輻射育種在草業生產中的應用研究進展

杜科宇，劉剛，涂銘，丁瓊，楊曼，陳章杰 （長江大學園藝園林學院，湖北 荊州434025）

自從1927年美國科學家Muller首先發現X射線能引起生物遺傳性變異以來，誘變育種已有80多年的歷史［1］。輻射育種在牧草新品種選育、創造新的種質資源、改進育種方法、提高誘變效率和基礎理論研究等方面，都不斷取得新的突破。最近幾年，國外牧草的輻射育種工作發展較快，許多牧草科學家從本國的生產實踐出發，育出了許多優質牧草新品［2］。與國外相比，中國牧草輻射育種起步相對較晚［3］。為此，筆者將國內牧草輻射育種研究進展進行了綜述，以弄清目前國內具備的條件，為后期利用輻射選育新品種提供參考。

1 誘變劑選擇的研究

輻射誘變育種即人為地利用物理誘變因素，如X射線、γ射線、中子、激光、離子束、UV－B、離子束、紫外線等誘發植物遺傳變異，在短時間內獲得有利用價值的突變體，根據育種目標的要求選育出直接生產利用新品種或育成新種質資源作為親本在育種上利用的育種途徑。輻射育種技術經過幾十年的發展，已經成為常規育種技術難以取代的育種手段。X射線在誘變育種的早期應用較多。γ射線作誘變劑，育種成效顯著，是目前應用最為廣泛的誘變劑。其中Co 60－γ射線用得最多，近年來也開始使用137Cs－γ射線。由于各種誘變因素的能量、穿透力不同，帶電性與物質的相互作用方式不同，誘變效果會有差異。一般地，輻射誘變的誘發突變頻率在幾萬分之幾到千分之幾之間。各種射線誘發突變發生頻率的順序是：中子束大于X射線，射線大于γ射線。我國應用最多的是γ射線，其次是中子束。UV－B在水稻、小麥等禾本科類植物中應用較為廣泛，離子輻射誘變頻率在6.8%～12.0%之間，能誘導幾個以上的性狀同時突變，應用前景廣［4］。在草業上運用最多的是UV－B和Co 60－γ。吳殿星［5］公開了純天然彩色草坪草的培育方法，即用Co 60－γ射線或疊氮化鈉進行種子直接誘變或離體誘變處理，然后經多重篩選和同步化育種培育而成。

2 輻射敏感性和適宜誘變劑量的研究

2.1 輻射敏感性的研究

牧草輻射敏感性，指各種牧草受各種射線輻照后對射線反應的敏感程度，即M1代所受輻射損傷效應的大?。?］。魚紅斌等［7］曾對5個沙打旺品種的誘變規律和輻射敏感性作過報道。馬建中等［8］對89個豆科牧草種子進行了Co 60－γ射線適宜輻射劑量敏感性及生物學效應的研究。馬鶴林等［9，10］利用Co 60－γ射線對我國北方主要牧草（以豆科為主，部分為禾本科）的誘變規律、輻射敏感性和輻射育種的適宜劑量作了研究，得出輻射敏感性以禾本科牧草最為敏感，半致死劑量在4.7～30krad之間。馬建中等［11］將中國北方主要牧草品種的輻射敏感類型分為敏感型、中間型和遲鈍型3種類型。魚紅斌等［12］選用黃土高原54種枚草，用Co 60－γ射線照其干種子得出各種牧草對射線的反應不同，且收草的出苗率和幼苗高度隨劑量的增加而降低，與劑量呈負相關的結論。吳關庭等［13］在無菌培養條件下測定得出高羊茅 ‘美洲虎3號’和 ‘可奇思’對輻射比較敏感，半致死劑量大約在150Gy左右，‘凌志’和 ‘獵狗5號’的輻射敏感性分別為中等和較弱；用低劑量γ射線處理可促進高羊茅成熟種子的愈傷形成。

2.2 適宜誘變劑量的研究

2.2.1 豆科牧草適宜誘變劑量的研究

幾十年來，國內外在研究豆科牧草的輻射引變過程中，探索出了許多品種的輻射適宜劑量。我國學者對沙打旺和少數幾種牧草的輻射誘變劑量進行了研究［13］。海棠等［14］按多靶單擊模型擬合劑量效應曲線，以電子計算機處理求得了三葉草的適宜輻射劑量。宣繼萍等［15］經過輻射誘變得到狗牙根誘變后代，并得出低劑量的后代比高劑量的節間粗，而密度是前者低于后者。

2.2.2 禾本科牧草適宜誘變劑量的研究

張彥芹等［16］用Co 60－γ射線照射干種子和分化苗得出高羊茅愛瑞3號出苗率和植株存活率隨照射劑量增加而降低，干種子適宜誘變劑量為100～150Gy，分化苗適宜誘變劑量為20～25Gy。Dichens［17］利用Co 60－γ射線對假儉草種子20個選系進行輻射，發現當輻射劑量小于或等于4000rad時，輻射后的選系葉片長度、節間長度、葉色和耐寒性等產生了較大的變異。郭愛桂等［18］選用暖季型草狗牙根的營養器官甸旬莖（長7～10cm左右）進行Co 60－γ射線照射，栽培后對試驗材料的成活率、葉長、葉寬、節間長度、粗度、葉色、莖色等項目加以觀測，證明狗牙根甸甸莖的γ射線的半致死劑量為9000rad。王月華等［19］得出50Gy的輻射對高羊茅種子的萌發具有促進作用，較高劑量的輻射對高羊茅種子的萌發有抑制作用，且隨著輻射劑量的加大，抑制作用增強，適宜輻射誘變劑量為150Gy。柴明良等［20］以葦狀羊茅栽培品種為材料，對其干種子進行不同劑量的Co 60－γ射線處理，得出200Gy劑量是抑制早期生長減少剪草次數的最佳劑量。

3 利用輻射進行性狀改良的研究

培育高產、品質好、抗病和抗逆性強的新品種，是目前國際上在牧草輻射育種工作中比較重視的問題，人們也開始用突變育種的方法培育耐寒、耐鹽堿的品種。近年來，牧草的沙打旺（Astragalusadsurgens）、苜蓿（Medicagolupulina）等都有突變品種育成［21］。

3.1 生產能力

近年來，在提高牧草產量方面育出了一些新品種和突變體。翁伯琦等［22］發現經過Co 60－γ射線輻射后的豆科決明屬牧草品種的種子農藝性狀有不同程度的變異，輻射后代生物量分別比原種增加。魚紅斌等［23］通過對沙打旺的研究發現，在一定限度內，隨著始花序著生葉位的增加，出苗至開花的天數、株高和一級分枝數增加，同一品種在同一密度下，株高和一級分枝數量是決定產草量高低的重要因子。

3.2 早熟性

有些牧草經照射后獲得提前開花和早熟的新品種，李紅［24］誘變育成沙打旺早熟品種。魚紅斌等［25］認為播種當年的沙打旺，始花序著生葉位以9～10個葉之間的植株為好，開花早，對選育超早熟沙打旺有指導意義。馬建忠等［6］以牧草為材料，將異花授粉牧草沙打旺輻照當代的種子直接播種在≥10℃（年積溫2308℃）的低溫下，提高了突變體的適應性，增加了選擇的準確性，縮短了育種周期，選育產草量高且早熟的沙打旺新品種，始花序葉位以在9～10個為宜。

3.3 品質

有些品種雖具有抗性，但某些農藝性狀欠佳，可通過誘變加以改良。徐國忠等［25］利用Co 60－γ射線輻照豆科決明屬5個牧草品種的種子，研究表明輻照后變異株全K有顯著下降。翁伯琦等［22］利用Co 60－γ射線輻射豆科決明屬5個牧草品種的種子，結果表明植株的氨基酸營養成分也呈現較大程度的變化。

3.4 適應性

3.4.1 形態學方面

葉片、莖、根、株形等均可做為鑒定指標，對于抗旱突變體，新葉相對生長速度較快，在干旱協迫時，葉片相對含水量、持水量較高，根增大增深；還可通過苗期抗旱性來鑒定等。宣繼萍等［15］研究表明，原始種源進行多代的輻射誘變，可以使得葉片顯著變窄，草層高度顯著降低，節間變細變長。郭愛桂等［18］研究認為，不同產地的狗牙根種源對不同劑量的γ射線反應不同，高劑量處理的狗牙根數量性狀能夠產生較穩定的理想變異；在色澤變異上，低劑量處理的有50%的種源葉色變深（變紅），而高劑量處理的只有40%種源葉色變深。張彥芹等［16］的研究表明，Co 60－γ射線輻射可以獲得葉片變小、變細且具有耐旱（寒）特性的高羊茅突變體。

3.4.2 生理生化方面

在生理生化方面，保護酶活性、細胞膜透性、脯氨酸和丙二醛含量等可做為抗旱性鑒定指標。王月華等［19］用Co 60－γ射線輻射處理高羊茅的3個品種 ‘千年盛世’、‘知音’和 ‘獵狗5號’的干種子，發過程中3種酶的活性均隨輻射劑量的增加先升高后降低。

3.4.3 分子生物學方面

隨著分子生物學的發展，人們已經能從分子水平對變異體進行早期鑒定。翁伯琦等［22］對射線輻射豆科決明屬RAPD分析表明，輻射后代與原種DNA指紋圖譜存在明顯差異。張彥芹等［16］以高羊茅愛瑞3號為材料，用Co 60－γ射線照射干種子和分化苗，RAPD分析顯示突變體在DNA水平上發生了變異。徐國忠等［25］利用Co 60－γ射線輻照豆科決明屬5個牧草品種的種子，RAPD分析表明5個品種輻射后代在遺傳上都有明顯的變異。

4 展望

輻射育種在草業新品種的選育方面已取得了顯著的成就，在品質改良或新品系的選育方面占有重要的地位，它不僅可以創造出現有種質庫中所沒有的新材料、新種質，如具有特殊品質的育種材料和工具材料等，而且不存在安全性方面的問題。

輻射育種技術可以充分發揮其自身優勢，創造出各具特色的新種質、新材料，彌補常規育種方法的不足。輻射誘變育種技術在創造具有高產、矮桿、早熟等農藝性狀的新品種和新材料方面已經取得了一批豐碩的成果，但與真正意義上的調控誘變育種，尚存在相當大的差距?，F有技術方法仍然存在著相當大的隨機性，要在實際應用中實現調控誘變育種，有針對性地解決物種遺傳中的主要問題，包括根據市場需求選育具有各種不同內在質量和各種抗病性的新品種，就必須加強機理研究和技術方法的創新。隨著研究的不斷深入，如將輻射育種與生物技術、航天育種等相結合應用于新品系的選育，將對中國特色的現代化草業的發展具有重要的意義。

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