60Co－γ輻射荷蘭鳶尾突變株性狀分析

林 兵 樊榮輝 陳宇華 方能炎 葉秀仙鐘淮欽 黃敏玲

(1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，福建 福州 350013；2福建省特色花卉工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350013；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測(cè)試福州分中心，福建 福州 350013)

荷蘭鳶尾(Iris hollandica)屬于球根鳶尾一類，為鳶尾科鳶尾屬的秋植球根花卉，花姿優(yōu)美、花莖挺拔、花色艷麗，在國(guó)際商業(yè)切花生產(chǎn)中占有重要的位置[1－2]。福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究室于20 世紀(jì)90年代將荷蘭鳶尾作為切花材料引進(jìn)，還廣泛應(yīng)用于盆栽、庭院配植以及園林造景等方面，市場(chǎng)需求量逐年穩(wěn)步增加[3－5]。目前國(guó)內(nèi)荷蘭鳶尾生產(chǎn)用的商品球主要從荷蘭等國(guó)進(jìn)口，國(guó)外種球一般都經(jīng)過低溫處理，不僅價(jià)格較高，而且存在種球易發(fā)芽、種植期集中、種性退化等種植問題，嚴(yán)重制約了我國(guó)荷蘭鳶尾產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[6－8]。因此，培育適宜本地栽培、花色豐富的荷蘭鳶尾新品種具有十分重要的意義。

引進(jìn)和利用國(guó)外種質(zhì)資源是品種改良與創(chuàng)新的重要方法和途徑，將地方品種與在當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)好的國(guó)外品種進(jìn)行雜交，較易選出突破性的新品種[9]。鳶尾屬植物雌蕊瓣化，柱頭退變，胚胎敗育，常規(guī)手段的雜交育種難以有效開展[5，10]。核技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在作物改良以及新品種培育等方面均取得了一批成果，創(chuàng)造了較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[11－13]。諸多研究者運(yùn)用輻射誘變技術(shù)已培育出能滿足生產(chǎn)需求的新品種[14－16]，如用137Cs－γ 射線輻射育成大麥品種浙原18[17]；應(yīng)用X射線和γ射線輻射地被菊花(Chrysanthemum)的葉片外植體，篩選出12 個(gè)菊花突變種[18]。其中60Co－γ 射線是當(dāng)前最常用的輻射誘變?cè)矗谠S多觀賞植物育種中均有所應(yīng)用[19－24]。王晶等[25]研究60Co－γ 射線對(duì)菊花組培苗生長(zhǎng)、增殖、生根及再生植株生長(zhǎng)開花的影響，發(fā)現(xiàn)適宜劑量的60Co－γ輻射處理有利于菊花的突變，尤其是花色的突變；包建忠等[26]研究60Co－γ 輻射君子蘭品種鐵北的自交結(jié)實(shí)種子，從中選育出揚(yáng)君1 號(hào)新品種。此外，60Co－γ 射線還在柚子[27]、蘋果[28]、香蕉[29]、辣椒[30]、小蒼蘭[31]和月季[32]等中得到廣泛應(yīng)用。福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究室利用60Co－γ 輻射荷蘭鳶尾品種展翅的種球，得到一批穩(wěn)定性表現(xiàn)較好的輻射后代新材料[33－34]。本研究擬根據(jù)球根鳶尾的測(cè)試指南，對(duì)輻射突變株及其野生型進(jìn)行植物學(xué)農(nóng)藝性狀測(cè)評(píng)，分析比較其主要觀賞性狀的異同，旨在根據(jù)突變株的綜合表現(xiàn)，去劣留優(yōu)，以確保選育出適應(yīng)性強(qiáng)、顏色新穎、性狀優(yōu)良，具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值的新品種，為其輻射誘變育種以及遺傳改良提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 野生型品種來(lái)源 荷蘭鳶尾展翅(IrishollandicaZhanchi)品種，花深藍(lán)色，于2009年通過福建省農(nóng)作物品種認(rèn)定(編號(hào):閩認(rèn)花2009001)。展翅適應(yīng)性強(qiáng)、病蟲害輕、子球的繁殖率高；自繁的種球無(wú)明顯退化、易保存；花期整齊、花色穩(wěn)定，開花性狀優(yōu)良。

1.1.2 輻射突變株來(lái)源 2005年10月以荷蘭鳶尾展翅種球(周徑4～5 cm)為輻射材料，開展0、3、5、7、10 Gy五組劑量60Co－γ 輻射誘變處理，每組處理150 個(gè)種球[33]。經(jīng)過5～7 代篩選，分別選到4 個(gè)穩(wěn)定的輻射突變株，如圖1 所示[34]:2010年在5 Gy 和7 Gy 處理組選到白色5－7CBS、在7 Gy 和10 Gy 處理組選到深藍(lán)紫色7－10SLZ 的2 個(gè)突變株，2011年在10 Gy 處理組選到紫羅蘭色10ZLL 的1 個(gè)突變株，2012年在7 Gy 和10 Gy處理組選到紫藍(lán)色7－10QLS 的1 個(gè)突變株。

圖1 荷蘭鳶尾展翅輻射突變株Fig.1 Radiation mutants of Iris hollandica Zhanchi

1.2 田間設(shè)計(jì)與測(cè)試方法

在2016—2018年的種植擴(kuò)繁基礎(chǔ)上，2019年10月12日將輻射突變株及其野生型繼續(xù)在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉基地進(jìn)行種植觀測(cè)。試驗(yàn)選用外觀健康，無(wú)病蟲侵害，周徑9～10 cm，常溫貯藏的開花種球。每處理組各60 粒，采用基質(zhì)盆栽，基質(zhì)要求疏松透氣、排水性好、肥力高，富含有機(jī)質(zhì)；每盆1 粒，盆口徑23 cm，高20 cm，定植深度以種球尖端稍微露出盆土面為準(zhǔn)，整個(gè)栽培過程按大田生產(chǎn)管理。

1.2.1 開花期觀察 以試驗(yàn)小區(qū)全部植株為調(diào)查對(duì)象，記錄始花期(5%植株開花的日期)、盛花期(50%植株開花的日期)、末花期(90%植株開花的日期)。

1.2.2 植物學(xué)農(nóng)藝性狀觀測(cè) 在種球萌動(dòng)期以及植株盛花期，對(duì)輻射突變株及其野生型進(jìn)行農(nóng)藝性狀測(cè)評(píng)。每株系隨機(jī)選取10 株進(jìn)行調(diào)查，計(jì)算時(shí)取其10次數(shù)據(jù)的平均值。調(diào)查性狀包括3 個(gè)質(zhì)量性狀、16 個(gè)假質(zhì)量性狀、21 個(gè)數(shù)量性狀。根據(jù)《植物品種特異性區(qū)別性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南 球根鳶尾類》[35]對(duì)誘變新株系進(jìn)行品種形態(tài)性狀調(diào)查(表1)。用直尺或游標(biāo)卡尺測(cè)量長(zhǎng)度，目測(cè)形狀、顏色等性狀，采用英國(guó)皇家園藝學(xué)會(huì)出版的色卡(RHS Colour Chart，Sixth Editon，2015)比對(duì)顏色，并記錄其數(shù)字編碼。

表1 球根鳶尾主要形態(tài)性狀的鑒定標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法Table 1 Identification standard and measuring method of main morphological characters in Bulbous Irises

1.3 評(píng)價(jià)原則以及比較方法

在測(cè)試中，當(dāng)待測(cè)品種至少在一個(gè)性狀上與最近似品種具有明顯且可重現(xiàn)的差異時(shí)，即可判定待測(cè)品種具備特異性(可區(qū)別性)[35]。根據(jù)植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性審查及性狀統(tǒng)一描述總則[36]，以及植物品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試總論[37]確定的原則進(jìn)行結(jié)果判定。并用相鄰目測(cè)法、代碼法、統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)植株農(nóng)藝性狀的表達(dá)狀態(tài)進(jìn)行可區(qū)別性差異比較[37]。

2 結(jié)果與分析

2.1 荷蘭鳶尾輻射突變株開花期觀察

由表2 可知，4 個(gè)輻射突變株及其野生型展翅的開花期在3月中旬～3月下旬。其中突變株10ZLL 和5－7CBS 的始花期和盛花期相對(duì)較晚，分別比野生型晚4～5 d 和1～2 d；突變株7－10SLZ 花期稍早一些，比野生型早1 d；而突變株7－10QLS 的開花期與野生型較為接近，雖然始花期比野生型晚2 d，但是都在3月25日進(jìn)入盛花期。說(shuō)明荷蘭鳶尾輻射突變株的開花期與野生型不存在明顯差異。

表2 荷蘭鳶尾輻射突變株的開花期Table 2 Flowering period of radiation mutants in Iris hollandica

2.2 荷蘭鳶尾輻射突變株質(zhì)量性狀表達(dá)

輻射突變株及其野生型展翅的質(zhì)量性狀表達(dá)和賦值如表3 所示，4 個(gè)輻射突變株與野生型在種球表面脈紋、旗瓣有無(wú)和花香有無(wú)等質(zhì)量性狀方面表達(dá)一致，代碼相同，說(shuō)明輻射突變株與野生型在質(zhì)量性狀上沒有差異。

表3 荷蘭鳶尾輻射突變株的質(zhì)量性狀表現(xiàn)Table 3 Performance of qualitative characteristics in radiation mutants of Iris hollandica

2.3 荷蘭鳶尾輻射突變株假質(zhì)量性狀表達(dá)

從輻射突變株及其野生型展翅的16 個(gè)假質(zhì)量性狀表達(dá)與賦值(表4)以及各株系的表型(圖2)可知，4個(gè)突變株在葉顏色、葉橫切面形狀、垂瓣形狀、垂瓣花斑先端形狀、旗瓣形狀、旗瓣先端形狀、柱頭顏色、花藥顏色等8 個(gè)假質(zhì)量性狀方面表達(dá)一致，代碼相同，相應(yīng)的表型高度相似，與野生型相比不存在明顯差異。只有部分突變株與野生型在花蕾顏色、垂瓣花斑主色、花絲顏色3 個(gè)假質(zhì)量性狀方面表達(dá)有所不同，如突變株5－7CBS 花蕾顏色和花絲顏色表達(dá)為白色，其他和野生型均在藍(lán)色系的范疇內(nèi)表達(dá)；突變株7－10SLZ 垂瓣花斑主色表達(dá)為黃色(RHS 色譜12A)，其他和野生型均為橙黃色(RHS 色譜17B)。

圖2 荷蘭鳶尾輻射突變株的植株形態(tài)與花器官性狀Fig.2 Plant morphology and floral organ traits of radiation mutants in Iris hollandica

另外，不同的突變株在垂瓣上部上表面底色、旗瓣顏色、花柱上表面顏色、羽冠上表面顏色、垂瓣下部上表面底色等5 個(gè)假質(zhì)量性狀方面表達(dá)不相同，其顏色深淺不一，甚至退為白色，與野生型相比均存在明顯差異，具備可區(qū)別性。這說(shuō)明荷蘭鳶尾在假質(zhì)量性狀中，特別是花色方面的性狀具有較大的遺傳改良潛力，依據(jù)花朵顏色的表達(dá)狀態(tài)，花色變異可劃分為4 個(gè)類型:加強(qiáng)型、野生型、減弱型、全變型。

2.4 荷蘭鳶尾輻射突變株數(shù)量性狀表達(dá)

從輻射突變株及其野生型展翅的21 個(gè)主要數(shù)量性狀分級(jí)和賦值(表5)可知，不同的突變株與野生型在花葶長(zhǎng)度、花顏色數(shù)量、垂瓣上部寬度、垂瓣上表面脈紋顯著程度、垂瓣花斑大小、旗瓣長(zhǎng)度、旗瓣寬度、羽冠長(zhǎng)度等8 個(gè)數(shù)量性方面表達(dá)有些不同。突變株5－7CBS 在花顏色數(shù)量、垂瓣上部寬度和垂瓣上表面脈紋顯著程度等數(shù)量性狀方面與野生型明顯不同。突變株5－7CBS 花顏色數(shù)量表達(dá)為白－藍(lán)－黃(3 種顏色)，而其他和野生型花顏色表達(dá)均為藍(lán)－黃(2 種顏色)；垂瓣上部寬度表達(dá)為極寬，而其他和野生型均表達(dá)為寬；垂瓣上表面脈紋顯著程度表達(dá)狀態(tài)為弱，其他和野生型均表達(dá)狀態(tài)為中。突變株5－7CBS 花葶長(zhǎng)度表達(dá)為長(zhǎng)，與野生型無(wú)差異，其他均表達(dá)為中。突變株7－10SLZ 垂瓣花斑大小表達(dá)為小，其他和野生型均表達(dá)為小到中；羽冠長(zhǎng)度表達(dá)為中，而其他和野生型均表達(dá)為長(zhǎng)；突變株7－10SLZ 旗瓣寬度和野生型表達(dá)為寬，而其他則表達(dá)為中。突變株10ZLL 的旗瓣長(zhǎng)度表達(dá)為極長(zhǎng)，而其他和野生型均表達(dá)為長(zhǎng)。

不同的突變株在其他13 個(gè)數(shù)量性狀(葉寬度、花葶直徑、花直徑、垂瓣長(zhǎng)度、垂瓣下部寬度、垂瓣反折程度、垂瓣上部邊緣齒狀程度、旗瓣邊緣波狀程度、花柱寬度、羽冠寬度、羽冠邊緣裂口深度、花葶數(shù)量、花朵數(shù)量)方面表達(dá)基本一致，代碼基本相同，相應(yīng)的表型高度相似，數(shù)值較為相近。與野生型相比不存在明顯差異，不具備可區(qū)別性。

3 討論

在60Co－γ 輻射荷蘭鳶尾展翅突變株的植物學(xué)農(nóng)藝性狀測(cè)評(píng)中，發(fā)現(xiàn)輻射突變株和野生型在植株形態(tài)、開花期以及生育期等特征特性基本保持一致。不同的突變株與野生型在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段植株長(zhǎng)勢(shì)都較為一致，但到了開花期稍有差別，其中始花期依循花朵顏色的深淺程度不同，從深到淺依次延遲1～2 d，推測(cè)荷蘭鳶尾輻射突變株的始花期較為敏感，可能與花朵顏色深淺存在一定的關(guān)聯(lián)性。現(xiàn)有球根鳶尾的測(cè)試指南[35]中，主要形態(tài)性狀調(diào)查項(xiàng)目(表1)未有花期方面的性狀測(cè)試選項(xiàng)，這種由花朵顏色深淺而引起的不同開花響應(yīng)，能否從另一角度為新品種植物學(xué)農(nóng)藝性狀的評(píng)判提供一些參考，增加花期性狀測(cè)試選項(xiàng)，值得進(jìn)一步探討。

表4 荷蘭鳶尾輻射突變株的假質(zhì)量性狀表現(xiàn)Table 4 Performance of pseudo-qualitative characteristics in radiation mutants of Iris hollandica

在觀賞植物輻射育種中，葉型變異譜廣，但隨著新抽生的枝葉更替，整個(gè)植株逐漸恢復(fù)正常，花色變異一般大于花型和花瓣型變異[14－15]。前期荷蘭鳶尾輻射誘變研究也得出類似的結(jié)果[33－34]，如在荷蘭鳶尾輻射后代篩選過程中出現(xiàn)的雙花枝、五花瓣花型、金線葉藝突變株等優(yōu)良性狀均未能得到繼續(xù)保持，不能穩(wěn)定遺傳。在本研究中荷蘭鳶尾輻射突變株的花色變異類型豐富，并能穩(wěn)定遺傳，而其他性狀與野生型相比并沒有出現(xiàn)明顯的農(nóng)藝性狀變異，推測(cè)花色變異可能是輻射突變株與野生型具備可區(qū)別性的一個(gè)重要性狀評(píng)判指標(biāo)。

目前國(guó)內(nèi)的荷蘭鳶尾主栽品種大多數(shù)引種于歐洲國(guó)家[35]，利用國(guó)外引入的資源，對(duì)在國(guó)內(nèi)本地表現(xiàn)好的品種進(jìn)行輻射誘變處理，不僅可以獲得新的遺傳資源，而且可為后代篩選提供更加豐富的變異類型和中間材料。為了加快綜合性狀優(yōu)異的新突變體生產(chǎn)應(yīng)用進(jìn)程，值得進(jìn)一步加強(qiáng)開展輻射突變株的田間種植和試驗(yàn)，以期促進(jìn)培育出適合我國(guó)本地環(huán)境條件的栽培標(biāo)準(zhǔn)品種。

表5 荷蘭鳶尾輻射突變株的數(shù)量性狀表現(xiàn)Table 5 Performance of quantitative characteristics in radiation mutants of Iris hollandica

4 結(jié)論

在調(diào)查的40 個(gè)植物學(xué)農(nóng)藝性狀中，不同的輻射突變株在垂瓣上部上表面底色、旗瓣顏色、花柱上表面顏色、羽冠上表面顏色、垂瓣下部上表面底色等5 個(gè)假質(zhì)量性狀表達(dá)狀態(tài)，與其野生型展翅相比均具有明顯差異；其他35 個(gè)性狀只有少數(shù)表達(dá)稍有不同外，大多數(shù)表達(dá)基本一致，相應(yīng)的表型高度相似，數(shù)值較為相近，沒有出現(xiàn)明顯的差異。結(jié)果表明荷蘭鳶尾在其主要的觀賞性狀中，特別是花色方面在輻射育種中具有較大的遺傳改良潛力。依據(jù)花朵顏色的表達(dá)狀態(tài)，花色變異可劃分為4 個(gè)類型:加強(qiáng)型、野生型、減弱型、全變型。