輻射誘變技術(shù)在花卉育種中的研究與應(yīng)用

包建忠 李風童 孫葉 劉春貴 袁媛 馬輝 陳秀蘭

摘 要 結(jié)合江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所在花卉輻射誘變育種工作中的實踐，探索60Co-γ射線對花卉輻照后代出苗率、株高、葉片、花期和花朵等性狀的影響，提出了花卉輻射育種研究與應(yīng)用的要點。

關(guān)鍵詞 60Co-γ射線;花卉;輻照育種

中圖分類號：S68 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.14.093

近年來，花卉業(yè)以其高投入、高產(chǎn)出、高效益的特色，成為國家重要的新興產(chǎn)業(yè)。隨著人們生活水平的提高，花卉的需求量不斷增加，人們逐漸認識到花卉不僅具有觀賞價值，還會帶來可觀的經(jīng)濟效益，目前全國已有20多個省份將花卉作為重點產(chǎn)業(yè)或支柱產(chǎn)業(yè)。但隨著各地花卉品種趨同、價格競爭激烈、能耗高、缺乏自主品種權(quán)等一系列問題的出現(xiàn)，花卉產(chǎn)業(yè)的利潤有所下降。因此，通過多種育種手段創(chuàng)造出更多新、奇、異、罕的品種，滿足人們生活消費和花卉市場發(fā)展的需求顯得尤為重要[1]。

利用60Co-γ射線進行輻射誘變是獲得新遺傳資源、選育新品種以及解決各種特殊問題的有效途徑，具有誘發(fā)基因突變、促進遺傳基因重組、提高突變頻率、創(chuàng)造新類型、有效改良現(xiàn)有品種的某些個別性狀以及縮短育種年限等優(yōu)點。據(jù)統(tǒng)計，在國際原子能機構(gòu)已注冊的所有3 281個突變品種中，有1 636個品種是通過γ射線輻射育成的，其中23%的突變品種屬于花卉作物和觀賞植物，涵蓋了薔薇屬（Rosa）、菊屬（Chrysanthemum）、百合屬（Lilium）、木槿屬（Hibiscus）、秋海棠屬（Begonia）、六出花屬（Alstroemeria）、鳶尾屬（Iris）、美人蕉屬（Canna）、補血草屬（Limonium）等屬的370個主要觀賞物種[2]。

江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所從2001年開始開展各種花卉的輻射誘變選育新品種研究，先后主持、承擔江蘇省、揚州市花卉研究項目42項，在觀賞荷花、向日葵、牡丹、芍藥、月季、君子蘭、中國蘭、鳶尾和花菖蒲等花卉方面開展了雜交、輻射誘變新種質(zhì)選育與快繁技術(shù)研究，目前已選育優(yōu)良新品種20個，其中通過輻射誘變選育獲省級鑒定的新品種3個，獲中國花卉協(xié)會評比二等獎的新品種2個，獲國家發(fā)明專利授權(quán)2個，出版專著3部，發(fā)表研究論文20余篇，制定地方生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程5個，在花卉輻射誘變育種研究過程中積累了很多經(jīng)驗，并取得了較高社會和經(jīng)濟效益。

1 花卉輻射誘變技術(shù)

1.1 花卉輻照誘變育種流程

首先設(shè)計輻照試驗方案，之后聯(lián)系輻照單位確定花卉材料輻照處理時間、選擇照射材料（種子或植株等），并按輻照要求進行包裝，根據(jù)輻照源劑量分布選擇合適的放置位置，確認輻照劑量、劑量率和輻照時間，輻照后進行播種或栽植，觀察記載相關(guān)性狀、統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，篩選優(yōu)異變異，突變體通過無性繁殖或組織培養(yǎng)進行性狀穩(wěn)定，組織區(qū)域試驗并種苗快繁，申請品種鑒定或國際登錄，新品種示范推廣。

1.2 輻射源

60Co-γ源和銫137（137Cs）源是我國輻射育種應(yīng)用的主要誘變源。江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所主要在揚州輻照中心和江蘇省農(nóng)科院瑞迪生科技有限公司輻射源室進行。

1.3 照射材料

照射材料的正確選擇是輻射育種成功的基礎(chǔ)。在選用輻照材料時首先應(yīng)選用性狀好的品種，照射材料主要有種子、植株或營養(yǎng)器官、花粉和離體培養(yǎng)材料等。

1.3.1 種子

種子是輻射育種中使用最普通的照射材料，射線處理種子具有處理量大、便于運輸、操作簡單等優(yōu)點。由于種胚具有多細胞的結(jié)構(gòu)，輻照后會產(chǎn)生嵌合體，用雜交種子作為照射材料能提高有益突變率和擴大變異譜。輻射用種子可采用干種子、濕種子和萌動種子[3]。種子處理后應(yīng)及時播種，否則會因貯藏時間長而降低輻射效應(yīng)。此外，個別品種如荷花，種子播種前必須先利用砂輪機進行破口、浸種催芽。

1.3.2 植株或塊莖、鱗莖、球莖等營養(yǎng)器官

植株或塊莖、鱗莖、球莖等營養(yǎng)器官是無性繁殖園藝植物輻射育種常見的材料，與照射花粉和種子相比具有周期短、效率高等優(yōu)勢。選用植株必須組織充實、生長健壯、芽眼飽滿，此類植株照射后易成活。照射植株時用鉛塊防護基部（生根部位），以利于植株成活。輻照后植株或根莖及時上盆，與對照一樣進行正常管理。

1.3.3 花粉

輻射花粉最大的優(yōu)點是很少產(chǎn)生嵌合體，經(jīng)輻射處理的花粉一旦發(fā)生突變，與卵細胞或精細胞結(jié)合所產(chǎn)生的植株即是異質(zhì)結(jié)合體，便于獲得好的變異材料。照射花粉時，先將花粉收集于容器中進行輻照，或采集帶花序的枝條于始花時照射，處理過的花粉再進行授粉。

1.3.4 離體培養(yǎng)材料

采用分生組織、愈傷組織、單細胞、原生質(zhì)體及單倍體等離體培養(yǎng)材料進行輻射處理，可以減少甚至避免嵌合體的形成。

1.4 適宜劑量及劑量率的選擇

在輻射育種中，選用適宜的劑量和劑量率是提高誘變效率的重要因素。在一定范圍內(nèi)增加劑量可提高突變率和突變譜，但超過一定范圍后再增加劑量，就會降低成活率和增加不利突變率。一般照射種子或植株，最好的劑量選擇在臨界劑量附近或半致死劑量，選擇適宜劑量應(yīng)根據(jù)“活、變、優(yōu)”三原則靈活掌握：活是指后代有一定的成活率;變是指在成活個體中有較大的變異效應(yīng);優(yōu)是指產(chǎn)生的變異中有較多的有利突變[4]。確定誘變劑量時，應(yīng)先在參考有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上進行預(yù)備實驗。具體花卉品種材料處理的劑量和劑量率見表1。

2 花卉輻射誘變技術(shù)研究結(jié)果

2.1 篩選相關(guān)花卉的輻照適宜劑量

輻射誘變具有一定的隨機性，輻射劑量影響突變的頻率，適宜的劑量能引起性狀變異。

2.2 花卉輻射后代的性狀變異規(guī)律

1）輻射對種子發(fā)芽、出苗的影響：輻照劑量越大，對種子發(fā)芽率、出苗率和成苗率影響越大，大劑量使種子發(fā)芽、出苗受阻，甚至死亡。

2）輻照對植株生長抑制作用明顯。植株輻照后，大多數(shù)生長點或老葉葉尖枯死，新葉生長趨緩，葉片出現(xiàn)扭曲、畸形、旋轉(zhuǎn)、葉藝（黃化、條紋和斑點）（圖1～3）、葉片葉序出現(xiàn)變異等。例如春蘭“雪山”輻射后產(chǎn)生的葉藝變異，經(jīng)葉片組織超微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，輻射誘變產(chǎn)生的葉藝突變體的葉肉細胞和葉綠體超微結(jié)構(gòu)和自然突變形成葉藝蘭的葉肉細胞和葉綠體超微結(jié)構(gòu)相似。誘變苗經(jīng)ISSR遺傳變異分析，突變體與對照苗譜帶兩者有差異（圖4），由此推測，誘變苗是由基因突變引起的，變異性狀從理論上能夠穩(wěn)定遺傳[5-6]。

3）輻射對花卉花期有一定影響：輻照能延遲荷花花期10～15 d，中國蘭10～15 d，月季5～10 d，君子蘭5～10 d，牡丹10 d，芍藥1～5 d，花菖蒲5～10 d[7-8]。

4）輻射能誘發(fā)花朵產(chǎn)生雙頭或多頭現(xiàn)象，如荷花出現(xiàn)并蒂蓮（圖5、圖6），觀賞向日葵出現(xiàn)雙頭和多頭（圖7），但這些變異難以穩(wěn)定[9]。

5）在花色變異中，月季粉紅色花易產(chǎn)生變異，深紅、黃色品種次之，白色花未發(fā)現(xiàn)變異現(xiàn)象;荷花紅色系和復(fù)色系品種較易發(fā)生變異;向日葵復(fù)色系品種易產(chǎn)生變異，橘黃對淡黃色呈顯性;君子蘭杏黃色花可變異為深紅色花，橙黃色花變異為棕黃色花[10-12]。

6）輻照使荷花花瓣易發(fā)生變形、皺折，有的花瓣由單瓣變?yōu)閺?fù)瓣;瓣型有異形，花徑有大小變異;雌蕊數(shù)目有較大幅度下降，部分品種雌蕊不育;花朵香味沒有發(fā)現(xiàn)明顯變異[13-15]。

2.3 利用輻射誘變技術(shù)育成花卉新品種

江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所利用輻射誘變技術(shù)選育新品種5個，篩選優(yōu)良新種質(zhì)16個。其中，通過省級鑒定品種3個，2個品種獲全國荷花展二等獎。鑒定新品種見表2。

3 討論

1）利用60Coγ射線對觀賞花卉進行輻射，使之產(chǎn)生基因突變，擴大變異譜，創(chuàng)造出新、奇、特的變異新類型，是選育具有觀賞價值花卉新品種的有效手段。但輻射誘變育種不是萬能的，必須與其他育種方法相結(jié)合，而且一般輻射選取的材料較少，群體數(shù)量不大，試驗范圍不廣，這多少影響了突變的范圍和頻率，而且篩選的優(yōu)良單株需要長期的性狀穩(wěn)定觀察。

2）輻射誘變具有很大的隨機性，輻射劑量直接影響花卉突變的效率。劑量越高，引起性狀變異的數(shù)量越多，變異率也越高。選擇適宜的輻照劑量尤為重要。

3）植株輻照后易產(chǎn)生損傷，小苗出苗速度不一，突變幼苗需要特別加強管理，防止中途死苗，對發(fā)現(xiàn)的突變現(xiàn)象要仔細觀察，成苗后要結(jié)合各自花卉的生長習性，嚴格控制肥、水條件，加強病蟲害防治。

4）誘變育種所需的γ輻照裝置以前大多是源強活度較小的輻照裝置，但小型輻照裝置設(shè)備老舊，安全系數(shù)低，目前已逐步被淘汰并關(guān)閉，而現(xiàn)在使用的大都是源強活度大的輻照裝置，輻照劑量和劑量率很難控制，劑量準確性較差。

5）輻射選育新品種的最終目地是使科研成果迅速轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生較好的社會和經(jīng)濟效益。而有了好的品種，就必須不斷完善花卉產(chǎn)業(yè)鏈，有一個好的商業(yè)模式進行推廣、復(fù)制。

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（責任編輯：趙中正）