菏豆12 60 Co γ射线辐照诱变后代产量相关性状研究

黄新阳+王福玉+赵云+周延争+李继存

摘 要：利用 60Co γ射线对菏豆12进行辐照处理，于M4、M5连续两代进行田间观察和室内鉴定，对其株高、结荚高度、茎粗、有效分枝、主茎节数、单株荚数、单株粒数、百粒重、单株粒重等主要农艺性状进行简单相关性分析，探讨诱变后代的遗传变异机制，并从诱变后代中筛选与产量有关的变异。结果表明，诱变后代大量植株的叶形、花色、脐色、生育期、茸毛颜色等表型性状发生了不同程度的分离与变异；对菏豆12及其诱变后代群体的主要产量相关性状进行分析，筛选出与单株产量相关性较大的变异，同时通过遗传距离分析确定了变异的遗传稳定性，为诱变后代的选择提供了理论指导。

关键词：大豆；菏豆12；辐照；农艺性状

中图分类号：S565.103.52 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）11-0026-04

诱变育种作为扩大种质来源、选育新品种的重要方法之一，已被广泛应用于植物育种中。据Maluszynski等（1995）[1]报道，世界范围内已经有50多个国家在154种植物上利用人工诱变成功育成1 737个品种。我国已在37种植物上育成突变品种400多个，其中水稻107个、小麦80个、谷子19个、大麦27个，育成品种数量和种植面积均居世界首位[2]。据报道，1931年前苏联列什干科利用X射线分别照射大豆种子和开花植株，筛选出一大批突变类型， 开创了大豆诱变育种[3]，随后美国、日本、德国等国也开展了大豆诱变研究。我国大豆辐射育种始于1958年，翁秀英等利用X射线照射大豆种子，并对变异后代的生育期、含油量、抗倒伏性、产量等性状进行了系统研究[4]。20世纪70年代以来，大豆诱变育种在选育高产、矮秆、早熟、高油、高蛋白、抗病等农艺性状的新品种和新材料方面取得丰硕成果[4～10]。国际原子能机构的统计表明，γ射线诱变是最为有效的产生具有育种价值的诱变手段，日本注册的16个具有商用价值的大豆突变材料中15个来源于γ射线诱变[11]。本研究采用60Co γ射线辐照后的菏豆12及其诱变后代为供试材料，分析其农艺性状变异，探讨诱变后代的遗传变异规律，为通过诱变育种选育高产优质大豆新品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

菏豆12为2002年山东省审定大豆品种，由菏泽市农业科学院育成，其综合性状优良，为当前山东省区域（生产）试验对照品种。

1.2 诱变处理方法

2009年利用 60Co γ射线 （剂量率：100 R/min）对菏豆12风干种子进行辐照处理，得到M1代；2010年得到M2代，然后从M2代中选择变异单株，以此类推，2012年得到M4代，2013年得到M5代。

1.3 田间试验

2012年6月23日在济宁市农业科学研究院试验农场种植菏豆12号M3代，2013年6月25日种植M4代。随机区组设计，重复3次。行长6 m，行距0.50 m，株距0.15 m。

1.4 表型性状变异调查

对诱变后代的主要农艺性状进行调查，主要包括叶形、叶色、花色、茸毛色、结荚习性、生育期、株高、结荚高度、茎粗、有效分枝、主茎节数、单株荚数、百粒重和单株粒重等。

1.5 数据处理

利用 Microsoft Excel计算诱变材料各产量相关性状的最大值、最小值、平均值和变异系数；利用SPSS 19.0软件对诱变材料的各产量相关性状进行相关性分析和遗传距离分析。

2 结果与分析

2.1 菏豆12诱变后代的表型性状突变

通过辐照获得菏豆12突变株系190余份（包括含有多个变异的突变株系），其中叶变异23份，茎变异20份，花变异8份，茸毛色变异18份，株高变异24份，结荚习性变异10份，分枝数、分枝长度及分枝夹角变异36份，种子变异27份，熟期及育性变异24份，且这些变异大部分得到遗传。该诱变群体进一步说明辐射诱变后代变异类型广泛的特点（图1）。

2.2 菏豆12诱变后代主要农艺性状遗传变异分析

通过对菏豆12及其诱变材料M4、M5代产量相关性状的平均值（表1）进行分析可知，诱变后代的产量相关性状平均值都基本和对照相当，但其最大值和最小值都出现较大变化。比如，诱变后代中，株高、结荚高度、有效分枝、单株荚数等都与菏豆12明显不同，这就说明人工诱变能够产生一些新的优良品系（结荚高度增高利于机收，株高变矮可增加植株抗倒伏能力）。对菏豆12诱变后代产量相关性状的变异程度进行分析发现，M4代的产量相关性状的变异系数由大到小分别是：单株荚数、单株粒数、有效分枝、结荚高度、单株粒重、茎粗、主茎节数、百粒重、株高；M5代产量

相关性状的变异系数由大到小分别是有效分枝、单株荚数、单株粒数、单株粒重、结荚高度、茎粗、株高、主茎节数、百粒重。以上结果表明辐射对大豆产量相关性状的诱变效应存在着较大不同，但M4代与M5代的变异趋势基本上一致，单株荚数、单株粒数、有效分枝、单株粒重等性状变异程度较大，而株高、茎粗、主茎节数、百粒重等性状变异程度较低，说明辐射育种可以通过增加有效分枝、单株粒数等提高产量。

2.3 菏豆12诱变后代农艺性状的简单相关性分析

通过对诱变材料M4代和M5代群体产量相关性状（表2）进行相关性分析，可以看出，就正相关而言，M4代有9对农艺性状的相关性达到极显著水平，有5对农艺性状的相关性达到显著水平，占全部的38.9%；M5代有13对农艺性状的相关性达到极显著水平，有2对农艺性状的相关性达到显著水平，占全部的41.7%，由此可见，M4代和M5代的正相关关系基本一致。M4代和M5代的共同点在于：单株荚数、单株粒数和单株粒重与茎粗、有效分枝都呈极显著正相关。这与田间诱变后代选择中的实际情况基本一致，我们获得的单株生产力高的突变植株大多是茎秆粗壮、分枝较多的紧凑株型。单株荚数、单株粒数和单株粒重与结荚高度在M4代和M5代都呈负相关，说明如果结荚太高可能降低单株生产力，因此在选育高产品种时，应该选择结荚高度相对适中的材料。

2.4 基于农艺性状的遗传距离分析

首先对M4、M5代材料产量相关性状的数值进行标准化处理，然后采用欧式距离计算诱变材料与未辐射处理对照间的遗传距离。

表3为M4代诱变材料与菏豆12的遗传距离，从中看出，与菏豆12遗传距离最大的诱变材料是33号（遗传距离为1.858），其次为37号、1号、32号、55号、58号、22号、13号、20号、43号、16号、36号，遗传距离都大于1.5，说明这些突变材料与菏豆12的相似性较小，变异较大；与菏豆12遗传距离最小的是2号（遗传距离为0.549），其次为25号、50号、44号、27号等，遗传距离都小于0.8，说明这些诱变后代与菏豆12具有很大相似性，变异幅度较小。

从M5代突变材料与菏豆12的遗传距离（表4）可以看出，遗传距离最大的是2号（遗传距离为1.976），其次为3号、6号、37号、7号、55号、32号、22号、13号、12号、8号、17号、43号、20号等，遗传距离都大于1.5，说明这些材料与菏豆12的相似性较小，变异较大；与菏豆12遗传距离最小的是25号（遗传距离为0.581），其次为48号、46号、54号、38号等，遗传距离都小于0.8，说明这些材料与菏豆12相似性较大，变异较小。

对M4代和M5 代的遗传距离进行比对发现，2号诱变材料在M4代的遗传距离最小，但在M5代的遗传距离最大，这就说明它的农艺性状没有稳定下来，还存在较大分离；13号、20号、22号、32号、37号、43号、55号等两世代的遗传距离基本一致且遗传距离都大于1.5，说明这些变异可能已经基本稳定，而且这些材料与菏豆12存在一定变异，因此可以从这些材料中进行优中选优、选育新品种。

3 结论与讨论

诱变育种可以提高突变效率，增加优良单株出现的频率，对种质的改良与创新有重要意义。本试验通过对菏豆12进行辐射，得到大量表型突变，其中包括叶形、花色、茸毛色、熟期、株型等突变，我们从中筛选出一批与产量有关的突变株系，对其农艺性状进行比较和多元统计分析，发现突变后代主要农艺性状大多发生了不同程度的分离及变异。另外通过世代选择，我们得到一些可以稳定遗传且与单株产量相关性较大的变异，这说明通过辐射诱变可以得到我们想要的目标性状，并从中筛选出优良单株。

由于我们得到的优良变异都产生于菏豆12辐照后代，其遗传背景相同，因此各种优良变异单株通过再次杂交，后代分离小，纯合快，能在较短年限内把多个优良性状聚合到一个单株中去。

目前国内外作物育种者对品种的选育往往倾向于把多个优良性状集中到遗传一致的少数品种上，这一措施使得少数优良种质作为亲本常常被重复利用，使得育成品种遗传多样性降低[12]。这在大豆育种中也十分常见，遗传基础狭窄造成大量育成品种的抗病耐逆性降低，不能够应对突如其来的病虫以及不良环境的危害，给大豆生产带来很多潜在危险。而通过远缘杂交培育新品种，后代分离大，育种年限较长。诱变育种具有常规杂交育种所不能比拟的特点即周期短、变异范围大等，通过诱变能够获得丰富的大豆变异，并从中筛选出有利的突变基因，进而为育种家提供丰富的育种材料。所以在今后育种中，应该釆用多种诱变技术，扩大诱变后代群体，以此来加大育种的选择机会。

参 考 文 献：

[1] Maluszynski M，Ahloowalia B S，Sigurbjrnsson B.Application of in vivo and in vitro mutation techniques for crop improvement[J]. Euphytica，1995，85（1）：303-315.

[2] 乔广军. 诱变在我国亚麻育种及资源创新中的利用[J].中国麻业，2006，28（1）：17-20.

[3] 王玫，翁秀英. 大豆诱变育种的研究进展及动向[J]. 核农学通报，1987（2）：1-4.

[4] 翁秀英，王彬如，吴和礼，等. 大豆辐射育种的研究[J]. 遗传学报，1974，1（2）：152-160.

[5] 郝再彬，吴东岚. 矮秆大豆突变体的获得[J]. 核农学报，2004，18（3）：204-206.

[6] 郭泰，刘忠堂，胡喜平，等. 辐射诱变培育高油大豆新品种及其应用[J]. 核农学报，2005，19（3）：163-167.

[7] 于秀普，杜连恩，魏玉昌. EMS诱发大豆突变可筛选高蛋白或高脂肪含量的种质资源[J]. 作物品种资源，1995（1）：24-26.

[8] 张秀田，郑延海，杨秀凤，等. 利用有性杂交和激光辐射相结合的方法培育大豆新品种[J]. 核农学报， 2005，19（2）：85-87.

[9] 余章清，张富厚，范占标，等. 钴60 γ射线对大豆辐射后代性状变异的研究及应用[J]. 河南农业科学，1997（1）：6-8.

[10] 王培英，许德春，郭玉虹，等. 人工诱变改良大豆品质的研究[J]. 核农学报，2000，14（1）：21-23.

[11] Shu G Y. Induced plant mutations in the genomics Era[R].FAO，Rome，2009：48-54.

[12] 杨琪. 大豆遗传基础拓宽问题[J]. 大豆科学，1993，12（1）：75-80. 山 东 农 业 科 学 2014，46（11）：30～31，38

2.4 基于农艺性状的遗传距离分析

首先对M4、M5代材料产量相关性状的数值进行标准化处理，然后采用欧式距离计算诱变材料与未辐射处理对照间的遗传距离。

表3为M4代诱变材料与菏豆12的遗传距离，从中看出，与菏豆12遗传距离最大的诱变材料是33号（遗传距离为1.858），其次为37号、1号、32号、55号、58号、22号、13号、20号、43号、16号、36号，遗传距离都大于1.5，说明这些突变材料与菏豆12的相似性较小，变异较大；与菏豆12遗传距离最小的是2号（遗传距离为0.549），其次为25号、50号、44号、27号等，遗传距离都小于0.8，说明这些诱变后代与菏豆12具有很大相似性，变异幅度较小。

从M5代突变材料与菏豆12的遗传距离（表4）可以看出，遗传距离最大的是2号（遗传距离为1.976），其次为3号、6号、37号、7号、55号、32号、22号、13号、12号、8号、17号、43号、20号等，遗传距离都大于1.5，说明这些材料与菏豆12的相似性较小，变异较大；与菏豆12遗传距离最小的是25号（遗传距离为0.581），其次为48号、46号、54号、38号等，遗传距离都小于0.8，说明这些材料与菏豆12相似性较大，变异较小。

对M4代和M5 代的遗传距离进行比对发现，2号诱变材料在M4代的遗传距离最小，但在M5代的遗传距离最大，这就说明它的农艺性状没有稳定下来，还存在较大分离；13号、20号、22号、32号、37号、43号、55号等两世代的遗传距离基本一致且遗传距离都大于1.5，说明这些变异可能已经基本稳定，而且这些材料与菏豆12存在一定变异，因此可以从这些材料中进行优中选优、选育新品种。

3 结论与讨论

诱变育种可以提高突变效率，增加优良单株出现的频率，对种质的改良与创新有重要意义。本试验通过对菏豆12进行辐射，得到大量表型突变，其中包括叶形、花色、茸毛色、熟期、株型等突变，我们从中筛选出一批与产量有关的突变株系，对其农艺性状进行比较和多元统计分析，发现突变后代主要农艺性状大多发生了不同程度的分离及变异。另外通过世代选择，我们得到一些可以稳定遗传且与单株产量相关性较大的变异，这说明通过辐射诱变可以得到我们想要的目标性状，并从中筛选出优良单株。

由于我们得到的优良变异都产生于菏豆12辐照后代，其遗传背景相同，因此各种优良变异单株通过再次杂交，后代分离小，纯合快，能在较短年限内把多个优良性状聚合到一个单株中去。

目前国内外作物育种者对品种的选育往往倾向于把多个优良性状集中到遗传一致的少数品种上，这一措施使得少数优良种质作为亲本常常被重复利用，使得育成品种遗传多样性降低[12]。这在大豆育种中也十分常见，遗传基础狭窄造成大量育成品种的抗病耐逆性降低，不能够应对突如其来的病虫以及不良环境的危害，给大豆生产带来很多潜在危险。而通过远缘杂交培育新品种，后代分离大，育种年限较长。诱变育种具有常规杂交育种所不能比拟的特点即周期短、变异范围大等，通过诱变能够获得丰富的大豆变异，并从中筛选出有利的突变基因，进而为育种家提供丰富的育种材料。所以在今后育种中，应该釆用多种诱变技术，扩大诱变后代群体，以此来加大育种的选择机会。

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[7] 于秀普，杜连恩，魏玉昌. EMS诱发大豆突变可筛选高蛋白或高脂肪含量的种质资源[J]. 作物品种资源，1995（1）：24-26.

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2.4 基于农艺性状的遗传距离分析

首先对M4、M5代材料产量相关性状的数值进行标准化处理，然后采用欧式距离计算诱变材料与未辐射处理对照间的遗传距离。

表3为M4代诱变材料与菏豆12的遗传距离，从中看出，与菏豆12遗传距离最大的诱变材料是33号（遗传距离为1.858），其次为37号、1号、32号、55号、58号、22号、13号、20号、43号、16号、36号，遗传距离都大于1.5，说明这些突变材料与菏豆12的相似性较小，变异较大；与菏豆12遗传距离最小的是2号（遗传距离为0.549），其次为25号、50号、44号、27号等，遗传距离都小于0.8，说明这些诱变后代与菏豆12具有很大相似性，变异幅度较小。

从M5代突变材料与菏豆12的遗传距离（表4）可以看出，遗传距离最大的是2号（遗传距离为1.976），其次为3号、6号、37号、7号、55号、32号、22号、13号、12号、8号、17号、43号、20号等，遗传距离都大于1.5，说明这些材料与菏豆12的相似性较小，变异较大；与菏豆12遗传距离最小的是25号（遗传距离为0.581），其次为48号、46号、54号、38号等，遗传距离都小于0.8，说明这些材料与菏豆12相似性较大，变异较小。

对M4代和M5 代的遗传距离进行比对发现，2号诱变材料在M4代的遗传距离最小，但在M5代的遗传距离最大，这就说明它的农艺性状没有稳定下来，还存在较大分离；13号、20号、22号、32号、37号、43号、55号等两世代的遗传距离基本一致且遗传距离都大于1.5，说明这些变异可能已经基本稳定，而且这些材料与菏豆12存在一定变异，因此可以从这些材料中进行优中选优、选育新品种。

3 结论与讨论

诱变育种可以提高突变效率，增加优良单株出现的频率，对种质的改良与创新有重要意义。本试验通过对菏豆12进行辐射，得到大量表型突变，其中包括叶形、花色、茸毛色、熟期、株型等突变，我们从中筛选出一批与产量有关的突变株系，对其农艺性状进行比较和多元统计分析，发现突变后代主要农艺性状大多发生了不同程度的分离及变异。另外通过世代选择，我们得到一些可以稳定遗传且与单株产量相关性较大的变异，这说明通过辐射诱变可以得到我们想要的目标性状，并从中筛选出优良单株。

由于我们得到的优良变异都产生于菏豆12辐照后代，其遗传背景相同，因此各种优良变异单株通过再次杂交，后代分离小，纯合快，能在较短年限内把多个优良性状聚合到一个单株中去。

目前国内外作物育种者对品种的选育往往倾向于把多个优良性状集中到遗传一致的少数品种上，这一措施使得少数优良种质作为亲本常常被重复利用，使得育成品种遗传多样性降低[12]。这在大豆育种中也十分常见，遗传基础狭窄造成大量育成品种的抗病耐逆性降低，不能够应对突如其来的病虫以及不良环境的危害，给大豆生产带来很多潜在危险。而通过远缘杂交培育新品种，后代分离大，育种年限较长。诱变育种具有常规杂交育种所不能比拟的特点即周期短、变异范围大等，通过诱变能够获得丰富的大豆变异，并从中筛选出有利的突变基因，进而为育种家提供丰富的育种材料。所以在今后育种中，应该釆用多种诱变技术，扩大诱变后代群体，以此来加大育种的选择机会。

参 考 文 献：

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[6] 郭泰，刘忠堂，胡喜平，等. 辐射诱变培育高油大豆新品种及其应用[J]. 核农学报，2005，19（3）：163-167.

[7] 于秀普，杜连恩，魏玉昌. EMS诱发大豆突变可筛选高蛋白或高脂肪含量的种质资源[J]. 作物品种资源，1995（1）：24-26.

[8] 张秀田，郑延海，杨秀凤，等. 利用有性杂交和激光辐射相结合的方法培育大豆新品种[J]. 核农学报， 2005，19（2）：85-87.

[9] 余章清，张富厚，范占标，等. 钴60 γ射线对大豆辐射后代性状变异的研究及应用[J]. 河南农业科学，1997（1）：6-8.

[10] 王培英，许德春，郭玉虹，等. 人工诱变改良大豆品质的研究[J]. 核农学报，2000，14（1）：21-23.

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