分離出彩色籽粒突變體F88(圖5-D)。其中,F104、F43和 F88均是從30 Gy輻照處理玉米自交系LY8405后分離得到；F203是從60 Gy輻照處理玉米自交系LY8405后篩選得到,說(shuō)明對(duì)玉米自交系LY8405而言,30 Gy輻照劑量更宜篩選到籽粒性狀相關(guān)的突變體。

LY8405平均穗長(zhǎng)13.5 cm,穗行數(shù)18,穗粗3.8 cm,軸粗2.0 cm,黃色籽粒,穗軸顏色白色,半馬齒型籽粒(圖5-A、C),經(jīng)12C6+重離子輻照后,篩選到穗長(zhǎng)變化的材料,將穗長(zhǎng)變長(zhǎng)且無(wú)禿尖的果穗單獨(dú)播種,后代繼續(xù)分離得到長(zhǎng)穗形、無(wú)禿尖純合材料F203(圖5A)。F104(圖5-B)穗軸顏色由白色變?yōu)榧t色,但是軸色變化的同時(shí),也出現(xiàn)了禿尖變長(zhǎng)的不良性狀,挑取穗形變長(zhǎng),禿尖較短的果穗多代種植再篩選,可用于改變玉米軸色且不造成減產(chǎn)。F88(圖5-D)彩色籽粒,胚乳部分由黃色變?yōu)榫萍t色,玉米籽粒顏色主要由基因決定,屬質(zhì)量性狀,是由果皮、胚乳和胚的顏色共同決定,彩色籽粒出現(xiàn)可能是因?yàn)槟硞€(gè)基因突變,導(dǎo)致花青素的含量提高,因而色彩加深,這有利于培育功能型保健新品種,選育出的新品種籽粒具有明顯的顏色特征。F43(圖5-E)籽粒由半馬齒型變?yōu)橛擦Ｐ?且籽粒變大,可用于籽粒粒型的性狀改良。上述突變性狀均能在后代中穩(wěn)定遺傳,可作為穗形、軸色、籽粒粒型和顏色改良的供體材料。

圖4 12C6+重離子束輻照處理后M2、M3植株的變異表型Fig.4 Various phenotypes in M2and M3irradiated by12C6+heavy ion beam

3 討論

本研究結(jié)果表明,隨著輻照劑量的增加,玉米自交系LY8405連續(xù)兩代的發(fā)芽率、花粉活力均呈下降趨勢(shì),株高表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì),且12C6+重離子輻照對(duì)種子發(fā)芽率、植株高度、花粉活力的影響在M1中表現(xiàn)更為強(qiáng)烈,M2中有一定程度的恢復(fù),這主要由于重離子的輻照損傷包括原初損傷和遺傳變異,當(dāng)代效應(yīng)是由生理?yè)p傷和遺傳變異的綜合效應(yīng)決定的[22],原初損傷包括生理及形態(tài)學(xué)等變化,不能遺傳到下一代,發(fā)芽率及花粉活力的降低屬于原初損傷,不能遺傳,2～4代后逐漸恢復(fù)正常；而遺傳損傷是指引起 DNA水平上的變異,能遺傳給后代,如黃化、花葉、矮桿、穗位降低、穗形及粒型變化等突變性狀。在一定范圍內(nèi)增加輻照劑量可以提高突變率和突變譜,但過(guò)高的輻照劑量會(huì)導(dǎo)致存活率下降,不良突變性狀增多及半致死極端情況,由于后代的生理?yè)p傷檢測(cè)指標(biāo)(如發(fā)芽率、花粉活力、株高等)與輻射敏感性相對(duì)應(yīng),故常作為確定適宜誘變劑量的參數(shù)[23]。本研究中,隨著輻照劑量的增加,自交系LY8405的發(fā)芽率及花粉活力均極顯著降低,60 Gy是種子發(fā)芽率減半的半致死輻照劑量,90 Gy和120 Gy輻照劑量過(guò)大,M1和M2發(fā)芽率、花粉活力急劇下降,這與陳學(xué)君等[24]、林兵等[25]的研究結(jié)果相似。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),隨著輻照劑量的增加,玉米自交系LY8405 M1、M2株高和穗位高呈先升高后降低的趨勢(shì),這與余麗霞等[18]研究重離子束輻照自交系478和魯9801出苗率及輻照鄭58后株高和穗位高的性狀,隨輻照劑量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的“馬鞍形”變化曲線相符合。M2在株形、葉形、粒形、穗位高、生育期等方面產(chǎn)生了一系列不利突變,但同時(shí)也創(chuàng)制了可應(yīng)用于生產(chǎn)的有益變異,包括植株高度降低、穗位降低、果穗變長(zhǎng)、籽粒變大、粒型改變及軸色變化等,綜合分析表明,12C6+重離子束輻照選育玉米自交系LY8405的適宜劑量為30～40 Gy,這與溫圣賢等[26]用重離子7Li輻射誘導(dǎo)玉米自交系掖478,獲得性狀優(yōu)良突變體I478的輻照劑量50 Gy相接近。韓金龍等[27]的研究表明,利用60Co-γ射線輻照玉米自交系幼苗最佳的輻照劑量是75～100 Gy,種子的最佳輻照劑量為100～150 Gy；陳學(xué)君等[24]用重離子束輻照不同自交系,認(rèn)為一般12C6+離子輻照干種子的適宜劑量為20～25 Gy,且不同自交系對(duì)于重離子的輻照敏感性也不同,浸泡后種子對(duì)重離子輻照更為敏感。研究表明,在一定輻照劑量范圍內(nèi),增加輻照劑量可以增加突變率,拓寬突變譜[28],但是不同品種、不同物種之間對(duì)輻照劑量敏感性均存在差異[29]。綜上,重離子輻照玉米自交系干種子建議設(shè)置梯度20～60 Gy,浸泡后輻照劑量減半。本試驗(yàn)初期猜測(cè)高劑量重離子誘變能篩選出更多突變材料,設(shè)置輻照梯度跨度較大,存在缺陷,下一步試驗(yàn)計(jì)劃采用20～60 Gy劑量輻照骨干自交系進(jìn)一步研究。

圖5 12C6+重離子束輻照處理后M2、M3穗部及籽粒性狀的變異Fig.5 Variations of spike and seed in M2and M3irradiated by12C6+heavy ion beam

重離子輻照誘變產(chǎn)生各種表型變異大多在M2中表現(xiàn),且在M3及后代中能穩(wěn)定遺傳,說(shuō)明大多表型均是細(xì)胞核單基因隱性遺傳調(diào)控,這與羅紅兵等[30]、陳華偉等[31]、劉忠祥等[32]的研究結(jié)果類似。本研究結(jié)果表明,重離子輻照引起更多的突變是隱性突變,且M2表現(xiàn)出更豐富的變異。本研究采用12C6+重離子輻照自交系LY8405創(chuàng)制出新的種質(zhì)資源,且后代分離到了可穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良性狀,個(gè)別突變體表型與前人研究有相似之處,但是調(diào)控類似性狀的基因可能會(huì)存在較大差異,后續(xù)試驗(yàn)將進(jìn)一步克隆突變基因并驗(yàn)證候選基因功能,一方面進(jìn)行突變基因的功能研究,一方面與甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自育的其他骨干自交系大量進(jìn)行組配,有目標(biāo)性地選育具有優(yōu)良性狀的玉米新品種。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,12C6+重離子束輻照后代中出現(xiàn)了多性狀突變體,且能穩(wěn)定遺傳,說(shuō)明12C6+重離子輻照誘變能為玉米育種和種質(zhì)創(chuàng)新提供重要的供體材料。本試驗(yàn)從30 Gy的輻照劑量中分離到的突變材料最多,包括各種農(nóng)藝性狀變化及穗形、粒型、軸色及粒色變化等,其次是60 Gy輻照劑量。篩選出的一些新資源材料如F44、F166、F69等可用于培育矮化、低穗位型品種及株型緊湊、耐密型品種,F203、F104、F43等可用于改良穗軸大小,穗軸顏色,籽粒形狀等。輻照后代生物學(xué)效應(yīng)表明,就自交系LY8405而言,30～40 Gy輻照劑量是0～120 Gy范圍內(nèi)12C6+重離子輻照玉米選育的適宜劑量,可供其他玉米品種及自交系輻照選育劑量參考。