重离子束辐照对不同蚕豆品种的诱变效应

邵 扬， 李 强， 黄青岩， 白云飞， 汪学英， 苟怀祥， 郭延平

(临夏州农业科学院， 甘肃 临夏 731100)

通过物理诱变方法，利用X、γ、β射线，中子、电子及重离子束等对作物种子、植株或器官进行诱变获取突变体的方法已被育种工作者广泛应用[1]。辐照诱变引起作物DNA链断裂、碱基替换或基因片段的缺失，如果修复后不能复原就会引起突变。目前，很多国家已通过辐射诱变育成可推广品种2 252个，其中我国先后育成可推广品种162个，占总育成量的27.2%，每年增产粮食33～40亿kg[2]。辐射育种具有突变率高、育种周期短等优点，能够突破传统杂交育种利用现有基因重组不能创造新基因的短板，在改进作物成熟期、品质和抗性等方面具有显著效应[2]。华劲松等[3]研究发现，60Co-γ射线处理蚕豆干种子，110～140 Gy诱变剂量可使植株生理及形态发生较大变化，获得较高的突变率和更多的变异类型。何莉等[4]利用60Co-γ射线诱变蚕豆种子发现，诱变可有效提高蚕豆光合效能，是高光效育种的有效手段。重离子束作为一种新的诱变辐射源，自20世纪80年代应用以来，因其传能线密度大、DNA损伤修复效应小、育种周期短等优点，逐渐成为辐照诱变育种的新途径[5]。目前，中国科学院近代物理研究所与多家单位合作，选育出小麦、甜高粱等[6-8]作物新品种，并大面积推广，取得了显著的经济效益，但利用重离子束辐照诱变蚕豆的研究鲜有报道。为此，利用重离子束对蚕豆种子进行辐照，研究重离子束辐照对蚕豆的诱变效应，为蚕豆重离子束辐照诱变育种奠定基础。

1材料与方法

1.1材料

蚕豆：自封顶(1份，中粒，早熟)、小粒不褐变材料(2份，小粒)、康乐尕蚕豆(1份，中粒，炒货)和临蚕8号(1份，大粒)共计5个蚕豆品种，均为临夏州农业科学院蚕豆研究中心保存。蚕豆种子重离子束辐照由中国科学院近代物理研究所完成。

1.2方法

1.2.1试验设计辐照材料M1和M2代试验于2017-2018年在临夏州农业科学院北塬现代农业试验站进行。5份材料中每个蚕豆品种重离子束辐照剂量分别设40 Gy、55 Gy、70 Gy、85 Gy和100 Gy 5个处理，以未辐照种子为对照(CK)，共计6个处理。辐照蚕豆品种种植在隔离网室中，施肥、除草等田间管理与对照一致。

1.2.2指标测定

1) M1代出苗率、成活率。统计田间出苗数及成活苗数，并计算出苗率与成活率。

出苗率=(出苗数/种植总粒数)×100%

成活率=(成活数/出苗数)×100%

2) 叶绿素SPAD值。叶绿素SPAD值采用SPAD502叶绿素测定仪测定，在盛花期测定M2代所有出苗植株叶片叶绿素SPAD值，取其平均数。

3) M2代青荚长度、粒数。分别测定并考察M2代青荚长度、荚粒数。

4) 考种。按要求对M2代植株进行考种。

1.3数据处理

采用Excel 2010对数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1辐照剂量对各品种M1代出苗率的影响

从表1看出，不同处理各品种M1代出苗率的变化。不褐变1与不褐变2：对照(CK)2个品种M1代的出苗率分别为81.89%和34.29%；不同辐照剂量处理后，2个品种M1代的出苗率均为0，即均未出苗，原因可能是种子质量不好或不褐变材料种皮薄，离子束穿透能量大，胚芽被杀死所致。临蚕8号：对照M1代的出苗率为97.14%；40 Gy、55 Gy、70 Gy和85 Gy M1代的出苗率分别为12.50%、13.16%、7.32%和17.50%，100 Gy M1代的出苗率为0，即均未出苗。康乐尕蚕豆：对照M1代的出苗率为92.38%；40 Gy、55 Gy、70 Gy、85 Gy和100 Gy虽然均有出苗，但出苗率低，分别为6.15%、7.58%、3.13%，1.54%和1.56%，随着辐照剂量的增加呈下降趋势。自封顶：对照M1代的出苗率为96.19%；40 Gy、55 Gy、85 Gy和100 Gy出苗率分别为8.00%、10.20%、4.17%和1.96%，变化趋势与康乐尕蚕豆大致相同，但70 Gy未出苗，原因不详。由于不褐变1与不褐变2在各辐照剂量处理下均未出苗，后续试验选择临蚕8号、康乐尕蚕豆和自封顶3个品种。

表1 不同辐照剂量处理各品种M1代的出苗率

注：-为无数据，下同。

Note:- indicates no data. The same below.

2.2辐照剂量对各品种M2代叶绿素SPAD值的影响

从表2可知，不同处理临蚕8号、康乐尕蚕豆和自封顶M2代叶绿素SPAD值的变化。临蚕8号：40 Gy、55 Gy、70 Gy和85 Gy M2代叶绿素SPAD值分别为29.91、29.81、27.83和30.39，除100 Gy(未出苗)无SPAD值和70 Gy M2代叶绿素SPAD值(27.83)低于CK外，其余辐照剂量处理M2代叶绿素SPAD值均高于CK。康乐尕蚕豆：40 Gy、55 Gy、85 Gy和100 Gy M2代叶绿素SPAD值分别为32.25、31.22、33.24和31.48，除70 Gy(未出苗)无SPAD值外，其余辐照剂量处理M2代叶绿素SPAD值均高于CK。自封顶：40 Gy、55 Gy、70 Gy、85 Gy和100 Gy M2代叶绿素SPAD值分别为29.94、29.76、28.66、30.70和32.39，除70 Gy M2代叶绿素SPAD值(28.66)低于CK外，其余辐照剂量处理M2代叶绿素SPAD值均高于CK。通过辐照进行高叶绿素含量材料筛选，可为后期高光效育种奠定基础。

表2不同辐照剂量处理各品种M2代的叶绿素SPAD值

2.3辐照剂量对各品种M2代植株性状的影响

从表3看出，不同处理各品种株高、分枝数、单株荚数和单株粒数的变化。株高：临蚕8号、康乐尕蚕豆和自封顶的变幅分别为132.10～161.00 cm、127.50～160.40 cm和72.60～169.20 cm，各品种不同辐照剂量处理(自封顶55 Gy除外)均高于CK，其中自封顶的40 Gy和100 Gy产生变异，分别为169.2 cm和156.00 cm，远高于对照和其余辐照剂量处理，其有限结荚习性变为无限结荚，这个变化特性有利于选育饲用品种，对粮改饲具有一定的促进作用。分枝数：临蚕8号，除40 Gy与CK均为1.8个/株，其余辐照剂量处理均较CK多；康乐尕蚕豆的55 Gy和85 Gy均较CK少，其余2个辐照处理均较CK多；自封顶的55 Gy与CK均为1.6个/株，其余辐照剂量处理均较CK多。单株荚数：临蚕8号、康乐尕蚕豆和自封顶的变幅分别为10.40～16.00个、9.40～26.00个和9.90～28.20个，其中临蚕8号的40 Gy和70 Gy较CK少，55 Gy和85 Gy较CK多；康乐尕蚕豆的55 Gy和85 Gy较CK少，40 Gy和100 Gy较CK多；自封顶所有处理均高于CK。单株粒数：临蚕8号、康乐尕蚕豆和自封顶的变幅分别为15.60～27.80 粒、16.20～42.60粒和18.10～48.40 粒，其中临蚕8号除40 Gy较CK少外，其余辐照剂量处理均较CK多；康乐尕蚕豆除100 Gy较CK多外，其余辐照剂量处理均较CK少；自封顶各辐照处理均较CK多。

表3不同辐照剂量处理各品种M2代植株的性状表现

2.4辐照剂量对各品种M2代青荚的影响

从表4可知，不同处理各品种青荚长、青荚宽和青荚粒数的变化。青荚长：临蚕8号的55 Gy最长，为10.86 cm；85 Gy其次，为10.80 cm；70 Gy最短，为9.60 cm。康乐尕蚕豆的55 Gy最长，为8.00 cm；100 Gy其次，为7.60 cm；CK最短，为6.90 cm。自封顶的40 Gy最长，为11.00 cm；85 Gy其次，为8.30 cm；CK最短，为6.40 cm。青荚宽：临蚕8号的85 Gy最宽，为2.44 cm；55 Gy其次，为2.2 cm；CK最窄，为1.89 cm。康乐尕蚕豆的55 Gy最宽，为1.88 cm；85 Gy其次，为1.86 cm；CK最窄，为1.68 cm。自封顶的40 Gy最宽，为2.18 cm；55 Gy和85 Gy其次，均为1.94 cm；CK最窄，为1.76 cm。青荚粒数：临蚕8号的55 Gy最多，为27.80粒/株；85 Gy其次，为27.20粒/株；40 Gy最少，为15.60粒/株。康乐尕蚕豆的100 Gy最多，为42.60粒/株；40 Gy其次，为23.60粒/株；85 Gy最少，为16.20粒/株。自封顶的85 Gy最多，为48.40粒/株；100 Gy其次，均为34.00粒/株；CK最少，为15.40粒/株。

表4不同辐照剂量处理各品种M2代的青荚性状

总体看，辐照后各品种青荚长和青荚宽均增大，荚粒数增多，尤其临蚕8号的85 Gy青荚长/宽增大明显，这对后期选育粮菜兼用品种具有重要的指导意义；康乐尕蚕豆脂肪含量较高，通过辐照增加产量，可以促进菜、粮、饲兼用品种的选育；自封顶辐照后产量提高，株高适中，对选育机械化生产品种具有指导意义。

2.5辐照剂量对各品种M2代产量及构成因素的影响

从表5看出，不同处理临蚕8号、康乐尕蚕豆和自封顶3个品种的荚长、荚宽、荚粒数和百粒重等产量构成因素的变化存在差异，对产量的构成产生决定作用。临蚕8号的85 Gy产量最高，为464.78 kg/667m2，较对照提高45.91%；康乐尕蚕豆的100 Gy的产量最高，为456.32 kg/667m2，较对照提高84.30%；自封顶的85 Gy产量最高，为589.85 kg/667m2，较对照提高187.31%。表明，大粒品种在85 Gy和小粒品种在100 Gy下可有效提高光和效应，增加产量，结合青荚变化趋势，有助于选育粮菜饲兼用、高光效品种。总体看，大粒品种、中小粒品种和小粒不褐变材料分别应在85 Gy、100 Gy和40 Gy的辐照剂量进行重离子辐照诱变品种筛选。

表5不同辐照剂量处理各品种M2代的产量构成因素及产量

注：临蚕8号、康乐尕蚕豆和自封顶对照的产量分别为318.53 kg/667m2、247.60 kg/667m2和205.30 kg/667m2。

Note: Yields of Lincan 8, Kanglega, and Zifengding were respectively 318.53 kg/667m2, 247.60 kg/667m2and 205.30 kg/667m2.

3结论与讨论

重离子束辐照诱变是近年发展起来的培育作物新品种的重要技术手段之一[9]。华劲松等[3]研究发现，60Co-γ射线110～140 Gy处理蚕豆干种子，可使植株生理及形态发生较大变化，获得较高的突变率和更多的变异类型。何莉等[4]利用60Co-γ射线诱变蚕豆种子发现，诱变可有效提高蚕豆光合效能，是高光效育种的有效手段。研究结果表明，辐照剂量为85～100 Gy时，蚕豆叶片叶绿素相对含量明显提高，产量增加，与何莉等[4]研究结果一致。自封顶在40 Gy和100 Gy辐照处理时株型发生改变，与华劲松[3]研究结果一致。研究中还发现，临蚕8号在辐照剂为40 Gy时花色发生变化，这有助于选育观光农业生产型蚕豆新品种。综合看，大粒品种和中粒品种分别适宜在85 Gy和100 Gy重离子束辐照剂量下进行诱变品种的筛选。通过重离子束辐照诱变，对高光效新品种选育、粮菜饲兼用高产品种选育具有重要的意义，但具体新品种的选育还要进一步深入研究。