輻射誘變技術在花卉育種中的研究與應用

包建忠 李風童 孫葉 劉春貴 袁媛 馬輝 陳秀蘭

摘 要 結合江蘇里下河地區農業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用的要點。

關鍵詞 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，花卉業以其高投入、高產出、高效益的特色，成為國家重要的新興產業。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，還會帶來可觀的經濟效益，目前全國已有20多個省份將花卉作為重點產業或支柱產業。但隨著各地花卉品種趨同、價格競爭激烈、能耗高、缺乏自主品種權等一系列問題的出現，花卉產業的利潤有所下降。因此，通過多種育種手段創造出更多新、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，具有誘發基因突變、促進遺傳基因重組、提高突變頻率、創造新類型、有效改良現有品種的某些個別性狀以及縮短育種年限等優點。據統計，在國際原子能機構已注冊的所有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]。

江蘇里下河地區農業科學研究所從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、輻射誘變新種質選育與快繁技術研究，目前已選育優良新品種20個，其中通過輻射誘變選育獲省級鑒定的新品種3個，獲中國花卉協會評比二等獎的新品種2個，獲國家發明專利授權2個，出版專著3部，發表研究論文20余篇，制定地方生產技術規程5個，在花卉輻射誘變育種研究過程中積累了很多經驗，并取得了較高社會和經濟效益。

1 花卉輻射誘變技術

1.1 花卉輻照誘變育種流程

首先設計輻照試驗方案，之后聯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，觀察記載相關性狀、統計數據分析，篩選優異變異，突變體通過無性繁殖或組織培養進行性狀穩定，組織區域試驗并種苗快繁，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用的主要誘變源。江蘇里下河地區農業科學研究所主要在揚州輻照中心和江蘇省農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。在選用輻照材料時首先應選用性狀好的品種，照射材料主要有種子、植株或營養器官、花粉和離體培養材料等。

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、操作簡單等優點。由于種胚具有多細胞的結構，輻照后會產生嵌合體，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]。種子處理后應及時播種，否則會因貯藏時間長而降低輻射效應。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、球莖等營養器官

植株或塊莖、鱗莖、球莖等營養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

輻射花粉最大的優點是很少產生嵌合體，經輻射處理的花粉一旦發生突變，與卵細胞或精細胞結合所產生的植株即是異質結合體，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 離體培養材料

采用分生組織、愈傷組織、單細胞、原生質體及單倍體等離體培養材料進行輻射處理，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，選擇適宜劑量應根據“活、變、優”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;優是指產生的變異中有較多的有利突變[4]。確定誘變劑量時，應先在參考有關文獻的基礎上進行預備實驗。具體花卉品種材料處理的劑量和劑量率見表1。

2 花卉輻射誘變技術研究結果

2.1 篩選相關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律

1）輻射對種子發芽、出苗的影響：輻照劑量越大，對種子發芽率、出苗率和成苗率影響越大，大劑量使種子發芽、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，大多數生長點或老葉葉尖枯死，新葉生長趨緩，葉片出現扭曲、畸形、旋轉、葉藝（黃化、條紋和斑點）（圖1～3）、葉片葉序出現變異等。例如春蘭“雪山”輻射后產生的葉藝變異，經葉片組織超微結構觀察發現，輻射誘變產生的葉藝突變體的葉肉細胞和葉綠體超微結構和自然突變形成葉藝蘭的葉肉細胞和葉綠體超微結構相似。誘變苗經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）輻射能誘發花朵產生雙頭或多頭現象，如荷花出現并蒂蓮（圖5、圖6），觀賞向日葵出現雙頭和多頭（圖7），但這些變異難以穩定[9]。

5）在花色變異中，月季粉紅色花易產生變異，深紅、黃色品種次之，白色花未發現變異現象;荷花紅色系和復色系品種較易發生變異;向日葵復色系品種易產生變異，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生變形、皺折，有的花瓣由單瓣變為復瓣;瓣型有異形，花徑有大小變異;雌蕊數目有較大幅度下降，部分品種雌蕊不育;花朵香味沒有發現明顯變異[13-15]。

2.3 利用輻射誘變技術育成花卉新品種

江蘇里下河地區農業科學研究所利用輻射誘變技術選育新品種5個，篩選優良新種質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，使之產生基因突變，擴大變異譜，創造出新、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合，而且一般輻射選取的材料較少，群體數量不大，試驗范圍不廣，這多少影響了突變的范圍和頻率，而且篩選的優良單株需要長期的性狀穩定觀察。

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，對發現的突變現象要仔細觀察，成苗后要結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，但小型輻照裝置設備老舊，安全系數低，目前已逐步被淘汰并關閉，而現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化，產生較好的社會和經濟效益。而有了好的品種，就必須不斷完善花卉產業鏈，有一個好的商業模式進行推廣、復制。

參考文獻：

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[14] 陳秀蘭，包建忠，劉春貴，等.觀賞荷花輻射誘變育種初報[J].核農學報，2004，18（3）：201-203，1-4

[15] 劉春貴，包建忠，陳秀蘭，等.60Co-γ射線輻射誘變荷花蓮子新品種選育研究[J].現代園林，2016，13（6）：446-449.

（責任編輯：趙中正）