低能離子束注入在小麥育種中的應用探析

郭明明 樊繼偉 陳鳳 趙雪君 李強 孫中偉 王康君 張廣旭 浦漢春 代丹丹

摘要 常規育種在近年來取得了很大的成果，但同時也使小麥品種出現一定的同質化現象。離子束注入生物體后能夠打破基因連鎖，從而使小麥育種材料的遺傳背景多樣化。本文概括了離子束誘變育種方法及在小麥育種上的應用研究進展，并對存在的問題及應用前景進行闡述。

關鍵詞 離子束；小麥；誘變育種

中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）22-0044-01

Abstract In recent years，conventional breeding technology achieved great results，but the homogeneity phenomenon of wheat varieties was serious.Mutation breeding with ion beam implantation could enrich genetic background of breeding material by breaking gene linkage.In this paper，the methods of ion beam mutagenesis and its application in wheat breeding were summarized，and the existing problems and application prospects were discussed.

Key words ion beam；wheat；mutation breeding

近幾十年的常規小麥雜交育種致使其遺傳背景單一化，進而導致品種的同質化現象越來越嚴重。輻射誘變可以通過誘發基因突變和打破基因連鎖，使育種材料的遺傳背景多樣化和復雜化。近年來，越來越多的科學家開始重視并利用離子束注入技術開展育種工作。離子束輻射誘變是通過能量、質量、電荷協同作用產生分子原子移位和重組[1]，具有損傷輕、存活率高、突變率高等特點[2-3]。目前，該技術已經應用到多種作物的突變體庫構建、品種改良、離子束介導轉基因和種質創新等方面[4-9]。

1 離子束誘變育種方法

1.1 離子束誘變育種特點

離子束是指具有能量的帶電粒子放射線，其中包括高能離子、中能離子和低能離子。其中，應用到小麥育種上的多數為低能離子，低能離子束能量在104～105 eV之間，注入離子具有高線性能量轉移值，并且在射程末端形成尖銳的電離峰[1]。低能離子束能夠引起作物體內DNA損傷，激發細胞對損傷DNA的修復，最終引起基因突變[10]。

1.2 注入離子種類

目前，在離子束輻射誘變育種研究中所用的離子主要包括N、C、O、Ar、Ne、Fe等離子。不同離子產生的生物學效應有一定差異[11]。其中，應用最多的是N離子，這是因為N離子是一種活性離子，易誘導生物體產生變異，從而導致DNA損傷[12]。

2 低能離子注入在小麥育種上的應用研究進展

2.1 注入離子的能量和劑量對小麥生長發育的影響

有研究認為，隨著注入劑量的增大，種子存活率呈低—高—低的趨勢[13]。姬生棟等[14]研究結果表明，不同品種對劑量的敏感程度存在顯著差異，其中低劑量對種子成苗率沒有影響；當劑量增加到10×1017 N+/cm2時，種子成苗率接近半致死劑量的成苗率。王衛東[15]認為在小麥作物上，劑量率應在2～3 mA水平，利用離子束輔助遺傳轉化的劑量應在3×1017～5×1017 N+/cm2之間；而用來誘變育種的劑量應在6×1017 N+/cm2以上。另外，離子束注入對小麥籽粒蛋白質和濕面筋含量影響較為明顯，而對吸水率和容重的影響較小[16-17]。因此，研究不同小麥種質材料的最佳誘變能量和劑量，對小麥誘變育種具有重要的意義[18]。

2.2 低能離子注入在小麥育種上的應用

離子注入生物體可以創造有利的可遺傳的變異材料，而在小麥育種方面主要開展的是誘變育種和離子輻射介導轉基因研究。楊贊林等[18]運用N離子注入太古核不育小麥輪回材料，成功選育出3個小麥新品種?；粼Ｆ降萚19]利用該技術獲得了一批穩定遺傳2代或3代的優質高產新株系，并且得到了一部分具有特異性狀的新材料。李 強等[20]研究結果表明，N離子注入對小麥M1代的影響主要表現在株高、結實率和成株率等方面；而隨N離子注入劑量的增加，小麥M2代的突變率不斷升高。郭向萌等[8]認為，離子束誘變育種還可以提高遠緣雜交的親和性，為小麥育種研究提供了新的途徑。

3 存在的問題

近年來，我國科學家通過離子束注入來深入分析其誘變機理，并成功培育出一部分小麥新品種，說明離子束生物技術在不斷成熟和完善。但是離子束注入技術在小麥育種方面依然存在著很多不定向性，不能準確地按照育種家預定的育種計劃進行，這就使小麥離子束輻射育種的工作量增加，降低了育種效率。

4 應用前景

選擇適當的離子束注入小麥植株，不僅可促進植株生長發育、提高產量、改善籽粒品質[21]，而且可明顯縮短小麥新品種選育周期[22]。離子束注入能豐富生物體的遺傳背景，創制更多、更好的遺傳材料。隨著離子束輻射誘變研究的不斷深入，應用前景廣闊，對指導我國農業生產具有非常深遠的意義。

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