玉米自交系幼苗與種子輻照效應(yīng)的比較研究

摘 要：采用不同劑量(0—200Gy)的60Co—γ射線輻照玉米自交系的幼苗和種子，調(diào)查當(dāng)代及后代的生長(zhǎng)變化情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：玉米幼苗最佳的輻照劑量是75—100Gy，種子的最佳輻照劑量為100—150Gy。分析兩者在變異頻率和變異性狀上的差異，比較兩種方式在操作上的優(yōu)缺點(diǎn)，為輻射育種工作提供可靠的理論與技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：玉米；自交系；輻照；劑量

中圖分類號(hào)：S513.035.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001—4942(2010)09—0010—03

自20世紀(jì)60年代以來，我國(guó)輻射育種工作者以發(fā)展糧食生產(chǎn)為主攻方向，大力開展了玉米的輻射育種研究，從探索它的輻射生物學(xué)效應(yīng)和誘發(fā)突變的方法開始，不斷擴(kuò)大育種的規(guī)模和范圍，已經(jīng)取得了顯著成果。利用輻射誘發(fā)玉米各種遺傳變異，已成為豐富育種資源、選育新品種的重要手段之一。輻射育種的最基本目標(biāo)就是要得到盡可能多且優(yōu)良的有效突變，因此有效的突變率變得非常重要。有關(guān)玉米種子的輻照效應(yīng)已經(jīng)有一些研究，但對(duì)玉米幼苗直接進(jìn)行活體輻照，其劑量范圍及輻照效應(yīng)的研究未見報(bào)道。本研究即對(duì)兩種方式進(jìn)行比較探討，找到各自的優(yōu)缺點(diǎn)，提高實(shí)際輻射育種效率。

1 材料與方法

試驗(yàn)材料為自有玉米自交系魯原2123。自交系種子在培養(yǎng)盒中發(fā)芽，長(zhǎng)到三葉一心時(shí)用60Co—γ射線進(jìn)行照射。同時(shí)設(shè)置不同的輻照劑量：0、50(T1)、75(T2)、100(T3)、150(T4)、200(T5)Gy，劑量率為1.00 Gy／min。處理后的幼苗放置兩天后移苗。標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)種植，試驗(yàn)小區(qū)行長(zhǎng)5m，行距0.67m，株距0.25m，重復(fù)2次。同時(shí)用種子進(jìn)行同樣的輻照處理，劑量及種植方式同上。田間進(jìn)行生長(zhǎng)性狀觀察，收獲后進(jìn)行穗部性狀調(diào)查。 第二年播種M₂代，第三年播種M₃代。將上年的自交穗按穗系種植(每穗系種植1行，每行20株)；同時(shí)設(shè)置10行對(duì)照區(qū)，均為單粒點(diǎn)播，小區(qū)的行長(zhǎng)及種植密度與上年相同。生長(zhǎng)期間進(jìn)行單株主要性狀的田間調(diào)查，抽穗后選株套袋自交，收獲后單收單脫，進(jìn)行室內(nèi)考種。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ射線處理對(duì)玉米種子及幼苗當(dāng)代(M₁)的影響

輻照后的幼苗在實(shí)驗(yàn)室放置兩天后移苗，及時(shí)澆水保證良好墑情。幼苗經(jīng)不同劑量的γ射線輻照后，表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)滯后現(xiàn)象。植株生長(zhǎng)變緩，生育期延長(zhǎng)，株高、穗位、穗長(zhǎng)及穗粒數(shù)等有所降低或減少。

移苗3—5天后幼苗葉片顏色呈暗紫色，且劑量大的紫色深，逐漸出現(xiàn)死苗現(xiàn)象。隨著植株的不斷生長(zhǎng)，紫色逐漸變淺。由表1可以看出，幼苗經(jīng)過150Gy劑量處理以后，死亡率達(dá)70％以上，結(jié)實(shí)率非常低，生長(zhǎng)緩慢，成活的幼苗大部分不能正常生長(zhǎng)，這個(gè)劑量明顯過大；種子則在此劑量?jī)?nèi)有一定的成活能力。經(jīng)過200Gy劑量處理過的幼苗基本上沒有成活能力，種子的成活能力也很低，說明這個(gè)劑量對(duì)幼苗來說是致命的，對(duì)種子輻照來說也有些偏高。

2.2 種子及幼苗M₂的田間調(diào)查與考種分析

通過M₂的種植，發(fā)現(xiàn)當(dāng)劑量大于100Gy時(shí)，兩種處理方式后代種子的發(fā)芽率降低幅度很大，經(jīng)150Gy劑量處理的幼苗后代種子發(fā)芽率不到20％；200Gy劑量直接輻射種子的后代70％以上不發(fā)芽。而且即使出苗有一些也不能發(fā)育成正常植株。M₂出現(xiàn)比較大的變異頻率，生育期、株高、穗位、穗長(zhǎng)及百粒重等變化很大。同時(shí)比較不同劑量的處理，對(duì)幼苗處理而言，75—100Gy的變異頻率比較高；對(duì)種子處理而言，100—200Gy的變異頻率比較高。但當(dāng)劑量達(dá)到200Gy時(shí)，雖然也有較高的變異頻率，但經(jīng)田間觀察植株生長(zhǎng)大部分不正常，無法正確判斷和有效選擇，對(duì)育種的利用價(jià)值有待進(jìn)一步分析研究(表2)。

2.3 種子及幼苗M₃的田間調(diào)查與考種分析

150Gy劑量的幼苗輻射處理和200Gy劑量種子輻射處理在M₂無法得到有效數(shù)量的種子，因此在第三代沒有種植。由表3和表4可以看出，對(duì)于這兩種輻射方式來說，產(chǎn)生正突變和負(fù)突變的頻率基本一致，只是幼苗輻射出現(xiàn)在較低的輻射劑量處理中。說明了種子能承受較大的輻射劑量。對(duì)所測(cè)指標(biāo)來說，生育期、株高、穗長(zhǎng)的突變頻率比較高，在后代中比較好選擇；而百粒重突變頻率較低，后代難選擇。

由表5可以看出，這兩種輻射誘變方式在所列項(xiàng)目中稍有不同。幼苗輻射在葉片寬窄、葉鞘顏色性狀上的突變頻率明顯高于種子輻射的突變頻率。通過考種和田間調(diào)查，發(fā)現(xiàn)粒色的突變主要以顏色加深為主；葉片寬窄變化無規(guī)律，顏色也有深淺變化；粒型也有明顯變化，如變長(zhǎng)，變圓等。出現(xiàn)黃、白化苗。另外兩種輻照方式均出現(xiàn)一些雄性不育株，表現(xiàn)為無花粉或無花藥。

3 小結(jié)與討論

3.1 玉米幼苗經(jīng)輻照后，表現(xiàn)出較大的生物學(xué)損傷效應(yīng)，植株生長(zhǎng)受到嚴(yán)重的抑制。在當(dāng)代葉片顏色發(fā)生明顯變化，生育期明顯延長(zhǎng)，株高、穗位明顯降低，結(jié)實(shí)率也較差。輻照種子出現(xiàn)相似的損傷效應(yīng)，只不過當(dāng)代葉片顏色沒有任何變化。M₁代出現(xiàn)的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化一般不遺傳，從育種角度來說，此時(shí)不宜進(jìn)行單株選擇。

3.2 M₂代繼續(xù)發(fā)生變異，突變方向增加，變異譜有了擴(kuò)大。M₃代開始出現(xiàn)隱性突變，如黃化苗、白化苗、不育株等，這是因?yàn)橛衩资钱惢ㄊ诜圩魑?，它的雌雄蕊是由不同的原始?xì)胞分化發(fā)育而成，雌雄配子幾乎不可能同時(shí)發(fā)生突變和具有完全相同的突變性質(zhì)，所以M₃異花授粉產(chǎn)生的M₂植株在突變位上往往是雜合的。由于突變大多是隱性的，故不能在M₂顯現(xiàn)，到M₃經(jīng)純合后才開始表現(xiàn)出來。因此M₃代是玉米輻射育種中一個(gè)非常重要的世代。

3.3 采用不同劑量Co—γ射線對(duì)幼苗和種子分別進(jìn)行輻照，表現(xiàn)出不同的突變情況。比較兩種處理方式可以發(fā)現(xiàn)：葉片寬窄、葉鞘顏色性狀的突變頻率存在較大差別，其余性狀突變頻率大體一致；75—100Gy是玉米幼苗輻照較合適的劑量范圍，100—150Gy附近是玉米種子輻照較合適的劑量范圍。輻射育種的關(guān)鍵就是要得到盡可能多的有效有益突變，其輻照劑量應(yīng)為幼苗死亡率及后代種子生活力損傷在可以接受的范圍之內(nèi)。因此在實(shí)際育種工作中針對(duì)不同的輻照對(duì)象應(yīng)采用不同的劑量范圍。幼苗輻照的工作量比較大，種子輻照更有利于實(shí)際操作。