低能离子束注入在小麦育种中的应用探析

郭明明 樊继伟 陈凤 赵雪君 李强 孙中伟 王康君 张广旭 浦汉春 代丹丹

摘要 常规育种在近年来取得了很大的成果，但同时也使小麦品种出现一定的同质化现象。离子束注入生物体后能够打破基因连锁，从而使小麦育种材料的遗传背景多样化。本文概括了离子束诱变育种方法及在小麦育种上的应用研究进展，并对存在的问题及应用前景进行阐述。

关键词 离子束；小麦；诱变育种

中图分类号 S512.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）22-0044-01

Abstract In recent years，conventional breeding technology achieved great results，but the homogeneity phenomenon of wheat varieties was serious.Mutation breeding with ion beam implantation could enrich genetic background of breeding material by breaking gene linkage.In this paper，the methods of ion beam mutagenesis and its application in wheat breeding were summarized，and the existing problems and application prospects were discussed.

Key words ion beam；wheat；mutation breeding

近幾十年的常规小麦杂交育种致使其遗传背景单一化，进而导致品种的同质化现象越来越严重。辐射诱变可以通过诱发基因突变和打破基因连锁，使育种材料的遗传背景多样化和复杂化。近年来，越来越多的科学家开始重视并利用离子束注入技术开展育种工作。离子束辐射诱变是通过能量、质量、电荷协同作用产生分子原子移位和重组[1]，具有损伤轻、存活率高、突变率高等特点[2-3]。目前，该技术已经应用到多种作物的突变体库构建、品种改良、离子束介导转基因和种质创新等方面[4-9]。

1 离子束诱变育种方法

1.1 离子束诱变育种特点

离子束是指具有能量的带电粒子放射线，其中包括高能离子、中能离子和低能离子。其中，应用到小麦育种上的多数为低能离子，低能离子束能量在104～105 eV之间，注入离子具有高线性能量转移值，并且在射程末端形成尖锐的电离峰[1]。低能离子束能够引起作物体内DNA损伤，激发细胞对损伤DNA的修复，最终引起基因突变[10]。

1.2 注入离子种类

目前，在离子束辐射诱变育种研究中所用的离子主要包括N、C、O、Ar、Ne、Fe等离子。不同离子产生的生物学效应有一定差异[11]。其中，应用最多的是N离子，这是因为N离子是一种活性离子，易诱导生物体产生变异，从而导致DNA损伤[12]。

2 低能离子注入在小麦育种上的应用研究进展

2.1 注入离子的能量和剂量对小麦生长发育的影响

有研究认为，随着注入剂量的增大，种子存活率呈低—高—低的趋势[13]。姬生栋等[14]研究结果表明，不同品种对剂量的敏感程度存在显著差异，其中低剂量对种子成苗率没有影响；当剂量增加到10×1017 N+/cm2时，种子成苗率接近半致死剂量的成苗率。王卫东[15]认为在小麦作物上，剂量率应在2～3 mA水平，利用离子束辅助遗传转化的剂量应在3×1017～5×1017 N+/cm2之间；而用来诱变育种的剂量应在6×1017 N+/cm2以上。另外，离子束注入对小麦籽粒蛋白质和湿面筋含量影响较为明显，而对吸水率和容重的影响较小[16-17]。因此，研究不同小麦种质材料的最佳诱变能量和剂量，对小麦诱变育种具有重要的意义[18]。

2.2 低能离子注入在小麦育种上的应用

离子注入生物体可以创造有利的可遗传的变异材料，而在小麦育种方面主要开展的是诱变育种和离子辐射介导转基因研究。杨赞林等[18]运用N离子注入太古核不育小麦轮回材料，成功选育出3个小麦新品种。霍裕平等[19]利用该技术获得了一批稳定遗传2代或3代的优质高产新株系，并且得到了一部分具有特异性状的新材料。李 强等[20]研究结果表明，N离子注入对小麦M1代的影响主要表现在株高、结实率和成株率等方面；而随N离子注入剂量的增加，小麦M2代的突变率不断升高。郭向萌等[8]认为，离子束诱变育种还可以提高远缘杂交的亲和性，为小麦育种研究提供了新的途径。

3 存在的问题

近年来，我国科学家通过离子束注入来深入分析其诱变机理，并成功培育出一部分小麦新品种，说明离子束生物技术在不断成熟和完善。但是离子束注入技术在小麦育种方面依然存在着很多不定向性，不能准确地按照育种家预定的育种计划进行，这就使小麦离子束辐射育种的工作量增加，降低了育种效率。

4 应用前景

选择适当的离子束注入小麦植株，不仅可促进植株生长发育、提高产量、改善籽粒品质[21]，而且可明显缩短小麦新品种选育周期[22]。离子束注入能丰富生物体的遗传背景，创制更多、更好的遗传材料。随着离子束辐射诱变研究的不断深入，应用前景广阔，对指导我国农业生产具有非常深远的意义。

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