小麦辐射育种过程中辐射剂量的研究

李春盈， 张建周， 齐建双， 刘 明

(1.河南省农业科学院小麦研究所， 郑州 450002；2.河南省农业科学院粮食作物研究所， 郑州 450002)

辐射诱变技术在农作物种质资源创制、新品种培育方面已得到广泛应用[1-2]。我国自20世纪50年代后期开始植物辐射诱变育种研究，虽然起步较晚，但培育的突变品种数量和种植面积在国际上具有较大领先优势，为推动诱变育种学科发展和保障我国粮食安全做出了重要贡献[1]。目前，小麦新品种同质化严重、亲本资源遗传基础狭窄，而辐射处理较易获得早熟、矮秆、优质、抗病等突变类型。虽然辐射处理同时改变多个性状比较困难，但对改善某一性状效果比较明显[3-4]。所以，可以选择目前当地适应性广、综合性状好，但有一个或多个性状需要改进的小麦品种进行辐射处理，从而达到对品种改良的目的。辐射育种可以大大缩短品种的培育时间，而且该方法简便、安全、无隐患，既是对常规育种的重要补充，又是常规育种难以替代的育种途径。

γ射线辐射剂量选择是关乎辐射育种成败最为关键的一环。一般认为，照射后成活率在50%左右(半致死剂量)，不育率低于30%的辐射剂量较合适[5]。陈辉等[6]研究认为，稳定品种的适宜剂量应为200～300 Gy，低于200 Gy大多数品种变异率很低，而高于300 Gy则成活率、不育率会大大降低；损伤程度和有害变异也会大大增加。张建伟等[7]研究也认为，200～300 Gy的辐射剂量为小麦品种较适宜的剂量。为了能够顺利开展小麦辐射育种，本试验参考以上研究结果，连续两年采用不同剂量对不同的小麦品种干种子进行辐射处理，经过4个世代的观察，探索不同小麦品种的适宜辐射剂量，以期为小麦辐射育种与种质创新提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

许科1号、衡观35、百农207、扬富麦101号、百农201、宁麦13共6个小麦(TriticumaestivumL.)品种，种子水分控制在(13±0.1)%。

1.2 方 法

1.2.1辐射处理1

2016年秋季播种前，对衡观35、许科1号和百农207等3个品种，每个品种干种子取两份，每份500 g。参考陈辉等[6]的研究结果，每个品种的两份样品分别采用60Co-γ射线200 Gy和300 Gy进行处理。

1.2.2辐射处理2

2017年秋季播种前，对供试的6个品种，每个品种种子取1份，每份500 g。根据品种的冬春性采用了两个不同的辐射剂量，其中对半冬性的3个品种(衡观35、许科1号和百农207)，采用60Co-γ射线325 Gy进行辐射处理；对春性和弱春性的3个品种(百农201、宁麦13和扬富麦101)，采用60Co-γ射线310 Gy进行辐射处理。

1.2.3田间试验设计

为了保证辐射后代不出现过多畸形变异[8]，达到预期效果，所有材料辐射处理后，每个品种的种子立即分成2份于次日进行播种。其中一份400粒，单独种植，分成4个重复种植，用于调查田间出苗率。另一份用条播机进行稀播，行距20 cm，播长18 m，每幅6行，每个处理4幅；各设对照一组，一幅，长度2 m。

1.2.4辐射后代处理方法和数据调查

2016年3个品种的处理后代：M1调查基本苗、最大分蘖、有效穗、株高，此代多为隐性变异[4]，不选单株，收获主茎[9]；M2调查株高和变异株数。

2017年处理后代中，对M1调查出苗率、基本苗、最大分蘖、有效穗、穗长、穗粒数、株高，不选单株，收获主茎。

对M2观察筛选变异株，对中选单株进行单独脱粒、编号，当年秋播点播种成株行。

对M3进行严格选择和淘汰，选择符合育种目标或可作为材料的单株和株行，收获单株和株行，分别进行脱粒和编号。单株收获后继续种成株行；株行收获后种到鉴定圃。

M4时把选中符合育种目标的株行，当年秋播进鉴定圃。鉴定圃中选择综合性状好且性状稳定、产量高的优良品系，进入比较试验；对性状不好或不稳定的直接淘汰；对具有一个或多个优良性状但暂时不符合育种目标的材料，作为资源材料保留。

1.3 数据处理

试验数据用Excel软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 2016年试验结果与分析

结果表明，对衡观35、许科1号和百农207等3个品种在采用剂量200 Gy和300 Gy处理后，各处理后代与对照相比，M1出苗情况与对照无明显差异；总体来说M1株高稍有降低，但在M2时，株高等性状与对照几乎相同，除了许科1号300 Gy辐射出现一株有效变异外，各个生长发育阶段均与对照性状相同，没有发现明显变异单株。

小麦对辐射的敏感性不仅受到环境因素的影响，还受到品种冬春性、种皮、千粒重以及种子含水量等特性影响[10]。因此，针对不同的小麦稳定品种，适宜辐射剂量是存在差异的。200、300 Gy剂量的60Co-γ射线对本试验选用的3个稳定品种发生诱变的效果不理想，剂量偏低。

表1 M1代出苗及M2变异情况

2.2 2017年试验结果与分析

2.2.1M1性状调查结果

从表2可以看出，各处理M1的出苗率、株高、千粒重相比对照都明显降低。对数据进行统计，结果(表3)表明，各处理M1出苗率减少率在57%以上，平均出苗率是对照平均出苗率的41.4%；各处理M1有效穗数减少率都在48%以上。从图1可以看出，各处理M1的出苗率，比各自对照降低率基本接近，但基本苗上，百农201 M1比对照减少率最大，可能与品种特性有关；辐射处理后基本苗、最大分蘖数、有效穗和出苗率比各自对照降低率均较大，而穗粒数、穗长和株高相对降低率较少，以株高降低率最低。各处理M1穗粒数减少，减少率范围在19.4%～30.8%之间；穗长变短，降低率在25.7%～38.9%之间。株高降低率在12.3%～21.7%之间。而且从田间观察也可以看出，M1幼苗生长势很弱，畸形苗弱苗较多，幼苗叶片短小窄细，分蘖慢，分蘖茎细弱，拔节晚，起身慢，分蘖大量死亡。处理材料后代性状的这些变化现象，与卢宗凡等[11]研究的结果相符。这说明采用的对春性和弱春性品种310 Gy的辐射剂量和对半冬性品种325 Gy的辐射剂量是可行的。

表2 2017年辐射材料M1性状

表3 2017年处理后代M1性状比各自对照降低百分率

2.2.2M2代正向变异株数及获得的稳定品系

M2代出现大量变异植株。正向变异株数及M4代获得的稳定且符合育种目标的材料数目(见表4)。

表4 2017年辐射材料M2代正向变异株数及M4代稳定品系材料数目

表4结果表明，本试验对春性和弱春性品种采用的310 Gy和对半冬性品种采用的325 Gy这两个辐射剂量均引起了较多变异，获得了具有育种目标的优良品系。综合比较这两种剂量正向变异个数和获得的稳定品系总数，对半冬性品种采用的325 Gy辐射剂量优于对春性和弱春性品种采用的310 Gy辐射剂量。

本研究变异单株在M4代基本稳定，M5代即可进入比较试验，辐射育种比杂交选育后代稳定时间快，这与尹明章[5]认为辐射育种3～5代就可稳定的研究结论相符。

3 讨 论

3.1 辐射变异的影响因素探讨

进行辐射育种的目的就是要获得足够多的变异材料，而辐射剂量的选择是辐射成功与否的关键。影响辐射效果的因素非常多，辐射诱变有正反两个方向，突变频率也因品种、性状而异[12]。此外，耿兴敏等[13]、王芳棋等[10]也认为不同植物品种或类型由于存在遗传差异而对辐射的敏感性不同。植物的敏感性还受到其他因素的影响，例如氧气、温度、种子含水量等。含水量是影响辐射敏感性的重要因素之一，用γ射线照射干种子时，其含水量最好在10%～15%之间[5]；在湿度低时，种子含水量下降，当含水量达13%以下时，辐射敏感性很强[14]；一般认为，将种子含水量调整到13%～15%就可以避免氧的增效作用[15]。所以水分含量也应控制在合适的范围内。卢宗凡等[16]研究认为，不同的品种和材料对辐射剂量敏感性差别较大。半致死剂量：冬性品种>半冬性品种>春性品种>F0种子。不同植物品种或类型的材料，由于存在遗传差异和环境因素影响而对辐射的敏感性不同，这就造成了不同品种的致死和半致死剂量没有一个统一的标准，这就需要在进行辐射育种时，针对育种材料找到适宜的辐射剂量。

3.2 适宜剂量的初步探索

2017年对衡观35、许科1号和百农207等3个品种，在采用剂量200 Gy和300 Gy处理后，各处理后代与对照相比，M1株高稍有降低，但在M2株高等与未处理对照性状差异很小，仅许科1号在300 Gy辐射剂量M2出现一株变异，其余两个品种各个生长发育阶段均与未处理对照性状相同。M1出苗情况、株高以及M1和M2的变异情况均与未处理对照无明显差异。辐射诱变育种的目的在于诱变出现较多变异，这样才有可能选择到符合育种目标的变异单株。适宜的辐射剂量是能否获得优良变异材料的关键，剂量过高或过低，诱变效果都不好。陈辉等[6]认为，稳定品种的适宜剂量应为200～300 Gy，低于200 Gy大多数品种变异率很低，而高于300 Gy则成活率、不育率会大大降低。本研究采用最小剂量(200 Gy)和最大剂量(300 Gy)对衡观35、许科1号和百农207等3个半冬性稳定品种进行辐射处理，结果表明，M1出苗率与对照无异，而且没有明显的变异植株出现，认为本研究选择的试验品种适宜辐射剂量应该高于300 Gy。这与陈辉[6]研究结果不一致。植物对辐射的敏感性不仅受到环境因素的影响，例如氧气、温度；还受到品种冬春性、种皮、千粒重以及种子含水量等特性影响[10]。因此，不同的稳定品种适宜辐射剂量之间存在差异。

3.3 不同类型小麦品种辐射剂量的选择

根据2017年的试验结果，本研究根据品种的冬春性，对春性、弱春性品种和半冬性品种分别采用310 Gy和325 Gy剂量处理。结果表明，这两个辐射剂量均引起了较多变异，所有辐射品种均表现为：M1出苗率低，幼苗生长势很弱，幼苗叶片短小窄细，分蘖慢，分蘖茎细弱，拔节晚，起身慢，分蘖大量死亡，株高普遍降低，穗长变短，有效穗数和穗粒数减少，千粒重降低。M4每个辐射品种均获得了具有育种目标的优良品系。辐射后代基本性状的变化与卢宗凡等[11]研究的结果相同。这说明对半冬性品种采用325 Gy的辐射剂量和对春性、弱春性品种采用310 Gy的辐射剂量均可行。

3.4 关于合适辐射剂量的参考标准探讨

黄可兵等[17]认为，用60Co-γ射线辐照诱变育种要根据适合该品种辐照剂量进行诱变，这样诱变的突变率高,变异范围广，能产生新基因和新类型，从而选育出有一定利用价值的中间材料和农作物新品种。但对不同类型的品种所需合适辐射剂量的参考标准，不同学者有不同的意见，耿兴敏等[13]认为，半致死剂量既是确定辐射敏感性的主要指标，也是辐射育种适宜诱变剂量的参考；徐冠仁[18]认为，出芽率在60%～70%之间为辐射最适剂量；周小梅等[19]、Dae等[20]认为，临界剂量和半致死剂量最优；尹明章[5]认为，照射后成活率在50%左右(半致死剂量)，不育率低于30%的辐射剂量较合适。本研究中2017年辐射处理 的6个稳定品种后代，出苗率在35.9%～39.3%之间，平均出苗率是对照平均出苗率的41.4%，出苗率低于50%。但处理材料的后代出现了较多变异，获得了具有育种目标的优良品系。那么，辐射后田间出苗率为40%左右，这一指标可以作为辐射育种中判断辐射剂量是否可行的参考依据。

4 结 论

对于小麦进行辐射育种，适宜的辐射剂量是能否获得优良变异材料的关键因素。不同的稳定品种适宜辐射剂量存在差异。辐射后田间出苗率为40%左右，这一指标可以作为辐射育种中判断辐射剂量是否可行的参考依据。由于存在遗传差异和环境因素影响，不同小麦品种对辐射的敏感性不同，因而不同品种的致死和半致死剂量也不同，在进行辐射育种时，针对不同的育种材料找到适宜的辐射剂量。在同等的条件下，辐射时种子水分应当控制在13%左右；在初次辐射时应直接给予大于300 Gy的不同剂量处理。根据本试验结果，建议冬性品种应在320 Gy以上，春性、弱春性品种在310 Gy左右。而且确定是否为适宜的辐射剂量时，可以将辐射后田间出苗率为40%左右作为辐射育种辐射剂量是否可行的参考依据。对于最为合适的剂量范围，有待下一步增大品种范围，采用多个剂量进行研究。