謝向譽(yù)等

摘 要：試驗(yàn)探索了木薯輻射誘變的生物學(xué)效應(yīng)和變異特點(diǎn)，為木薯育種提供技術(shù)方法。以‘新選048和‘華南2052個(gè)木薯品種的成熟種莖為材料，用0～90 Gy 4個(gè)不同劑量的60Co-γ射線（劑量率為1 Gy/min）進(jìn)行輻照處理，分析其輻射后的性狀表現(xiàn)。結(jié)果表明：在90 Gy輻射劑量?jī)?nèi)，輻射劑量的增加抑制木薯種莖腋芽的伸長(zhǎng)和葉片發(fā)生，但促進(jìn)多腋芽的萌發(fā)，同時(shí)輻射劑量的增加提高了變異芽數(shù)和致死率；用60Co-γ射線誘變木薯成熟種莖有明顯效果，其適宜誘變劑量為90 Gy，誘變處理獲得了一批突變嵌合體植株和1株田間表現(xiàn)純合的變異株，60Co-γ射線輻射誘變成熟種莖為木薯育種提供了一條有效的途徑。

關(guān)鍵詞：木薯；60Co-γ；誘變效應(yīng)

中圖分類號(hào)：S533 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2014-0142

Abstract： It aimed to explore the mutagenic effects of 60Co-γ on cassava （Manihot esculenta）， so as to establish one breeding method for cassava. Taken the mature stakes of cassava cultivars （‘Xinxuan 048 and ‘SC 205） as explants， which were treated with various doses of 60Co-γ. The mutagenic effects were conducted and analyzed. The result showed that， within the dose of 90 Gy， the increase of radiation dose promoted the axillary buds sprouting， improved the variability， and inhibited the growth of shoot. Mutagenesis using 60Co-γ had significant effects on cassava. The appropriate dose was 90 Gy； and a batch of chimeras plantlets and one homozygous mutant were identified in the breeding field. The mutagenesis using 60Co-γ provided one effective way for cassava breeding.

Key words： Cassava； 60Co-γ； Mutagenic Effects

0 引言

木薯（Manihot esculenta）是大戟科（Euphorbiaceae）木薯屬（Manihot）植物，耐旱抗貧瘠，廣泛種植于非洲、美洲和亞洲等100余個(gè)國(guó)家或地區(qū)，是三大薯類作物之一，熱區(qū)第三大糧食作物，全球第六大糧食作物，被譽(yù)為“淀粉之王”，是世界近6億人賴以生存的糧食。木薯用途廣泛，可食用、飼用和加工成各種工業(yè)產(chǎn)品，如淀粉、酒精等[1]。2010年10月15日，國(guó)務(wù)院辦公廳出臺(tái)了《關(guān)于促進(jìn)我國(guó)熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)》，將木薯排在中國(guó)熱帶作物第2位，僅次于橡膠，木薯也被列入廣西十大農(nóng)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一。木薯良種化是木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障，但目前木薯栽培品種存在許多問(wèn)題，如單產(chǎn)低、出粉率低等。因此，如何加快木薯優(yōu)良品種的選育是木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需解決的重要問(wèn)題之一。木薯作為典型的營(yíng)養(yǎng)繁殖植物，其遺傳背景高度雜合，傳統(tǒng)育種選育品種困難，而輻射誘變育種則為木薯種質(zhì)創(chuàng)新研究提供了有效的技術(shù)手段。采用60Co-γ射線誘變植株具有突變率高、穩(wěn)定性好、育種周期短等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多的輻射源[2]。因此，本研究開(kāi)展了60Co-γ射線對(duì)木薯莖段誘變效應(yīng)的研究。到目前為止，木薯誘變育種研究在國(guó)外已有一系列報(bào)道[3]。Nwachuk等[4]以種莖（10 cm左右長(zhǎng)）為外植體，利用γ射線對(duì)尼日利亞3個(gè)主栽品種，即‘TMS30572、‘NR8817和‘NR84111進(jìn)行輻射誘變，獲得了一批氫化物、干物質(zhì)和淀粉含量差異表現(xiàn)的突變株系，其中14個(gè)株系表現(xiàn)較低的氫化物含量，22個(gè)株系表現(xiàn)較高的干物質(zhì)含量。Asare等[5]以種莖（10 cm左右長(zhǎng)）為外植體，利用γ射線對(duì)IITA來(lái)源的幾個(gè)材料進(jìn)行輻射誘變，通過(guò)對(duì)M1V3和M1V4代材料進(jìn)行鑒定篩選，獲得了保持高產(chǎn)和高抗病特性，且薯塊加工性能得到提高的突變株系。Ahiabu等[6]以種莖（10 cm左右長(zhǎng)）和組培苗莖尖為外植體，利用γ射線對(duì)加納品種‘Bosom nsia進(jìn)行輻射誘變，獲得了ACMV抗性的突變株系。Lee等[7]以體細(xì)胞胚子葉和體細(xì)胞胚為外植體，利用γ射線進(jìn)行了木薯誘變育種研究，得出體細(xì)胞胚子葉和體細(xì)胞胚誘變半致死濃度分別是20 Gy和10 Gy。Owoseni等[8]以組培苗去葉含2節(jié)莖段為外植體，利用γ射線進(jìn)行了木薯誘變育種研究，通過(guò)測(cè)定組培苗生長(zhǎng)高度、生長(zhǎng)節(jié)數(shù)等，得出適宜誘變處理濃度為12～25 Gy。Joseph等[9]以不同時(shí)期體細(xì)胞胚以及子葉切片為外植體，利用γ射線進(jìn)行誘變研究，研究結(jié)果表明，球形體細(xì)胞胚是最適合的外植體，并獲得了一系列在植株表型及塊根特性方面差異表現(xiàn)的突變株系。Sanchez等[10]利用γ射線誘變種子，通過(guò)M1和M2代鑒定篩選獲得一批突變株系，其中一個(gè)突變株系淀粉顆粒小、直鏈淀粉含量高，在食品工業(yè)和木薯淀粉降解上有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，國(guó)內(nèi)木薯誘導(dǎo)育種研究鮮有報(bào)道。陸柳英等[11]以組培苗帶芽莖段為材料，利用EMS對(duì)木薯品種‘SC8和‘SC124進(jìn)行化學(xué)誘變，初步建立了以帶芽莖段為外植體的EMS誘變方法。羅興錄等[12]探討了60Co-γ射線對(duì)木薯主要農(nóng)藝性狀的影響，說(shuō)明采用60Co-γ射線不同劑量輻射是木薯獲得突變體的有效途徑。筆者用不同劑量60Co-γ射線輻射處理2個(gè)木薯品種成熟種莖，調(diào)查其對(duì)木薯芽、葉等表型的影響，為木薯輻射誘變育種研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理方法

試驗(yàn)于2013年3-11月進(jìn)行，試驗(yàn)材料為‘新選048和‘華南2052個(gè)在廣西推廣面積較大的木薯品種。

選取健康成熟的木薯莖桿，在南寧輻照中心進(jìn)行60Co-γ射線輻照處理，每個(gè)品種4個(gè)劑量處理（0、30、60、90 Gy），劑量率為1 Gy/min。輻照后將其切割成20 cm左右的莖段。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)60個(gè)莖段。

1.2 莖段的種植與管理

采用直插的方式把輻射處理莖段和對(duì)照莖段材料（未經(jīng)輻照處理的種莖）種植于肥力均勻大田中（直插莖段的入土深度為5 cm），并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的常規(guī)田間管理。

1.3 農(nóng)藝性狀調(diào)查與測(cè)定

材料種植后，在2013年4、5、6月采用傳統(tǒng)觀測(cè)法調(diào)查對(duì)照和輻射莖段的總芽數(shù)、最長(zhǎng)芽長(zhǎng)、最長(zhǎng)芽葉數(shù)、變異芽數(shù)等指標(biāo)性狀，觀察突變材料生長(zhǎng)勢(shì)、葉片形態(tài)及顏色變化等性狀。

總芽數(shù)為種莖所萌發(fā)腋芽的總數(shù)，最長(zhǎng)芽長(zhǎng)為最長(zhǎng)腋芽的長(zhǎng)度，最長(zhǎng)芽葉數(shù)為最長(zhǎng)的腋芽所生長(zhǎng)的葉片數(shù)，變異芽數(shù)為具有變異葉片的腋芽數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SAS 8.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 誘變種莖種植1個(gè)月后的生長(zhǎng)情況

從表1可以看出，誘變種莖種植1個(gè)月后，總芽數(shù)隨著輻射劑量的增加呈遞增趨勢(shì)，‘華南205品種在90 Gy處理?xiàng)l件下，種莖誘導(dǎo)產(chǎn)生的腋芽數(shù)顯著高于對(duì)照處理，而最長(zhǎng)芽長(zhǎng)和最長(zhǎng)芽葉數(shù)則表現(xiàn)為遞減的趨勢(shì)，高濃度輻照處理?xiàng)l件下，誘導(dǎo)的腋芽短而多?！A南205和‘新選0482個(gè)品種，總芽數(shù)最多的是90 Gy處理，分別為3.6和3.1個(gè)；最少的是0 Gy（對(duì)照）處理，分別為2.7和2.4個(gè)。而最長(zhǎng)芽長(zhǎng)和最長(zhǎng)芽葉數(shù)卻表現(xiàn)不同趨勢(shì)，對(duì)照處理的最長(zhǎng)芽長(zhǎng)和最長(zhǎng)芽數(shù)的值最大，90 Gy處理的最長(zhǎng)芽長(zhǎng)和最長(zhǎng)芽數(shù)的值最小?？梢?jiàn)，在0～90 Gy 60Co-γ射線范圍內(nèi)，輻射劑量的增加可促進(jìn)多腋芽的萌發(fā)，而對(duì)腋芽的長(zhǎng)度和葉數(shù)則有抑制作用。

2.2 誘變種莖種植2個(gè)月后的生長(zhǎng)情況

從表2可以看出，誘變種莖種植2個(gè)月后，總芽數(shù)、最長(zhǎng)芽長(zhǎng)、最長(zhǎng)芽葉數(shù)的總體表現(xiàn)趨勢(shì)與第1個(gè)月的相似，但是處理之間的總芽數(shù)、最長(zhǎng)芽長(zhǎng)、最長(zhǎng)芽葉數(shù)的差異表現(xiàn)較第1個(gè)月小，2個(gè)品種變異芽數(shù)隨輻照劑量的增加而遞增，且差異均達(dá)到顯著水平?！A南205和‘新選0482個(gè)品種，在90 Gy處理?xiàng)l件下變異芽數(shù)最多，對(duì)照變異芽數(shù)最少。與對(duì)照葉片相比，2個(gè)品種輻照后葉片變異明顯，如出現(xiàn)葉片扭曲、葉緣裂齒狀、葉片萎縮、花葉，且葉脈淡化、葉柄及枝條顏色出現(xiàn)變淡或變深等表型變異（圖1）。

2.3 誘變種莖種植3個(gè)月后的生長(zhǎng)情況

由表3可見(jiàn)，誘變種莖種植3個(gè)月后，總芽數(shù)、最長(zhǎng)芽長(zhǎng)、最長(zhǎng)芽葉數(shù)的總體變化趨勢(shì)與第2個(gè)月的相似，變異芽數(shù)呈遞增的趨勢(shì)?！A南205不同處理中，處理60 Gy的變異芽數(shù)最多，0 Gy的最少；而‘新選048不同處理中，90 Gy處理?xiàng)l件下變異芽數(shù)最多，而對(duì)照處理的變異芽數(shù)最少。‘華南205在90 Gy處理下變異芽數(shù)較60 Gy條件下小。另外‘華南205與‘新選048在90 Gy輻射條件下，一些萌發(fā)芽在生長(zhǎng)后期逐漸死亡，且‘新選048與‘華南205兩個(gè)品種對(duì)60Co-γ敏感性不同，在90 Gy輻射條件下2個(gè)品種的致死率分別為13.7%和1.7%，表明‘新選048對(duì)60Co-γ的耐性較‘華南205大。

2.4 突變株系的鑒定篩選

輻照處理的種莖經(jīng)過(guò)3個(gè)月的生長(zhǎng)，部分種莖基部呈現(xiàn)變異葉的莖段逐漸恢復(fù)生長(zhǎng)，上部新葉不表現(xiàn)變異，且多數(shù)變異莖段表現(xiàn)為嵌合性狀，部分新葉表現(xiàn)變異，部分新葉不表現(xiàn)變異；在90 Gy輻射條件下，在‘新選048突變株系中獲得了1株表型突變純系，其整株葉片表現(xiàn)出相同變異特點(diǎn)，如葉片寬大、相同的卷曲或裂葉狀。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，60Co-γ射線誘變木薯成熟種莖具有明顯效果，其適宜誘變劑量為90 Gy，誘變處理獲得了一批突變嵌合體植株和1株田間表現(xiàn)純合的變異株，這表明60Co-γ射線輻射誘變成熟種莖可以為木薯育種提供一條有效的途徑。

4 討論

輻射誘變育種首先要確定適宜的輻射劑量，才能獲得有效的誘變。Ahiabu等[6]采用60Co-γ射線輻射木薯種莖，結(jié)果表明，25～35 Gy為較適宜的誘變劑量。而本研究發(fā)現(xiàn)，‘華南205和‘新選048適宜的輻射劑量為90 Gy。一般來(lái)講，采用半致死劑量（LD50）誘變處理受體材料，可以最大可能地獲得有效突變體。本試驗(yàn)中‘華南205與‘新選048的輻射致死率分別為13.7%和1.7%，它們的輻射致死率還未達(dá)20%，因此今后需要進(jìn)一步篩選出各品種更適宜的誘變劑量。另外，本研究采用30、60、90 Gy劑量輻射‘華南205和‘新選048，均獲得了大量表型突變材料，但是絕大部分突變莖段生長(zhǎng)幾個(gè)月后基本恢復(fù)了正常，僅在90 Gy處理下獲得了1株田間表現(xiàn)純合變異的株系。Saif等[13]對(duì)誘變材料進(jìn)行RAPD分析，結(jié)果表明，大部分植株輻射誘變后恢復(fù)了正常生長(zhǎng)，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。

輻射誘變產(chǎn)生的突變體多以嵌合體的形式存在。關(guān)于嵌合體形成的機(jī)理，目前的研究結(jié)果不盡相同，一般認(rèn)為嵌合體是由于植物頂端分生組織細(xì)胞分裂過(guò)程中體細(xì)胞發(fā)生突變形成的[14]。由于輻射誘變突變具有單細(xì)胞突變的特點(diǎn)，所以突變細(xì)胞在分裂增殖過(guò)程中會(huì)發(fā)生彼此之間的競(jìng)爭(zhēng)，通常突變細(xì)胞被大量淘汰，這一過(guò)程被稱為“二倍體選擇”；對(duì)于無(wú)性繁殖植物而言，大部分嵌合體伴隨著“二倍體選擇”或個(gè)體衰老等生物學(xué)過(guò)程而減少或消失[15]。而組織培養(yǎng)技術(shù)可以克服“二倍體選擇”，提高細(xì)胞突變顯現(xiàn)幾率[16]。就無(wú)性繁殖作物而言，嵌合體分離通常采用2種方式：組織連續(xù)切割分離法和葉片不定芽再生技術(shù)[17]。對(duì)于本試驗(yàn)表現(xiàn)嵌合性狀的突變體，下一步將結(jié)合組織培養(yǎng)、多次連續(xù)截枝等方法對(duì)嵌合體進(jìn)行分離。另外，今后將結(jié)合分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)獲得的突變純系材料進(jìn)一步鑒定篩選，為突變性狀鑒定和突變性狀相關(guān)功能基因的挖掘奠定基礎(chǔ)。

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