氮離子束誘變創(chuàng)制冬小麥新種質(zhì)研究初報

任杰成，許 瑛

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，山西汾陽032200）

離子束輻射誘變技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項生物誘變育種技術(shù)，由于它不同于常規(guī)輻射育種而受到廣泛關(guān)注。日、法、德等國家自20世紀(jì)60年代中后期開始，相繼將離子束誘變技術(shù)應(yīng)用于生物學(xué)研究，我國有關(guān)離子束誘變技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)80年代，主要是將其應(yīng)用于蔬菜和糧食作物如誘變處理小麥[1-4]、水稻[5-6]、棉花[7]、蔬菜[8-9]、花卉[10]等方面，以提高作物品種在產(chǎn)量、抗逆性等方面的性狀，縮短作物改良時間，減少育種的工作量。

離子束注入作為一種新興的輻射誘變源，具有傳能線密度高的特點，在植物種質(zhì)誘變育種操作中[11]，其單位劑量誘變效率較X射線、γ射線電子束能量低；該方法可引起植物、動物、微生物基因的突變或改性，而且突變率高、突變譜廣、重復(fù)性好[12]，故被應(yīng)用于種質(zhì)資源創(chuàng)新、作物育種以及微生物菌種的改良。該方法的主要設(shè)備是離子注入機，在較高的真空條件下，由高壓加速的氣體離子轟擊目標(biāo)材料，使之產(chǎn)生突變，極大地增加了生物基因的突變幾率，直接或間接地應(yīng)用于選育新品種、新材料[13]。

鄭州大學(xué)離子誘變育種及生物工程重點實驗室自引進離子束注入設(shè)備以來[14]，已對玉米、小麥、大豆等農(nóng)作物和微生物進行離子束注入，從中獲取了大量性狀變異的群體，特別是在小麥育種方面，通過對40萬粒小麥進行離子束輻射，發(fā)現(xiàn)輻射后當(dāng)代就有較多變異，且有大量的質(zhì)量性狀變異，并且出現(xiàn)了植株變矮、熟期提早、單株產(chǎn)量提高等優(yōu)良變異。

2008年，在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心的幫助下，本研究采用氮離子束誘變育種技術(shù)，通過氮離子束照射小麥干種子，對小麥生產(chǎn)過程中的個別不利性狀如植株太高、倒伏、抗旱差、種子秕瘦等進行誘變，使其向優(yōu)良性狀方面突破，經(jīng)過3～4代連續(xù)定向選擇，使目標(biāo)性狀能夠基本保持，獲得矮稈與各種突變類型且具遺傳特性的新種質(zhì)，從而縮短育種年限2～4 a，使品質(zhì)優(yōu)質(zhì)率上升、抗病蟲指數(shù)提高1～2個等級。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試小麥品種是2007年度山西省農(nóng)科院經(jīng)作所旱地小麥育種課題組生產(chǎn)的旱地小麥推廣種長6878、晉麥68號、呂旱1608的干種子；供試設(shè)備為山西省農(nóng)科院旱地農(nóng)業(yè)研究中心的真空等離子注入機（由俄羅斯科學(xué)院強度物理材料科學(xué)研究所生產(chǎn)）；供試氣體為高純氮（99.999%）。

1.2 處理方法

將準(zhǔn)備好的種子放入樣品盤相對固定，送入等離子體注入機，注入氣體氮氣，注入劑量為：CK.0；處理 1.8×1016N+/cm2；處理 2.6×1016N+/cm2；處理3.4×1016N+/cm2。注入速率為10 mA×28 kV。

1.3 選育方法

2008年將處理種子及時進行播種，出苗后的田間管理、試驗地肥力等與未處理的相同。苗期調(diào)查出苗率，成株期調(diào)查植物學(xué)特性，收獲后進行室內(nèi)考種比較。利用系統(tǒng)選育的方法對每年的后代進行調(diào)查觀察記載，選擇性狀向優(yōu)良方面突變且遺傳特性穩(wěn)定的材料。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1，F(xiàn)2表現(xiàn)

2008年秋天，將當(dāng)年收獲的長6878、晉麥68號、呂旱1608的干種子送到山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心通過3種劑量處理，結(jié)果表明，當(dāng)年秋天種植的F1，其穗型、株型、株高等沒有明顯變化，全部混收；2009年秋天，仍然采用系統(tǒng)選育的方法，結(jié)果表明，穗型、株型、株高也沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化。

2.2 F3表現(xiàn)

2010—2011年度種植F3，發(fā)現(xiàn)長6878株高變化不明顯，單株分蘗數(shù)、成熟期變化均不大；而單株穗粒數(shù)變化較大，單株粒質(zhì)量增加3.35～5.80 g，單株穗長增加0.24～0.28 cm，目測穗粗較對照增加明顯。調(diào)查結(jié)果列于表1。

表1 2010—2011年度長6878誘變處理變異性狀調(diào)查結(jié)果

2.3 F4表現(xiàn)

2011—2012年度已連續(xù)選擇至F4，目前已經(jīng)選擇出部分的突變體，尤其是長6878處理，變異比較明顯（表 2）。

從表2可以看出，氮離子束誘變對于長6878已產(chǎn)生明顯的影響，其株高降低顯著，變幅達17～21 cm；穗長變化不大；倒2節(jié)顯著降低，其降低株高占總株高的30%左右；粒色發(fā)生明顯的改變，由紫紅變白；千粒質(zhì)量變化在1～4 g之間。

表2 2011—2012年度長6878誘變處理變異性狀調(diào)查結(jié)果

2013年度已將相關(guān)材料升入品系比較、品系鑒定中，相關(guān)材料的生物學(xué)性狀及遺傳穩(wěn)定性、產(chǎn)量等特性的變化將繼續(xù)進行跟蹤調(diào)查與分析。

3 小結(jié)

氮離子束誘變育種是一種切實可行的有效育種方法[15]。采用干籽誘變處理，不同品種和不同劑量處理后的結(jié)果不同。本試驗確定了利用氮離子處理冬小麥的最適注入劑量為6×1016N+/cm2。當(dāng)處理注入劑量超過8×1016N+/cm2時，植株的整體變化還有待進一步探討。

通過誘變處理可引起株高、單株產(chǎn)量等一系列變異，最顯著的是獲得了矮稈植株。誘變處理后的第1～2代并沒有實質(zhì)性的變異，主要變異出現(xiàn)在處理后的3～4代。經(jīng)過試驗后的誘變新材料其變異性狀的穩(wěn)定性，仍需進一步鑒定和研究。

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