誘變技術(shù)在超高產(chǎn)小麥育種中的應(yīng)用

陳令志 戚化學(xué) 趙宏 趙德民

【摘? 要】隨著近年我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技制度改革逐漸完善，行業(yè)以及相關(guān)部門之間的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸趨于激烈和深化，我國(guó)對(duì)植物種子進(jìn)行誘變的技術(shù)也得到了逐步的發(fā)展。從誘變小麥育種的基本定義出發(fā)，結(jié)合在實(shí)踐研究工作中的經(jīng)驗(yàn)，分析了超高產(chǎn)小麥誘變育種過(guò)程中存在的一些問(wèn)題和應(yīng)用誘變育種技術(shù)在開展超高產(chǎn)小麥誘變育種過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用，為深入推動(dòng)當(dāng)前我國(guó)超高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥育種技術(shù)發(fā)展提供重要理論參考。

【關(guān)鍵詞】超高產(chǎn)小麥;誘變技術(shù);應(yīng)用策略

引言

目前，植物誘變育種的主要意義是利用激光電子束、各種紅外線、激光等物理化學(xué)因素，以及堿基酸類似物、烷化劑等化學(xué)因素，使一些植物的各種基因結(jié)構(gòu)發(fā)生良性突變。根據(jù)誘變育種的技術(shù)要求，我們可以在短時(shí)間內(nèi)獲得具有一定生物學(xué)用途的有價(jià)值的植物，培育出新的種質(zhì)品種，應(yīng)用于植物生產(chǎn)育種，或?qū)⑵渥鳛樾滦推贩N的親本，用于進(jìn)行植物新品種的優(yōu)化培育。對(duì)于提高我國(guó)的小麥品種質(zhì)量有一定的促進(jìn)作用。

1.超高產(chǎn)小麥育種過(guò)程中存在的問(wèn)題

我國(guó)農(nóng)業(yè)界對(duì)于超高產(chǎn)小麥的科學(xué)研究育種工作已經(jīng)持續(xù)了幾十多年的時(shí)間，取得了一定的成績(jī)，但同時(shí)也暴露出了較多的問(wèn)題。

1.1穩(wěn)定性較差

從育成理論上面來(lái)看，很多超高產(chǎn)育成的作物品種都需要具備較高的育成產(chǎn)量，事實(shí)上，超高產(chǎn)品種需要在充分的生長(zhǎng)條件基礎(chǔ)上充分建立，但是有很多育成種子在種植過(guò)程中生長(zhǎng)條件并不是十分充足，因此，其增長(zhǎng)穩(wěn)定性相對(duì)較差。為有效提高小麥超高產(chǎn)種苗培育質(zhì)量，必須不斷完善小麥超高產(chǎn)種苗培育育種技術(shù)，不斷改善小麥超高產(chǎn)種苗培育環(huán)境，為保證小麥實(shí)驗(yàn)室研究培育的超高產(chǎn)小麥品種技術(shù)，能夠廣泛運(yùn)用于實(shí)際的小麥生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)我國(guó)超級(jí)小麥高產(chǎn)，就必須對(duì)已有的培育技術(shù)進(jìn)行突破，改善小麥的生活環(huán)境以及種植方式，提高小麥的產(chǎn)量，促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)。

1.2沒(méi)有較大的突破

在我國(guó)，超高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種的生產(chǎn)和栽培準(zhǔn)備工作一直處于尷尬的境地，突破口不大。小麥品種在品質(zhì)、產(chǎn)量和抗災(zāi)性方面的進(jìn)展相對(duì)緩慢。生產(chǎn)中使用的小麥品種過(guò)于單一，抗災(zāi)能力較弱。同時(shí)，品種產(chǎn)量較小，不能完全滿足國(guó)際生產(chǎn)的要求，也反映出我國(guó)正在培育的超高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種不能完全滿足國(guó)際市場(chǎng)的發(fā)展需要，無(wú)論是在品種數(shù)量還是品種類型上。此外，在種植超高產(chǎn)的小麥時(shí)，土壤問(wèn)題以及小麥的生存環(huán)境對(duì)于小麥的存活率有著較大的影響，在這方面相關(guān)的技術(shù)還沒(méi)有得到同步的發(fā)展，這對(duì)于小麥的生存影響較大。

1.3小麥質(zhì)量較差

過(guò)度重視超高產(chǎn)小麥品種的實(shí)際產(chǎn)量，而不重視產(chǎn)品質(zhì)量，造成了高產(chǎn)小麥優(yōu)質(zhì)品種較為短缺，使得企業(yè)培育的高產(chǎn)小麥品種雖然實(shí)際產(chǎn)量比較高，但是產(chǎn)品質(zhì)量仍然無(wú)法完全達(dá)到企業(yè)預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)，尤其現(xiàn)在是高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種層面上所暴露體現(xiàn)出來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題更多。因此，妥善處理并協(xié)調(diào)好產(chǎn)量和麥種品質(zhì)之間的關(guān)系，是超高品質(zhì)產(chǎn)量的小麥新品種發(fā)展培育升級(jí)工作中亟待解決的重要技術(shù)課題。此外，還應(yīng)該重視小麥種植過(guò)程中相關(guān)養(yǎng)分的問(wèn)題，防止出現(xiàn)養(yǎng)分不足造成的小麥產(chǎn)量較低的現(xiàn)象。

2.對(duì)小麥種子進(jìn)行誘變的相關(guān)策略

2.1離子束注入

離子束注入主要是通過(guò)與生物體的相互作用產(chǎn)生一個(gè)峰。在峰值范圍內(nèi)，注入的離子束與生物體會(huì)產(chǎn)生局部的、難以修復(fù)的相互作用離子束?；蛑踩胪蛔兛芍苯訉?dǎo)致染色體分子出現(xiàn)各種倒位、易位、缺失和重復(fù)，并直接導(dǎo)致與DNA分子的相互替代和斷鏈等，直接導(dǎo)致基因突變。離子束注入通常被認(rèn)為是衡量離子敏感性的一個(gè)重要指標(biāo)，它可以使植物在離子處理后存活1/2或死亡至少半小時(shí)。離子激光誘變育種的研究和培育正在蓬勃發(fā)展。從以往的研究結(jié)果可以清楚地發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)育種材料及其效果已經(jīng)達(dá)到了離子束育種的邊際效應(yīng)和誘變育種效果。

2.2航空誘變

航空衛(wèi)星誘變蔬菜育種工程技術(shù)主要指的是一種使用太空返回式的太空衛(wèi)星或者是高空螺旋氣球，能夠根據(jù)空間環(huán)境條件對(duì)農(nóng)作物蔬菜種子有益因子的變異，經(jīng)過(guò)微粒子重力、宇宙射線、高能納米粒子和近地震和磁場(chǎng)等接近地面難以準(zhǔn)確模擬的巨大空間運(yùn)動(dòng)條件直接實(shí)現(xiàn)了對(duì)小麥植物品種的重大誘變，并直接引起小麥植物免疫細(xì)胞內(nèi)的免疫功能與細(xì)胞結(jié)構(gòu)形式發(fā)生重大改變。很多臨床試驗(yàn)研究結(jié)果都充分證實(shí)了在航空誘變遺傳育種所獲得的棉花、小麥等新品種不僅變異遺傳具有較高的穩(wěn)定性，變異遺傳頻率范圍大和多數(shù)品種性狀變異能夠直接遺傳的多種特征，另外，有些品種不能通過(guò)其他變異方式直接遺傳，這是新品種基因源和新種質(zhì)變異的主要遺傳途徑。航空育種突變通常有機(jī)會(huì)穩(wěn)定在SP4代。與常規(guī)育種技術(shù)相比，它推廣了兩個(gè)新世代，可以大大縮短常規(guī)育種技術(shù)的整體發(fā)展進(jìn)程，提高常規(guī)育種工作效率。為了進(jìn)一步研究空間誘變對(duì)小麥性狀可能產(chǎn)生的直接影響，針對(duì)航空實(shí)踐八號(hào)飛機(jī)所搭載的三個(gè)小麥種子品種，將其類別分成了3份，分別將其標(biāo)號(hào)順序?yàn)閜和spi、sp4和以及sp5，其中p和spl主要用于檢驗(yàn)其工業(yè)農(nóng)藝技術(shù)性狀上的改變程度， SP4與p和sp5則分別研究了其中pissr分子間的標(biāo)記多態(tài)性，研究后的結(jié)果表明，在這種航空誘變環(huán)境下，小麥種子標(biāo)記會(huì)迅速產(chǎn)生空間變異。與野生型相比，SPL在檢測(cè)農(nóng)藝性狀變化方面具有明顯的空間變異性。主要原因是航空突變生物系在這種空間變化環(huán)境中對(duì)其突變更為敏感。兩者顯性遺傳相似系數(shù)為0.8226～0.8777。突變星系可能在不同的位置改變了它們的DNA位點(diǎn)，而野生型DNA的位點(diǎn)改變發(fā)生量相對(duì)較低。由此我們能夠得出發(fā)現(xiàn)其在航空中的誘變植物能夠顯著性地引起多種小麥植物分子的線性變異，并且這將會(huì)為其在小麥利用空間中的育種研究提供更多的育種可能。

2.3生物誘變

生物學(xué)誘變作用是指插入子項(xiàng)目中的外源細(xì)胞基因和轉(zhuǎn)座子的基因位置或基因劑量的差異，導(dǎo)致生物細(xì)胞產(chǎn)生不同的生物突變效應(yīng)，然后對(duì)其細(xì)胞進(jìn)行無(wú)性離體培養(yǎng)，使其細(xì)胞能快速產(chǎn)生無(wú)性系統(tǒng)的變異，最后得到對(duì)臨床試驗(yàn)和產(chǎn)品生產(chǎn)有很大幫助的突變體。當(dāng)前，轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)在分子生物學(xué)的誘變應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)有著重要技術(shù)貢獻(xiàn)，學(xué)術(shù)界也對(duì)其進(jìn)行了較為深入的研究，重要的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)也在不斷挖掘。如果nsinghbhan從禾本科的谷類和禾本科植物中提取出ACB家族轉(zhuǎn)座子，可以直接插入患者小麥的同一細(xì)胞部位作為染色體，在促進(jìn)小麥品種的增加方面也具有潛在的科學(xué)應(yīng)用價(jià)值;不同于轉(zhuǎn)座子，反向螺旋主要是指一種寄生細(xì)胞DNA，一旦直接插入宿主細(xì)胞的DNA中，就可以能夠迅速產(chǎn)生與其他宿主相同的特異遺傳進(jìn)化規(guī)律，能夠完美的遺傳表達(dá);nasuda在研究克隆小麥排序dnaflp特異遺傳片段時(shí)，發(fā)現(xiàn)了基于小麥本身所特有的一種新型逆轉(zhuǎn)螺旋座子。以上兩項(xiàng)研究成果都顯示有望在不久的將來(lái)廣泛應(yīng)用于超產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥的栽培誘變種和育種中。

3.結(jié)語(yǔ)

在具有超高產(chǎn)量的小麥誘變育種種植工作中，使用激光誘變、生物誘變以及基因誘變等育種技術(shù)無(wú)疑是一種機(jī)遇，同時(shí)也是一種嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國(guó)雖說(shuō)在誘變育種方面有一定的經(jīng)驗(yàn)，但在進(jìn)行工作的過(guò)程中還存在一些不足之處，只有充分抓住小麥誘變育種技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)，并且與國(guó)際現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)育種工程技術(shù)有效交叉融合，圍繞發(fā)達(dá)國(guó)家以及其他地方開展小麥農(nóng)業(yè)育種技術(shù)工作中亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題，結(jié)合我國(guó)目前的誘變育種形式，加強(qiáng)國(guó)際合作與技術(shù)研究，改善我國(guó)誘變技術(shù)中的不足之處，學(xué)習(xí)國(guó)外一些先進(jìn)的技術(shù)手段，完善誘變制度，提出創(chuàng)新且可行的方案，鼓勵(lì)相關(guān)人員加大投入力度，必然能夠?yàn)槲覈?guó)小麥農(nóng)業(yè)育種技術(shù)工程發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]賈聯(lián)合. 誘變技術(shù)在超高產(chǎn)小麥育種中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程， 2018， 8（09）：142-143.

[2]趙吉平， 任杰成， 郭鵬燕，等. 超高產(chǎn)小麥育種及誘變技術(shù)的應(yīng)用探究[J]. 農(nóng)業(yè)科技通訊， 2019， No.575（11）：180-182.

[3]高蘭英， 馬慶. 誘發(fā)突變技術(shù)在小麥育種研究中的應(yīng)用[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009， 37（006）：7-12.