我國牧草及草坪草輻射誘變育種研究進展

王曉龍，李 紅，楊偉光，楊 曌，柴 華

（黑龍江省畜牧研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

我國輻射誘變育種研究開始于20世紀50年代后期，探索方向是以γ射線和中子處理為主，以便得到有經濟價值的突變體。到20世紀60年代，輻射誘變技術在植物育種中顯現出其獨特的作用，誘變育種的方法也趨于成熟；到20世紀70年代，誘變品種迅速增加，輻射誘變育種目標重點向抗病育種和品質育種方面發展。到20世紀80年代，輻射誘變育種逐步與常規育種方法、現代雜種優勢育種和現代生物技術結合，成為一種綜合性很強的育種技術。我國牧草育種起步較晚，種質資源匱乏，迫切需要具有優良農藝性狀的種質材料。通過誘變育種技術能誘發大量有利用價值的突變基因，產生一般常規方法難以獲得的牧草新類型、性狀和基因，為牧草育種提供寶貴的材料。到2008年，我國利用誘變育種技術已育成了796個突變品種[1]。在牧草和草坪草方面，誘變育種起步相對較晚，僅做了一些初步研究，例如對不同牧草及草坪草種子和幼苗進行輻射，探索不同牧草和草坪草的最適輻射劑量等[2]。

1 g射線輻射誘變育種

誘變育種是人為利用物理和化學因素誘發植物產生遺傳性變異，而后根據育種目標，經人工選擇、鑒定和選育等工作得到有價值新類型的育種方法。誘變劑是能夠誘導植物發生突變的因素，一般分為化學誘變劑和物理誘變劑。物理誘變育種是用具有輻射能的物質對植物進行處理，以誘導有利變異來培育新品種的方法，因而又稱輻射誘變育種。g射線是植物輻射育種中最常用的射線源，具有能量高、穿透力強等特點。g射線通過輻射能量使生物體內分子產生電離和激發，形成許多活躍的自由基團或自由原子，相互反應，并與其周圍大分子核酸和蛋白質反應，使生物體分子結構發生改變，從而產生可遺傳性的變異。目前γ源應用最為廣泛，也有采用γ作為射線源。γ源的特點是半衰期長，能量比γ射線小[3]。研究表明，不同種類的牧草對g射線的敏感性差異較大。

2 輻射誘變在牧草和草坪草中的應用研究

2.1 輻射誘變在牧草中的應用

徐國忠等利用γ射線照射決明屬牧草種子發現，5個品種輻射后代在遺傳上均有變異[4]?？涤穹驳扔忙蒙渚€照射苜蓿干種子，以確定苜蓿適宜輻射劑量，研究苜蓿對輻射的敏感性，結果發現，不同苜蓿對輻射敏感性差異顯著（P＜0.05）；照射劑量與苜蓿種子的活力指數、幼苗存活率、根長、株高、青草產量呈負相關[5]。研究顯示，紫花苜蓿子葉外植體的輻射敏感性高于下胚軸，4～6 kR是苜蓿離體誘變處理的最佳照射量；16 kR對子葉愈傷組織的形成和生長有完全抑制作用。有研究認為γ射線對苜蓿M1代植株生長有抑制作用。不同苜蓿品種的苗高、株高、幼苗存活率和鮮草產量隨照射劑量的增加呈現降低趨勢。段雪梅等用快中子不同劑量輻射巫溪紅三葉種子，探索其對種子發芽率、芽長、根長、株高和出苗率的影響，結果顯示，輻射劑量與芽長呈正相關，與發芽率和根長呈負相關；低輻射劑量對紅三葉發芽率有抑制作用，但可促進根芽生長；高輻射劑量（＞38.634 Gy）對紅三葉種子萌發、株高、出苗率和根莖生長均有抑制作用；14.432 Gy輻射劑量可促進巫溪紅三葉種子萌發和幼苗生長[6]。支中生等用γ射線對4種不同來源的蘇丹草干種子進行照射處理，探討不同蘇丹草最適輻射劑量，結果發現，不同品種間對輻射敏感性不同，蘇丹草種子平均根長、活力指數和發芽指數均隨輻射劑量增加呈下降趨勢[7]。黃慧德等用γ射線照射柱花草種子并進行盆栽試驗，結果顯示，經過輻射處理后的柱花草種子發芽率在品種間存在極顯著差異（P＜0.01）[8]。

2.2 輻射誘變在草坪草中的應用

張彥芹等用γ射線對高羊茅愛瑞3號干種子和分化苗進行照射處理，結果發現，隨照射劑量增加高羊茅的出苗率和植株存活率均降低，分化苗最適誘變劑量為20～25 Gy，干種子最適誘變劑量為100～150 Gy，輻射當代材料植株形態性狀發生了變異；γ射線輻射可得到葉片變小、變細的高羊茅突變體；利用RAPD（隨機PCR擴增）分析，結果顯示高羊茅突變體在DNA水平上發生了變異[9]。費永俊等用60Co射線對高羊茅獵狗5號種子進行輻射處理，結果表明，輻射母代與未輻射母代高羊茅相比，葉寬顯著下降（P＜0.05），葉厚顯著增加（P＜0.05），千粒重下降，葉色沒有改變，葉長、株高、分蘗數、成坪密度、穗粒數極顯著下降（P＜0.01）；輻射子代高羊茅生長速度在拔節期下降最快；對照子代性狀表現與輻射材料子代相比，產生了變異[10]。王月華等用γ射線對3個高羊茅品種干種子進行輻射處理，觀察輻射對高羊茅種子發芽的影響，測定高羊茅種子萌發過程中的活性，結果顯示，輻射劑量為50 Gy時，對高羊茅種子萌發有一定促進作用，隨著輻射劑量的加大，對高羊茅種子萌發有抑制作用；150 Gy為高羊茅的適宜輻射誘變劑量；而PPO、SOD和POD酶的活性均隨輻射劑量的增加呈現先升高后降低趨勢[11]。吳關庭等用低劑量射線處理高羊茅成熟種子可促進其愈傷形成，因此，可通過輻照高羊茅成熟種子作為提升其組培效率的一種輔助手段[12]。

王文恩等研究發現，低劑量輻射可促進狗牙根干種子萌發，隨輻射劑量的增加，發芽率降低；主根生長和幼苗高度的臨界輻射劑量分別為300和250 Gy，初步確定450 Gy為狗牙根干種子的半致死輻射劑量[13]。郭愛桂等對不同種源的國產狗牙根匍匐莖進行輻射處理，結果發現，9000 rads為狗牙根匍匐莖的半致死劑量；高劑量處理使狗牙根葉片縮短21.8%～52.1%，節間縮短6.1%～26.5%；低劑量處理對不同種源狗牙根產生反應不同。說明對狗牙根進行高劑量輻射處理在數量性狀上能夠產生較穩定的變異[14]。李培英等用γ射線對新農1號狗牙根種子與匍匐莖進行輻射處理，結果表明，308.6 Gy為新農1號狗牙根干種子誘變輻射半致 死劑量，60.7 Gy為匍匐莖的誘變輻射半致死劑量；146.1 Gy輻射劑量可促進新農1號狗牙根干種子萌發，隨著輻射劑量增加，對種子萌發有抑制作用。經輻射處理后的匍匐莖，新農1號狗牙根的葉色變深，節間長和葉長變短，可獲得優良變異品種[15]。郭海林等利用γ射線輻射誘變處理狗牙根的匍匐莖和根狀莖，結果表明，誘變使狗牙根既可產生良性變異，也可產生劣性變異[16]。王文恩等用γ射線對野牛草干種子進行輻射處理，并對其發芽情況和幼苗性狀進行觀測，結果發現，100 Gy輻射劑量可促進野牛草干種子萌發；試驗初步確定100～150 Gy為促進野牛草種子萌發的適宜輻射劑量[17]。王月華等用γ射線對草地早熟禾干種子進行輻射處理，以探討不同輻射劑量對草地早熟禾種子萌發及種子萌發過程中的SOD和POD酶活性的影響，結果發現，低劑量輻射對草地早熟禾種子的萌發有促進作用，高劑量輻射有抑制作用，且抑制作用隨輻射劑量的增大而加強；在不同劑量的輻射下，SOD和POD酶的活性均呈現先升高后降低趨勢[18]。王文恩等用不同劑量γ射線對日本結縷草干種子進行輻射處理，結果顯示，低輻射劑量可促進日本結縷草干種子萌發，隨輻射劑量的增加，發芽率降低；250 Gy為田間出苗率的臨界輻射劑量，＜臨界劑量時，田間出苗率隨輻射劑量的增大而增加，＞臨界劑量時，田間出苗率隨輻射劑量的加大而降低；不同輻射劑量處理的結縷草干種子發芽后幼苗和根系的生長存在顯著性差異（P＜0.05）；初步確定480 Gy為日本結縷草干種子的半致死輻射劑量[19]。

3 前景與展望

實踐證明，培育產量高、品質好、抗逆性強的優良牧草新品種是提高牧草高產和優質的有效方法。與常規育種相比，誘變育種具有育種時間短、創造新、變異多等優點，是培育牧草新品種的有效手段。經過多年的探索，利用牧草誘變育種技術培育出了大量新品種，目前利用誘變育種技術育成了紫花苜蓿、沙打旺、小冠花等牧草新品種，獲得了許多具有優良性狀的突變材料，為我國牧草發展做出了巨大貢獻。珍貴的種質材料，應廣泛收集、整理和保存，與此同時還要做好評價和鑒定工作，以拓寬其應用和利用領域，篩選出不同用途的植物。從目前的研究狀況看，誘變育種存在的問題較多，主要是變異的方向和性質尚難控制，有益突變頻率仍然較低。因此探索定向誘變途徑、提高誘變效率以及迅速鑒定和篩選突變體是當前研究的重要課題，利用輻射誘變育種技術繼續加強在牧草及草坪草方面的應用研究，通過輻射誘變培育出更多優異的牧草及草坪草新品種。

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