菰黑粉菌对60Co-γ辐射的抗性研究

黄建中，石敏，郭得平，陈子元

（1.浙江大学原子核农业科学研究所/农业部、浙江省核农学重点实验室，杭州，310029；2.浙江大学农业与生物技术学院）

菰黑粉菌对60Co-γ辐射的抗性研究

黄建中1，石敏1，郭得平2，陈子元1

（1.浙江大学原子核农业科学研究所/农业部、浙江省核农学重点实验室，杭州，310029；2.浙江大学农业与生物技术学院）

对PDA培养基上生长的菰黑粉菌进行了剂量范围为0～50 kGy的60Co-γ射线辐照。研究结果表明，菰黑粉菌对射线辐照具有极高的抗性，在10 kGy的60Co-γ射线辐照下仍可生长。本研究为筛选生产上有益性状黑粉菌突变体，用于创制茭白新品种作了探索。

茭白；菰黑粉菌；60Co-γ射线辐照；菌落

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）肉质茎是菰黑粉菌（Ustilago esculentaP.Henn.）侵染茎顶端组织并在其中大量繁殖后诱导所形成的[1～3]。因此，茭白肉质茎的性状取决于茭白植株、菰黑粉菌的基因型以及环境3个方面。无性繁殖的茭白植株发生遗传变异（芽变）的频率较低，而植株中菰黑粉菌的细胞个体数量却极为巨大，也更容易发生遗传性变异，因而茭白品种发生变异的可能性比一般单纯的无性繁殖作物高，茭白肉质茎性状的遗传变异很可能主要来源于菰黑粉菌的变异[4]。尽管如此，耐高、低温等不良环境条件的茭白种质资源目前还是十分罕见。辐射诱变育种是利用电离辐射对生物体进行诱发突变，产生遗传变异（基因突变和染色体畸变），然后从各种突变体中选育出在生产上有利用价值的新品种。诱变技术在创造新种质、新材料，以及解决育种中某些特殊问题，培育植物新品种等方面具有独特的作用，是目前生物品种选育与改良中一种非常有效的手段[5]。我国自20世纪50年代后期开始进行植物辐射诱变育种技术的研究，在突变品种的育成数量、种植面积等方面，均处于国际领先优势[6]。为了筛选生产上有益的黑粉菌突变体，用于接种创制新茭白品种，我们对菰黑粉菌进行了γ-射线辐照，发现该真菌对电离辐射具有很高的抗性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试茭白菌种为浙茭2号冬孢子。

1.2 试验方法

将冬孢子散布于PDA培养基上，培养皿置于25℃、70%相对湿度下培养。挑取无污染菌落转接到新PDA培养基上，在相同条件下继续培养。

①黑粉菌辐照 待黑粉菌菌落直径达到20～25 mm时对其进行60Co-γ射线辐照，本试验一共进行了2次辐照，第1次设置5个辐照剂量水平，分别为0，0.5，1，2，5，10 kGy，每组5个培养皿；第2次设置5个辐照剂量，分别为0，1，5，10，20，50 kGy，每组8个培养皿。

②黑粉菌菌落大小测量 辐照之后定期对黑粉菌菌落直径进行测量，并对数据进行分析。

2 结果与分析

从图1可见，随着60Co-γ射线辐照剂量的提高，黑粉菌菌落直径逐渐变小，反映出辐照对黑粉菌生长的抑制效应，但10 kGy的γ-射线辐照尚不能完全抑制黑粉菌的生长。为此，将辐照剂量增大至50 kGy，辐照后9 d内的菌落直径日均增量从对照的15.4 mm锐减到10 kGy辐照菌落的4.4 mm，20 kGy及以上剂量下黑粉菌菌落已经不再增长（图2）。此外，5 kGy辐照后3 d内菌落大小处于停滞状态，10 kGy辐照后6 d内菌落大小几乎不变，同时在原菌落上开始出现疣状突起——新生小菌落（图3）。

图1 60Co-γ射线辐照处理后3周菰黑粉菌菌落大小

图2 60Co-γ射线辐照处理前后菰黑粉菌菌落大小增量变化

图3 菰黑粉菌经10 kGy60Co-γ射线辐照后的菌落形态

3 结论与讨论

电离辐射对细胞造成的生物学效应包括直接和间接作用2种方式。一般认为细胞中的DNA是电离辐射最重要的靶标，DNA损伤造成微生物的灭活。就活细胞而言，DNA损伤的原因绝大部分是因为DNA分子周围的水化层中经辐照形成的羟基自由基OH·[7]。

菰黑粉菌能耐受10 kGy以上的γ-射线辐照，这在真菌中已属高抗性[8，9]。Saleh等[10]对来自6个属（Alternaria,Aspergillus,Caldosporium,Curvularia,Fusarium和Penicillium）的10种真菌进行了γ-射线辐照，试验结果表明，6～17 kGy就可灭活这些真菌。值得一提的是，耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）对γ-射线辐射的D10（清除90%受照个体所需剂量）约为10 kGy[11]。本试验结果显示，菰黑粉菌对γ-辐射的耐受能力接近耐辐射奇球菌。

目前，尚不清楚菰黑粉菌对电离辐射具有高抗性的分子机制，也不知道这种抗性对于寄生茭白的黑粉菌而言有何适应意义。对菰黑粉菌基因组的测序分析或许能够提供部分答案。

对菰黑粉菌进行γ-射线辐照试验结果表明，该真菌对电离辐射具有极高的抗性，10 kGy下黑粉菌仍能生长。在基本清楚菰黑粉菌的γ-射线耐受剂量的基础上，我们对从正常茭经单孢分离获得的菰黑粉菌菌落作了辐照，以期能筛选到生产上有益性状的突变体，如耐高、低温突变体，用于接种创制茭白新品种。

[1]Yang H C,Leu L S.Formation and histopathology of galls induced by Ustilago esculenta inZizanialatifolia[J]. Phytopath,1978,68:1 572-1 576.

[2]Chan Y S,Thrower L B.The host-parasite relationship betweenZizania caducifloraTurcz.andUstilago esculentaP.Henn.I.Structure and development of the host and host-parasite combination[J].New Phytologist,1980,85: 201-207.

[3]Zhang J Z,Chu F Q,Guo D P,et al.Cytology and ultrastructure of interactions betweenUstilago esculentaandZizania latifolia[J].Mycological Progress,(in press) (DOI 10.1007/s11557-011-0765-y).

[4]刘义满，柯卫东，黄新芳，等.茭白遗传多样性与育种技术[J].长江蔬菜，2009（16）：1-4.

[5]Ahloowalia B S,Maluszynski M,Nichterlein K.Global impact of mutation-derived varieties[J].Euphytica,2004, 135:187-204.

[6]刘录祥，郭会君，赵林姝，等.植物诱发突变技术育种研究现状与发展前景[J].核农学报，2009，23：1 001-1 007.

[7]WHO.High-dose irradiation:wholesomeness of food irradiated with doses above 10 kGy.WHO technical report series 890[M].Geneva:World Health Organization,1999: 50-51.

[8]Magan N.Fungi in extreme environments[M].//Environmental and Microbial Relationships.Springer Berlin Heidelberg, 2007,4:85-103.

[9]Holloman W K,SchirawskiJ,HollidayR.Towards understanding the extreme radiation resistance ofUstilago maydis[J].Trends Microbiol,2007,15:525-529.

[10]Saleh Y G,Mayo M S,Ahearn D G.Resistance of some common fungi to gamma irradiation [J].Appl Environ Microbiol,1988,54:2 134-2 135.

[11]Cox M M,Battista J R.Deinococcus radiodurans-the consummate survivor[J].Nat Rev Micro,2005,3:882-892.

Study on Resistance ofUstilago escenlentato60Co-γ Ray Irradiation

HUANG Jianzhong1,SHI Min1,GUO Deping2,CHEN Ziyuan1
(1.Institute of Nuclear-Agricultural Sciences/Key Laboratory of Nuclear Agricultural Sciences of Ministry of Agriculture and Zhejiang Province,Zhejiang University，Hangzhou,310029；2.College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University)

Ustilago esculentaP.Henn.,a fungus parasitizingZizania latifoliaTurcz.,was irradiated on PDA medium with 0-50 kGy60Co-γ rays.The fungus was found to be extremely resistant to γ-irradiation,being able to survive under 10 kGy irradiation.This study sets the stage for screening beneficial fungus mutants to be used to create new cultivars ofZ.latifoliaTurcz..

Zizania latifoliaTurcz.;Ustilago esculentaP.Henn.;60Co-γ irradiation;Colony

10.3865/j.issn.1001-3547.2011.16.026

公益性行业（农业）科研专项经费项目“水生蔬菜产业技术体系研究与示范”（200903017-03），浙江省科技厅院士基金

黄建中（1963-），男，博士，副教授，主要从事核技术农业应用及植物逆境生理研究，电话：0571-86971700，E－mail：jzhuang@zju.edu.cn

2011-07-11