利用辐射诱变技术创制甘薯新种质

2021-01-18揭琴陶春来张恭崔绍玉石颖刘洋周健东杜德玉

农学学报 2021年8期

揭琴陶春来张恭崔绍玉石颖刘洋周健东杜德玉

摘要：本研究旨在通过甘薯辐射诱变技术获得甘薯有益突变体，丰富甘薯种质资源。本实验以甘薯主栽品种‘商薯19’为试材，用60Coγ射线对其胚性悬浮细胞进行辐照处理，辐照剂量为80 Gy，辐照6周后，将存活下来的细胞团转入含有1.0 mg/LABA的MS固体培养基上诱导分化，再转入MS培养基获得完整植株138株。通过对辐照后代的顶叶色、叶脉色、顶叶形、叶形、顶端茸毛、薯形、烘干率、可溶性糖含量等性状调查和测定，发现1个株系（‘S19Y038’）顶叶色等性状发生变化，3个株系（‘S19Y116’、‘S19Y215’、‘S19Y219’）烘干率显著提高，分别比对照提高5.98%、5.65%和3.32%，1个株系（‘S19Y013’）可溶性糖含量显著提高，比对照提高17.81%。这些优异性状的突变体丰富了甘薯种质资源，在甘薯优质品种的选育中具有很好的应用前景。

关键词：辐射诱变；筛选；甘薯；烘干率；可溶性糖含量；新种质

中图分类号：S531文献标志码：A论文编号：cjas2021-0001

New Sweet Potato Germplasm Created by Radiation Mutation Technology Jie Qin， Tao Chunlai， Zhang Gong， Cui Shaoyu， Shi Ying， Liu Yang， Zhou Jiandong， Du Deyu

（Langfang Academy of Agriculture and Forestry Science， Langfang 065000， Hebei， China）

Abstract： The purpose of the study is to obtain beneficial mutants of sweetpotato by radiation mutation technology， and enrich sweetpotato germplasm resources. In this experiment， the main sweetpotato variety‘Shangshu 19’was used as test material. The embryogenic suspension cells were irradiated with60Coγray and the irradiation doses was 80 Gy. After 6 weeks of irradiation， the surviving cells were transferred into MS solid medium containing 1.0 mg/L ABA to induce differentiation， and then transferred into MS medium to obtain 138 complete plants. Through investigating and determining the top leaf color， vein color， top leaf shape， leaf shape， top villi， potato shape， drying rate and soluble sugar content of the irradiated progenies， it was found that the top leaf color of one line （‘S19Y038’） changed， and the drying rate of three lines （‘S19Y116’，‘S19Y215’and‘S19Y219’） were increased significantly by 5.98%， 5.65% and 3.32%， respectively. The soluble sugar content of one strain （‘S19Y013’） was significantly increased by 17.81% compared with that of the control. These mutants with excellent characters could enrich the sweetpotato germplasm resources and have a good application prospect in breeding high-quality sweetpotato varieties.

Keywords： Radiation Mutagenesis； Screening； Sweetpotato； Drying Rate； Soluble Sugar Content； New Germplasm

0引言

甘薯是中国重要的粮食、加工、饲料及能源用作物。辐射诱变技术在甘薯育种中发挥着重要作用，是获得有益突变体的主要途径[1]。大量研究结果表明，辐射诱变对于改良甘薯的抗逆性、提高淀粉含量、胡萝卜素含量、全糖含量以及改善株型结构等都具有明显的效果[2]。过去，甘薯上主要用薯块、秧苗等器官为主进行辐照，但辐照后代有明显的嵌合现象，严重影响了有益性状的繁殖与推广。刘庆昌等[3]建立的甘薯悬浮胚性细胞为材料进行辐照，并通过体细胞胚胎途径再生植株，很好的克服了器官水平诱变存在的嵌合体现象。甘薯细胞水平的辐射诱变不仅能够有效地提高突变频率，而且可以扩大遗传变异、缩短育种年限，提高育种效率[4]。

为了创制甘薯优质新种质，本研究以甘薯主栽品种‘商薯19’的胚性悬浮细胞为材料，利用γ射线对其进行辐照诱变，篩选出优质变异突变体。

1材料与方法

1.1试验材料

以甘薯品种‘商薯19’为试验材料。‘商薯19’是中国重要的鲜食加工兼用型品种[5-6]。将‘商薯19’薯块在温室育苗，选取生长健壮、长度3～5 cm的茎尖，进行表面消毒备用。

1.2‘商薯19’胚性细胞悬浮培养系的建立

按照刘庆昌等[3]的方法建立‘商薯19’的胚性细胞悬浮培养系。取消毒后的茎尖，在无菌条件下，用双筒实体显微镜剥取0.3～0.5 mm的茎尖分生组织，接种在添加2.0 mg/L 2，4-D的MS固体培养基上，诱导胚性愈伤组织的形成，在27±1℃，黑暗条件下培养4～12周后，陆续形成结构致密、色泽亮黄的胚性愈伤组织，将其转入含有2.0 mg/L 2，4-D的MS液体培养基，在水平摇床上以100 rpm进行震荡培养。培养条件为（27±1）℃，每日13 h、3000 lux的光照。悬浮培养物7天继代1次。

1.3辐照处理

将‘商薯19’的胚性悬浮细胞继代培养8～12周后，获得结构致密、色泽亮黄的胚性细胞团，取继代培养后2～3天的胚性悬浮细胞5 g（鲜重），用60Coγ—射线进行辐照处理，辐射剂量为80 Gy，剂量率为1.09 Gy/min。

1.4植株再生

辐照后的胚性悬浮细胞继代培养3～6周后，将细胞团转移到含有2.0 mg/L 2，4-D的MS固体培养基上，在室温为（27±1）℃的黑暗条件下进行培养，以诱导体细胞胚的形成；4周后将胚性愈伤组织转移到含有1.0 mg/LABA的MS固体培养基上，促其分化幼芽，然后将幼芽转入MS固体培养基长成完整植株。

1.5变异体的筛选

4月中旬，将组培苗瓶盖打开炼苗2～3天，移栽到温室育苗盘中，5月中上旬种植到大田中。对辐射后代的顶叶色、脉基色、叶脉色、顶叶形、叶形、顶端茸毛、薯形、薯皮色和薯肉色进行调查，收获后测定烘干率和可溶性糖含量，可溶性糖含量采用苯酚硫酸比色法[7-10]测定。根据调查结果筛选变异植株。每个试验设置3次重复，利用SPSS Statistics 21.0软件和Excel 2007，通过P<0.01或P<0.05的t检验分析差异性显著。

2结果与分析

2.1辐照对‘商薯19’胚性悬浮细胞和植株再生的影响

按照1.2方法获得结构致密、色泽亮黄的胚性愈伤组织（图1），将其转入含有2.0 mg/L 2，4-D的MS液体培养基，于水平摇床上以100 r/min进行震荡培养。悬浮培养物7天继代1次（图2）。

将经60Coγ-射线辐照后的‘商薯19’胚性细胞团转入添加2.0 mg/L 2，4-D的MS固体培养基诱导体细胞胚的形成。4周后将胚性愈伤组织转移到含有1.0 mg/L ABA的MS固体培养基上，使体细胞胚进一步发育，形成不定芽（图3），然后将其转入MS固体培养基长成完整植株（图4），最后获得138株完整植株。

2.2辐照诱变效果

2.2.1辐照对‘商薯19’地上部性状的诱变效果和变异体获得将再生植株移栽大田，对其地上部性状进行观察，结果显示，辐照后代‘S19Y038’地上部部分性状与对照相比出现了变异，如顶叶色、顶叶形、顶叶缺刻等都发生了变化（表1）。

2.2.2辐照对‘商薯19’地下部性状的诱变效果和变异体获得γ射线辐照对‘商薯19’的烘干率和可溶性糖含量等具有较明显的诱变效果。

（1）烘干率的变化

对‘商薯19’的辐照后代进行了烘干率含量测定（表2），并用SPSS Statistics21.0软件和Excel 2007进行了独立样本t测验，结果表明有3个株系（‘S19Y116’，‘S19Y215’，‘S19Y219’）烘干率同对照相比明显增加，分别比对照提高5.98%、5.65%和3.32%，达显著水平（表3）。

（2）可溶性糖的变化

对‘商薯19’的辐照后代进行了可溶性糖含量测定（表4），并用SPSS Statistics 21.0软件和Excel 2007进行了独立样本t测验，结果表明有1个株系（‘S19Y013’）可溶性糖含量同对照相比明显提高，比对照提高17.81%，达显著水平（表5）。

3讨论与结论

甘薯是无性繁殖作物，诱变技术是种质创制的重要途径[1]。文献记载的主要有辐射诱变[11-13]、化学诱变[14-15]和空间诱变[16-18]等技术，近年来最常用的还是辐射诱变技术。辐射诱变技术采用的辐射源有1935年Miller[19]第一次利用X射线辐照甘薯薯块获得突变体，陆漱韵[20]于1965年首次利用γ射线辐照甘薯切苗，获得了一些变异体。国内外在甘薯辐射诱变中所采用过的诱变源有X射线、γ射线、β射线、离子束、电子束、快中子等[21]。但目前最常用的还是利用γ射线辐照甘薯胚性悬浮细胞，这是因為细胞水平辐射诱变能有效提高突变频率，周期短，不受季节限制[4]。因此，本研究最终确定利用γ射线辐照甘薯胚性悬浮细胞以获得甘薯有益突变体。

刘庆昌等[4]用60Coγ射线辐照甘薯品种‘高系14号’和‘栗子香’的胚性悬浮细胞，辐射剂量为5～25 Gy，获得了薯皮色同质突变体和一批干物率高或者食味优的突变体。张聪等[13]利用60Coγ射线80 Gy、1.09 Gy/min辐照处理甘薯‘西成007’悬浮细胞，经过NaCl抗性筛选培养，悬浮细胞分化得到175株再生植株，通过对再生植株的脯氨酸含量、SOD酶活性测定，得到了二者较对照都有显著提高的3株耐盐突变株。本研究选用的是当地主栽品种‘商薯19’，利用田间调查、干物率测定和可溶性糖含量测定筛选出了相关突变体，与之前研究在品种选择、辐照剂量、和筛选方法有一定区别，首次利用可溶性含糖量进行辐照后代筛选，并获得了与对照相比的高还原糖含量的突变体。本研究今后还将从辐射诱变剂量、不同品种及分子层面进一步进行试验，探讨不同辐射剂量下品种的突变效率、不同品种辐射诱变突变体与对照之间的遗传相似性等，以期获得最佳辐射剂量和更多优异突变体。

本研究用60Coγ射线对‘商薯19’胚性悬浮细胞进行辐照处理，对其辐照后代的干物率测定，发现变异范围在25.40%～31.8%，从中筛选出了高烘干率的突变体‘S19Y116’，‘S19Y215’，‘S19Y219’；对辐照后代的可溶性糖含量进行测定，变异范围在8.12%～ 14.29%，从中筛选出高还原糖含量的突变体‘S19Y013’，说明用γ射线辐照甘薯品种‘商薯19’胚性悬浮细胞具有很好的诱变效果，是创制甘薯优良种质的一个良好途径。